Como funciona a montanha-russa pode ser uma pergunta de quem tem vontade de ir pra a Disney ou pro Beto Carrero. Até porque, uma das grandes atrações de quase todos os parques é justamente a montanha-russa, que é bem maneira e existe em vários tipos e tamanhos.
Mas já pensaram como deve ser difícil construir uma? Depois de você ler esse resumo, vai ver que não é tão difícil assim: só precisa saber um pouco de física e ter criatividade.
O princípio que os engenheiros, junto com os físicos, usam pra construir a montanha-russa é o da conservação da energia mecânica.
Fala que se não há forças dissipativas, a energia mecânica do sistema se conserva.
Mas nas montanhas russas da vida real há dissipação de energia. Uma parte da energia é perdida em forma de calor por causa do atrito entreo carrinho e o trilho: é o famoso efeito joule.
Como funciona a montanha russa?
Não sei se você já foi em alguma, então vou te falar como é que funciona. Temos um carrinho, onde todos se sentam, e esse carrinho é levado até o início da montanha russa, que normalmente é uma descida bem alta.
Ali, o carrinho é solto e vai até o final passando por muitos loopings e parafusos, com muita emoção.
E sim, ele chega até o final sem motor! O carrinho só é solto do alto de uma ladeira e consegue passar por toda a montanha russa.
Mas como isso pode funcionar dessa forma?
Isso se deve à energia mecânica lá no início do movimento: como o carrinho está parado em cima de uma ladeira, ele só tem energia potencial gravitacional.
Depois que ele é solto, uma parte dessa energia irá se transformar em cinética e outra parte será perdida em efeito joule. Então ela tem que ser projetada pra que a energia potencial gravitacional seja suficiente pra compensar a perda.
Vamos lembrar das fórmulas aqui:
Energia potencial gravitacional:
U=mgh
m=massa, g= aceleração da gravidade, h=altura.
Energia cinética:
Ec= mV²/2
m=massa, V=velocidade do corpo.
Uma curiosidade é que não importa se o carrinho está lotado, ou somente com uma pessoa; sea montanha foi projetada direito, ele vai chegar até o final do percurso. Isso é porque, depois que equacionamos tudo, vemos que a massa não irá importar.
Um pouco mais sobre energia
Ao pensar em como funciona a monta russa, é necessário entender a energia que é estudada na física. Por isso, alguns conceitos precisam ser lembrados, como por exemplo a transferência de energia.
Quando se tem uma bola e alguém chuta ela pro gol, existe ali, uma transferência de energia que é passada pro objeto. Essa energia faz com que ela se movimente e vá até o gol. A energia que passa pra bola, leva o nome de energia cinética.
Pensando ainda nesse tipo de energia, a passagem de energia pra um corpo, pra que este ganhe velocidade, pode acontecer de forma natural. Quando se solta um objeto no ar pro chão, ele vai em uma certa velocidade que aumenta devido a altura.
Essa energia que era cinética passa a ser chamada de energia potencial. Essa energia está ligada à relação do objeto com sua altura. Sendo assim, quanto maior a altura, maior a energia potencial.
A mecânica que funciona na montanha russa, envolve os dois movimentos. Existe a conversão de uma energia pra outra. Ou seja, tanto a velocidade pela altura, quanto a transferência de energia pela velocidade.
A aceleração durante a experiência da montanha russa
Quando amontanha russa começa a se movimentar, a sensação promove uma percepção de movimento pra quem está dentro. Uma delas acontece através do visual que se tem do lado de fora.
Portanto, se pelo lado de dentro da monta russa, a paisagem do lado de fora estiver parada, significa que o carrinho também está parado.
Outra forma de verificar o movimento acontece através do tato. Sendo assim, a forma de percepção se dá através da inércia. Quando o carrinho se movimenta muito rapidamente, todos são jogados pra trás, e quanto o freio acontece abruptamente, todos são jogados pra frente.
Essa sensação que é facilmente registrada pelo organismo advém de uma força invisível, que te empurra pra qualquer um dos lados. Isso é considerado a provocação da aceleração. Ou seja, existe ali, uma variação de velocidade.
Quando se está em um carrinho que possui variação de velocidade, é possível perceber essa movimentação através do corpo. Quando isso acontece de forma muito brusca, o nosso corpo reage através da adrenalina.
Não só a montanha-russa, mas outros brinquedos em parques de diversão como torres que têm queda livre, carrinhos de alta velocidade, entre outros, se baseiam nesses princípios pra causar essas sensações radicais.
Última parada
Durante a última parada da montanha-russa, quando ela está no final de seu trajeto, o sensor do trilho detecta sua chegada. Nesse momento, os freios são acionados.
Os freios da montanha-russa funcionam como se fossem abraçadeiras e, assim, eles seguram de forma suave o carrinho, pra que ele comece a reduzir a velocidade até chegar ao fim.
Essas abraçadeiras costumam ficar localizadas entre as lâminas do carrinho e o trilho por onde ele passa. Portanto, quando a abraçadeira se fecha, a lâmina é pressionada e assim, o carrinho começa a perder velocidade.
Então agora só precisamos da criatividade pra projetarmos a montanha russa mais maneira de todas =D
Viu? A física pode ser divertida também, não é? Todos nós usufruímos de inúmeros artefatos tecnológicos que tiveram a participação da física. Muitos cientistas dedicaram suas vidas pra descobrir e explicar fenômenos da natureza.
Por isso, fica firme aí nos estudos, pois você também pode ser um físico a descobrir e explicar novos fenômenos e auxiliar a criar novas tecnologias que darão à humanidade uma vida melhor.
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