Física - Profº Neivaldo Lúcio

Introdução ao estudo da Dinâmica: Fundamentos Teóricos 

A Dinâmica é a parte da mecânica que se dedica ao estudo dos movimentos levando em conta as suas causas: as forças.

Em Física, Força designa um agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de um determinado corpo. Porém, falar de força parece ser muito abstrato, mas basta pensar em todas as tarefas diárias que realizamos para que possamos perceber que força é algo que está presente em nosso dia-a-dia. Por exemplo: quando empurramos ou puxamos um objeto dizemos que estamos fazendo força sobre ele. Existem vários tipos de força: força elétrica, força magnética, força gravitacional, força de atrito, força peso, força normal e outras.

Características de uma força

Força é uma grandeza vetorial e, como tal, possui características peculiares de uma grandeza vetorial. São as características:

Módulo é a intensidade da força aplicada;

Direção é reta ao longo da qual ela atua;

Sentido é dizer para que lado da reta em questão o esforço foi feito: esquerda, direita, norte, sul, leste, oeste.

A 1ª Lei de Newton - lei da inércia

Existe na natureza uma tendência de não se alterar o estado de movimento de uma partícula, isto é, uma partícula em repouso tende naturalmente a permanecer em repouso e uma partícula com velocidade constante tende a manter a sua velocidade constante. Essa tendência natural de tudo permanecer como está é conhecida como inércia. No caso da Mecânica, essa observação a respeito do comportamento da natureza levou Newton a enunciar a sua famosa Lei da Inércia, que diz:

"Qualquer corpo em movimento retilíneo e uniforme (ou em repouso) tende a manter-se em movimento retilíneo e uniforme (ou em repouso)."

O exemplo mais simples, do ponto de vista da observação da inércia dos corpos, é aquele dos passageiros num ônibus. Quando o veículo é brecado, os passageiros tendem a manter-se no seu estado de movimento. (veja no final da página 1ª Lei de Newton)

A 2ª lei de Newton - Lei ou Principio Fundamental da Dinâmica (P.F.D.)

A segunda lei de Newton é a lei fundamental da Mecânica. A partir dela e através de métodos matemáticos, podemos fazer previsões (velocidade e posição, por exemplo) sobre o movimento dos corpos.
Qualquer alteração da velocidade de uma partícula é atribuída, sempre, a um agente denominado força. Basicamente, o que produz mudanças na velocidade são forças que agem sobre a partícula. Como a variação de velocidade indica a existência de aceleração, é de se esperar que haja uma relação entre a força e a aceleração. De fato, Sir Isaac Newton percebeu que existe uma relação muito simples entre força e aceleração, isto é, a força é sempre diretamente proporcional à aceleração que ela provoca; (veja no final da página foto da 2ª Lei de Newton)

É expressa pela fómula: F=m.a onde: "m" é a massa de um corpo expressa em Kg e "a" é a aceleração expressa em m/s²

Unidades de Medida de Força

As unidades de medida de força comumente utilizadas são o quilograma-força (kgf) e o newton (N). No S.I., a unidade de medida de força é o Newton (N),

Para o caso de uma força, uma unidade muito utilizada na prática diária é 1 quilograma-força, que se representa por 1 kgf. Um quilograma-força é a força com que a Terra atrai o quilograma padrão (isto é, o seu peso) ao nível do mar e a 45° de latitude. O quilograma-força não é uma unidade força do SI (Sistema Internacional de Unidades).

A 3ª lei de Newton - Ação e Reação

As forças resultam da interação de um corpo com outro corpo. É de se esperar, portanto, que, se um corpo A exerce uma força sobre um corpo B (chamada de ação), A também experimenta uma força (chamada de reação) que resulta da interação com B.
Newton percebeu não só que isso acontece sempre mas, indo mais longe, especificou as principais características das forças que resultam da interação entre dois corpos. Essa questão foi objeto da sua terceira lei, cujo enunciado é: (veja no final da página foto 3ª Lei de Newton)

"Para toda força que surgir num corpo como resultado da interação com um segundo corpo, deve surgir nesse segundo uma outra força, chamada de reação, cuja intensidade e direção são as mesmas da primeira mas cujo sentido é o oposto da primeira."

Fonte:

http://efisica.if.usp.br/mecanica/universitario/dinamica/leis_Newton/

http://www.brasilescola.com/fisica/forca.htm

MOVIMENTO UNIFORME (M.U.)

O Estudo do Espaço em Função do Tempo – Um móvel realiza um movimento uniforme quando percorre espaços iguais em tempos iguais, ou seja, o espaço varia uniformemente ao longo do tempo. Isso só ocorre quando a velocidade do móvel permanece constante durante todo o trajeto.
Entretanto essa velocidade, apesar de ser constante, é diferente de zero, ou seja, ela pode assumir qualquer outro valor que não seja o zero.

Classificação do MU:

a) Movimento Uniforme Progressivo – O sentido do movimento do corpo coincide com o sentido fixado como positivo para a trajetória; a velocidade do móvel é positiva; os espaços aumentam em relação à origem.

b) Movimento Uniforme Retrógrado (ou regressivo) – O móvel anda contra a orientação da trajetória; a velocidade é negativa; os espaços diminuem algebricamente em relação à origem.

c) Movimento Acelerado: É o movimento em que os sinais da aceleração e velocidade são iguais. Note que nesse movimento o módulo da velocidade aumenta com o tempo.

d)Movimento Retardado: É o movimento em que os sinais da aceleração e velocidade são diferentes. Note que nesse movimento o módulo da velocidade diminui com o tempo.

Equação Horária do M.U.
Essa é uma função do primeiro grau e é chamada de função horária da posição. Através dela podemos determinar a posição de um móvel num determinado instante.

S = So + Vt
onde:
S= espaço final.
So= espaço inicial
V= velocidade
t= tempo


GRÁFICOS DO MOVIMENTO UNIFORME

Os gráficos facilitam a visualização global do movimento, permitindo-nos focalizar um determinado instante sem perder de vista o que aconteceu antes e depois do instante focalizado. Gráfico Velocidade x Tempo No movimento uniforme, como a velocidade escalar é constante, sua representação gráfica é uma reta paralela ao eixo dos tempo.

Podemos observar que o espaço é uma função do tempo s = f(t), do 1º grau em t. Uma função de 1º grau é representada graficamente por uma reta, no sistema de coordenadas cartesianas, em relação ao eixo dos tempos.

Para v > 0 a função é crescente, assim o gráfico da função pode ser:
Gráfico do MU para v = cte. >0
Notamos que o gráfico da função é uma reta crescente, portanto, o movimento é progressivo, ou seja, o móvel caminha na mesma direção e sentido da orientação da trajetória. Para v < v =" cte.">

Gráficos da velocidade Como a velocidade escalar média é constante, os gráficos podem ser: 1 – Para v > 0:
v > 0 - Movimento Progressivo
Note que o gráfico da velocidade é uma reta paralela ao eixo dos tempos, para v = f(t). Essa função é uma função constante. 2 – Para v <>
Nota: Os gráficos não determinam a trajetória, apenas representam as funções do movimento. Como no movimento uniforme a aceleração é nula (a=0), o gráfico da aceleração é uma reta que coincide com o eixo dos tempos.

Gráfico da aceleração MU: aceleração é constante

Fonte:
http://www.brasilescola.com/fisica/movimento-uniforme.htm
http://www.colegioweb.com.br/fisica/movimento-uniforme

Velocidade Média

A velocidade média é definida como sendo a relação entre o espaço percorrido por um móvel e o tempo gasto para percorre-lo.

Vm=S-S0/t-to

onde:
S= posição final
So= posição inicial
t= tempo final
to=tempo inicial

Aplicação:

Considere que você precisa fazer uma viagem de Belém a Mosqueiro, distante 75 km, considere também que esta viagem seja feita em 2 h, um tempo bastante longo para os nossos padrões. Dividindo a distância (75 km) pelo tempo (2h), encontraremos a sua velocidade média vm:

vm = 75/2 = 37,5 km/h

Em um outro automóvel que gastasse apenas 45 minutos ou 3/4 da hora (uma hora possui 60 minutos e cada 1/4 da hora, 15 minutos) sua velocidade seria bem maior, observe:

m = 75/(3/4) = 100 km/h

Perceba que quanto menor o tempo, maior a velocidade. A velocidade média é definida como sendo a relação entre o espaço percorrido por um móvel e o tempo gasto para percorre-lo.

Tipos de Movimento

a) Movimento Progressivo
Em um movimento progressivo a posição do móvel aumenta no decorrer do tempo. Como conseqüência a velocidade é positiva (v > 0).

b) Movimento Retrogrado ou Regressivo
Nesse tipo de movimento a velocidade é negativa (v<0) É comum medirmos velocidade em km/h, é como aparece nos velocímetros dos carros e nas placas nas rodovias, mas medir em m/s é uma maneira muito usada. A unidade m/s também a unidade do Sistema Internacional (SI). Para converter de m/s para km/h basta multiplicar por 3,6. Para converter de km/h para m/s basta dividir por 3,6.


Verificação de Aprendizagem

Resolva estas questões referentes ao estudo de velocidade média

01) Quando o brasileiro Joaquim Cruz ganhou a medalha de ouro nas Olimpíadas de Los Angeles, correu 800m em 100s. Qual foi sua velocidade média?

02) Um nadador percorre uma piscina de 50m de comprimento em 25s. Determine a velocidade média desse nadador.

03) Suponha que um carro gaste 3 horas para percorrer a distância de 45 km. Qual a velocidade média deste carro?

04) Um automóvel passou pelo marco 30 km de uma estrada às 12 horas. A seguir, passou pelo marco 150 km da mesma estrada às 14 horas. Qual a velocidade média desse automóvel entre as passagens pelos dois marcos?

05) Um motorista de uma transportadora recebeu seu caminhão e sua respectiva carga no km 340 de uma rodovia às 13 horas, entrou a carga no km 120 da mesma rodovia às 16 horas. Qual foi a velocidade média desenvolvida pelo caminhão?

06) No verão brasileiro, andorinhas migram do hemisfério norte para o hemisfério sul numa velocidade média de 25 km/h . Se elas voam 12 horas por dia, qual a distância percorrida por elas num dia?

07) Um arro se move a uma velocidade de 100 km/h. A distancia por ele percorrida foi de 200 Km. Quanto tempo ele demorou na viagem?

08) Uma pessoa, andando normalmente, desenvolve uma velocidade média da ordem de 1 m/s. Que distância, aproximadamente, essa pessoa percorrerá, andando durante 120 segundos?

09) Um foguete é lançado à Lua com velocidade constante de 17500 km/h, gastando 22 horas na viagem. Calcule, com esses dados, a distância da Terra à Lua em quilômetros.

10) Um trem viaja com velocidade constante de 50 km/h. Quantas horas ele gasta para percorrer 200 km?

11) Uma motocicleta percorre uma distância de 20 m com velocidade média de 10 m/s. Qual o tempo gasto para percorrer essa distância?

12) Se um ônibus andar à velocidade de 50 km/h e percorrer 100 km, qual será o tempo gasto no percurso?

Mais Exercícios sobre Velocidade Média:
01)Qual a velocidade média em km/h de uma pessoa que percorre, a pé, 1200m em 20min.

02) Calcule o tempo gasto para um móvel percorrer a distancia de 204 m com velocidade média de 5 m/s.

03) Um automóvel passou pelo marco 30 km de uma estrada às 12 horas. A seguir, passou pelo marco 150 km da mesma estrada às 14 horas. Qual a velocidade média desse automóvel entre as passagens pelos dois marcos?


04)Uma pessoa, andando normalmente, desenvolve uma velocidade média da ordem de 1 m/s. Que distância, aproximadamente, essa pessoa percorrerá, andando durante 120 segundos?


05)Um foguete é lançado à Lua com velocidade constante de 17500 km/h, gastando 22 horas na viagem. Calcule, com esses dados, a distância da Terra à Lua em quilômetros.


06)Dois automóveis viajam num mesmo instante. O carro A viaja a uma razão de 90 Km/h e um carro B viaja a uma razão de 30 m/s. demonstre qual é o carro mais veloz.

07)Determine o tempo gasto, em minutos, quando um trem viaja com velocidade média de 55 Km/h ao percorrer 440 km.


Fonte:

http://www.fisicapaidegua.com/conteudo/conteudo.php?id_top=010102http://br.geocities.com/saladefisica8/index.html


OBSERVAÇÃO:
Para Você que estuda no ensino médio pesquise no site http://br.geocities.com/saladefisica8/index.html exercícios extraidos de vários autores de livros didátidos na matéria de Física citados a seguir. Vale a Pena....


Física, Bonjorno e Clinton, Editora FTD.
Física no Cotidiano, Paulo T. Ueno. Editora Didacta.
Física Básica, Nicolau e Toledo, Editora Atual.
Os Fundamentos da Física, Ramalho, Nicolau e Toledo, Editora Moderna.
Física, Beatriz Alvarenga e Antônio Máximo, Editora Scipione.
Física e Realidade, Aurélio Gonçalves e Carlos Toscano, Editora Scipione.
Aprendendo Física, Marcos Chiquetto e Bárbara Valentim, Editora Scipione.

CINEMÁTICA

01 - INTRODUÇÃO

O conceito fundamental da mecânica é o de movimento, ou seja, da mudança nas posições dos corpos ao longo do tempo.
Na cinemática, o objetivo é descrever como se processam os movimentos, isto é, estabelecer as posições que os corpos ocupam ao longo do tempo e as respectivas velocidades, independentemente das causas desses movimentos.
Em outros termos, na cinemática procura-se estabelecer as formas geométricas das trajetórias dos corpos no espaço, se são retas ou curvas, e os intervalos de tempo levados para percorrer todos os segmentos dessas trajetórias.

Na dinâmica, o objetivo é buscar conhecer as causas dos movimentos. Dado um conjunto de corpos interagindo uns com os outros, busca-se descrever as forças que agem sobre cada um deles, relacionar a resultante dessas forças à respectiva aceleração e, daí, entender o movimento correspondente.

A estática estuda o equilíbrio dos corpos. E mais comum no nosso cotidiano do que podemos imaginar. Os móveis do seu quarto, as edificações e você mesmo, agora, lendo esse texto, estão submetidos a um conjunto de forças que estão se cancelando e contribuindo para o estado de equilíbrio.

02 - CONCEITOS DE CINEMÁTICA

Ponto Material – No enunciado de temas e questões de física é comum a expressão ponto material: “... o ponto material se desloca com v = 2 m/s...”.Qual o significado dessa expressão? Qual a sua utilidade? A idéia física de ponto material é a de um corpo cujas dimensões possam ser desprezadas em relação a outras dimensões envolvidas no fenômeno que se esteja examinando.

Referencial – É o lugar onde está localizado de fato um observador em relação ao qual um dado fenômeno (como um corpo em movimento) está sendo analisado. Por exemplo, quando omovimento é analisado a partir de um referencial preso à Terra, imaginemos um observador ligado à ela e nos transmitindo as imagens do fenômeno como ele o vê.

Movimento e repouso – Um corpo está em movimento em relação a um dado referencial quando as sucessivas posições ocupadas pelo corpo, em relação a esse referencial, semodificam no decorrer do tempo. Caso contrário, dizemos que o corpo está em repouso em relação a esse mesmo referencial.

Trajetória – Corresponde a linha geométrica descrita por um ponto material ao se deslocar em relação a um dado referencial. A forma assumida pela trajetória depende do referencial adotado.

Espaço – representado pela letra s, é a medida algébrica, ao longo de uma determinada trajetória, da distância do ponto onde se encontra o móvel ao ponto de referência adotado como origem.

Deslocamento Escalar – É a variação do espaço, representamos por s , dado pela diferença entre o espaço final e o espaço inicial.
É importante lembrar que um corpo está em movimento quando, à medida que o tempo passa, sua posição varia em relação a um referencial.

Na cinemática vamos estudar dois tipos de movimento retilíneo, o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado.

02 - VARIAÇÃO DE ESPAÇO E DISTÂNCIA PERCORRIDA

A cinemática escalar é o estudo da cinemática utilizando, para fim de cálculos, grandezas escalares, ou seja, grandezas que tem apenas um valor numérico, onde não nos preocupamos com a direção e o sentido desta grandeza que são características de um vetor.

Em uma rodovia existem marcos quilométricos que têm a função de mostrar a localização dos veículos que ali trafegam. Se um carro está no espaço 20km não significa que este se deslocou 20 km, mas que a posição deste móvel é 20km.
Agora, se este carro se desloca até o marco 100km, observamos que ele percorreu a distância de (100km – 20km = 80km) 80km. Esta é a distância percorrida pelo móvel e também sua variação de espaço.A variação de espaço é definida como sendo a subtração do espaço final pelo espaço inicial do móvel ( ∆S = Sf – S0 ).

Usamos o símbolo "delta" para variação e "delta S" para variação de espaço.
No nosso exemplo temos 20km como sendo o espaço inicial e 100km como espaço final, logo, 80km será a variação de espaço.

Devemos tomar cuidado ao encontrar a variação de espaço para não confundi-la com distância percorrida, pois, em muitos exemplos estas podem ser diferentes.Se um móvel parte do espaço 20km, vai até o espaço 100km e volta para o espaço 60km.

Qual será a sua variação de espaço e sua distância percorrida?
Bem, pela definição, temos como espaço final 60km, espaço inicial 20km e da subtração destes teremos 40km como variação de espaço.

Agora se formos analisar o quanto o móvel se deslocou teremos um valor maior, pois ele se deslocou 80 km para chegar no espaço 100 km e mais 40 km para retornar ao espaço  , totalizando (80 km + 40 km = 120 km) 120 km que será a distância percorrida pelo móvel.

Vemos então que distância percorrida significa o quanto o móvel andou e, variação de espaço é a subtração do espaço final pelo espaço inicial do móvel, dois conceitos diferentes.

Resolva e apresente estas atividades ao professor, ok

ESTUDEM MENINOS, O BRASIL ESPERA MUITO DE VOCÊS !!!!!

01) Transforme em metros
a) 0,5 Km b) 1200 Km c) 0,006 km d ) 13.458 Km e)1.098.760.987 km

02) Transforme em Km
a) 5000 m b) 209 m c) 108.000 m d) 75 m e) 800 m

03) Transforme em Kg
a) 500 g b) 100 g c) 7000 g d) 230.000 g e) 104.768 g

04) Transforme em segundos
a) 3 min b) 45 min c) 5 h d) 1,5 h e) 15 h

05) Transforme em min
a) 108 seg b) 450 seg c) 180seg d) 90 seg e) 720 seg

06) Transforme em horas
a) 150 min b) 300 min c) 2700 seg d) 7200 seg e) 108.000 seg

07) Transforme em gramas
a) 2 Kg b) 22,5 Kg c) o,5 Kg d) 0,8 Kg e) 0,03 Kg