5 Suponha que você esteja confortavelmente sentado no banco traseiro de um automóvel em movimento e, imprudentemente, não esteja usando o cinto de segurança. 0 carro repentinamente inicia uma freada brusca, “lançando” você para a frente, contra o banco dianteiro. Dois observadores,
e
, presenciam essa situação.
está parado no referencial do solo e
está parado no referencial do próprio veículo.
Explique, sob o ponto de vista de cada um dos observadores citados, por que você é “lançado” para a frente.
Explique, sob o ponto de vista de cada um dos observadores citados, por que você é “lançado” para a frente.
Passo 1
O enunciado diz que você está no banco traseiro de um carro em movimento e, sem cinto, o carro freia bruscamente, fazendo você “voar” para frente contra o banco dianteiro. Precisamos explicar esse fenômeno de duas maneiras distintas:
– Pelo ponto de vista de , que está em repouso em relação ao solo (referencial inercial).
– Pelo ponto de vista de , que está parado dentro do carro (referencial não inercial, pois sofre a mesma desaceleração do veículo).
O conteúdo que vamos usar envolve a primeira lei de Newton (inércia), definições de referenciais inerciais e não inerciais e a introdução de forças pseudo em quadros acelerados.
– Pelo ponto de vista de
– Pelo ponto de vista de
O conteúdo que vamos usar envolve a primeira lei de Newton (inércia), definições de referenciais inerciais e não inerciais e a introdução de forças pseudo em quadros acelerados.
Passo 2
Do ponto de vista de
(referencial inercial):
- Antes da frenagem, tanto o carro quanto você movem-se com a mesma velocidade
em relação ao solo. - Quando o motorista aciona os freios, o sistema de rodas e pneus exerce uma força de atrito que desacelera o carro para uma velocidade menor, mas essa força não age diretamente sobre você (pois não há cinto).
- Pela primeira lei de Newton, um corpo tende a manter seu estado de movimento se nenhuma força resultante externa age sobre ele. Como você não recebe a força de frenagem, continua momentaneamente com velocidade
para frente. - Relativamente ao solo, você ultrapassa o carro em desaceleração e acaba colidindo com o banco dianteiro.
Passo 3
Do ponto de vista de
(referencial não inercial do carro):
- Nesse referencial, o carro está instantaneamente em repouso, mas como o carro desacelera, o referencial acelera para trás com aceleração
. - Para usar a segunda lei de Newton nesse quadro não inercial, introduz-se uma força pseudo que age sobre qualquer massa
no sentido oposto à aceleração do referencial. - Essa força fictícia vale
e, como
é dirigida para trás (já que o carro freia), a força pseudo aponta para frente em relação ao carro.
4. Assim, no referencial do carro, você “sente” essa força para frente e é empurrado contra o banco dianteiro, exatamente como observou .
4. Assim, no referencial do carro, você “sente” essa força para frente e é empurrado contra o banco dianteiro, exatamente como observou
Resposta
– Em
: você continua em movimento devido à inércia (1ª lei de Newton) porque não há força de freio agindo diretamente sobre você.
– Em : você recebe uma força pseudo
para frente, característica de quadros não inerciais em aceleração (desaceleração do carro).
– Em