Montanha-Russa: A física a serviço da adrenalina (vol. 4, n. 1, 2017)

Como é a física desses super-brinquedos e porque são tão atrativos para várias pessoas?

A amiga Carol Mantovani, do blog Nas Asas do Dragão, fez um post super didático e interessante sobre o que acontece com o nosso corpo quando estamos diante de uma Montanha-Russa (que você pode e deve conferir aqui). Aproveitando a ocasião, o Ciência Nerd resolveu explorar este mesmo tema, mas do ponto de vista físico.

Um pouco sobre Energia

Para entender melhor sobre a física das Montanhas-Russas, precisamos relembrar alguns conceitos básicos.

Se eu tenho uma bola de futebol na minha frente e quero que ela chegue até o gol eu preciso chutá-la. Ao fazer isso, eu estou transferindo energia para a bola e, com isso, ela poderá se mover até o gol (desde que minha mira não seja péssima). Essa energia que a bola passou a ter depois do meu chute é chamada Energia Cinética:

Energia Cinética é capacidade que um corpo tem de se movimentar. Ela está associada à velocidade. Quanto mais rápido um corpo está, significa que mais Energia Cinética ele possui.

Existe alguma outra forma de dar Energia Cinética a um corpo (ou seja, dar velocidade a ele) sem precisar chutá-lo, empurrá-lo ou jogá-lo?

Bom, experimente pegar uma caneta, erguê-la sobre o chão do seu quarto e soltá-la. Naturalmente, ela vai cair, ou seja, ganhar velocidade. O que fez com que a caneta ganhasse velocidade, ou seja, Energia Cinética, foi uma outra forma de energia, chamada Potencial:

Energia Potencial é uma forma de energia que está relacionado com a altura do objeto em relação ao chão. Quanto mais alto um corpo estiver, maior será sua Energia Potencial.

E a grande mecânica que rege o movimento de quaisquer corpos, incluindo as Montanhas-Russas, é baseada na conversão de uma dessas formas de energia em outra. Por exemplo: quando eu ergo a caneta eu estou fornecendo a ela Energia Potencial. Logo que eu a solto, a caneta irá cair, o que significa que a Energia Potencial está sendo convertida em Energia Cinética, ou seja, em velocidade.

Vamos, então, para o caso das Montanhas-Russas.

A Primeira Subida (ou “Aquele Momento Que Você Pensa Em Desistir, Mas Não Tem Mais Jeito”)

Animação da primeira subida da montanha-russa
Animação da primeira subida da montanha-russa

“Tek, tek, tek, tek, tek” é o conhecido barulho das correntes puxando os carrinhos na primeira subida da Montanha-Russa. Lembra-se do exemplo da caneta? Ao elevá-los a uma grande altura, os carrinhos estão acumulando Energia Potencial.

Esse é o momento fisicamente mais importante de todo o percurso, pois é onde os carros irão acumular a energia que precisam para chegar até o final do trajeto.

Até que chegamos no topo, onde não será mais necessário o uso das correntes e a Energia Potencial é máxima.

A Primeira Descida (ou “Aquele Momento De Maior Desespero”)

Fotografia de Joel Rogers da primeira descida de uma Montanha Russa
Fotografia de Joel Rogers da primeira descida de uma Montanha Russa

Quando o carrinho começa a primeira descida, quem faz o trabalho de puxá-lo é apenas a gravidade (e assim será até o final da viagem).

E, então, queda livre. Toda a Energia Potencial que estava armazenada será convertida em Energia Cinética.

Quanto mais alto for o primeiro topo (ou seja, mais energia potencial), mais velocidade o carrinho vai ganhar na descida (ou seja, mais energia cinética).

As demais subidas e descidas

Animação de uma Montanha-Russa completa
Animação de uma Montanha-Russa completa

Na maioria das Montanhas-Russas o primeiro ponto é o mais alto do percurso. Se houver algum pico mais alto do que o primeiro, ele com certeza terá correntes para fornecerem MAIS energia para os carrinhos subirem.

Então, passada a primeira descida, fique tranquilo (tranquilo? Até parece) porque nenhuma descida será mais rápida que a primeira.

Looping – O momento mais esperado da Montanha-Russa, ou não

Pelo que já aprendemos, a altura do looping PRECISA ser mais baixa que a do primeiro topo. Os engenheiros especializados nesses super brinquedos projetam a Montanha-Russa para que o carrinho chegue com a velocidade perfeita no looping.

Se os carrinhos não chegam com velocidade suficiente, eles correm risco de cair antes mesmo de chegar no topo do loop. No entanto, se eles chegam muito rápidos (com muita energia cinética) a estrutura metálica da Montanha-Russa pode não aguentar a força que os carrinhos farão nela, e com isso ruir.

A imagem abaixo mostra como as Energias Potencial (barrinha azul) e Cinética (barrinha verde) variam ao longo do trecho de uma Montanha-Russa:

Animação da variação das Energias Potencial e Cinética ao longo de um trecho da Montanha-Russa.
Animação da variação das Energias Potencial e Cinética ao longo de um trecho da Montanha-Russa

Observe com atenção que o primeiro morro é o mais alto e a energia potencial é máxima. Quando ele começa a descer, a Potencial vai se convertendo em Cinética, até que ele começa a subir o segundo morro, fazendo o processo inverso. Ao chegar no ponto mais baixo do looping o carrinho está com uma alta velocidade (alta energia cinética). E, na medida em que ele sobe no looping, essa Energia Cinética vai diminuindo, convertendo-se em potencial. Ao descer do looping, ocorre o processo inverso.

A Aceleração e as Experiências Radicais

Quando estamos dentro de um veículo temos duas formas de perceber seu movimento. Uma delas é a visual: se a paisagem ao nosso redor estiver parada, é sinal de que também estamos parados.

Desenho de um ônibus freando e desequilibrando os passageiros
Desenho de um ônibus freando e desequilibrando os passageiros

A outra forma de perceber o movimento é pelo tato. Quando você está em um ônibus e o motorista freia o seu corpo vai para frente, por inércia. Da mesma forma, quando o motorista arranca, você sente como se algo te empurrasse para trás.

Essa sensação que seu organismo registra, e que parece uma força invisível que te empurra para frente ou para trás, é provocada pela aceleração, ou seja, pela variação da velocidade.

Sempre que você está em um veículo e ele varia a sua velocidade, você vai perceber essa variação. É claro que quando a variação é muito pequena é difícil perceber. Mas se for muito grande, você provavelmente tomará até um susto.

Muitos dos brinquedos radicais que vemos em um parque (Montanhas-Russas, as Torres de Queda Livre, os barcos que deixam as pessoas de cabeça para baixo, etc.) se baseiam nesse princípio.

Quanto mais aceleração um veículo tiver (ou seja, quanto mais brusca forem as variações de velocidade), mais intensa será a sensação que você vai experimentar.

E é exatamente isso que torna esses brinquedos tão atrativos, porque não são muitas coisas no nosso dia-a-dia que provocam sensações similares.

Lucas Miranda

Físico e mestre em Divulgação Científica pela Unicamp. É professor no Sistema Anglo de Ensino, Colunista da Revista Ciência Hoje, Coordenador do projeto Ciência ao Bar e Cinegrafista, Editor e Tradutor na TV NUPES (Fac. de Medicina - UFJF)

16 thoughts on “Montanha-Russa: A física a serviço da adrenalina (vol. 4, n. 1, 2017)

  • 6 de fevereiro de 2017 em 13:47
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    Sensacional, Lucas! Adorei o post, ficou super didático!
    Quando eu comecei a ir em montanhas-russas, eu sempre ficava com aquele medinho do carrinho parar de cabeça pra baixo bem no meio do looping!! hahahaha E sempre rolavam várias histórias pra aterrorizar as pessoas… É bom conhecer como funcionam as coisas, né?
    E sobre sua “indireta” no parágrafo final, pode deixar comigo!!! hahahaha Eu quero muito de fazer um post falando dos resultados da pesquisa sim! Vamos ver se o pessoal participa para termos dados suficientes! =)

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    • 9 de fevereiro de 2017 em 02:39
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      Que bom que gostou Carol, fico muito feliz! 🙂
      Eu, particularmente, sempre tive medo de montanha-russa kkkkk Era uma criança medrosa pra tudo, tinha medo até de palhaço heheh. Looping então, eu nem cogitava passar por isso.
      E vamos ver se o pessoal participa, são questões interessantes e que trazem discussões interessantes!

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  • 21 de agosto de 2017 em 15:16
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    Lucas parabéns pelo blog, gostei muito da reportagem e foi muito esclarecedora! Gostei bastante, sou estudante de matemática e gosto muito desse tema abordado no blog. Forte abraço e vida longo ao CiênciaNerd !

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    • 21 de agosto de 2017 em 15:57
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      Muito obrigado, meu caro!
      Fico feliz que tenha gostado 🙂
      To mais de um mês sem publicar, mas espero conseguir voltar logo a produzir pro blog hehe

      Abração!

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  • 10 de outubro de 2017 em 16:31
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    Parabéns Lucas, dos quatro sites que pesquisei sobre o assunto o seu foi o mais claro de todos (e olha que ganhou de um dos GIGANTES – de nome – porque de conteúdo…), trazendo todo conhecimento científico necessário com uma pitada de humor durante o texto. Sucesso e vida longa garoto, Parabéns!

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    • 12 de outubro de 2017 em 13:37
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      Muito obrigado Jose! É uma honra saber que o trabalho que tenho feito aqui possui qualidade comparável ao dos grandes nomes de divulgação científica por aí 🙂 Grande abraço!!

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  • 28 de novembro de 2017 em 00:20
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    Ótimo post! Tenho um trabalho de física sobre energia cinética e potencial, consegui dominar o tema rapidamente graças a essa explicação simples e didática.
    Bom trabalho e muito obrigado por compartilhar seu conhecimento conosco!

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    • 28 de novembro de 2017 em 20:12
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      Valeu Arthur 🙂
      Que bom que o post te ajudou, fico feliz!

      Obrigado pelo comentário
      Abração!

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  • 23 de fevereiro de 2021 em 22:28
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    Muito obrigada, ajudou muito na matéria de física da escola. Agradeço mesmo

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