Q3.13 As gotas da chuva vistas pelo vidro lateral de um carro em movimento caem em uma direção diagonal, mesmo sem a ação do vento. Por quê? A explicação é a mesma ou diferente para a diagonal que se vê no para-brisa?

Passo 1

O enunciado pergunta por que, sem vento, gotas vistas pelo vidro lateral de um carro em movimento parecem cair em direção diagonal e se a mesma explicação vale para o traço diagonal que aparece no para-brisa. Para responder vamos usar:
  1. o conceito de velocidade relativa entre chuva e carro (para o vidro lateral)
  2. o conceito de plano inclinado e projeção do peso (para o para-brisa)

Passo 2

No referencial do carro tomamos:
– eixo x horizontal, sentido do deslocamento do carro;
– eixo y vertical, para cima.
A chuva cai verticalmente com \vec v_{\text{chuva}}=-\,v\,\hat\jmath (para baixo). O carro se move com \vec u_{\text{carro}}=u\,\hat\imath.
No carro, a velocidade da gota é
\vec v_{\text{rel}}=\vec v_{\text{chuva}}-\vec u_{\text{carro}} =-\,u\,\hat\imath\,-\,v\,\hat\jmath.
Como o vidro lateral é um plano vertical, a gota desliza exatamente na direção de \vec v_{\text{rel}}, formando um traço cuja inclinação em relação à horizontal vale
\theta \;=\;\arctan\!\bigl(\tfrac{v}{u}\bigr).

Passo 3

No para-brisa o vidro está inclinado e, ao grudar, a gota logo perde o componente horizontal de sua velocidade inicial. A força que faz a gota escorregar é o peso \vec g=-\,g\,\hat\jmath. O movimento se dá na direção de maior declive do plano, ou seja, segundo o componente de \vec g paralelo ao vidro:
\vec a_{\parallel} =\vec g-(\vec g\cdot\hat n)\,\hat n,
onde \hat n é a normal ao para-brisa. Esse vetor define a direção do traço no vidro, agora determinado só pelo ângulo de inclinação do para-brisa, e não pela velocidade do carro.

Resposta

A explicação é diferente:
Vidro lateral: traço diagonal aparece por soma vetorial da velocidade vertical da chuva e da velocidade horizontal do carro (velocidade relativa).
Para-brisa: traço diagonal aparece porque a gota desliza sob ação do peso projetado no plano inclinado do vidro, independentemente da velocidade do carro.

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