Ilustração 6.5 - Movimento circular

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Descrição da Animação

Uma bola preta de massa 1 kg é obrigada a mover-se com uma trajetória circular por ação de uma haste, como se mostra na animação (a posição é dada em metros, o tempo em segundos e a energia em Joules). 

Na animação em que o movimento é na horizontal a haste está na horizontal, paralela à superfície da mesa. Não há atrito entre a bola e a mesa, pelo que a única força horizontal que atua sobre a bola é a força exercida pela haste.  Na animação onde o movimento é na vertical a haste está no plano vertical e a bola é sujeita à força exercida pela haste e à força gravítica local (vertical, para baixo). Podes dar valores para a velocidade inicial e escolher qualquer um dos movimentos. O vetor a azul representa a força resultante que atua sobre a bola, enquanto a barra do gráfico mostra a energia cinética da bola, em Joules.  Início. 

Sabias que...

Na animação movimento na vertical, começa por escolher um valor para a velocidade inicial e depois insere v e corre a animação: movimento na horizontal.  Experimenta fazer isto para vários valores de v. Em que direção aponta a força resultante? Nesta animação, a única força que atua na horizontal é a força exercida pela haste e que é responsável pelo movimento circular da bola. A direção desta força é sempre radial e aponta sempre para o centro da circunferência (é, portanto, uma força centrípeta). Com esta força, será que o valor da velocidade da bola varia? Não. O vetor velocidade da bola varia no tempo, mas não o seu valor (ou seja, a sua rapidez é constante). Ora, o Teorema do Trabalho-Energia diz-nos que, como o trabalho realizado pela força exercida pela haste é nulo (porque essa força é sempre perpendicular ao deslocamento da bola), não há qualquer variação da energia cinética da bola. Pode-se dizer, com toda a generalidade, que uma força centrípeta nunca realiza trabalho. A bola descreve, então, um movimento circular uniforme.

Parta ver o efeito da força gravítica na animação movimento na vertical, escolhe um valor para a velocidade inicial e depois insere v e corre a animação: movimento na vertical.  Em que direção aponta a força resultante? Neste caso, a análise física do problema pode ser um pouco mais complicada. Existe uma força com a direção radial da trajetória circular e que é exercida pela haste (tal como no movimento na horizontal), mas agora também há a força gravítica local que atua sobre a bola e que aponta sempre para baixo.  Portanto, a força resultante não aponta sempre para o interior da trajetória circular! Será que isso significa que o valor da velocidade da bola varia? Claro que sim! Embora a componente centrípeta da força resultante não realize trabalho, a componente tangencial proveniente da força gravítica realiza trabalho e portanto faz variar a rapidez da bola ao longo da trajetória. 

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