Cinética Linear
Propaganda
BIOMECÂNICA Cinética linear Carlos Bolli Mota [email protected] UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA Laboratório de Biomecânica Forças associadas ao movimento CINÉTICA Sir Isaac Newton Descobriu muitas das relações fundamentais que estabeleceram as bases da mecânica moderna. Estes princípios tratam das inter-relações entre as grandezas cinéticas LEIS DE NEWTON LEI DA INÉRCIA Todo o corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, exceto se forças externas atuarem nele. RESULTANTE DAS FORÇAS EXTERNAS = ZERO LEIS DE NEWTON LEI DA INÉRCIA Um objeto imóvel permanecerá assim desde que não haja uma força resultante agindo sobre ele. Da mesma forma, um corpo movimentando-se com velocidade constante ao longo de uma trajetória retilínea manterá este movimento, a não ser que sobre ele atue uma força resultante que altere a velocidade ou a direção do movimento LEIS DE NEWTON LEI DA INÉRCIA Forças externas agem reduzindo a velocidade na maioria das situações LEIS DE NEWTON LEI DA INÉRCIA O atrito e a resistência do ar são duas forças presentes normalmente, que agem para reduzir a velocidade de corpos em movimento LEIS DE NEWTON LEI DA ACELERAÇÃO Uma força aplicada a um corpo provoca uma aceleração deste corpo, com uma magnitude proporcional a ela, na sua direção e inversamente proporcional à massa do corpo Relação entre FORÇA, MASSA e ACELERAÇÃO LEIS DE NEWTON LEI DA ACELERAÇÃO Quando uma bola e arremessada, golpeada ou rebatida por um objeto, ela tende a se mover na direção da linha de ação da força aplicada. Quanto maior a força aplicada, mais rapidamente a bola se move F = ma LEIS DE NEWTON LEI DA ACELERAÇÃO Se uma bola de 1 kg é chutada com uma força de 10 N, a aceleração resultante da bola será de 10 m/s2. Se a bola tem uma massa de 2 kg, a aplicação da mesma força de 10 N produzirá uma aceleração de apenas 5 m/s2 LEIS DE NEWTON LEI DA AÇÃO E REAÇÃO Quando um corpo exerce uma força sobre outro, este segundo corpo exerce uma força de reação que é igual em magnitude e em sentido oposto à do primeiro corpo LEIS DE NEWTON LEI DA REAÇÃO A B Para toda ação, há uma reação IGUAL e OPOSTA LEIS DE NEWTON LEI DA REAÇÃO FRS = desempenho Saltador reduz a velocidade horizontal e cria uma velocidade vertical dirigida para cima CINÉTICA LINEAR COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS CORPOS EM CONTATO Quando o cavalo exerce uma força na carroça para provocar movimento para frente, a carroça exerce uma força para trás de magnitude igual à do cavalo Sistema mecânico único, se as duas forças são de mesma magnitude e direções opostas, a soma de seus vetores é igual a 0 CINÉTICA LINEAR COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS CORPOS EM CONTATO presença de uma força cuja magnitude sobre a carroça é diferente daquela sobre o cavalo - a força de atrito CINÉTICA LINEAR ATRITO Força que atua na interface das superfícies em contato, no sentido oposto à do movimento ou independente dele Unidade: N CINÉTICA LINEAR ATRITO A grandeza do atrito gerado determina o grau de dificuldade de se moverem dois objetos em contato CINÉTICA LINEAR ATRITO CINÉTICA LINEAR ATRITO CINÉTICA LINEAR ATRITO À medida que a magnitude da força aplicada vai aumentando, a magnitude da força de atrito oposta também aumenta até um certo ponto crítico. Neste ponto a força de atrito presente é chamada atrito estático máximo (Am) CINÉTICA LINEAR ATRITO CINÉTICA LINEAR ATRITO Se a magnitude da força aplicada aumentar além de Am, o movimento ocorre CINÉTICA LINEAR ATRITO CINÉTICA LINEAR ATRITO Uma vez que a caixa esteja em movimento, uma força de atrito oposta continua atuando. A força de atrito existente durante o movimento é chamada de atrito cinético (Ac). Ao contrário do atrito estático, a magnitude do atrito cinético permanece com seu valor constante que é menor que o do atrito estático máximo. A força de atrito permanece a mesma, independente da quantidade de força aplicada ou da velocidade do movimento CINÉTICA LINEAR ATRITO Dois fatores determinam a força de atrito estático máximo ou de atrito cinético em cada situação: o coeficiente de atrito, representado pela letra grega mu (), e a força de reação normal (N) F=N é adimensional e representa a facilidade relativa de deslizamento ou a quantidade de interação mecânica e molecular entre as duas superfícies em contato CINÉTICA LINEAR ATRITO Fatores que influenciam o valor de - irregularidade das superfícies - rigidez relativa das superfícies em contato - tipo de interação molecular entre elas Quanto MAIOR a interação MAIOR o valor de CINÉTICA LINEAR ATRITO O coeficiente de atrito entre duas superfícies assume um entre dois valores diferentes, dependendo se os corpos em contato estão imóveis (estático) ou em movimento (cinético) coeficiente de atrito estático (e) coeficiente de atrito cinético (c) CINÉTICA LINEAR ATRITO A magnitude do atrito estático máximo baseia-se no coeficiente de atrito estático: Fe = eN A magnitude da força de atrito cinético baseia-se no coeficiente de atrito cinético: Fc = cN CINÉTICA LINEAR ATRITO O outro fator que afeta a magnitude da força de atrito gerada é a força de reação normal. Se o peso é a única força vertical agindo sobre um corpo apoiado em uma superfície horizontal, N é igual ao peso em magnitude CINÉTICA LINEAR ATRITO VARIAÇÃO DA FORÇA DE REAÇÃO NORMAL CINÉTICA LINEAR ATRITO A quantidade de atrito existente entre duas superfícies também pode ser alterada modificando-se o coeficiente de atrito entre as superfícies ? CINÉTICA LINEAR ATRITO Os únicos fatores que afetam o atrito são o COEFICIENTE DE ATRITO e a FORÇA DE REAÇÃO NORMAL CINÉTICA LINEAR MOMENTO LINEAR O momento linear pode ser definido genericamente como a quantidade de movimento que um objeto possui. Mais especificamente, o momento linear é o produto da massa de um objeto pela sua velocidade M = mv Unidade: kg.m/s CINÉTICA LINEAR MOMENTO LINEAR GRANDEZA VETORIAL Objeto estático – não tem momento linear M=0 M = mv CINÉTICA LINEAR MOMENTO LINEAR A primeira lei de Newton pode ser adaptada como o princípio da conservação do momento linear M1 = M2 Na ausência de forças externas, o momento linear total de um dado sistema permanece constante CINÉTICA LINEAR IMPULSO Quando forças externas atuam, elas modificam o momento linear presente em um sistema de maneira previsível. As alterações no momento linear não dependem apenas da magnitude de ação das forças externas, mas também do tempo em que cada força atua. O produto da força pelo tempo é conhecido como impulso Impulso = Ft CINÉTICA LINEAR IMPULSO Quando um impulso atua em um sistema, o resultado é uma alteração no momento linear total do sistema A relação impulso-momento linear pode ser expressa como: Ft = M Ft = (mv)2 – (mv)1 CINÉTICA LINEAR IMPACTO Impacto é a colisão de dois corpos por um intervalo de tempo extremamente pequeno (30 – 50 ms), durante o qual os dois imprimem forças relativamente grandes um contra o outro. O comportamento de dois objetos após um impacto depende não somente do momento linear coletivo, mas também da natureza do impacto CINÉTICA LINEAR IMPACTO IMPACTO PERFEITAMENTE ELÁSTICO a velocidade relativa dos dois corpos após o impacto é a mesma que sua velocidade relativa antes dele IMPACTO PERFEITAMENTE PLÁSTICO pelo menos um dos corpos se deforma, não recuperando sua forma original, e os corpos não se separam CINÉTICA LINEAR IMPACTO A maioria dos impactos não é nem perfeitamente elástico nem perfeitamente plástico, mas fica em algum ponto entre eles. A elasticidade relativa de um impacto é descrita pelo coeficiente de restituição (e). É um valor adimensional e varia de 0 a 1 Quanto mais PRÓXIMO de 1 for o coeficiente de restituição, mais ELÁSTICO é o impacto Quanto mais PRÓXIMO de 0 for o coeficiente de restituição, mais PLÁSTICO é o impacto CINÉTICA LINEAR IMPACTO e hf hi O coeficiente de restituição descreve as relações entre as velocidades relativas de dois corpos antes e após o impacto CINÉTICA LINEAR IMPACTO No caso de um impacto entre um corpo em movimento e outro estacionário, a equação pode ser simplificada, pois a velocidade do corpo estacionário permanece igual a 0. CINÉTICA LINEAR IMPACTO Para um corpo que cai de determinada altura e após o impacto com o solo sobe novamente até uma outra altura o coeficiente de restituição é dado por hf = altura final hi = altura inicial CINÉTICA LINEAR IMPACTO O coeficiente de restituição descreve a interação entre dois corpos durante um impacto; ele não é descritivo para qualquer objeto ou superfície individualmente. Deixando cair uma bola de futebol, uma bola de tênis e uma bola de basquetebol em várias superfícies diferentes, demonstra-se que algumas bolas saltam mais alto em certos tipos de superfície CINÉTICA LINEAR IMPACTO
