Enunciado

Um piloto com massa de 50   k g sai de um mergulho vertical por um arco circular de forma que, na parte mais baixa do arco, a aceleração para cima é 3,5   g . (a) Como a magnitude da força exercida pelo assento do avião sobre o piloto na parte mais baixo do arco se compara ao seu peso? (b) Use as leis de Newton para explicar porque o piloto pode estar sujeito a um desmaio. Isso quer dizer que um volume acima do normal de sangue se acumula nos membros inferiores. Como um observador em um referencial inercial descreveria a causa do acúmulo de sangue?

Passo 1

(a) Na parte mais baixa do arco nós sabemos que a aceleração resultante do piloto é 3,5   g , na vertical, para cima. Então:

∑ F y = F - P = m a

Onde F é a força exercida pelo assento:

F = m ( a + g )

F = m 3,5 g + g = 4,5 m g

Ou seja:

F = 4,5   P

Então a magnitude da força exercida pelo assento é 4,5 vezes o peso do piloto.

Passo 2

(b) Imagine que você está parado no solo observando o avião fazer uma mudança brusca da trajetória vermelha para a trajetória azul:

A primeira lei de Newton nos diz que, nesse caso, os objetos do avião tenderiam a manter sua trajetória ao longo da linha pontilhada (tangente ao círculo).

Dessa forma, assim como você é jogado contra o para-brisas do carro durante uma freada busca, o sangue (que tem alguma liberdade para se mover dentro do corpo) seria jogado para baixo, no sentido oposto ao da aceleração centrípeta.

Isso tudo foi uma descrição do ponto de vista de um referencial inercial (você parado no solo). Do ponto de vista do próprio piloto, o sangue acelera para baixo.

Resposta

(a) F = 4,5   P .

(b) O princípio da Inércia explica o fenômeno.

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