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Aula nº8
⇒ Forças na segurança rodoviária
Devido à grande quantidade de automóveis que circulam nas estradas, todos os dias ocorrem acidentes.
- Observa a situação seguinte:
Na colisão com o carro azul, o automóvel vermelho exerce uma força sobre ele.
De acordo com a 3.ª Lei de Newton, também o carro azul exerce uma força sobre o carro vermelho, com a mesma direção e intensidade mas com sentido contrário.
À força exercida pelo carro azul sobre o carro vermelho, dá-se o nome de força de colisão.
Durante a colisão, a velocidade (v) do automóvel diminui até zero (vf = 0 m/s).
Forças que atuam no automóvel vermelho:
⇒ a força F (força de colisão) exercida pelo obstáculo na colisão;
⇒ o peso P exercido pela Terra;
⇒ a força N exercida pelo solo, que equilibra o peso: tem a mesma intensidade e sentido oposto. Se esta força não existisse o carro entraria pelo solo! Chama-se força normal por ser perpendicular ao solo.
A força de colisão faz a velocidade do automóvel passar do valor vi, que tinha no início da colisão, para o valor vf, que é zero.
Considerando que a força de colisão é constante durante o intervalo de tempo em que atua, a aceleração é também constante.
Admitindo que a força de colisão é constante:
O valor da aceleração (a) do automóvel durante o intervalo de tempo (Δt) correspondente à colisão é:
De acordo com a Lei Fundamental da Dinâmica, pode determinar-se o valor da força de colisão.
A intensidade da força de colisão é dada por:
O sinal negativo indica que a força que atua no automóvel, durante a colisão, tem sentido contrário ao do movimento.
Quanto maior é a força de colisão aplicada sobre um dado veículo, maior é a quantidade de estragos sofridos por este.
- Considera o carro (menor massa) e um camião (maior massa):
⇒ A velocidade inicial dos veículos e o intervalo de tempo correspondente à duração da colisão são iguais.
⇒ A força de colisão é maior no camião.
⇒ Quanto maior é a massa do veículo, maior é a força de colisão.
- Considera dois carros A e B
⇒ Veículo A com menor velocidade inicial.
⇒ Veículo B com maior velocidade inicial.
⇒ A massa dos veículos e o intervalo de tempo correspondente à duração da colisão são iguais.
⇒ A força de colisão é superior em B.
⇒ Quanto maior é a velocidade inicial do veículo, maior é a força de colisão.
A força exercida sobre um veículo numa colisão será tanto maior quanto:
⇒ maior for a velocidade do veículo quando colide;
⇒ maior for a massa total do veículo (por exemplo, quanto mais carregado estiver);
⇒ menor for o intervalo de tempo de colisão.
Os materiais de que são feitos o obstáculo e o automóvel também influenciam o valor da força de colisão.
Os pneus que se colocam nas bermas das pistas de carros, permitem, em caso de colisão, aumentar o intervalo de tempo que esta dura, uma vez que são feitos de material facilmente deformável.
Quando os materiais são facilmente deformáveis, o intervalo de tempo correspondente à colisão aumenta, logo a força de colisão diminui.
A borracha é facilmente deformável, o que permite aumentar o tempo de colisão.
É, por isso, muito utilizada em pistas de corridas.
Quanto maior é o intervalo de tempo de colisão, menor é a intensidade da força de colisão.
Pressão
A pressão (símbolo p) é uma grandeza física escalar que indica a intensidade da força exercida por unidade de área.
A unidade SI de pressão é o N/m2, denominada pascal (Pa).
A unidade de pressão foi atribuída em homenagem a Blaise Pascal, um físico e matemático francês.
Blaise Pascal (1623-1662)
Físico e matemático francês que deu um contributo importante para a compreensão do conceito de pressão.
Certamente já reparaste que, quando caminhas sobre a neve, vais deixando marcadas as tuas pegadas.
Por que razão deixamos pegadas na neve?
A neve é constituída por inúmeros flocos separados uns dos outros e, por isso, é fácil de moldar.
O teu pé exerce uma força de contacto perpendicular à neve.
Essa força obriga os flocos de neve imediatamente abaixo do pé a mudarem de posição, dando origem à pegada.
Se considerarmos que o peso é o mesmo em ambos os casos, mas está distribuído por áreas diferentes.
Na primeira situação, o peso do corpo está distribuído por uma menor área em contacto com o solo, e a profundidade da pegada é maior.
Por que o balão não rebenta ao ser colocado numa cama de pregos?
Quando pressionamos o balão cheio de ar contra um único prego, ele estoura facilmente, pois há uma pressão relativamente alta na região de contacto entre o balão e o prego.
Na cama de pregos não temos apenas um prego, mas sim centenas deles. Portanto, não temos apenas a pequena área de contacto de um prego, mas a soma de pequenas áreas que, no final, acaba sendo uma área maior.
Ao distribuir a massa do corpo nessas pequenas áreas, o balão não sofre uma pressão fatal num único ponto e, por isso, não rebenta.
A pressão é tanto maior quanto maior é a intensidade da força e menor a área de contacto.
Durante uma colisão, além da força, devemos ter em conta a pressão.
⇒ Quanto maior for a força (F), maior será a pressão (p).
⇒ Quanto menor for a área (A) onde a força está a ser exercida, maior será a pressão (p).
Segurança num automóvel
Os automóveis modernos possuem sistemas de proteção dos ocupantes em caso de travagem brusca ou colisão.
A utilização de cinto de segurança, em conjunto com os airbags, ajuda a minimizar as consequências para os ocupantes em caso de acidente.
Nos motociclos, é essencial a utilização de capacete para proteger a cabeça em caso de acidente.
Os dispositivos de segurança instalados nos carros – apoios de cabeça, cintos de segurança e airbags – assim como o capacete nos veículos de duas rodas contribuem para evitar danos em caso de acidentes.
Dispositivos de segurança rodoviária
Cintos de segurança, airbags, capacetes e apoios de cabeça têm uma grande área de contacto com os passageiros, o que diminui a pressão exercida pela força que neles atua durante uma colisão.
Como nenhuma força oposta ao movimento atua sobre os passageiros, de acordo com a lei da inércia eles continuam a mover-se para a frente com a velocidade que o veículo tinha antes da colisão, pelo que são projetados para a frente.
O cinto de segurança, o único dispositivo que prende os passageiros aos veículos, impede a sua projeção para a frente e para fora dos veículos em caso de colisão.
O apoio de cabeça impede que, numa colisão de traseira, haja um grande desvio da cabeça para trás, em relação ao corpo, o que pode danificar a coluna vertebral.
Cintos de segurança, airbags, capacetes que têm o interior almofadado e apoios de cabeça, devido à sua facilidade de deformação, aumentam o tempo de atuação da força exercida sobre os passageiros durante a colisão, diminuindo a sua intensidade.
