A Física nos Parques de Diversão

Introdução

 

O objetivo deste trabalho é mostrar um exemplo de aula extraclasse onde, com análises de situações físicas são expostas em uma linguagem acessível aos estudantes secundaristas mostrando que a física está bem próxima de nosso cotidiano.

INSANO A Física está presente em muitas atividades de

nosso dia, e poucas vezes associamos as atividades com a ciência, especialmente quando nos divertimos. Mostrar os conceitos, princípios e leis da física através de algo concreto de nosso cotidiano é sem dúvida bem mais palpável para o aprendizado.

Será feita uma apresentação de alguns brinquedos de certos parques e em seguida uma análise básica de conceitos, princípios e leis da física peculiares de cada brinquedo.

Comecemos pelo Beach Park, é um ótimo local para fazer análises, pois, suas estruturas nos permite retirar várias informações sobre os brinquedos e componentes da diversão no parque, as bóias por exemplo, são alternativas para se mostrar conceitos de hidrostática, os tobogãs – conservação da energia, entre outros a geometria dos brinquedos também interferem e tudo pode ser analisado.

O primeiro exemplo foi do Beach Park seu nome é “Insano”.

   

http://www.google.com.br/imgres?q=insano+water+slide&um=1&hl=en&sa=N&biw=1123&bih=597&tbm=isch&tbnid=8LdjXvYFdtESPM:&imgrefurl=http://www.beachpark.com.br/site/en/water-park/attraction-insano.asp&docid=j6Gy4c8YqIVb3M&imgurl=http://www.beachpark.com.br/site/en/imagens_/sidebar-parque-aquatico-insano-img.jpg&w=343&h=317&ei=LzF0ULHtK6ix0QGUzYD4Dw&zoom=1&iact=rc&dur=409&sig=109921372039348741369&page=1&tbnh=125&tbnw=139&start=0&ndsp=18&ved=1t:429,r:0,s:0,i:71&tx=27&ty=45

INSANO Descrição do brinquedo e informações: “Você vai viver uma das experiências

mais radicais da sua vida. O Insano é o mais alto toboágua do

mundo com 41 metros de altura, recorde registrado no Guiness Book. Sua altura equivale a dimensão vertical de um prédio de 14 andares.

Em função da sua altura e inclinação, o toboágua proporciona uma descida extremamente rápida - cinco segundos - a uma velocidade de 105 km/h. Por essas características, o Insano é considerado o mais radical dos equipamentos do gênero no planeta. Ao final do percurso, o Insano possibilita um relaxante mergulho na piscina.”

Partindo do ponto mais alto do tobogã e adimitindo que a pessoa parta do repouso pelo princípio da conservação da energia temos:

  Eponto+alto = Eponto+baixo m.g.H = (½).m.V2

com: g = 9,8m/s2 , H = 41m   implica em V ~ 102,05 Km/h   que é o valor aproximado da

apresentação do brinquedo. Sabemos também que a energia não

se conserva devido ao trabalho que força de atrito realiza sobre o corpo em descida.

KALAFRIOO Kalafrio também é

um briquedo interessante devido a sua forma de “half de skate” como mostrado na figura 3.

  

KALAFRIO Kalafrio “Segure firme e solte a

adrenalina! O frio na barriga é só uma parte

de toda a emoção que você vai sentir ao "navegar" em uma bóia, numa pista radical de sete metros de altura e quase 90º de inclinação.

No Kalafrio, você vai deslizar de uma torre a 11 metros de altura direto em um "half" gigante, em formato de pista de skate, e subir a quase sete metros de altura num ângulo de quase 90º, numa velocidade média de 22km/h. O equipamento utiliza bóias para uma ou duas pessoas.”

KALAFRIO Devido a sua forma O Kalafrio apresentaria

um M.H.S o que nos daria uma movimentação infinita se sua energia se conservasse. Como existe o atrito entre a água e a bóia a altura que será atingida no lado oposto ao inicial do movimento será reduzida e assim sucessivamente até q a bóia pare caracterizando um movimento harmônico amortecido.

Considerando que um homem de 70Kg, escorrega num local onde a aceleração da gravidade vale g = 9,8m/s2.

Podemos calcular o trabalho realizado pela força de atrito durante o movimento do ponto A até o ponto B através do teorema:

Watrito = −ΔEp (1.1)   Watrito = - m.g.hB - m.g.hA Watrito = -70.9,8.7 +70.9,8.11 Watrito = 2744 J  

Modelo de “loop” vertical Explicação   Iremos para efeito de simplificação considerar carrinho como uma esfera e

analisar seu movimento.   Modelo ideal: não considerando as forças de atrito nem o movimento de rotação

da esfera.           A energia mecânica se conserva, em qualquer ponto da trajetória, ou seja:

Energia Mecânica em A = Energia Mecânica em B.         Assim, desprezando-se a rotação (energia cinética de rotação) obtém-se o

resultado: mgH = (1/2)mv2 + mg(2R), onde m = massa da esfera e v = velocidade da esfera ao passar por B.

        A velocidade mínima da esfera para fazer a curva em B, sem desprender-se, está relacionada com a força centrípeta em B, de forma que a 2a Lei de Newton aplicada em B resulta em: mv2/R = mg , e, portanto, v2 = Rg.

Substituindo-se esse resultado na expressão inicial e fazendo as simplificações obtém-se o valor da altura mínima na qual a esfera deve ser solta, para que efetue o “loop” com sucesso: H = (5/2).R

Modelo de “loop” verticalModelo real: leva em

consideração o atrito e a energia cinética de rotação das rodas.

          Nesse caso, a altura

mínima resulta num valor maior e 2,7.R, pois parte da Energia Potencial em A, será transformada em Energia Cinética de Rotação das rodas e também dissipada em forma de energia sonora, vibracional e de calor.

Barco VikingUm brinquedo bem requisitado

nos parques de diversões é o “Barco Viking”.

È basicamente um estrutura de movimento pendular que provocam sensações de “aumento e diminuição de peso”. O movimento é descrito como um pêndulo simples que consegue manter a oscilação por longo tempo porque através de dispositivos mecânicos mantém sua velocidade praticamente constante e pode ser analisado da seguinte forma mostrada na figura 8.

Barco Viking E seu período de oscilação está

relacionado comprimento do pendulo e a aceleração da gravidade no local como indica a equação abaixo.

T = 2 (L / g )1/2 (1.2) E poderíamos nos perguntar qual a

velocidade que um Barco Viking atinge? Bem, vamos fazer algumas

considerações iniciais como sabemos que a relação matemática que rege o movimento do barco depende do comprimento do pêndulo vamos supor um comprimento L de 10m para nossos cálculos, num local onde 9,8m/s2.

Utilizando a equação (1.2) encontraremos o período de oscilação T.

 

Mas, T.f = 1 (1.3) ,então a freqüência de oscilação também está relacionada com o comprimento de pêndulo e w= 2.3,14. f (1.4) logo temos como encontrar a velocidade.

Reorganizando as equações (1.2),(1.3),(1.4), obtemos:

  w= ( g / L )1/2 (1.5) w= 0,9899 s-1

  E a velocidade V está relacionada da

seguinte forma: V = w.L V = 0,9899.10 V = 9,899 m/s   Ou 35,6 Km/h.

Considerações FinaisComo podemos verificar a Física está presente em nosso cotidiano

mesmo quando estamos em momentos de lazer. Com conceitos e análises simples encontramos algumas grandezas físicas que talvez nem pudéssemos em pensar nelas, mas que alguém pensou e projetou tudo para nosso lazer e segurança. A física não é uma ciência absurda ou fora de nossa realidade como escutamos muitas vezes os alunos comentando, e isso se deve aos docentes que não estimulam seus alunos a pensar na realidade e se restringem suas aulas a monotonia de sempre usando apenas o quadro e reproduzindo livros texto. Sabemos também que os modelos da física são metafóricos, porém se aproximam muito de nossa realidade e deixar de apresentar-los relacionando com o dia-a-dia deixamos a porta da abstração aberta no entendimento dos discentes. Os parques de diversão, locais escolhidos neste trabalho, são atrações que quebram o gelo da rotina da sala de aula fazendo que os conceitos se solidifiquem de forma agradável para os alunos trazendo a aproximação da Física e suas aplicações.

Referências Bibliográficas 

http://diariodonordeste.globo.com http://www.jogosegamesdahora.com.br http://www.jogosegamesdahora.com.br http://www.rc.unesp.br http://educar.sc.usp.br/sam/pendulo