Forças Especiais

Forças Especiais: força gravitacional e força de atrito

Lei da Gravitação Universal

A relação entre as massas e a força gravitacional foi descoberta pelo físico inglês Isaac Newton (1642 – 1727) no século 17. Newton também observou que a força gravitacional está relacionada com a distância que separa os corpos de maneira inversamente proporcional, ou seja, quanto maior a distância entre os corpos, menor será força entre eles.

Esta etapa é importante para que você perceba como a variação na força resultante sobre um sistema pode alterar as condições do movimento desse sistema. Além disso, um novo tipo de força de atrito é explorado, o atrito com o ar, que em situações reais não é desprezível. Sabe-se que no interior do tubo acelerador é feito vácuo, ou seja retira-se quase todo o ar existente no tubo. Isso é feito para impedir que as partículas do feixe se choquem com as partículas do ar e percam energia e velocidade. Podemos assumir que esse efeito é equivalente a uma força de atrito FA que dificulta o movimento das partículas.

Suponha agora um cientista que se esqueceu de fazer vácuo no tubo acelerador.

Ele observa que os prótons acelerados a partir do repouso demoraram 20 anos para atravessarem uma distância de 10 m ao longo do tubo.

2.1. Aula-tema: Forças Especiais: força gravitacional e força de atrito.

2.1.1. Passo 1

Determine qual é a força de atrito FA total que o ar que o cientista deixou no tubo aplica sobre os prótons do feixe, sabendo que a força elétrica Fe (sobre todos os 1 x 1015 prótons) continua tendo valor de 1,00 N.

Passo:1

-6

T = 20 ns= 20 . 10 s

S

2

= 10 m

S = So + VT + aT

2

2

-6

2

10 = 0 + 0T + aT ( 20 . 10 )

2

-12

20 = a 400 . 10

12

2 . 10 = a

40

12

10

2

a

2

= 0,05 . 10 = 5.10 m/s

10

Fe = 1 n

15

t

N = 10 p FA 0 FE

Fr = m . a

-27

15

10

Fe -FA = 1,67 . 10 . 10 . 5 . 10

-2

1 – FA = 8,35 . 10 = 8,35 = 0,0835

100

1 – 0,0835 = FA

FA = 0,92 n

2.1.2. Passo 2

Quando percebe o erro, o cientista liga as bombas para fazer vácuo. Com isso ele consegue garantir que a força de atrito FA seja reduzida para um terço do valor inicial. Nesse caso, determine qual é a leitura de aceleração que o cientista vê em seu equipamento de medição.

Passo:2

FA = 0,92 = 0,31 n

3

R = m . a

-27

15

Fe - Fa = 1,67 . 10 . 10 . a´

-12

• - 0,31 = 1,67 . 10 . a´

-12

0,69 = 1,67 . 10. a´

12