Mecânica I (FIS-14) Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá Sala 2602A-1 Ramal 5785 [email protected] www.ief.ita.br/~rrpela Onde estamos? ● Nosso roteiro ao longo deste capítulo – Cinemática retilínea: movimento contínuo – Cinemática retilínea: movimento irregular – Movimento curvilíneo geral – Movimento curvilíneo: componentes retangulares – Movimento de um projétil – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial – Movimento curvilíneo: componentes cilíndricas – Análise do movimento absoluto dependente de duas partículas – Movimento relativo de duas partículas usando eixos de translação – Movimento relativo de duas partículas usando eixos de rotação 2.4 – Movimento curvilíneo geral ● ● ● Movimento curvilíneo: ocorre quando uma partícula se move ao longo de uma trajetória curva. Visto que essa trajetória é frequentemente descrita em 3 dimensões, a análise vetorial será usada para formular a posição, a velocidade e a acelaração da partícula Revisão de análise vetorial: apêndice B do Hibbeler (Dinâmica) 2.4 – Movimento curvilíneo geral ● Posição: considere uma partícula localizada sobre uma curva espacial definida pela trajetória s(t). A posição da partícula, medida a partir de um ponto fixo O, será designada pelo vetor posição. Tanto a intensidade quanto a direção deste vetor pode variar ao longo da curva Deslocamento: variação na posição da partícula – ● – é determinado pela subtração vetorial 2.4 – Movimento curvilíneo geral ● Velocidade média ● Velocidade instantânea – Aproxima-se da tangente da curva Velocidade escalar – ● 2.4 – Movimento curvilíneo geral ● Aceleração ● Hodógrafa – Aceleração é tangente 2.4 – Movimento curvilíneo geral ● Em geral, a aceleração não é tangente à trajetória – Aponta para o lado côncavo (interno de uma curva ) 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● ● Ocasionalmente, o movimento de uma partícula pode ser mais bem descrito ao longo de uma trajetória que pode ser expressa em termos de suas coordenadas x, y, z. Se a partícula está em um ponto (x,y,z) sobre a trajetória curva, então sua posição é dada por: 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● ● Velocidade A velocidade é sempre tangente à trajetória 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● ● Aceleração Em geral, a aceleração não é tangente à trajetória 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● Exemplo: em qualquer instante de tempo, a posição horizontal do balão meteorológico é definida por x = (9,00t) m, onde t é dado em s. Se a equação da trajetória é sendo x dado em m, determine a intensidade e a direção da velocidade e da aceleração quando t = 2,00 s. 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● Exemplo: Para 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● Exemplo: Para 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares ● Exemplo: por um curto período de tempo, a trajetória de um avião é descrita por se o avião está decolando com uma velocidade constante de 10,0 m/s (na vertical), determine as intensidades da velocidade e aceleração quando ele está em y=100 m 2.5 – Movimento curvilíneo: componentes retangulares Para y=100 m Para y=100 m Para y=100 m 2.6 – Movimento de um projétil O movimento de um projétil em voo livre é frequentemente estudado em termos das suas componentes retangulares. 2.6 – Movimento de um projétil Visto que ax = 0, a aplicação das equações de aceleração constante, resulta em: A primeira e a última equação indicam que a componente horizontal da velocidade sempre permanece constante durante o movimento. 2.6 – Movimento de um projétil Movimento vertical Visto que o eixo y positivo está direcionado para cima, então ay = – g. Obtemos A última equação pode ser formulada com base na eliminação do tempo t das duas primeiras equações, e, portanto, apenas duas das três equações anteriormente apresentadas são mutuamente independentes. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Quando a trajetória ao longo da qual uma partícula se move é conhecida, costuma ser conveniente descrever o movimento utilizando-se eixos de coordenadas n e t os quais atuam normal e tangente à trajetória, respectivamente, e no instante considerado tem sua origem localizada na partícula. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Movimento plano Considere a partícula mostrada na Figura acima, que se move em um plano ao longo de uma curva fixa tal que em dado instante ela está na posição s, medida a partir do ponto O. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Movimento plano A única escolha para o eixo normal pode ser feita observando-se que geometricamente a curva é construída a partir de uma série de segmentos do arco diferenciais ds, O plano que contém os eixos n e t é referido como o plano osculador, e nesse caso ele é fixo no plano do movimento. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Velocidade A velocidade da partícula v tem uma direção que é sempre tangente à trajetória, Desse modo, onde: 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Aceleração A aceleração da partícula é a taxa de variação temporal da velocidade. Assim, 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Aceleração Como mostrado na Figura abaixo, precisamos u´t = ut + dut. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Aceleração a pode ser escrita como a soma de suas duas componentes, onde: ou e 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Aceleração Essas duas componentes mutuamente perpendiculares são mostradas na Figura abaixo. Portanto, a intensidade da aceleração é o valor positivo de: 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Movimento tridimensional Se nenhum movimento ocorre na direção ub, e essa direção e ut são conhecidos, então un pode ser determinado, onde, nesse caso, un = ub × ut. Lembre, entretanto, que un, está sempre do lado côncavo da curva. 2.7 – Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Exercício Se a trajetória é expressa como y = f (x), o raio da curvatura ρ em qualquer ponto sobre a trajetória é determinado pela equação: