ATIVIDADE PARA OS ALUNOS DO CECILIA MEIRELES
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Professor Osvaldo
Jul 7, 2010, 4:00:32 PM7/7/10
to AULA DE FISICA
Bom pessoal, hoje terei que ficar um pouco mais aqui na UFPR, devido a
semana de provas. Deixo um texto para que vocês leiam e pensem um
pouco. Ah! também tem algumas questões para serem resolvidas e
entregues na próxima aula.
A FÍSICA E O CARRO DE FÓRMULA-1
Rodrigo M. de Oliveira
A fórmula-1 é um dos "esportes" que sem dúvida movimenta mais dinheiro
durante o ano. Para se ter uma idéia, estima-se que o carro da Stwart,
aquele que fora pilotado por Rubinho em 1999, valha algo em torno de
900 mil dólares. E isso é só o carro, soma-se a este valor o salário
do piloto, as concessões de transmissão pela TV, propagandas,
transporte para os vários circuitos espalhados pelo mundo...
Porém, para que tudo corra bem durante a corrida, o carro tem de estar
muito bem preparado, pois as leis da Física com certeza estarão
atuando. Afinal, elas não podem tirar férias e nem favorecer esta ou
aquela equipe! A saída é procurar tê-las como aliadas. E isso é feito
através do design do carro, das condições de temperatura e umidade no
momento da corrida, direção do vento...
Ao longo deste texto, apresentar-lhes-ei algumas curiosidades da
relação entre as leis da Física e a F-1.
A Física já começa mostrar sua força na largada, quando a velocidade
dos carros é ainda muito baixa, pois eles partiram de um estado de
repouso. A velocidades pequenas, o ar que corre por baixo do veículo é
muito lento. Como conseqüência, a pressão sobre o carro não é
suficientemente grande para mantê-lo estável na pista (esta pressão
sobre o carro é tratada como downforce pelos especialistas). Associado
com a super-tração fornecida pelo motor, o carro patina de um lado
para o outro. Repare esse efeito no momento da largada!
Isso poderia ser reduzido fazendo-se algumas adaptações no carro, mas
a FIA estabelece algumas regras como (altura, peso, largura, distância
entre eixos...). Aí já temos uma curiosidade: quanto mais comprido for
o carro, menor será o efeito da transferência de massa, efeito esse
que após uma grande reta ou durante uma curva poderia fazer que o
mesmo capotasse.
Outra curiosidade, o carro "sofre ataque" de acelerações de até 5g no
momento em que faz uma curva a alta velocidade! Puxa!!! Este valor é
tão razoável, que na freada ao final de uma reta, lágrimas do piloto
podem sair espontaneamente e atingir o visor do capacete! A tontura e
perda de sentido são, também, reflexo de acelerações ou desacelerações
intensas. Para suportar tanta aceleração sem se movimentar, o piloto é
preso por um cinto de seis pontos apertados ao máximo suportável por
ele.
Para manter esta grande bala com rodas, toda a atenção deve ser
voltada para a aerodinâmica do carro. Para isso, as suspensões tem um
desenho em forma de asa de avião invertida, aumentando a pressão sobre
o carro. Acredita-se que 2% da força aerodinâmica seja proveniente
deste fato. Tudo é verificado, a inclinação do bico e das asas são
muito importantes. E acredite, tal inclinação induz a presença de uma
downforce muito grande. Tão grande, que dentro do bico do carro temos
uma terceira suspensão, mais rígida e "inteligente" que as duas
normais, responsável por entrar em ação para evitar que o carro seja
esmagado contra o solo! O termo "inteligente" usado há pouco faz
sentido. São conjuntos de molas, ligas, juntas e outras
"parafernalhas" que são segredo de cada equipe. Daí ficarem escondidas
dentro do bico do carro.
Embaixo dos carros, existem uma espécie de "ventuinha" – na verdade
muito mais que isso – cuja função é jogar o ar que passa por baixo do
veículo a uma velocidade ainda maior para trás. A pressão embaixo do
carro diminui e ele acaba sendo comprimido sobre o solo, estabilizando-
se.
Os freios são acionados pelo próprio piloto e tem que ser feito com
muito cuidado para não travar as rodas. Pois, assim sendo, o
coeficiente de atrito com solo diminuiria. Estragaria o pneu e o carro
poderia sair tangente à um ponto na curva.
Outra força muito importante é a força de arrasto. Essa força de
arrasto é aquela responsável por "segurar" o carro enquanto ele se
desloca. Uma duplicação na velocidade do carro, implica numa força de
arrasto quatro vezes maior. É como se o ar possuísse mãos e segurasse
o carro. Esta força é proporcional à velocidade. É por isso, que ele
atinge mais facilmente a velocidade de 150 Km/h do que vai daí à marca
dos duzentos e tantos quilômetros horários.
Um carro de F1 atinge atinge, aproximadamente, 156 Km/h apenas de
primeira marcha! Gasta ao redor de 15,2s para ir de 0 a 320 Km/h! Em
algumas equipes, a inclinação da asa traseira é ajustada
automaticamente, para se adaptar à força de arrasto e agir bravamente
para que o carro não levante vôo numa curva!
Mais uma curiosidade; as marchas são trocadas automaticamente, através
do comando do piloto num circuito eletrônico que fica sob o volante.
São pequenas alavancas e botões comandando uma supermáquina. O piloto
deve ficar atento também ao sentido do vento. A equipe monitora-o o
tempo todo. Se o vento estiver à favor do movimento do carro, o
veículo pode ter limite de rotações do seu motor atingido ao final de
uma reta, o que é muito arriscado. Deve-se evitar trabalhar na
situação limite para reduzir o desgaste de peças.
A massa carro + piloto + combustível também é limitada pela FIA.
Quando cheio, os carros da F-1 podem carregar algo ao redor de 115
-125L, tendo um rendimento que dificilmente supera 1,9 Km/L. Também,
para produzir tanta potência! Durante períodos de chuva, em que um
ritmo melhor é exigido, esse rendimento aumenta um pouco.
O painel de controle é composto de algumas luzes indicadoras de
possíveis problemas em vários sistemas. Mais uma vez, molas, alavancas
e luzes auxiliam o piloto.
Observe ainda durante uma corrida, que os olhos do piloto ficam quase
no nível da carroceria do carro. Também não precisa mais, dizem os
pilotos. Eles tem como referência os contornos das pistas e os
retrovisores.
E assim um carro vai para a pista. Eletricidade, magnetismo, forças de
atrito, pressão, alavancas, molas, suportes, massas, ótica,
inércia.... que estresse heim!!!??? Que nada. É por isso que durante
todo o ano os engenheiros ficam atentos ao comportamento do carro.
Numa reta ou numa curva, a alta ou baixa velocidade. O desprezo de uma
dessas variáveis pode significar a perda completa do controle do carro
e ir parar na grama ou na caixa de britas, antes do muro de pneus...
isso se o coeficiente de atrito ajudar!
RESPONDA:
1) Um carro de F1 atinge atinge, aproximadamente, 156 Km/h apenas de
primeira marcha! Isto em m/s corresponde há?
2) O que pode afetar a velocidade do carro de F1?
3) Se o carro gasta ao redor de 15,2s para ir de 0 a 320 Km/h, qual
sua aceleração neste período de tempo? Dê o resultado em m/s.
4) O movimento do F1 é um movimento uniforme? Justifique.
5) Relacione a força exercida pelo motor e a redução de gasolina
devido ao consumo ao longo da prova.
semana de provas. Deixo um texto para que vocês leiam e pensem um
pouco. Ah! também tem algumas questões para serem resolvidas e
entregues na próxima aula.
A FÍSICA E O CARRO DE FÓRMULA-1
Rodrigo M. de Oliveira
A fórmula-1 é um dos "esportes" que sem dúvida movimenta mais dinheiro
durante o ano. Para se ter uma idéia, estima-se que o carro da Stwart,
aquele que fora pilotado por Rubinho em 1999, valha algo em torno de
900 mil dólares. E isso é só o carro, soma-se a este valor o salário
do piloto, as concessões de transmissão pela TV, propagandas,
transporte para os vários circuitos espalhados pelo mundo...
Porém, para que tudo corra bem durante a corrida, o carro tem de estar
muito bem preparado, pois as leis da Física com certeza estarão
atuando. Afinal, elas não podem tirar férias e nem favorecer esta ou
aquela equipe! A saída é procurar tê-las como aliadas. E isso é feito
através do design do carro, das condições de temperatura e umidade no
momento da corrida, direção do vento...
Ao longo deste texto, apresentar-lhes-ei algumas curiosidades da
relação entre as leis da Física e a F-1.
A Física já começa mostrar sua força na largada, quando a velocidade
dos carros é ainda muito baixa, pois eles partiram de um estado de
repouso. A velocidades pequenas, o ar que corre por baixo do veículo é
muito lento. Como conseqüência, a pressão sobre o carro não é
suficientemente grande para mantê-lo estável na pista (esta pressão
sobre o carro é tratada como downforce pelos especialistas). Associado
com a super-tração fornecida pelo motor, o carro patina de um lado
para o outro. Repare esse efeito no momento da largada!
Isso poderia ser reduzido fazendo-se algumas adaptações no carro, mas
a FIA estabelece algumas regras como (altura, peso, largura, distância
entre eixos...). Aí já temos uma curiosidade: quanto mais comprido for
o carro, menor será o efeito da transferência de massa, efeito esse
que após uma grande reta ou durante uma curva poderia fazer que o
mesmo capotasse.
Outra curiosidade, o carro "sofre ataque" de acelerações de até 5g no
momento em que faz uma curva a alta velocidade! Puxa!!! Este valor é
tão razoável, que na freada ao final de uma reta, lágrimas do piloto
podem sair espontaneamente e atingir o visor do capacete! A tontura e
perda de sentido são, também, reflexo de acelerações ou desacelerações
intensas. Para suportar tanta aceleração sem se movimentar, o piloto é
preso por um cinto de seis pontos apertados ao máximo suportável por
ele.
Para manter esta grande bala com rodas, toda a atenção deve ser
voltada para a aerodinâmica do carro. Para isso, as suspensões tem um
desenho em forma de asa de avião invertida, aumentando a pressão sobre
o carro. Acredita-se que 2% da força aerodinâmica seja proveniente
deste fato. Tudo é verificado, a inclinação do bico e das asas são
muito importantes. E acredite, tal inclinação induz a presença de uma
downforce muito grande. Tão grande, que dentro do bico do carro temos
uma terceira suspensão, mais rígida e "inteligente" que as duas
normais, responsável por entrar em ação para evitar que o carro seja
esmagado contra o solo! O termo "inteligente" usado há pouco faz
sentido. São conjuntos de molas, ligas, juntas e outras
"parafernalhas" que são segredo de cada equipe. Daí ficarem escondidas
dentro do bico do carro.
Embaixo dos carros, existem uma espécie de "ventuinha" – na verdade
muito mais que isso – cuja função é jogar o ar que passa por baixo do
veículo a uma velocidade ainda maior para trás. A pressão embaixo do
carro diminui e ele acaba sendo comprimido sobre o solo, estabilizando-
se.
Os freios são acionados pelo próprio piloto e tem que ser feito com
muito cuidado para não travar as rodas. Pois, assim sendo, o
coeficiente de atrito com solo diminuiria. Estragaria o pneu e o carro
poderia sair tangente à um ponto na curva.
Outra força muito importante é a força de arrasto. Essa força de
arrasto é aquela responsável por "segurar" o carro enquanto ele se
desloca. Uma duplicação na velocidade do carro, implica numa força de
arrasto quatro vezes maior. É como se o ar possuísse mãos e segurasse
o carro. Esta força é proporcional à velocidade. É por isso, que ele
atinge mais facilmente a velocidade de 150 Km/h do que vai daí à marca
dos duzentos e tantos quilômetros horários.
Um carro de F1 atinge atinge, aproximadamente, 156 Km/h apenas de
primeira marcha! Gasta ao redor de 15,2s para ir de 0 a 320 Km/h! Em
algumas equipes, a inclinação da asa traseira é ajustada
automaticamente, para se adaptar à força de arrasto e agir bravamente
para que o carro não levante vôo numa curva!
Mais uma curiosidade; as marchas são trocadas automaticamente, através
do comando do piloto num circuito eletrônico que fica sob o volante.
São pequenas alavancas e botões comandando uma supermáquina. O piloto
deve ficar atento também ao sentido do vento. A equipe monitora-o o
tempo todo. Se o vento estiver à favor do movimento do carro, o
veículo pode ter limite de rotações do seu motor atingido ao final de
uma reta, o que é muito arriscado. Deve-se evitar trabalhar na
situação limite para reduzir o desgaste de peças.
A massa carro + piloto + combustível também é limitada pela FIA.
Quando cheio, os carros da F-1 podem carregar algo ao redor de 115
-125L, tendo um rendimento que dificilmente supera 1,9 Km/L. Também,
para produzir tanta potência! Durante períodos de chuva, em que um
ritmo melhor é exigido, esse rendimento aumenta um pouco.
O painel de controle é composto de algumas luzes indicadoras de
possíveis problemas em vários sistemas. Mais uma vez, molas, alavancas
e luzes auxiliam o piloto.
Observe ainda durante uma corrida, que os olhos do piloto ficam quase
no nível da carroceria do carro. Também não precisa mais, dizem os
pilotos. Eles tem como referência os contornos das pistas e os
retrovisores.
E assim um carro vai para a pista. Eletricidade, magnetismo, forças de
atrito, pressão, alavancas, molas, suportes, massas, ótica,
inércia.... que estresse heim!!!??? Que nada. É por isso que durante
todo o ano os engenheiros ficam atentos ao comportamento do carro.
Numa reta ou numa curva, a alta ou baixa velocidade. O desprezo de uma
dessas variáveis pode significar a perda completa do controle do carro
e ir parar na grama ou na caixa de britas, antes do muro de pneus...
isso se o coeficiente de atrito ajudar!
RESPONDA:
1) Um carro de F1 atinge atinge, aproximadamente, 156 Km/h apenas de
primeira marcha! Isto em m/s corresponde há?
2) O que pode afetar a velocidade do carro de F1?
3) Se o carro gasta ao redor de 15,2s para ir de 0 a 320 Km/h, qual
sua aceleração neste período de tempo? Dê o resultado em m/s.
4) O movimento do F1 é um movimento uniforme? Justifique.
5) Relacione a força exercida pelo motor e a redução de gasolina
devido ao consumo ao longo da prova.
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