Jogo de ping-pong em ambiente de “gravidade artificial”
28 de junho, 2017 às 10:07 | Postado em Forças inerciais, Gravitação, Mecânica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Professor Lang, aqueles dispositivos que poder-se-iam construir, para viagens espaciais, que simulam a gravidade, ou seja, grandes naves giratórias. Imaginando uma situação hipotética de 2 pessoas, jogando ping-pong por exemplo, esse jogo daria certo? Ou a rotação influenciaria diretamente no jogo, como por exemplo, quem saca a favor da rotação ou quem saca contra a rotação. Obrigada
É possível criar “gravidade artificial” dentro de um sistema em rotação graças aos efeitos centrífugos. Vide Força INERCIAL centrífuga.
Na célebre produção 2001 – Uma odisséia no espaço eu vi pela primeira vez a ideia “concretizada” na tela do cinema. Na verdade era apenas uma parte da nave Discovery One, em forma de anel que girava e lá naquela estrutura os astronautas podiam se exercitar como se estivessem em um ambiente com campo gravitacional. Talvez o raio da parte giratória fosse 10 m.
Discutirei sobre o tema interessante proposto pela Adriana adotando como sistema de referência a própria estrutura que gira.
Em um sistema de referência (SR) em rotação (que é um SR não-inercial, isto é, está acelerado) acontece, além dos efeito centrífugo (explicado pela força inercial centrífuga), um outro efeito sui generis, explicado pela força inercial de Coriolis. Enquanto a aceleração centrífuga depende diretamente da distância ao eixo de rotação e da velocidade de rotação (velocidade angular), a aceleração de Coriolis depende da velocidade de um objeto no próprio SR em rotação e da velocidade angular desse SR (em relação ao um referencial inercial e portanto externo).
A aceleração centrífuga, conforme o nome sugere, ocorre em uma direção radial ao eixo de rotação e para fora do mesmo. Para que se tenha uma aceleração centrífuga com valor semelhante ao da aceleração da gravidade terrestre, a fim de se obter um efeito centrífugo com a mesma intensidade da gravidade terrestre, admitindo uma grande estrutura com cerca de 100 m de raio, seria necessário que ela girasse dando uma volta completa em cerca de 20 s. Se o raio for apenas 10 m, deverá girar mais rapidamente para se obter o mesmo efeito centrífugo, completando uma volta em cerca de 6 s.
Já a aceleração de Coriolis tem uma orientação que está sempre perpendicular ao eixo de rotação e à velocidade linear do objeto no sistema de referência em rotação. A aceleração de Coriolis é máxima quando o eixo de rotação e a velocidade linear do objeto são ortogonais e é nula quando estas duas direções forem coincidentes.
Uma bolinha de ping-pong pode facilmente ser arremessada com velocidade de 10 m/s ou maior. Um objeto com tal velocidade, na hipótese de se encontrar na periferia da estrutura imaginada como tendo 100 m de raio, estará acelerada não somente pelo campo centrífugo que simula a gravidade terrestre, com também terá uma aceleração de Coriolis máxima da mesma ordem de grandeza. Ou seja, a bolinha apresentará trajetórias inusitadas quando comparada com uma bolinha aqui na Terra. Por exemplo, se a bolinha for lançada verticalmente (a vertical na situação da nave estará orientada da periferia da estrutura em rotação para o centro de rotação), notoriamente seguirá uma trajetória curva, bem diferente do que se espera da mesma bolinha na Terra. Qualquer lançamento da bolinha que determine uma componente para a velocidade na direção radial implicará em uma trajetória curva diferente daquela que se observa na Terra e portanto os nossos hipotéticos jogadores de ping-pong ficarão surpresos neste jogo espacial em relação ao que conhecem em uma mesa de ping-pong na Terra. E se os lançamentos de ping-pong acontecessem na nave Discovery One, os efeitos inusitados seriam maiores ainda.
Finalmente cabe notar que nós na Terra também estamos em um SR em rotação mas os efeitos centrífugos e de Coriolis são muito menores do que nas naves hipotéticas, frequentemente tão pequenos que passam despercebidos. Entretanto eles existem e já foram abordados em muitas postagens do CREF que eu listarei a seguir:
Por que PESO não deve ser tomado como sinônimo de FORÇA GRAVITACIONAL?
A rotação da Terra influencia o tempo de voo de uma aeronave?
Por que não sentimos o movimento da Terra em relação ao Sol?
Vórtices atmosféricos nos dois sentidos?
Desvio de projéteis pela força de Coriolis
Rotação da terra – Ar jogado do oeste para leste?
Mais uma vez o vórtice de Coriolis no ralo pia
Demonstrando no ralo vórtices com sentidos opostos nos dois hemisférios: FRAUDE!
Em que sentido a água desce no ralo no Brasil?
Vórtice de Coriolis no ralo da pia de um avião?
“Docendo discimus.” (Sêneca)
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