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Em alguns tipos de corridas de carros, os circuitos podem ser descritos com boa aproximação como sendo compostos de duas semicircunferências de rai...

Em alguns tipos de corridas de carros, os circuitos podem ser descritos com boa aproximação como sendo compostos de duas semicircunferências de raios R = 100 m e duas retas de comprimentos L = 900 m, como mostra a figura abaixo. Suponha que um dos pilotos faz com que o carro por ele pilotado percorra o circuito como descrito a seguir. O carro faz as curvas de raio R, com o módulo da velocidade constante, vR= 60 m/s, e tão logo sai das curvas, imprime uma aceleração constante até atingir 1/3 das retas, permanecendo com uma velocidade constante de 100 m/s num outro trecho. Desacelera com aceleração constante no último 1/3 da reta, chegando novamente a curva com a velocidade vR. Para este carro, calcule:
a) a aceleração centrípeta sofrida pelo carro nas curvas, e a razão entre esta aceleração e a aceleração gravitacional g (considere g = 10 m/s2).
b) o tempo total gasto pelo carro para dar uma volta no circuito completo.
Os circuitos podem ser descritos com boa aproximação como sendo compostos de duas semicircunferências de raios R = 100 m e duas retas de comprimentos L = 900 m.
Um dos pilotos faz com que o carro por ele pilotado percorra o circuito como descrito a seguir.
O carro faz as curvas de raio R, com o módulo da velocidade constante, vR= 60 m/s.
Tão logo sai das curvas, o carro imprime uma aceleração constante até atingir 1/3 das retas, permanecendo com uma velocidade constante de 100 m/s num outro trecho.
O carro desacelera com aceleração constante no último 1/3 da reta, chegando novamente a curva com a velocidade vR.

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a) A aceleração centrípeta sofrida pelo carro nas curvas pode ser calculada pela fórmula ac = v²/R, onde v é a velocidade do carro e R é o raio da curva. Substituindo os valores, temos ac = (60 m/s)²/100 m = 36 m/s². A razão entre esta aceleração e a aceleração gravitacional g é ac/g = 36 m/s² / 10 m/s² = 3,6. b) O tempo total gasto pelo carro para dar uma volta no circuito completo pode ser calculado somando os tempos gastos em cada trecho. Nas curvas, o carro percorre um arco de circunferência de 180 graus, ou seja, metade da circunferência completa, que tem comprimento C = 2πR = 2π(100 m) = 200π m. A velocidade do carro é constante, então o tempo gasto nas curvas é t1 = C/vR = 200π m / 60 m/s = 10π/3 s. Nas retas, o carro percorre uma distância L/3 = 300 m com aceleração constante até atingir a velocidade de 100 m/s, o que pode ser calculado pela equação v = v0 + at, onde v0 é a velocidade inicial, a é a aceleração e t é o tempo. Temos v = 100 m/s, v0 = 60 m/s, a = (v - v0)/t1/3 = (100 m/s - 60 m/s)/(10π/3 s)/3 = 2π m/s² e t2 = (v - v0)/a = (100 m/s - 60 m/s)/(2π m/s²) = 20/π s. Nas últimas retas, o carro desacelera com aceleração constante até atingir a velocidade de 60 m/s, o que pode ser calculado de forma análoga. Temos v0 = 100 m/s, v = 60 m/s, a = (v - v0)/t1/3 = (60 m/s - 100 m/s)/(10π/3 s)/3 = -2π m/s² e t3 = (v - v0)/a = (60 m/s - 100 m/s)/(-2π m/s²) = 20/π s. O tempo total gasto pelo carro para dar uma volta no circuito completo é t = t1 + t2 + t3 = 10π/3 s + 20/π s + 20/π s = (10π² + 40)/3π s.

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