Bora para a edição #51 de The Weekly Math!

THE WEEKLY MATH #51

Usando a física para se equilibrar em uma única roda

🚲Possivelmente, você já viu algum engraçadinho empinando uma moto, ou “dando grau”, no sinal. 

Contudo, para dominar a arte de manter uma bicicleta equilibrada no ar, é fundamental entender os conceitos da física e matemática.

Tudo começa com o Centro de Massa, um ponto onde todo o peso está concentrado. 

Falando sobre este conceito em uma bicicleta, precisamos entender a dinâmica do sistema.

Para se manter no ar, você precisa posicionar o corpo de forma que o centro de massa fique alinhado na direção do ponto de contato da roda traseira com o chão. Quando esse alinhamento é atingido, temos um estado de equilíbrio estável.

O centro de massa é dado por: 

Que seria a média ponderada da massa do ciclista e da bicicleta.

Outro ponto a entender nesse processo é o torque.

Uma grandeza que faz o objeto girar em torno de um eixo. 

Da mesma forma, para empinar uma bicicleta, aplicar uma força no guidão - longe da roda traseira, que age como o “ponto de rotação” - gera o torque necessário para levantar a roda da frente.

Veja uma demonstração:

Para empinar a moto, se aplica uma força para levantar a roda dianteira, criando um torque em torno da roda traseira, descrito por:

Ao inclinar a bicicleta para empinar, o ciclista aumenta o ângulo θ, maximizando o torque até que a roda dianteira saia do chão. 

Quanto maior o torque, mais fácil é levantar a moto ou bicicleta. Manter o ângulo certo impede com que você caia para frente ou para trás.

Para realizar a manobra, é necessário aplicar uma força rápida e intensa para gerar o impulso. A força aplicada pelo ciclista ao puxar o guidão para cima e empurrar os pedais para baixo cria o impulso necessário para empinar.

Esse impulso cria o momento angular necessário para levantar a bicicleta. A manutenção dessa força é que garantirá que a roda continue no ar.

Depois que a bicicleta está empinada, o ciclista precisa controlar o equilíbrio, ajustando a posição do corpo e a pressão nos freios. 

Pequenos movimentos para frente ou para trás mudam o centro de massa, enquanto o uso do freio traseiro reduz a rotação para baixo, estabilizando a bicicleta.

Para baixar a bicicleta, se ajusta o ângulo de inclinação, diminuindo gradativamente o torque e o impulso, controlada pela força da gravidade e pelo uso dos freios, que diminuem a rotação.

Agora você pode ver a matemática e a física intrínseca ao movimento de ‘dar um grau’, e perceberá que não é tão simples como parece.

Da próxima vez que ver alguém empinando uma moto, ao invés de ficar torcendo para cair, dirija-se a si mesmo e diga:

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Por hoje é só, obrigado pelo seu tempo, e até a próxima!