Q3.14 No caso de uma chuva forte, o que determina a melhor posição para segurar um guarda-chuva?
Passo 1
O enunciado pergunta, em condições de chuva forte, qual a regra física que determina a orientação ideal do guarda-chuva para proteger melhor quem o segura. O conteúdo envolvido é cinemática de velocidades relativas: precisamos usar o conceito de velocidade relativa da chuva em relação ao guarda-chuva (ou à pessoa que o carrega).
Passo 2
Chamemos de
a velocidade com que as gotas caem (tipicamente quase vertical para baixo) e de
a velocidade horizontal da pessoa (ou o vento que empurra a chuva em relação a ela). A velocidade relativa das gotas em relação à pessoa é
Esse vetor
tem uma componente vertical (para baixo) e uma componente horizontal (em sentido oposto ao movimento da pessoa ou do vento).
Passo 3
Para que o guarda-chuva impeça o máximo possível de gotas de atingir a pessoa, seu domo deve ser orientado de modo que fique perpendicular ao vetor
. Assim, as gotas incidem de encontro ao “teto” do guarda-chuva, sem escorregar pelas laterais.
Passo 4
Em termos de ângulo, se
tem módulo
(vertical) e
módulo
(horizontal), a inclinação
do guarda-chuva em relação à vertical satisfaz
Isso significa que, quanto maior for a componente horizontal da chuva relativa à pessoa (devido ao vento ou à própria corrida), maior deve ser a inclinação do guarda-chuva.
Resposta
A direção de melhor proteção é aquela em que a superfície do guarda-chuva fica perpendicular à velocidade relativa das gotas de chuva em relação à pessoa, ou seja, orientar o guarda-chuva de acordo com o vetor resultante
.