Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Mecânica → Dinâmica ↓


Bancagem de estradas e curvas


A bancagem de estradas refere-se ao design de estradas ou pistas de tal forma que a borda externa da curva seja mais alta do que a borda interna. Este design ajuda os veículos a manterem o equilíbrio e a segurança ao passar por curvas em alta velocidade. Entender a bancagem de estradas envolve explorar forças e dinâmicas da física, como força centrípeta, atrito e força gravitacional, que desempenham um papel vital no movimento de veículos em caminhos curvos.

Entendendo as forças em estradas curvas

Quando um veículo viaja em uma curva, ele experimenta uma força que o puxa em direção ao centro da curva, conhecida como força centrípeta. Sem tração e bancagem adequadas, a inércia pode causar o deslizamento do veículo para fora da curva. Para entender como a bancagem de estradas ajuda, considere as principais forças que atuam sobre um veículo em uma curva:

Força centrípeta

A força centrípeta é necessária para manter um veículo em movimento em um caminho circular. Ela atua em direção ao centro do círculo. A fórmula para a força centrípeta (F c) é:

F c = (m * v 2) / r

Onde:

  • m é a massa do veículo,
  • v é a velocidade do veículo,
  • r é o raio da curva.

Força de atrito

O atrito entre os pneus do veículo e a estrada fornece o componente da força centrípeta necessário para evitar que o veículo deslize. A força de atrito (F f) pode ser dada por:

F f = μ * N

Onde:

  • μ é o coeficiente de atrito,
  • N é a força normal.

Força normal e força gravitacional

A força normal atua perpendicularmente à superfície da estrada e contrabalança a força da gravidade que atua sobre o veículo. Em uma estrada plana, essas forças estão equilibradas, mas em uma curva inclinada, a dinâmica muda.

Como a bancagem funciona?

Em uma curva inclinada, a estrada está inclinada em direção ao centro da curva. Esta inclinação ajuda a contrabalançar a tendência de deslizar para fora, fornecendo um componente adicional de força em direção ao centro.

Componentes das forças em uma curva inclinada

Em uma estrada inclinada, a força da gravidade pode ser dividida em dois componentes:

  • Um componente que atua perpendicularmente à superfície da estrada.
  • O componente que atua paralelo ao centro da superfície da estrada.

Para entender melhor, vamos analisar um veículo em uma curva inclinada.

F G FN F C

Neste diagrama:

  • A seta vermelha mostra a força gravitacional (F g).
  • A seta verde representa a força normal (F N).
  • A seta roxa indica a força centrípeta (F c).

Calculando o ângulo de bancagem ideal

O ângulo de bancagem fornece a superfície contornada necessária para ajudar o veículo a atravessar a curva sem depender exclusivamente do atrito. O ângulo de bancagem (θ) pode ser determinado usando a condição sem atrito:

tan(θ) = v 2 / (r * g)

Onde:

  • v é a velocidade do veículo,
  • r é o raio da curva,
  • g é a aceleração devido à gravidade (cerca de 9,8 m/ s2 na Terra).

Aplicação da fórmula do ângulo de bancagem

Vamos considerar um cenário:

Um veículo está viajando a uma velocidade de 20 m/s em uma curva de raio 50 m. Calcule o ângulo de inclinação necessário para que o veículo percorra a curva sem depender do atrito.

tan(θ) = (20 m/s) 2 / (50 m * 9,8 m/s 2 )

tan(θ) = 400 / 490 = 0,816

Portanto, θ = arctan(0,816), que é aproximadamente igual a 39,4 graus.

Efeito do atrito

Em cenários do mundo real, o atrito desempenha um papel fundamental na dinâmica das estradas. Mesmo com estradas bancadas, o atrito entre os pneus e a estrada ajuda a fornecer a força centrípeta adicional necessária. O atrito é especialmente importante quando as estradas não são otimamente inclinadas ou veículos percorrem curvas em velocidades diferentes da projetada para a inclinação.

Exemplo prático

Considere uma rampa de saída de rodovia projetada para veículos viajando a 60 km/h. Se um motorista se aproximar dessa rampa a 80 km/h, o atrito entre a estrada e os pneus ajuda o veículo a manter o percurso através da curva, evitando que deslize para fora.

Benefícios das curvas bancadas

As estradas com bancagem não apenas proporcionam segurança, mas também ajudam nos seguintes aspectos:

  • Melhorar o conforto dos passageiros, reduzindo as forças laterais que atuam no veículo.
  • Permitir velocidades maiores, minimizando o desgaste das peças do veículo.
  • Reduzir a dependência do atrito, tornando-o mais seguro em condições meteorológicas adversas.

Limitações e considerações

Apesar de suas vantagens, as estradas com bancagem têm suas limitações e exigem uma consideração cuidadosa dos seguintes elementos:

  • Variação de velocidade: Nem todo veículo segue o limite de velocidade estabelecido. Fatores como clima, tipo e carga do veículo afetam a negociação segura da curva.
  • Manutenção da estrada: Com o tempo, as estradas inclinadas requerem manutenção para manter sua integridade estrutural e eficácia.
  • Custo de construção: Curvas bancadas podem ser mais caras de construir do que curvas planas, especialmente em áreas com restrições geográficas.

Conclusão

Entender a bancagem de estradas e curvas é essencial para projetar sistemas de transporte seguros e eficientes. Com os avanços na infraestrutura e na tecnologia veicular, os engenheiros buscam continuamente otimizar os designs de estradas para acomodar as dinâmicas de veículos modernos, proporcionando redes de transporte mais seguras e confortáveis ao redor do mundo. A troca de conhecimento entre física e engenharia é fundamental em tais esforços, abrindo caminho para inovações e melhorias contínuas na segurança viária.


Grade 11 → 1.2.7


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (1.2.6)
Movimento circular não uniforme
Próximo (1.2.8) →
Momento e Impulso

Comentários 



Bancagem de estradas e curvas

https://www.physicsflow.com/g11/1.2.7?pfal=pt