Física no circo. Você já observou que quando uma acrobata anda sobre uma corda esticada ela abre os braços lateralmente? Tendo estudado o conteúdo de Física 1 na Universidade Federal você DEVE ser capaz de explicar muitos fenômenos do cotidiano, sendo este um deles. Certamente seus bônus perante uma boa companhia seriam aumentados se você desse uma explicação convincente sobre este evento. O que você diria para impressionar seu par? Por que o acrobata abre os braços? E por que às vezes ele usa uma vara longa sobre os ombros em vez de apenas abrir os braços? Sugestão: use a equação
para começar seus argumentos.
Passo 1
Beleza, vamos lá. O enunciado pede pra gente explicar por que um acrobata que anda na corda bamba abre os braços (ou até segura uma vara comprida) para não cair, usando a física de rotação. O conteúdo aqui é Física 1, mais precisamente dinâmica rotacional: usamos a soma de torques
e o conceito de momento de inércia .
e o conceito de momento de inércia
Passo 2
Primeiro, o que é torque e aceleração angular?
- Torque
é a “força de giro” que tende a rotacionar um corpo. - Se houver um desvio mínimo do centro de massa, a gravidade gera um torque que tenta fazer o acrobata girar e cair.
A equação fundamental é
,
ondeé a aceleração angular (o quão rápido ele começa a girar) e é o momento de inércia (resistência à rotação).
Passo 3
O que é momento de inércia?
- É a “massa eficaz” para rotação. Quanto maior
, mais difícil é gerar uma aceleração angular com o mesmo torque. - Para um objeto pontual a uma distância
do eixo, . - Num ser humano, abrir braços aumenta a distância média da massa corporal ao eixo de rotação, aumentando muito
.
Passo 4
Por que abrir os braços ajuda?
- Se o acrobata anda com os braços colados ao corpo, seu
é pequeno. - Um pequeno desvio o faz girar rápido (alta
), e ele cai. - Ao abrir os braços,
aumenta, logo cresce. - Como
(pequeno torque da gravidade quando ele sai do equilíbrio) continua quase o mesmo, a nova fica menor. Ele gira mais devagar, dá tempo pra “corrigir” o equilíbrio e permanecer em pé.
Passo 5
E a vara longa?
- A vara é massa longe do centro, então gera um grande
extra. - Mesmo pequenos torques produzem uma aceleração angular
muito pequena. - O equilíbrio fica ainda mais estável do que só com os braços abertos.
Resposta
O acrobata abre os braços (e às vezes usa uma vara) justamente para aumentar seu momento de inércia
. Com
maior, a mesma força de desequilíbrio gera uma aceleração angular
muito menor, dando tempo para ele corrigir a postura e não cair.