Apresentação do PowerPoint

Os fundamentos da Física
Dinâmica
Até agora apenas descrevemos o movimento: CINEMÁTICA
(posição, velocidade, aceleração).
Entretanto, é impossível PREVER movimentos usando somente a
cinemática.
Com as leis de Newton iniciamos aqui o estudo da DINÂMICA, que é
a parte da física responsável pela análise das causas do movimento.
A teoria do movimento é denominada MECÂNICA (cinemática,
estática e dinâmica). A mecânica se baseia nas ideias de massa e força,
relacionando estes conceitos físicos com grandezas cinemáticas
(deslocamento, velocidade e aceleração).
Todos os fenômenos da mecânica clássica podem ser descritos
mediante a utilização de três leis, denominadas leis de Newton ou do
movimento. Daí o nome mecânica Newtoniana.
Luciana Melo Almeida
O estudo do movimento ao longo do tempo
1º - Aristóteles na Grécia Antiga, com teses que hoje
sabemos erradas mas que ainda assim iniciaram o estudo
da Física.
2º - Galileu, na Itália do tempo da Inquisição, que
elaborou várias teses extremamente importantes.
3º - por último, Newton na Inglaterra, um século
após Galileu, inspirando-se no trabalho de seus
antecessores elaborou a Lei da Gravitação
Universal e as 3 Leis de Newton.
Luciana Melo Almeida
Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...
1. Por que, quando um ônibus freia ou acelera,
somos “empurrados” para frente ou para trás?
2. Por que precisamos utilizar o cinto de
segurança quando estamos no carro?
3. Como é possível retirar um papel debaixo de
uma garrafa sem tirá-la do lugar?
4. Por que não é possível uma pessoa se erguer
puxando o seu próprio cabelo?
Luciana Melo Almeida
ISAAC NEWTON
"Se
consegui ver mais longe que os outros, foi porque me
ergui sobre os ombros dos gigantes que me precederam"
- Isaac Newton, referindo-se a Galileu e Kepler
Luciana Melo Almeida
ISAAC NEWTON
Isaac Newton (1642-1727) nasceu
em Woolsthorpe (Inglaterra). Foi
educado na Universidade de
Cambridge e considerado aluno
excelente e aplicado. Newton fez
descobertas importantes em
Matemática, Óptica e Mecânica. Em
sua obra “Princípios Matemáticos de
Filosofia Natural”, enunciou as três
leis fundamentais do movimento,
conhecidas hoje como leis de
Newton.
Luciana Melo Almeida
Dentre os muitos trabalhos que Isaac
Newton elaborou, podemos citar:
1. O desenvolvimento
da Lei da Gravitação
Universal
2. O estudo sobre os
Fenômenos Ópticos que
possibilitaram a
elaboração da teoria sobre
a cor dos corpos
3. A criação e o
desenvolvimen
to dos Cálculos
Diferencial e
Integral
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Luciana Melo Almeida
1ª Lei de Newton: LEI DA INÉRCIA
“Todo corpo continua em
seu estado de repouso ou
de movimento uniforme
em uma linha reta, a
menos que ele seja
forçado a mudar aquele
estado por forças
imprimidas sobre ele”.
(Isaac Newton Principia)
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Luciana Melo Almeida
Exemplos
.
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Luciana Melo Almeida
Exemplos
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Luciana Melo Almeida
Lei da Inércia – A massa dos corpos pode interferir?
Quanto maior a massa de um corpo maior a sua inércia, ou
seja, maior é sua tendência de permanecer em repouso ou
em movimento retilíneo e uniforme.
Portanto, a massa é a característica que mede a inércia de
um corpo.
Luciana Melo Almeida
De acordo com a Lei da Inércia...
Força é o agente que altera a velocidade do corpo,
vencendo assim a tendência natural de manter seu estado de
equilíbrio (INÉRCIA).
A primeira lei de Newton não faz distinção entre um
corpo estar em repouso ou em movimento uniforme
(velocidade constante). O fato de o corpo estar em um ou
em outro estado depende do referencial (sistema de
coordenadas) em que o corpo é observado.
Luciana Melo Almeida
Segunda lei de Newton
(Princípio fundamental da Dinâmica)
• A resultante das forças aplicadas a um ponto material é igual ao
produto de sua massa pela aceleração adquirida:


FR  m  a
P  mg
Essa lei diz que a soma de todas as forças que atuam
sobre um corpo é igual a força resultante deste. É essa
força resultante que indicará a direção e o sentido em que
o corpo se moverá.
Luciana Melo Almeida
Força e leis de Newton
A interação de um corpo com sua vizinhança é descrita em
termos de uma FORÇA. Assim, uma força representa a
ação de empurrar ou puxar em uma determinada direção
Uma força pode causar diferentes efeitos em um corpo
como, por exemplo:
a) imprimir movimento
b) cessar um movimento
c) sustentar um corpo
d) deformar outros corpos
Luciana Melo Almeida
Onde estão as forças?
Gravidade:
As coisas caem porque são atraídas pela
Terra. É a chamada força gravitacional.
Essa força representa uma interação
existente entre a Terra e os objetos que
estão sobre ela.
P
-P
Sustentação:
Para que as coisas não caiam é preciso
segurá-las.
Na figura ao lado, por exemplo, a mesa
sustenta um objeto. Em geral essa força é
conhecida como força normal.
Luciana Melo Almeida
Onde estão as forças?
Sustentação:
Nesta figura um conjunto de fios
sustenta um bloco. Forças exercidas
por fios são denominadas forças de
tração.
Para manter a mola esticada, você
precisa exercer uma força sobre
ela. No entanto, a mola também
exerce uma força sobre você. A
força exercida por uma mola é
denominada força elástica.
Luciana Melo Almeida
Onde estão as forças?
Na água:
A água também pode sustentar coisas,
impedindo que elas afundem. Essa
interação da água com os objetos se
dá no sentido oposto ao da gravidade
e é medida através de uma força que
chamamos de empuxo hidrostático. É
por isso que nos sentimos mais leves
quando estamos dentro da água. O
que sustenta balões no ar também é
uma força de empuxo, igual à que
observamos na água.
Luciana Melo Almeida
Onde estão as forças?
No ar:
Para se manter no ar o pássaro bate asas e
consegue com que o ar exerça uma força
para cima, suficientemente grande para
vencer a força da gravidade. Da mesma
forma, o movimento dos aviões e o formato
especial de suas asas acaba por criar uma
força de sustentação. Essas forças também
podem ser chamadas de empuxo. Porém,
trata-se de um empuxo dinâmico, ou seja,
que depende de um movimento para existir.
Luciana Melo Almeida
Força e leis de Newton
Forças são grandezas vetoriais, possuem
módulo, direção e sentido. São
representadas por vetores.
A unidade de medida de força no SI é o
Newton [N].
Para se ter uma ideia, um Newton (1 N) é
força necessária para erguer uma xícara
de café (100 ml).
100 N é, aproximadamente, a força
necessária para erguer dois pacotes de
arroz de 5 Kg cada.
Luciana Melo Almeida
Como medir uma força?
Corpos elásticos se deformam sob ação
de forças de contato. Podemos medir o
efeito de uma força aplicada a um
corpo pela distensão que ela produz
numa mola presa ao corpo.
Os dinamômetros
baseiam-se neste
princípio.
Luciana Melo Almeida
Forças de contato e forças de campo
Forças de contato são
aquelas em que há a
necessidade de um contato
físico entre os corpos para
que neles atuem essas
forças.
Forças de campo são
aquelas que atuam à
distância, sem a necessidade
de contato entre os corpos.
Luciana Melo Almeida
Segunda lei de Newton
Quando uma força resultante está presente numa
partícula, esta adquire uma aceleração na mesma
direção e sentido da força, segundo um referencial
inercial.
Luciana Melo Almeida
Segunda lei de Newton
Percebemos que Massa e Aceleração são grandezas
inversamente proporcionais
Terceira lei de Newton
Quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo corpo
exerce uma força sobre o primeiro.
As forças que compõem esse par (ação – reação) são sempre iguais
em intensidade e opostas em sentido. Em outras palavras, “a toda
ação corresponde uma reação de mesma intensidade e sentido
oposto”.
Luciana Melo Almeida
Propriedades do par ação – reação
1) Estão associadas a uma única interação, ou seja,
correspondem SEMPRE às forças trocadas entre apenas
dois corpos;
2) O par de forças SEMPRE apresenta mesma direção,
mesma intensidade e sentidos opostos;
3) O par de forças NUNCA atua no mesmo corpo. Como as
forças atuam em corpos diferentes, NUNCA se anulam.
4) As forças do par têm SEMPRE a mesma natureza
(ambas de contato ou ambas de campo)
Luciana Melo Almeida
Propriedades do par ação – reação
1) Estão associadas a uma única interação, ou seja,
correspondem SEMPRE às forças trocadas entre apenas
dois corpos;
2) O par de forças SEMPRE apresenta mesma direção,
mesma intensidade e sentidos opostos;
3) O par de forças NUNCA atua no mesmo corpo. Como as
forças atuam em corpos diferentes, NUNCA se anulam.
4) As forças do par têm SEMPRE a mesma natureza
(ambas de contato ou ambas de campo)
Luciana Melo Almeida
Exercícios
1-) A função horária das posições de um móvel
sobre uma trajetória retilínea é S= 10 – 2t (no SI).
Pede-se:
a) a posição do móvel no instante 6s
b) o deslocamento do móvel entre os instantes 1s e
4s
c) o instante em que o móvel passa pela origem
das posições
Exercícios
2-) Duas esferas A e B movem-se ao longo de uma linha
reta, com velocidades constantes e iguais a 4 cm/s e 2
cm/s. A figura mostra suas posições num dado instante.
A posição, em cm, em que A alcança B é:
a) 4.
b) 8.
c) 11.
e) 20
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d) 12.
Exercícios
3-) Um gato realiza um MUV em trajetória retilínea e
horizontal que obedece à função horária da velocidade
V= – 20 + 5t em unidades do SI. Pede-se:
a) a velocidade inicial e a aceleração b) o instante em que
ele muda o sentido de seu movimento c) classificar o
movimento em progressivo ou retrógrado, acelerado ou
retardado, orientando a trajetória para a direita. Qual o
tipo de movimento do gato nos instantes 2s e 10s
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Exercícios
4-) Considere as seguintes afirmações a respeito de um passageiro
de um ônibus que segura um balão através de um barbante:
I) Quando o ônibus freia, o balão se desloca para trás.
II) Quando o ônibus acelera para frente, o balão se desloca para
trás.
III) Quando o ônibus acelera para frente, o barbante permanece
na vertical.
IV) Quando o ônibus freia, o barbante permanece na vertical.
Assinale a opção que indica a(s) afirmativa(s) correta(s).
a) III e IV
b) I e II
c) Somente I
d) Somente II
e) Nenhuma das afirmações é verdadeira.
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Exercícios
5-) É comum, em filmes de ficção científica, que as naves espaciais,
mesmo quando longe de qualquer planeta ou estrela, permaneçam
com os motores ligados durante todo o tempo de percurso da
viagem. Esse fato:
01- Se justifica, porque, se os motores forem desligados, a
velocidade da nave diminuirá com o tempo até parar.
02- Se justifica, pois, para que qualquer objeto se mova, é
necessária a ação de uma força sobre ele.
04-Se justifica, porque, se os motores forem desligados, a nave será
desviada, de forma gradativa, de sua rota.
08- Não se justifica, pois, uma vez atingida a velocidade de
cruzeiro, a nave seguirá até o destino com velocidade constante.
16- Não se justifica, pois, uma vez colocada no seu rumo, a nave
seguirá até seu destino sem desviar-se da rota.
Exercícios
6-) Considere um grande navio, tipo transatlântico, movendo-se em linha reta e
com velocidade constante (velocidade de cruzeiro). Em seu interior, existe um
salão de jogos climatizado e nele uma mesa de pingue-pongue orientada
paralelamente ao comprimento do navio. Dois jovens resolvem jogar pinguepongue, mas discordam sobre quem deve ficar de frente ou de costas para o
sentido do deslocamento do navio. Segundo um deles, tal escolha influenciaria no
resultado do jogo, pois o movimento do navio afetaria o movimento relativo da
bolinha de pingue-pongue.
Nesse contexto, de acordo com as Leis da Física, pode-se afirmar que
a) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um
referencial não inercial, não afetando o movimento da bola.
b) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um
referencial não inercial, não afetando o movimento da bola.
c) a discussão é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um
referencial inercial, afetando o movimento da bola.
d) a discussão não é pertinente, pois, no caso, o navio se comporta como um
referencial inercial, não afetando o movimento da bola.
Exercícios
7-) Na figura abaixo despreze as forças dissipativas e
calcule o valor da carga Q, sabendo que o rapaz exerce
uma força de 25N para mantê-la em equilíbrio.
Exercícios
8-) Uma força de intensidade 20N atua sobre os blocos A
e B, de massas mA=3kg e mB=1kg, como mostra a
figura.
A superfície sobre a qual desliza o conjunto é
horizontal e sem atrito. Considere g=10m/s2 e
determine: a) a intensidade da força que A
aplica em B b) a intensidade da força que B
aplica em A
Exercícios
9-) Dois corpos A e B de massas mA = 3kg e mB = 1kg
estão ligados por um fio flexível, como mostra a figura,
a mover-se sob a ação da gravidade, sem atrito.
(considere g=10m/s2).
Determine a aceleração do conjunto e a intensidade da
força de tração no fio.