Quando um motorista percebe um obstáculo à sua frente, ele instintivamente aciona os
freios do veículo, confiando que o carro pare a tempo. Porém quando os freios são
acionados as rodas travadas causam um escorregamento (denominados atrito cinético ou
atrito dinâmico) e dependendo o piso ou solo, pode-se gerar um movimento sem controle
do carro causando graves acidentes. Pensando nesta problemática foi desenvolvido um
sistema de freios tipo ABS. Explique a relação entre freios ABS e sua funcionalidade
através da Mecânica (parte da física que estuda os movimentos e suas causas)?
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Freio ABS e a Física
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Uma importante aplicação da Mecânica (parte da Física que trata do movimento e suas causas), é a força de atrito. Quando um motorista percebe um obstáculo à sua frente, ele instintivamente pisa nos freios do veículo, confiando que o atrito entre as rodas e o piso vão garantir que o carro pare. Porém, dependendo do tipo de piso, as rodas travadas causam um escorregamento (denominado atrito cinético ou atrito dinâmico) que pode gerar um movimento sem controle do carro, causando graves acidentes em muitos casos.
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No entanto, já podemos contar com um sistema de freios que pode evitar acidentes desta natureza. É o caso do sistema de freios do tipo ABS (Antilock Brake System – Sistema de freio anti-bloqueio).
Esse sistema é mais eficiente que os freios convencionais, pois não travam as rodas, o que evita o escorregamento dos pneus sobre o asfalto. Nesse caso, as rodas não travam, pois passa a agir nessa situação o atrito estático. As rodas do veículo continuam girando sem que ocorra deslizamento entre estas e o solo. E também, a distância que o carro percorre sob a ação do atrito estático enquanto está sendo freado é menor, além do fato de o motorista ter condições de ainda controlar razoavelmente o movimento do veículo.
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Calculando a distância percorrida por um carro enquanto é freado
A distância que um carro percorre enquanto está sendo freado pode ser calculada que por meio da equação de Torricelli:
Torricelli
A velocidade final do automóvel (quando ele para) é zero, pois o veículo estava sendo freado, isto é, estava sofrendo uma “desaceleração”. O espaço que ele percorre até parar geralmente é denominado “espaço de frenagem”.
Utilizando a equação de Torricelli para calcular o espaço de frenagem, fazemos velocidade final igual a zero (já que o carro para); também colocamos um sinal negativo para a aceleração (nesse caso os valores da velocidade devem ser positivos, ou seja, contrários ao sinal da aceleração).
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Utilizando a segunda lei de Newton temos que:
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A força atuando sobre o carro é a força de atrito. Usando a expressão da força de atrito determinamos, então, a aceleração do carro:
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Nesse caso, a força normal (N) pode ser substituída pela força peso P (P =mg):
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Substituindo de forma adequada os termos, obtemos a expressão para a distância que o carro percorre até parar, ou seja:
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A grandeza representada por μ se denomina coeficiente de atrito, grandeza adimensional que caracteriza uma superfície, indicando se ela oferece muito ou pouco atrito. Se um objeto estiver em repouso (ou não escorregar) sobre determinada superfície, o coeficiente de atrito será chamado de estático (μE). Se houver escorregamento entre as superfícies, a força de atrito possui menor valor e o coeficiente será definido como coeficiente de atrito cinético (μC).
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Os valores dos coeficientes de atrito estático são sempre maiores que os valores do coeficiente de atrito cinético. Podemos observar através da expressão obtida para o espaço de frenagem que este é inversamente proporcional ao coeficiente de atrito; sendo assim, o atrito estático, por ser maior, determina um menor espaço de frenagem.
Em geral (mas também corroborado pela Física) percebemos que o esforço necessário para colocar um objeto em movimento é maior que aquele feito para mantê-lo em movimento, o que evidencia essa diferença.
Mostramos então que o funcionamento dos freios ABS proporciona a prevalência do atrito estático, o que faz com que o espaço de frenagem seja reduzido, trazendo segurança aos passageiros dos veículos podendo evitar acidentes de trânsito.