A Física e a pandemia do novo Coronavírus nos vestibulares | TNH Motor
Dulcidio Braz Jr. é físico pelo Instituto de Física "Gleb Wataghin" (IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), onde atuou como pesquisador no Departamento de Eletrônica Quântica antes de perceber que seu caminho era o da educação. É pioneiro no Brasil no ensino de relatividade, quântica e cosmologia para jovens estudantes do final do ensino médio e início do curso superior. Hoje, além de professor, é autor de materiais didáticos e faz questão de dizer que, aqui no blog, é professor e aluno em tempo integral –enquanto ensina, também aprende.
Dulcidio Braz Jr / Física na Veia
05/01/2021 18h47Atualizada em 05/01/2021 18h47
A disciplina mais óbvia para cobrar assuntos ligados à pandemia é a Biologia. Concorda? Dá para imaginar possíveis questões de Química envolvendo o vírus também. Mas e na Física? Como o tema poderia ser cobrado em questões de Física?
Usando um pouco de imaginação e liberdade criativa, preparei para meus alunos cinco exemplos de questões de Física envolvendo CoViD19 e SarsCoV2 e que poderiam estar presentes nos vestibulares. Vou compartilhar este material inédito com você aqui no blog em três partes.
Hoje trago a primeira parte, com duas questões que envolvem Balística, a teoria que estuda os lançamentos de projéteis ou qualquer corpo ao sabor da gravidade. Acompanhe.
Enunciado para as questões 1 e 2:
Segundo experimentos controlados feitos em laboratório, gotículas de saliva, expelidas horizontalmente por uma pessoa adulta durante um espirro (veja figura abaixo), dependendo do tamanho, podem ter alcance horizontal de até 6 m. O uso de máscara e o distanciamento social são medidas cientificamente eficientes na proteção contra doenças cujo contágio se faça por vias aéreas, como é o caso da CoViD19.
Questão 1. A partir das informações acima, o valor mais próximo para a velocidade inicial Vo de lançamento horizontal de uma gotícula de saliva durante um espirro de uma pessoa adulta é mais próximo de:
Nem sempre um enunciado fornece todos os valores das grandezas físicas relevantes. Algumas vezes o examinador quer saber a capacidade que um estudante tem de estimar valores razoáveis para determinadas grandezas. Note que, neste caso, não foi fornecido o valor da gravidade superficial na Terra. Mas é razoável assumirmos o valor g = 10 m/s² (o valor real é mais próximo de 9,8 m/s²). Também não foi fornecida a estatura da pessoa que espirra, de onde poderíamos saber a altura da qual a gotícula foi lançada. Mas é razoável supor que, para um adulto, a altura seja em torno de h = 1,8 m. Não se preocupe com aproximações. As alternativas têm valores bem distintos da velocidade inicial e, se você "chutar" g e h dentro de um intervalo razoável, certamente chegará a alternativa correta, ainda que por aproximação.
Vamos, usando a ideia de Galileo, decompor o movimento parabólico bidimensional da gotícula nas direções x (horizontal e) e y (vertical).
Antes de tudo, temos que encontrar o valor do tempo de queda da gotícula (na direção y) supondo que ela começa a cair de aproximadamente 1,8 m acima do solo e com velocidade vertical inicial vertical nula. Desprezando a resistência do ar, teremos um MUV – Movimento Uniformemente Variado. Assim:
O movimento horizontal da gotícula, na direção x, desprezando a resistência do ar, é MU – Movimento Uniforme. Foi dito no enunciado que o alcance (máxima distância horizontal percorrida) pode chegar a 6 m. Sabemos que isso se dá no intervalo de tempo de 0,6 s acima calculado. Logo:
Note que as alternativas estão todas em km/h mas trabalhamos no SI – Sistema Internacional, obtendo a velocidade em m/s. Para convertermos o valor obtido de 10 m/s para km/h, basta multiplicarmos pelo fator 3,6 e teremos:
Questão 2. Suponha que a máscara de proteção facial, usualmente de tecido, além de diminuir o fluxo de gotículas expelidas durante um espirro – o que em caso de contaminação significa menor carga viral transmitida de uma pessoa para outra – também reduza a velocidade de lançamento da gotícula de Vo para Vo /3 onde Vo é o valor usual da velocidade de lançamento da gotícula por você estimado na questão anterior. O mínimo valor de segurança do distanciamento entre duas pessoas para, nestas condições, garantir um eficiente controle de contaminação por CoViD19 deve ser de:
Devemos entender "o mínimo valor de segurança do distanciamento entre duas pessoas para, nestas condições, garantir um eficiente controle de contaminação por CoViD19" como sendo o próprio alcance horizontal do lançamento. Desta forma, a gotícula lançada realiza o voo parabólico mas não atinge o corpo da outra pessoa em nenhuma parte.
Para encontrar o novo valor do alcance das gotículas, agora com a pessoa espirrando de máscara, precisamos perceber que o lançamento horizontal será feito da mesma altura (1,8 m) e, portanto, o tempo de queda continuará sendo de 0,6 s.
O alcance horizontal, D, pode ser obtido lembrando que na direção x temos MU – Movimento Uniforme e, portanto, D = V.t. Em outras palavras, o alcance D depende da velocidade horizontal e do tempo de queda (ou tempo de voo da gotícula). Como o tempo de queda se mantém mas a velocidade fica reduzida a 1/3 do valor, o novo alcance será 1/3 do alcance inicial fornecido no enunciado como sendo de 6 m.
Logo, D = 6/3 = 2 m.
Por enquanto é isso! Amanhã, no "A Física e a pandemia do novo Coronavírus nos vestibulares – parte 2" vou propor uma questão interessante que abordará um problema prático: como enxergar um vírus que tem tamanho de 130 nm, menor que o menor comprimento de onda da luz visível? Dá para fazer isso com um microscópio óptico? Aguarde!
Fonte: https://www.uol.com.br/tilt/colunas/fisica-na-veia/2021/01/05/a-fisica-e-a-pandemia-do-novo-coronavirus-nos-vestibulares---parte-1.htm