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Unidade 5: Força e movimento

Unidade 5 : força e movimento

Desde a antiguidade até os dias atuais que nós, seres humanos, estudamos e aprendemos sobre a produção do movimento e como dominá-lo. E essa constante evolução tecnológica nos rendeu transportes cada vez mais eficientes e rápidos.

Ex: um locomotiva do século XIX se movia a 20 km/h atualmente os trens mais avançados atingem cerca de 300 km/h.

Perguntas para pensar:

1. Quando você viaja sentado em um veículo, seja trem, ônibus ou carro, você está parado ou em movimento?

2. Como a velocidade de um trem varia durante uma viagem?

3. Como um barco a vela consegue se deslocar? E uma canoa?

Tema 1: movimento ou repouso?

Referencial:

A condição de movimento ou de repouso de um corpo depende de um referencial.

Referencial é um conjunto de três eixos perpendiculares entre si que permitam localizar um ponto ou objeto no espaço.

Referencial:

Para facilitar o estudo, em geral, admitimos outro corpo como referencial.

Movimento: dizemos que um corpo esta em movimento quando sua posição muda me relação a um referencial adotado

Obs: podemos concluir que o movimento é relativo.

Referencial:

Posição e trajetória:

Para descrever o movimento de um corpo deve-se conhecer a posição que ele ocupa a cada instante de tempo em sua trajetória

No caso em que o movimento de um corpo somente em uma direção a posição de um corpo será dada pela distância entre ele e a origem do referencial.

Ex: marco quilométrico de uma rodovia.

Trajetória é o conjunto de

posições ocupadas por

um corpo durante seu

movimento.

Deslocamento e intervalo de tempo:

Deslocamento é a diferença entre a posição final e a posição inicial de um corpo. No SI a unidade de medida é o metro (m). ∆𝑠 = 𝑆𝑓 − 𝑆𝑖

Nem sempre o deslocamento coincide com a trajetória e portanto distancia percorrida.

De modo análogo o intervalo de tempo decorrido é dado por:

∆𝑡 = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖Ex: Se um carro passa pelo km 29 de uma rodovia as 11:15 e em seguida passa pelo km 74 da mesma rodovia as 13:37. Quais são o deslocamento e o intervalo de tempo respectivamente?

Velocidade:

Você já deve ter se deparado, por ruas e rodovias, com radares eletrônicos para fiscalizar a velocidade. Mas como se mede a velocidade?

Velocidade:

Mas que contas são essas?

A velocidade é a grandeza que expressa a mudança de posição de um corpo em função do tempo. Portanto para determinar a velocidade de um corpo devemos dividir a distância percorrida pelo intervalo de tempo que durou o movimento.

Velocidade:

Um velocímetro é um ótimo indicador de velocidade!

Mas indica a velocidade em

Um determinado instante de

Tempo.

E a velocidade nos outros

Instantes de tempo?

Velocidade:

Podemos indicar uma velocidade que vai gerar o mesmo efeito ao fim do intervalo de tempo. Essa velocidade é chamada de velocidade média.

𝑉𝑚 =∆𝑠

∆𝑡

Velocidade:

Calcule a velocidade média do exemplo abaixo.

Velocidade:

Unidades de medida de velocidade.

A faixa amarela representa a unidade de velocidade no SI.

Deslocamento Intervalo de tempo velocidade

Km h Km/h

m s m/s

cm s cm/s

Velocidade:

Transformação de unidades.

Converta 1 m/s para cm/s.

Movimento Uniforme:

É o movimento no qual o móvel percorre a mesma distância no mesmo intervalo de tempo, ou seja, a velocidade é constante.

Movimento Uniforme:

Calcule a velocidade média do carro.

Movimento Uniforme:

A velocidade do carro é constante?

O que podemos concluir sobre a velocidade média e a velocidade instantânea?

Tema 2: Cada vez mais rápido.

Embora pareçam mais simples, os movimentos uniformes, aqueles em que a velocidade não se altera, são muito raros.

Os movimentos mais comuns são aqueles em que a velocidade varia, ou seja, aqueles em que há aceleração.

Mas o que é aceleração?

É a taxa de variação da velocidade no tempo ou seja, a quantidades de unidades de velocidade que é acrescida ou subtraída a cada unidade de tempo.

Cálculo da aceleração média.

𝑎𝑚 =∆𝑉

∆𝑡

Onde ∆𝑉 = 𝑉𝑓 − 𝑉𝑖 é a variação sofrida pela velocidade e ∆𝑡 = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 é a variação do tempo.

Unidades de aceleração média.

No SI a velocidade é medida em m/s e o tempo em s então:

𝑎𝑚 =∆𝑉

∆𝑡

𝑚𝑠

Quando a velocidade de um corpo aumenta, o movimento é acelerado. E quando a velocidade de um corpo diminui o movimento é retardado. Em geral esses movimentos são denominados MUV.

Simulador no site da moderna plus.

Movimentos sob ação da gravidade

É de conhecimento geral que se um corpo for solto da nossa mão, ele cairá em direção ao solo. Isso ocorre por causa da atração gravitacional entre a terra e o objeto, que faz com que a velocidade de queda aumente de maneira constante assumindo um MUV.

Mas o que é a gravidade afinal?

É uma aceleração que a terra imprime ao longo da queda de um corpo.

Perto da superfície terrestre essa aceleração é de aproximadamente 9,8 m/s², na maioria das vezes, para simplificar cálculos, usa-se 10 m/s².

A trajetória de um corpo que cai sob ação da atração gravitacional é vertical e, quando desconsideramos a ação da resistência do ar, o movimento é chamado queda livre.

Salto red bull

Quando um corpo é atirado para cima, sua velocidade diminui constantemente até ficar nula, na altura máxima; em seguida, o sentido do movimento se inverte e o corpo retorna ao solo.

Caso o ponto de retorno ao solo seja o mesmo que o de lançamento podemos afirmar que o tempo de subi é o mesmo de descida. Além disso, em qualquer ponto da trajetória, a velocidade terá a mesma intensidade tanto na subida quanto na descida.

Quem é o agente responsável por frear o corpo na subida e acelerar na descida?

Ex: Um móvel é atirado verticalmente para cima a partir do solo, com velocidade de 72 km/h. Determine o tempo necessário para o móvel atingir a altura máxima.

Tema 3: Mover, deformar, equilibrar.

Vamos nos concentrar agora nas causa dos movimentos que vimos nos temas anteriores. E até no real motivo do repouso de um corpo.

O que é força?

Qualquer ação capaz de produzir ou alterar movimentos, provocar deformações ou manter o equilíbrio nos corpos em que é aplicada.

Questão conceitual.

Em qual das situações abaixo não existe força resultante?

a) Movimento de trajetória circular com velocidade constante.

b) Movimento retilíneo uniforme.

c) Movimento retilíneo uniformemente variado.

d) Movimento curvilíneo acelerado.

Representação de uma força.

Uma força é representada por meio de um Vetor. Um vetor é um segmento de reta orientado. Ou seja, possui tamanho, direção e sentido de ação. E para nomear uma força faz-se necessário uma pequena seta sobre o nome da força. Por exemplo a força “F” deve ser escrita como:

Quantas força agem sobre o corpo representado abaixo?

a) 1 .

b) 2 .

c) 3 .

d) 4 .

Quatro forças! São elas o 𝑃, 𝐹, 𝑁 𝑒 𝐹𝑎𝑡

Como acabamos de ver, diferentes forças podem agir simultaneamente sobre um mesmo corpo. O resultado dessa ação de forças é chamado de força resultante que é representada por 𝐹𝑟.

Composição de forças.

Vamos supor valores para as forças do exemplo anterior. Veja: 𝑃 = 20 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠, 𝐹, = 10 Newtons𝑁 = 20 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠𝐹𝑎𝑡 = 5 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠

Qual é o valor da força resultante?

Basta somar se duas forças tiverem a mesma direção e sentido ou subtrair se duas forças tiverem mesma direção mas sentido contrário.

Na vertical temos o 𝑃 = 20 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠 para cima e 𝑁 =20 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠 para baixo, ambos possuem a mesma direção (Vertical) mas um deles aponta para cima e outro para baixo (sentidos contrários). Portanto faremos uma subtração.

𝐹𝑟 = 20 – 20 = 0 Newtons.

Unidade 5 : força e movimento Tema 3: Mover, deformar, equilibrar.

Na horizontal temos o 𝐹, = 10 Newtons para direita e𝐹𝑎𝑡 =5 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠 para esquerda, ambos possuem a mesma direção (Vertical) mas um deles aponta para direita e o outro para esquerda (sentidos contrários). Portanto faremos uma subtração.

𝐹𝑟 = 10 – 5 = 5 Newtons. Para a direita.

Questão conceitual

a) 16 na horizontal e 10 na vertical

b) 8 na horizontal e 6 na vertical

c) 10 na horizontal e 16 na vertical

d) 8 na vertical e 6 na horizontal.

Força peso

Todos os corpos do universo atraem-se mutuamente!

Isso mesmo, neste exato momento você está atraindo e sendo atraído por qualquer corpo no Universo, como o seu lápis, a cadeira a parede e etc. Mas claro que essa força é extremamente pequena, pois depende da massa dos corpos em questão.

Força peso

Só conseguimos notar essa força para grandes quantidades de massa como em um planeta. É a chamada força de atração gravitacional ou simplesmente força Peso.

Essa força depende das massas e das distâncias entre os corpos. E não depende de contato entre os corpos, ou seja, é uma força de campo.

Essa força depende das massas e das distâncias entre os corpos.

Unidade 5 : força e movimento Tema 3: Mover, deformar, equilibrar.

Questão conceitual.Nas situações abaixo descreva a natureza da força (contato ou campo). Situação 1: um atleta chutando uma bola de futebol. Situação 2: um pedaço de ferro sendo atraído por um imã. Teremos para a situação 1 e 2 respectivamente:a) Contato e contatob) Campo e contatoc) Contato e campod) Campo e campo

Cuidado pois a partir de agora Peso e massa possuem significados diferentes.

Peso: é uma força que age em um corpo por ação da gravidade.

Massa: é a quantidade de matéria de um corpo.

Força Normal: é uma força de contato que surge entre as superfícies de dois corpos que se comprimem.

No nosso exemplo é a força representada por 𝑁.

Outra característica importante

sobre a força normal é que a direção

de ação é sempre perpendicular à

superfície de contato.

Questão conceitual

Ao subir em uma balança o que a balança mede?

a) O seu peso

b) A sua massa

c) A intensidade do contato entre você e a balança.

d) A intensidade do contato entre o chão e a balança.

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