Livro Cotidiano

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Por que os ciclistas precisam fazer força para andar com velocidade constante?

    Por que os ciclistas precisam fazer força para andar com velocidade constante?

    Há uma lei da Física, a segunda lei de Newton, que diz que a força é proporcional à aceleração: F=m•a. Então, se estamos em uma bicicleta, andando no plano a velocidade constante, e, portanto, com aceleração nula, por que precisamos fazer força contra os pedais?
Isso – a necessidade de se precisar fazer força para manter a velocidade constante – não é contraditória com aquela lei da Física? Afinal, se a aceleração é nula, então a força não deveria também ser nula?
    Parece uma contradição, mas não é. O problema (ou melhor, a solução para a aparente contradição) é que há duas coisas que “seguram” a bicicleta. Uma delas é a resistência do ar que estamos atravessando. Embora o ar pareça uma coisa irrelevante, etérea, quando o atravessamos precisamos “empurrá lo” da nossa frente, com a barriga, o peito, as pernas etc. E essa força é tão maior quanto maior for a velocidade com que atravessamos o ar. Quando estamos andando lentamente, nem sentimos a presença do ar; mas se estamos pedalando a uma velocidade alta, podemos sentir o ar nos “segurando”.
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    O outro efeito é um tipo de atrito que acontece quando um objeto rola sobre um plano e as rodas da bicicleta rolam sobre o chão. Na medida em que as rodas giram, a parte dos pneus que estão encostadas no chão são deformadas e para deformá las gasta-se energia. Quando essas partes deformadas dos pneus desencostam do chão, voltando à forma original, não devolvem a energia que foi gasta para deformá las. Esse tipo de atrito é chamado de atrito de rolamento.
Por causa dessas duas coisas, a resistência do ar e o atrito de rolamento, a bicicleta perde velocidade se não houver uma força que a empurre para frente.

    Quando estamos devagar, o efeito principal é o atrito de rolamento. Para uma bicicleta comum, esse atrito corresponde a uma força da ordem de 5 N, ou cerca de 0,5 quilograma força, uma força que é igual ao peso de uma coisa de meio quilograma. (Essa força depende da pressão e do tamanho e tipo dos pneus; o valor usado é um valor típico para que tenhamos uma ideia de sua intensidade.) Para manter a velocidade constante é necessário que a roda da bicicleta faça uma força de 5 N contra o chão, empurrando o para trás, e o chão faça uma força de 5 N, empurrando a bicicleta para frente. E a origem dessa força é a força que o ciclista faz sobre o pedal.
    A velocidades maiores do que 10 km/h ou 20 km/h, a força resistiva é dominada pela resistência do ar. A tabela mostra valores aproximados.  (A velocidade na qual a resistência do ar se torna maior do que o a força de atrito de rolamento depende do tipo de pneu, de sua pressão e se estamos curvados como os atletas nas provas de ciclismo ou com o corpo ereto, como costumamos pedalar quando precisamos prestar atenção no que acontece ao nosso redor.)

Valores aproximados da força que a roda da bicicleta precisa fazer, empurrando o chão para trás, para manter a velocidade constante. Força média nos pedais, feita pelo ciclista, supondo que quando a bicicleta percorre uma certa distância o pedal impulsionado pelo ciclista se desloca a metade daquela distância.
                                             1 km/h    2 km/h    5 km/h      10 km/h    20 km/h     50 km/h
Força de arrasto                    --           --            1 N             2 N            9 N            56 N
Força de atrito                     5 N       5 N            5 N            5 N            5 N             5 N
Força total na roda             5 N       5 N            6 N            7 N           14 N           61 N
Força média no pedal      10 N       10 N         12 N            14 N         28 N        122 N


    E qual a força feita pelo ciclista?

    O pneu traseiro da bicicleta empurra o chão para trás e o chão empurra a bicicleta para frente. E o agente que responsável por essa força é o ciclista, claro. A intensidade da força que o ciclista precisa fazer nos pedais depende da relação entre a distância percorrida pela bicicleta e a distância que o pedal se deslocou. Por exemplo, se quando o pedal se desloca, em suas voltas, de uma certa distância e bicicleta se desloca do dobro dessa distância, então a força que o ciclista deve fazer é duas vezes maior do que a força que a roda faz empurrando o chão para trás.




















5 comentários:

  1. show! mas o peso do ciclista foi ignorado. Ele também influencia na força que sera exercida do pedal... queria saber sobre esse calculo

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    1. Bem observado! O peso do ciclista é importante. Acho que o principal fator é no atrito de rolamento que, por simplicidade, foi suposto constante neste post. O atrito de rolamento é tão maior quanto maior for o peso do ciclista.

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  2. Prof. Otaviano, estou interessado em começar a escrever sobre: A física aplicada no ciclismo urbano (uma abordagem conceitual). Gostaria de indicações de referências. Agradeço desde já!

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  3. Uma possibilidade é você procurar trabalhos acadêmicos sobre ciclismo e física no Google Acadêmico. Há algumas coisas bem interessantes.

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