O que acontece com a energia do carrinho quando ele desce a montanha

Quem não tem vontade de ir para a Disney? Conhecer o Mickey, ir naqueles parques cheios de brinquedos irados… Umas das grandes atrações dos parques são as montanhas russas, que são bem maneiras, de todos os 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 para construir a montanha russa é o da conservação da energia mecânica.

Fala que se não há forças dissipativas, a [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 entre o carrinho e o trilho: é o famoso efeito joule.

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 inicio 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 para que a energia potencial gravitacional seja suficiente para 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; se a 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.

Então agora só precisamos da criatividade para projetarmos a montanha russa mais maneira de todas =D

Página inicialA Física da Montanha Russa!

Por Elisiane Campos de Oliveira Albrecht

Muitos passam pela euforia e apreensão ao andar em uma montanha russa. Ao fazer isso você deve ter se perguntando por que sempre há no inicio uma grande subida, a qual é seguida de uma sucessão de abismos abruptos e curvas inesperadas. A física pode dar uma explicação para esta questão

Neste tipo de brinquedo, temos a energia potencial gravitacional aumentando, à medida que o carrinho sobe e, como conseqüência, a velocidade diminuindo. Quando o carrinho desce ocorre o contrário, ou seja, a energia potencial diminui, transformando-se em energia cinética e, com isto, aumentando a velocidade. Se considerarmos que não há atrito entre o carrinho e o trilho, podemos dizer que a energia mecânica se mantém constante, sendo esta, a soma das energias potencial e cinética.

Podemos relacionar a energia potencial gravitacional com a altura e energia cinética com velocidade, ou seja, se imaginarmos um objeto em duas alturas diferentes, suas energias potenciais também serão diferentes. A energia potencial gravitacional relaciona-se com a altura, a massa e a aceleração da gravidade através da seguinte expressão:

Ep = m.g.h

onde m é a massa, g a aceleração gravitacional e h a altura do objeto. 

Suponhamos que o carrinho está na altura do solo, este será nosso ponto de referencia e possuirá uma energia potencial nula. Agora imaginemos que ele sobe até uma altura de 10m a partir do ponto de referência. Neste caso, existe uma energia potencial que é igual a 10m (altura) multiplicado pela massa do carrinho e pela aceleração gravitacional.

No caso da energia cinética, quanto maior a velocidade de um corpo, maior será sua energia. A expressão abaixo relaciona a massa, a velocidade e a energia cinética de um corpo:

Nas imagens a seguir temos dois exemplos: na primeira figura vemos um corpo situado a uma altura h a partir do solo. Neste caso, ele possui uma certa quantidade de energia potencial. Na segunda imagem, vemos a energia potencial sendo transformada em energia cinética ao longo do percurso.

Existe um sistema simples em que também podemos observar a conservação de energia como acontece na montanha russa. Imagine uma corda com massa desprezível e, em uma de suas extremidades, uma massa (uma bola, por exemplo), a passo que a outra ponta está fixa no teto, conforme mostra a figura a seguir:

Deslocando a bola da posição natural de equilíbrio e mantendo a corda esticada, armazenamos energia potencial nela. Quando a esfera é solta, faz um movimento pendular ganhando energia cinética. Ao passar pelo ponto mais baixo (ponto inicial) sua energia cinética é máxima, sendo esta, agora, transformada em energia potencial. Ao chegar a sua altura máxima (máxima energia potencial) a bola volta a descer aumentando novamente a energia cinética, e assim sucessivamente. De acordo com o principio de conservação de energia, no retorno a bola não terá uma energia potencial maior que sua energia inicial. Se tivéssemos um sistema ideal  (sem interferências externas) o pêndulo oscilaria eternamente. 

Na próxima vez em que você passar pela montanha russa, veja esses detalhes: a primeira subida é muito maior (para armazenar energia potencial que compense as perdas pela resistência do ar e atrito com os trilhos) e todas as subidas e descidas são sucessivamente menores que a anterior.

REFERÊNCIAS:

Torres, C. M. A, Ferraro, N. G, Soares, P. A. de T. Física: Ciência e Tecnologia. V. 1, p. 220 a 223.

http://www.infoescola.com/fisica/lei-da-conservacao-de-energia/

O que acontece com a energia do carrinho quando ele desce a montanha

Qual é o tipo de energia que o carrinho acumula quando está no topo da montanha?

Como o carrinho da Montanha

Porque o carrinho da Montanha