Viajando em Segurança na Companhia de Newton

 Li este texto no livro de Física, dos autores Aurelio Gonçalves Filho e Carlos Toscano,  gostei tanto, que resolvi compartilhar.

  Viajando em segurança na companhia de Newton

 Desde que foram inventados, no final do século XIX, os carros nos encantam e estimulam nossa imaginação. No início do século XX, andar nessas máquina á fantástica velocidade de 16 quilômetros  por hora era fascinante!

  Em pouco mais de 100 anos, essas máquinas foram sofisticando, tornando-se cada vez mais rápidas.Com motores mais potentes, hoje elas conseguem atingir altas velocidades em intervalos de tempo cada vez menores, conforme indica a tabela.

  De acordo com a segunda lei de Newton, para que os automóveis aumentem rapidamente sua velocidade num curto intervalo de tempo, a força transmitida pelos motores até as rodas deve ser de grande intensidade.Além disso, é necessário que os pneus tenham boa aderência ao solo.

  Para conseguir parar um automóvel a tempo, também é necessário aplicar  uma força de grande intensidade, além de contar com uma boa aderência entre os pneus e o chão. Essa situação nos coloca pelo menos dois grandes problemas: O risco de os passageiros serem lançados contra a direção, pára-brisa e  bancos no momento da freada e a necessidade da instalação de um sistema de freio que seja capaz de aplicar uma força que pare o carro em pouco tempo.

  O tempo necessário pra frear um veículo é extremamente importante. Um carro de tamanho médio e de massa em torno de 1000 Kg a uma velocidade de 50 Km/h, quando freado, percorre aproximadamente 20 metros antes de parar. Já um ônibus à mesma velocidade desloca-se ainda mais de 30 metros antes de parar . Essa diferença de distância evidencia uma grandeza física a que Newton denominou inércia dos corpos, por entender que se trata de uma propriedade da massa. 

A ação do sistema de freios envolve transformação de energia cinética do carro em energia térmica. Isso não ocorre, contudo, de forma que a velocidade seja diretamente proporcional á distância percorrida pelo carro antes de parar, isto é, se um carro a 50 Km/h pára a 20m, não se pode confirmar que, a 100Km/h, ele parará em 40m. 

  Vamos analisar agora o que acontece durante uma freada. Dentro do carro, passageiros, pacotes, malas e sacolas tem a mesma velocidade - a do próprio veículo. Quando o motorista pisa no freio, uma força é aplicada na carcaça do carro, fazendo-o parar após algum tempo. Mas essa força não é, necessariamente, exercida sobre os passageiros e o objeto. Por isso, de acordo com a lei da inércia, eles tendem a manter sua velocidade. Resultado: o passageiro do banco da frente e os pacotes, malas e bolsas se desprendem das mãos das pessoas. Para que a força aplicada pelo freio sobre a carcaça do veículo seja transmitida aos passageiros, é necessário que eles estejam presos no banco. Essa é a função do cinto de segurança.

  A inércia também é sentida pelos passageiros quando um veículo bate na traseira de outro veículo. Na colisão, uma força de trás para a frente é transmitida a tudo o que estiver diretamente em contato com a carcaça do carro da frente ou com algo fixado nela, como os bancos. Assim, os passageiros receberão a ação de uma força e serão arremessados para a frente. Numa colisão como essa, o motorista, instintivamente,  pisa no freio. Se os passageiros estiverem usando cinto de segurança , a ação da força do freio será transmitida a seus corpos, evitando que eles se choquem contra os bancos, painel, direção ou pára-brisas. 

  Nem todas as partes do corpo dos passageiros, entretanto, estão em contato com o banco. A cabeça e o pescoço dos passageiros adultos estão acima do banco. Numa colisão traseira, o corpo é arrastado pelo banco, mas a cabeça tende, por inércia, a continuar parada. O corpo em movimento arrasta consigo a cabeça, causando uma tração no pescoço extremamente perigosa. O resultado  é a cabeça inclinar-se para trás.

  Para diminuir essa inclinação, é obrigatório que pelo menos os bancos dianteiros dos automóveis tenham encosto de cabeça. Para se ter ideia da segurança que esse item oferece aos passageiros que viajam no banco da frente, numa colisão como essa, causada por um veículo com velocidade de aproximadamente 25 Km/h, a inclinação da cabeça dos passageiros chega a formar um ângulo de 100° se não houver encosto. Com ele, o ângulo fica entre 20° e 25°, diminuindo bastabte o risco de quebrar o pescoço.

  O sistema de freio também é um importante item de segurança. Hoje os automóveis são equipados com freio a disco, acoplados as rodas dianteiras. 

  A força aplicada pelo pé no pedal do freio é transmitido as pastilhas,  que pressionam um disco metálico fixado nas rodas. Em condições normais, os atrito entre as pastilhas e os discos vai diminuindo o giro das rodas até o veículo parar. As peças não esquentam em demasia, porque são refrigeradas diretamente pelo ar.

  Quando o motorista pisa muito forte no freio, a pressão entre a pastilha e o disco pode travar a roda, que para de girar e passa a se arrastar no solo, deixando marcas do pneu na pista, porque o controle do freio fica, exclusivamente, por conta do atrito entre o pneu e o chão.

  O estado de conservação dos pneus e as condições da pista também constituem importantes itens de segurança. Numa pista seca, por exemplo, estando os pneus do automóvel em bom estado, o coeficiente de atrito entre a borracha e o asfalto pode chagar até a 0,8 , o que diminui bastante a possibilidade de deslizamento. Já em pista molhada e com os pneus "carecas", esse valor pode cair para até 0,2. É por isso que, em pista molhada, recomenda-se trafegar em baixa velocidade. Se os pneus estiverem "carecas", é melhor deixar o carro em casa. O pneus mais largos aumentam a aderência. Se eles foram radiais, melhor ainda, porque uma malha de aço impede que se ergam do chão durante a curva.

  Em pistas esburacadas, os pneus podem perder contato com o solo por alguns instantes e, consequentemente, aderência, Por sua vez, o motorista perde o controle do veículo.  

 Nas curvas, a velocidade, o estado de conservação do pneu e as condições das pistas são fatores determinantes de segurança. quando se faz uma curva, por inércia, os passageiros tendem a seguir em linha reta. Por sua vez, os pneus precisam manter sua aderência, para que o carro não derrape. Se a pista for plana, a força de atrito evitará que, por inércia, o carro saia da curva. Se a pista tem uma inclinação voltada para o centro, a força de atrito é reforçada pela soma das força normal e peso. Nestas condições, a curva pode ser feita com mais tranquilidade. Muitas curvas, entretanto, têm sua inclinação voltada para o lado oposto a seu centro. Nesse casos, a força peso e a força normal somadas agem no sentido de arrastar o carro para fora da curva , o  que pode provocar derrapagem. 

   A velocidade também é um importante fator de segurança, porque, á medida que ela aumenta, a força de atrito necessária para o carro conseguir fazer a curva também aumenta. Como a força de atrito tem valor máximo, pois depende da força de normal e do coeficiente de atrito entre o pneu e o solo, acaba determinando uma velocidade máxima possível para se fazer a curva. Se o carro ultrapassar essa velocidade, não fará a curva. Por isso, é recomendável trafegar a baixas velocidades nas curvas.

  Até as carrocerias dos automóveis são projetadas para oferecer segurança aos viajantes. Ao contrário do que se comenta, os acidentes faziam mais vítimas quando as latarias eram mais rígidas; com elas, há pouco tempo de interação entre o carro e a colisão. Sendo assim, conforme prevê a segunda lei de Newton, a intensidade da força que age sobre o passageiro é muito maior. Construindo os veículos com uma lataria mais maleável, o tempo de contato entre eles na colisão e, consequentemente, a intensidade da força sobre o passageiro diminui, havendo uma espécie de amortecimento da colisão.

 Com as atuais latarias deformáveis, cinto de segurança, pneus e pastilhas em bom estado, prudência e os conhecimentos de física, as chances de evitar um acidente são excelentes.  

 Boa Viagem!!!

Fonte:  

Livro: Física para o ensino médio: volume único / Aurelio Gonçalves Filho, Carlos Toscano - São Paulo: Scipione, 2002 - (Série Parâmetros)