Representação das forças exercidas em um caminhante
2 de julho, 2018 às 20:42 | Postado em Atrito, Mecânica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Olá professor, visto que alguns materiais didáticos trazem o diagrama de corpo livre das forças que são exercidas sobre o pé de uma pessoa ao caminhar, você poderia esboçar um diagrama desses, por favor? Para esclarecer melhor qual o sentido da força de atrito e da força que você faz para andar.
Para uma pessoa andar sua perna exerce uma força sobre o pé para trás, isto é, em sentido contrário ao da marcha (para a esquerda na figura 1). Esta força é uma força interna ao corpo da pessoa e se não houvesse atrito entre o solado do calçado e o piso, o pé escorregaria para trás, para a esquerda. Como há atrito, o solado do calçado não desliza para esquerda graças a uma força de atrito estático exercida para a direita; esta força de atrito é externa ao caminhante pois é exercida sobre a pessoa pelo pavimento. Então esta força de atrito é a resultante das forças paralelas ao pavimento (por simplicidade estou desconsiderando outras forças exercidas na pessoa na direção paralela ao pavimento), responsável por acelerar o centro de massa da pessoa para a direita. Na figura 1 não estão representadas as forças na direção perpendicular ou normal ao pavimento.
Na figura 2 estão representadas as forças externas ao caminhante que se move sobre um pavimento horizontal (desprezando-se as possíveis ações do ar). A única força paralela ao piso, no sentido da marcha é a força de atrito estático (supondo-se que o solado do calçado não deslize sobre o pavimento) entre o piso e o solado. O piso exerce uma força normal. O centro de massa do caminhante estará portanto acelerado horizontalmente e também sofrerá aceleração na vertical.
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“Docendo discimus.” (Sêneca)
Mas nesse caso, como o centro de massa seria acelerado na vertical? Ele só seria acelerado se considerassemos um modelo onde outras forças atuassem além da Normal e do Peso certo? Ou nesse modelo eu desconsidero a força normal no centro de massa, considerando que ele atue na extremidade do pé e no centro de massa atue somente a força peso?
A intensidade da força normal somente é igual a do peso caso não exista aceleração vertical. Portanto quando o centro de massa é acelerado para cima (baixo) a intensidade da força normal é maior (menor) do que a intensidade do peso. Forças normais e pesos são forças de natureza diversa (eletromagnética e gravitacional respectivamente) e suas intensidades não possuem a priori qualquer compromisso. Vide por exemplo A força normal, por ser de natureza eletromagnética, poderia ser uma força atrativa?
Entendi, professor. Eu estava lendo outra pergunta
por-que-cansamos-quando-caminhamos-ou-corremos-na-horizontal? ,
e agora eu entendi porque eu imaginava que quando caminhamos ou corremos o centro de massa só se acelerasse na horizontal, mas na resposta da pergunta o senhor falou sobre a aceleração na vertical do centro de massa, e agora eu entendi melhor. Obrigado
Professor, a força de atrito é a força resultante numa caminhada então? Segundo Renato Brito, a força de atrito seria necessária apenas para não deslizar, e a força para conseguirmos ir para frente seria uma força interna que nos impulsionadora para frente, que não tem nada a ver com atrito, isso está certo?
A força de atrito estática entre a sola do sapato e a pista, apesar de não realizar trabalho, é a única força externa responsável por acelerar o centro de massa do nosso corpo ou de compensar (se opor a) outras forças externas (vale lembrar que a aceleração do centro de massa de um sistema depende apenas das forças EXTERNAS ao sistema). O trabalho necessário para a caminhada vem de dentro do corpo do caminhante. Sugiro a leitura atenta das outras postagens indicadas.