Slide 1 - A Física tá complicada?

CURSO: Engenharia Civil
DISCIPLINA: Mecânica da Partícula
PROFº: MSc. Demetrius Leão
1
ACOMPANHE A DISCIPLINA PELA INTERNET
• Página com as aulas e listas de exercícios:
“A Física tá complicada?”
http://simplephysicsbr.wordpress.com/
• E-mail: [email protected]
2
OBJETIVOS DESSA AULA:
• Conhecer as razões físicas pelas quais
os movimentos ocorrem.
• Identificar e compreender as Leis de
Newton.
• Explicar situações cotidianas por meio
das Leis de Newton.
3
DINÂMICA
É o estudo dos movimentos e suas causas.
Tem como base de seus conteúdos as Leis de
Newton
4
Fundações
profundas
Construções
grandes
Construções
pequenas
Precisa de
mais dicas?
BATE
ESTACAS
Leonardo da
Vinci chegou
a fazer um
protótipo
Colocação de
estacas,
postes, etc...
Depende da
gravidade
para
funcionar
Suas
melhores
versões são
hidráulicas
5
6
O que faz o martelo cair em
direção à Terra?
Por que o martelo começa a se
mover?
O que faz com que o martelo pare
de se movimentar?
O que faz com que o martelo,
já em movimento, aumente de
velocidade?
O bate-estacas é um equipamento utilizado para
execução de fundações profundas em grandes
construções, método no qual se finca estacas no
solo, que podem ser pré-moldadas em concreto,
madeira, metálicas, e outros materiais.
8
Leonardo da Vinci inventou protótipos
diversos, dentre eles, o de um bate estacas.
9
O processo executivo de cravação emprega como equipamentos um dos
três tipos de bate-estacas:
– bate-estacas por gravidade: consta, basicamente, de um peso que é
levantado através de um guincho e que cai orientado por guias laterais. A
freqüência das pancadas é da ordem de 10 por minuto e o peso do
martelo varia entre 1,0 a 3,5 ton.
– bate-estacas a vapor: o levantamento do peso é feito através da
pressão de vapor obtido por uma caldeira e a queda é por gravidade. São
muito mais rápidos que os de gravidade, com cerca de 40 pancadas por
minuto e o peso do martelo de 4,0 ton. Como variante deste tipo, temos o
chamado bate-estacas de duplo efeito, onde a pressão do vapor acelera a
descida do macaco, aumentando assim o número de pancadas para cerca
de 250 por minuto.
– bate-estacas a explosão: o levantamento do peso é feito através da
explosão de gases (tipo diesel). Este tipo de bate-estacas está hoje
sofrendo grande evolução.
10
Abrindo um parênteses: o que é uma força?
No sentido mais simples, é um empurrão ou puxão,
sempre resultado da interação de dois corpos. Num
sentido macroscópico, podem ser forças de contato ou
de ação a distância.
Exemplos de forças de “contato”:
Competidores de cabo de guerra
Chute numa bola
Colisão frontal de carros
Uma pessoa não pode
conter uma força!
Eu tenho
a força!
Exemplos de forças de ação a distância:
Força gravitacional
Força elétrica
Força magnética
Newton elaborou princípios para explicar a origem movimento,
conhecidas como as três leis de Newton. Vamos falar sobre duas
dessas leis: A primeira lei, a da Inércia, e a terceira lei, a lei da
Ação e Reação.
A relação entre força e movimento
A FÍSICA DO BATE ESTACAS
PARTE 1
LEIS DE NEWTON
17
O ANTES: Se o martelo estiver em sua posição mais baixa...
Antes de ser içado, ele está em repouso. Quais forças atuam sobre o
martelo?
O DURANTE: Se o martelo estiver em ascensão (primeiros
instantes)...
Entre o momento em que o martelo sai do solo e o instante em que
atinge um MRU, qual força “vence”, peso ou tração?
O DURANTE: Se o martelo estiver em ascensão (depois de
vencido os primeiros instantes)...
Depois que a velocidade do martelo se estabiliza, as forças que
atuam nele se mantém com a mesma intensidade em relação aos
primeiros instantes de movimento?
Aristóteles, na Grécia Antiga, se baseava em argumentos
muito frágeis para explicar os movimentos...
Quando as forças estão em equilíbrio...
Um estado possível para este objeto é o de repouso.
O atrito e a distância...
Quanto menos atrito houver em uma pista de boliche,
mais longe as bolas chegam. Em uma situação ideal, em
que uma pista não tivesse qualquer força dissipativa, até
onde essas colas iriam?
As bolas de boliche param porque o atrito atrapalha esse
movimento...
Se quanto menos atrito, mais longe o objeto vai...
Mas quando o atrito é completamente removido...
MRU
v
Em uma pista imaginária sem atrito o objeto ficaria
indefinidamente em movimento retilíneo uniforme - MRU.
Eis a inércia...
A inércia, portanto, é uma propriedade que os corpos
possuem de resistir à mudança de seu estado de
movimento ou de repouso. Para mudar a velocidade de
um corpo, é preciso aplicar uma força sobre ele.
I Lei de Newton: A lei da inércia
“Se nenhuma força atua sobre um corpo, sua velocidade não pode
mudar, ou seja, o corpo não pode sofrer uma aceleração.” HALLIDAY,
2008.
Se um corpo está em repouso, sua tendência é permanecer em repouso. Se
está em movimento retilíneo uniforme, sua tendência é continuar com a
mesma velocidade (mesmo módulo e orientação).
O princípio da inércia também explica porque as pessoas
se ferem em acidentes automobilísticos. O uso do cinto
de segurança tenta minimizar o efeito da inércia, ao
projetar alguém contra o para-brisas de um carro numa
colisão, fixando as pessoas ao veículo.
Corpos em equilíbrio
Corpos em equilíbrio de forças estão em situação de
equilíbrio, em suas condições possíveis:
ESTÁTICO
velocidade nula
DINÂMICO
velocidade constante (MRU)
III Lei de Newton: Ação e Reação
Def.: A toda ação há, sempre oposta, uma reação igual, ou
as ações mútuas de dois corpos, um sobre o outro, são
sempre iguais e dirigidas para partes contrárias. (Newton)
F A-B
F B-A
Se um corpo A exerce sobre um corpo B uma força FA-B ,
então o corpo B também exerce sobre o corpo A uma força
FB-A , de modo que essas duas forças têm o mesmo
módulo, a mesma direção e sentidos opostos.
Logo,
F A-B = ̶ F B-A
32
De acordo com Newton, as forças
aparecem sempre aos pares; elas são
interações entre corpos. Newton chamou
esse par de forças de Ação e Reação.
COLOCANDO O MARTELO EM
MOVIMENTO
Entre o momento em que martelo está em repouso e o
que antecede seu movimento uniforme – ou seja, no
momento em que os cabos tracionados o colocam em
movimento, como analisar essa aceleração?
1000 kg
2 m/s²
34
COLOCANDO O MARTELO EM
MOVIMENTO
Entre o momento em que martelo está em repouso e o
que antecede seu movimento uniforme – ou seja, no
momento em que os cabos tracionados o colocam em
movimento, como analisar essa aceleração?
2T
1000 kg
4 m/s²
35
COLOCANDO O MARTELO EM
MOVIMENTO
Entre o momento em que martelo está em repouso e o
que antecede seu movimento uniforme – ou seja, no
momento em que os cabos tracionados o colocam em
movimento, como analisar essa aceleração?
2000 kg
1m/s²
36
COLOCANDO O MARTELO EM
MOVIMENTO
Entre o momento em que martelo está em repouso e o
que antecede seu movimento uniforme – ou seja, no
momento em que os cabos tracionados o colocam em
movimento, como analisar essa aceleração?
500 kg
4 m/s²
37
2A LEI DE NEWTON OU PRINCÍPIO
FUNDAMENTAL DA DINÂMICA
Para que um corpo modifique o módulo, a direção ou o sentido de
sua velocidade, o que significa estar em movimento acelerado, é
necessária a ação de uma força. No caso de um corpo com massa
constante, a aceleração a que ele é submetido será tanto maior
quanto maior for a força resultante sobre ele. Ou seja:
Força resultante: tem mesma direção e sentido da aceleração
resultante. Se a força resultante sobre um corpo for nula, ele pode
estar em movimento retilíneo uniforme, pois nesse movimento a
aceleração resultante também é nula.
EXEMPLO 1
Um carro freia bruscamente e o passageiro bate com a cabeça no vidro do para-brisa.
Três pessoas dão as seguintes explicações sobre o fato:
1a O carro foi freado, mas o passageiro continuou em movimento.
2a O banco do carro impulsionou a pessoa para a frente no instante da freada.
3a O passageiro só foi jogado para a frente porque a velocidade era alta e o carro
freou bruscamente.
Podemos concordar com:
a) a 1a e a 2a pessoas.
b) apenas a 1a pessoa.
c) a 1a e a 3a pessoas.
d) apenas a 2a pessoa.
e) as três pessoas.
RESPOSTA: B
Em relação a um referencial fixo fora do carro, observamos, antes da frenagem, que o carro e o
passageiro apresentam a mesma velocidade. Portanto, pelo princípio da inércia, tanto o carro
quanto o passageiro tendem a permanecer nesse estado de movimento. Assim, no momento da
frenagem do carro, o passageiro continua em movimento. Logo, podemos concordar apenas com
a explicação da 1a pessoa.
EXEMPLO 2
O cabo de um reboque arrebenta se nele for aplicada uma força
que exceda 1.800 N. Suponha que o cabo seja usado para
rebocar um carro de 900 kg ao longo de uma rua plana e
retilínea.Nesse caso, que aceleração máxima o cabo suportaria?
a) 0,5 m/s2
b) 1,0 m/s2
c) 2,0 m/s2
d) 4,0 m/s2
e) 9,0 m/s2
RESPOSTA: C
EXEMPLO 3
(UFPE) A figura abaixo mostra três blocos de massa mA = 1,0 kg, mB =
2,0 kg e mC = 3,0 kg.Os blocos se movem em conjunto, sob a ação de
uma força F constante e horizontal, de módulo 4,2 N.
Desprezando-se o atrito, qual o módulo da força resultante sobre o bloco
B?
RESPOSTA: B
a) 1,0 N
Considerando os blocos A, B e C como um único
b) 1,4 N
corpo,
c) 1,8 N
o módulo da força resultante sobre ele (F) é dado
d) 2,2 N
pela
e) 2,6 N
2a lei de Newton:
F = (mA + mB + mC) . a
Isto é: 4,2 = (1 + 2 + 3) . a  a = 0,7 m/s2
Logo, a força resultante sobre o corpo B será:
FR = mB . a = 2 . 0,7  FR = 1,4 N.
42