34
Mecânica Geral Cinemática Cinemática é uma das partes da Mecânica que estuda o movimento em si, classifica-o e descreve-o matematicamente, sem levar em conta as causas e seus efeitos. Dizemos que um corpo esta em movimento quando em tempos sucessivos varia de posição. Se ocupar constantemente a mesma posição, dizemos que ele esta em equilíbrio ou em repouso. Para sabermos se um corpo muda ou não de lugar, é necessário comparar sua posição com a dos outros objetos que o cercam. Logo, o movimento é relativo. Uma pessoa, sentada no interior de um carro, está em repouso em relação ao móvel, porém, em movimento em relação à estrada. Imaginemos um carro em movimento. Com o decorrer do tempo, diferentes posições são ocupadas. Estas posições sucessivas recebem o nome de trajetória. 0s 1s 3s 5s 10m 25m 45m Em relação ao tempo o movimento poderá ser uniforme ou variado. Em relação à trajetória poderá ser em linha reta ou curva. Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica 1

Física - Cinemática Módulo Mecânica

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Cinemática , Dinâmica , Leis de Newton , Exercícios, Mecânica, Espaço, distância, velocidade, aceleração, movimento variado, movimento uniforme, tempo, velocidade média , aceleração média

Citation preview

Page 1: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Mecânica Geral

Cinemática

Cinemática é uma das partes da Mecânica que estuda o movimento em si, classifica-o e descreve-o matematicamente, sem levar em conta as causas e seus efeitos.

Dizemos que um corpo esta em movimento quando em tempos sucessivos varia de posição. Se ocupar constantemente a mesma posição, dizemos que ele esta em equilíbrio ou em repouso.

Para sabermos se um corpo muda ou não de lugar, é necessário comparar sua posição com a dos outros objetos que o cercam. Logo, o movimento é relativo. Uma pessoa, sentada no interior de um carro, está em repouso em relação ao móvel, porém, em movimento em relação à estrada.

Imaginemos um carro em movimento. Com o decorrer do tempo, diferentes posições são ocupadas. Estas posições sucessivas recebem o nome de trajetória.

0s 1s 3s 5s

10m 25m 45m

Em relação ao tempo o movimento poderá ser uniforme ou variado. Em relação à trajetória poderá ser em linha reta ou curva.

Movimento Retilíneo Uniforme

Dizemos que o movimento de um móvel é retilíneo e uniforme quando sua trajetória é uma reta e percorre distâncias iguais em tempos iguais.

À distância percorrida na unidade de tempo é a velocidade.No movimento em estudo a velocidade é sempre constante. É medida em m/seg, Km/h, m/min, pés/seg, etc.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

1

Page 2: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Fórmula:

s = v x t

s = espaço; t = tempo e v = velocidade.

Exemplo1

1- Qual a distância percorrida por um carro em 5 horas, com a velocidade de 80 Km/h.

s = v x t S = 80 x 5 = 400 km

2 – Um automóvel percorre 150 km em 3 horas. Qual é a sua velocidade?

s = v x t 150 = V x 3 V = 150 / 3 = 50 Km/h

3 – Se a distância entre São Paulo e Santos é 90 km, calcular o tempo gasto por um trem que fez este percurso com a velocidade de 30 Km/h.

s = v x t 90 = 30 x t t = 90 / 30 = 3 h

4 – Transformar 72 Km/h em m/seg.

72 Km/h = 72 x 1000m / 3600seg = 20 m/seg.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

2

Page 3: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Sistemas de Padronização

SI Sistema Internacional de UnidadesMKS Metro (m) Kilo (Kg) Segundo (s) (comprimento, massa e tempo)CGS Centímetro (cm) Grama (g) Segundo (S) (comprimento, massa e tempo)

Transformação

Km/h em m/s

1 Km = 1000 metros1 Hora = 60 minutos 1 h = 3600 segundos logo 1 Km/h = 1000 m = 1 m/s1 Minuto = 60 segundos 3600 s 3,6

Ou

1 Km/h = 1 m/s Km/h para m/s dividir por 3,6 3,6

1 m/s = 3,6 Km/h m/s para Km/h multiplicar 3,6

Exemplo:

1 – 36 Km/h = 36/3,6 = 10 m/s

2 – 20 m/s = 20 x 3,6 = 72 Km/h

ExercícioTransformar em m/s

1- 108 Km/h ____________m/s 4 – 72 Km/h ____________m/s2- 54 Km/h ____________m/s 5 – 288 Km/h ____________m/s3- 3,6 Km/h ____________m/s 6 – 15,4 Km/h ____________m/s

Transformar em Km/h

1- 2 m/s ____________ Km/h 4 – 15 m/s ____________ Km/h2- 20 m/s ____________ Km/h 5 – 30 m/s ____________ Km/h3- 100m/s ____________ Km/h 6– 80 m/s ____________ Km/h

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

3

Page 4: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Representação Gráfica do movimento Linear

A fórmula recebe o nome de equação horária, pois ela relaciona o espaço percorrido com o tempo decorrido. Para representarmos graficamente basta tomar os espaços em ordenadas e os tempos em abscissas. O gráfico obtido chama se gráfico horário.

Exemplo: Desenhar o gráfico horário do movimento de um carro com a velocidade de 50 Km/h.

S = 50 x T

t (h) 0 1 2 3 4 s (Km) 0 50 100 150 200

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

4

Page 5: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Lista de exercícios 1

1) Numa plana limadora o cabeçote leva 2 seg no curso de 50 cm. Supondo constante, calcular a velocidade em m/seg e em Km/hora.

2) Calcular quanto tempo demora para um elevador subir ao 10º andar com velocidade de 1,5 m/s. Cada andar tem 3 metros de altura.

3) Um navio com velocidade de 36 nós navega 9000 metros. Calcular o tempo gasto sabendo que 1 nó = 1 milha/hora = 1,852 km/hora. Transformar o resultado do problema em minutos e segundos.

4) Para aplainar uma peça, a ferramenta leva 4 seg no curso de corte e 1 seg no retrocesso. Supondo constante, calcular a velocidade de corte e de retrocesso se o percurso da ferramenta em cada curso é de 100 cm. Transformar em m/s.

5) A distância entre Rio e São Paulo é de 500 km. Qual a velocidade de um avião que fez este percurso em 1h e 15 min.

6) Um automóvel, depois de percorrer 5 km, adquire a velocidade de 100 km/h em movimento uniforme, atingindo o ponto final depois de 30 min. Calcular a distância total percorrida.

7) Uma bala é atirada horizontalmente com uma velocidade de 300 km/h. Supondo que o movimento é uniforme, deseja se saber quanto tempo levou para cair num lugar distante 18 km do ponto de partida.

8) Quando um parafuso é acionado, tem-se a impressão que a rosca esta se deslocando axialmente. Calcular a velocidade axial do filete, sabendo-se que leva 5 seg para percorrer 300 mm. Transformar em m/s.

9) Um elevador leva 30 seg para subir 12 andares com velocidade de 1,2 m/seg. Quando mede cada andar.

10) Dois carros, um a 40 km/h e outro a 60 km/h, iniciam uma viagem de 120 km no mesmo instante. Qual é o carro que chegará primeiro e de quantas horas chegará adiantado em relação ao outro.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

5

Page 6: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Movimento Uniforme

Equação horária do movimento uniforme

Obs: A equação horária de um movimento uniforme é sempre do 1º Grau.

Lembrete:V = ∆S S – S0 V= S – S0 VxT = S – S0 S-S0 = VxT ∆T T – T0 T

S Espaço do móvel num instante qualquer;S0 Espaço inicial do móvel;V Velocidade constante no decorrer do tempo.

T=0 T +

S0

S

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

Gráfico Horário

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4

t (h)

s (km)

6

S = S0 + VxT

S = S0 + VxT

Page 7: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Exemplo:

V = - 15m/s Ponto de origem +

S0=90m T=0

T=0 S = S0 + VxT V=15m/s S = 90 + (-15)xT S = 90 -15xT Após 4s de partida S=90-15x4 S=90-60 S= 30 metros

Lista de Exercícios

01- A função horária de um corpo em movimento retilíneo uniforme é dada por S = - 20 + 5.tDeterminea) O espaço inicial do corpo e a sua velocidade escalar;b) O espaço escalar do corpo no instante t =10 seg;c) O instante no qual o corpo passa pela origem dos espaços (s = 0).

02- Um móvel apresenta movimento retrógrado, com velocidade de módulo constante igual a 10 m/s. No instante t=0, temos so =60 m. Escreva a função horária do espaço escalar para esse movimento e determine o espaço escalar do móvel no instante t = 15s.

03- A tabela representa as posições escalares ocupadas por um móvel em função do tempo:

t(s) 0 2 4 6 8 10s(m) -10 0 10 20 30 40

a) O movimento é uniforme? Justifique.b) O movimento é progressivo ou retrógrado?c) Determine a função horária do espaço escalar para esse movimento.

04- A função horária para um móvel em movimento uniforme é s = 30 – 4.t . Determine:a) A posição inicial e a velocidade do móvel;b) O instante em que o móvel passa pela origem dos espaços.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

7

Page 8: Física - Cinemática Módulo Mecânica

05- Um carro encontra-se no km 280 de uma rodovia, em movimento retrógrado, com velocidade de 70 km/h.A partir deste instante, determine:a) A função horária da posição escalar para esse carro;b) A posição escalar aumenta ou diminui com o tempo?c) Após quanto tempo ele atingirá o marco zero da rodovia?

06- Dois carros partem simultaneamente de duas cidades, A e B, distantes 280 km, um de encontro com o outro. O que parte de A mantém velocidade constante de 80 km/h, e o que parte de B mantém velocidade constante de 60 km/h. Determine:a) Quanto tempo após a partida eles se encontram;b) A que distância da cidade A se verifica o encontro.

Velocidade Escalar Média

Uma das principais preocupações, na cinemática, é estabelecer a relação entre a posição (P) de uma partícula e o instante (t) em que a partícula ocupa aquela posição.

- (negativo) 0 + (positivo)

rExemplificando

-2 -1 0 1 2 3 cm

Resumindo T

S

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

8

Page 9: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Espaço Percorrido (∆S)

0 T1=2s T2=5s

S1=2 m

S2 = 5 m

∆S = S2-S1 e ∆ T = T2 –T1

Velocidade Escalar Média

Vm = ∆S ou Vm = S2 – S1 ∆T T2 –T1

Exercício

1-

0 T1=2h T2=6h +

S1=30Km

S2 = 70Km

T1 = 2 horas S1 = 30 KmT2 = 5 horas S2 = 70 Km

Vm = S2 – S1 Vm = 70 – 30 = 40 = 10 Km/h (positiva) T2 –T1 6 – 2 4

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

9

Page 10: Física - Cinemática Módulo Mecânica

2 – - S2 = -40 Km S1 = 30 Km +

T2 = 7 h T1 = 2 h

T1 = 2 horas S1 = 30 KmT2 = 7 horas S2 = -40 Km

Vm = S2 – S1 Vm = - 40 – 30 = -70 = - 14 Km/h (negativo) T2 –T1 7 – 2 5

Fato importante : Baseado nos exercícios, o fato da Vm ser positiva ou negativa nos indica para onde vai o móvel, isto é, se o móvel se desloca no sentido concordante com a orientação atribuída a trajetória ou no sentido discordante.

- Movimento progressivo V > 0 + (Concordante)

-

- Movimento Retrogrado V < 0 + (Discordante) -

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

10

Page 11: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Aceleração Média

A maioria dos movimentos apresenta uma velocidade variável, como por exemplo, o movimento de um automóvel por uma rua da cidade. Esse automóvel pode encontrar-se inicialmente parado diante de um semáforo; em seguida pode começar a movimentar-se, ganhando velocidade cada vez maior. Mais tarde, por motivo qualquer, pode ser obrigado a frear, de modo que sua velocidade diminua.

Podemos tomar um outro exemplo, como uma pedra lançada para o alto, que em um determinado tempo perderá velocidade, até atingir o ponto mais alto da trajetória. A partir daí, cai com velocidade crescente.

Sempre que a velocidade do corpo variar no decorrer do tempo, dizemos que este corpo tem aceleração.Esta é definida como sendo o quociente entre a variação da velocidade (∆V) e o intervalo de tempo (∆T) considerado.

am = ∆v ∆t

Observe que uma unidade de aceleração é o resultado da divisão de uma unidade de velocidade por unidade de tempo.

Exemplificando:

m/s , Km/h cm/s , etc.... s h s

Porém tal notação costuma sofrer uma alteração matemática que é a seguinte:

m/s m/s m x 1 m m/s2

s s/1 s x s s2

Exemplo:1- Um veículo parte do estado de repouso e ao fim de 5s sua velocidade é de 20 m/s.

O valor de sua aceleração média, nesse intervalo de tempo, corresponde a:

∆t = 5s e ∆v = 20 m/s am = ∆v 20 m/s 4 m/s2

∆t 5 s

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

11

Page 12: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Movimento Uniformemente Variado

Um corpo tem aceleração desde que sua velocidade varie. Mas, essa velocidade pode variar arbitrariamente ou uniformemente com o tempo, o que implica numa aceleração variável ou constante.Veja a tabela abaixo, que mostra a variação da velocidade de um corpo em função do tempo:

V(m/s 0 2 3 6 10 12 14 16 18 20 20 20 20 15 10 5 0t(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Observe que de t = 0s a t = 4s a velocidade variou às vezes mais rapidamente, às vezes menos rapidamente, o que significa que o corpo tem aceleração variável, ora maior, ora menor.

No tempo compreendido entre t = 4s e t = 9s, a velocidade continuou variando, mas varia uniformemente com o tempo.

ConclusãoO fato de um corpo ter aceleração constante significa que sua velocidade varia com o tempo.

DefiniçãoMovimento uniformemente variado é o movimento efetuado por um corpo cuja aceleração é constante e diferente de zero.

M.U.V. acte ≠ 0

Equação das velocidades

Denominamos de equação das velocidades aquela que nos permite calcular a velocidade V do corpo num instante T qualquer.

V = V0 + at

ExemploUm corpo está animado de uma velocidade de 10 m/s no instante T = 0s, quando adquire uma aceleração constante de 2 m/s2. Para esse movimento, temos a seguinte equação das velocidades:

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

12

Page 13: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Resolução

V0 = 10 m/s V = V0 + aT V = 10 + 2t essa equação nos permite determinar aa = 2 m/s2 velocidade V do corpo em qualquer instante T

para T = 0s, temos V = 10 + 2 x 0 V = 10 m/spara T = 1s, temos V = 10 + 2 x 1 V = 12 m/spara T = 2s, temos V = 10 + 2 x 2 V = 14 m/spara T = 3s, temos V = 10 + 2 x 3 V = 16 m/spara T = 4s, temos V = 10 + 2 x 4 V = 18 m/spara T = 5s, temos V = 10 + 2 x 5 V = 20 m/s

Tabelando os resultados obtidos, temos:

t(s) 0 1 2 3 4 5V(m/s) 10 12 14 16 18 20

Gráfico

V(m/s)

20

10

t(s)0 1 2 3 4 5

PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA DINÂMICA

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

13

Base x Altura2

Calculando-se a área da figura, obtemos o espaço percorrido.

Page 14: Física - Cinemática Módulo Mecânica

INTRODUÇÃO

Dentro da mecânica vimos à Cinemática, que descreve sem se preocupar com as suas

causas. A dinâmica, no entanto, estuda as causas que produzem e modificam o

movimento. A dinâmica admite proposições que não podem ser demonstradas

matematicamente; são verdades obtidas através de observações experimentais e

raciocínio lógico. Tais proposições são denominadas princípios.

São três os princípios da dinâmica:

1º Princípio: Princípio da Inércia ou 1ª Lei de Newton.

2º Princípio: Princípio Fundamental da Dinâmica ou Segunda Lei de Newton.

3º Princípio: Princípio da Ação e Reação ou Terceira Lei de Newton.

PRINCÍPIO DA INÉRCIA OU PRIMEIRA LEI DE NEWTON

1ª Observação:

- Se estamos sentado num ônibus que dá uma arrancada brusca, sentimo-nos

pressionados contra o encosto.

- Quando um elevador sobe rapidamente, partindo do estado de repouso, sentimos

aumentar o esforço sobre nossas pernas, como se nosso peso aumentasse.

Repouso M.R.U. acelerado

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

14

Page 15: Física - Cinemática Módulo Mecânica

M.R.U. acelerado

Elevador parado Partida rápida

Analisando os fatos, percebemos que:

Corpos em repouso tendem a continuar em repouso.

2ª Observação:

-Quando um motorista de um ônibus freia bruscamente, os passageiros são projetados

para frente.

-Se o elevador que estava em movimento ascendente pára bruscamente, sentimos

diminuir o esforço sobre nossas pernas.

M.R.U M.R.U. Retardado

Elevador acelerando Elevador freando

Conclusão:

Corpos em movimento tendem a continuar em

movimento.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

15

Esforço nas pernas aumenta.

Elevador subindo

Diminui esforço nas pernas.

Elevador parando.

Esforço nas pernas aumenta.

Elevador subindo

Page 16: Física - Cinemática Módulo Mecânica

PRINCÍPIO DA INÉRCIA

Todo ponto material permanece em seu estado de repouso ou de movimento

retilíneo uniforme, a menos que seja obrigado a mudar o seu estado, por forças

atuantes sobre ele.

Outro enunciado para o Princípio da Inércia pode ser:

Um ponto material, livre de ação de forças, ou está em repouso ou em movimento

retilíneo uniforme.

Dois estados cinemáticos :

Repouso, denominado equilíbrio estático.

A resultante das forças que agem sobre ele é nula.

5 N 10 N

r r

2ª LEI DE NEWTON - PRINCIPIO FUNDAMENTAL DA DINÂMICA

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

16

Movimento retilíneo uniforme (M.R.U.), denominado equilíbrio dinâmico.

Page 17: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Na cinética, vimos que a variação de velocidade com o decorrer do tempo é chamada de

aceleração.

Assim, podemos dizer que o Princípio Fundamental da Dinâmica é:

Todo corpo sujeito à ação de uma força adquire na direção e sentido dessa

força, uma aceleração cuja intensidade é diretamente proporcional à

intensidade da força aplicada.

Exemplo:

Se aplicarmos a um corpo diversas forças, isoladamente, de mesma direção e sentido, as

acelerações serão diferentes, porém de mesma direção e sentido.

a a a

Conclusão:

O quociente entre cada força e a aceleração correspondente é constante .

F1 = F2 =... Fn = Constante a1 a2 an

Essa constante mede a inércia do corpo e é denominada massa inercial ou simplesmente

massa.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

17

F1 F2 F3

m = F a

Page 18: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Quanto maior a quantidade de matéria do corpo, maior será a oposição à variação de

velocidade.

Ou seja:

Quanto maior a inércia do corpo, maior a sua massa.

A medida da oposição à variação de velocidade é a massa inercial ( m ).

Outros exemplos:

Frear um automóvel lotado de passageiros é mais difícil do que frear o mesmo

carro só com o motorista.

Obs.

Mais passageiros representam maior massa e, portanto, maior oposição a variação da

velocidade.

Para aumentar a velocidade do carro é preciso forçar mais o motor, pois o carro lotado

tem mais massa.

EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA DINÂMICA

Voltemos à equação m =F dela podemos concluir que : a

Força e aceleração são grandezas vetoriais, e que no caso têm a mesma direção e

sentido, o que nos permite escrever:

Equação fundamental da dinâmica.

Enunciado do princípio fundamental da dinâmica:

A força resultante que atua em um corpo exerce na massa deste corpo uma

aceleração que tem a mesma direção e sentido da força, e cuja intensidade lhe é

proporcional.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

18

F = m . a

F = m . a

Page 19: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Peso de um corpo

Tomemos um corpo de massa m suspenso a um dinamômetro fixo em relação à Terra.

Como determinar o peso de um corpo?

Podemos usar uma balança, mas o dinamómetro é um medidor de forças e permite

também medir o peso de um objeto pequeno.

Modelos de dinamômetro

Que força é essa?

Se o corpo fosse abandonado em queda livre, sua aceleração seria g.

Aplicando o princípio fundamental da dinâmica, uma força constante deve agir sobre esse

corpo de maneira que :

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

19

O dinamômetro acusa um valor

constante, o qual mede a intensidade

da força que o corpo aplica ao

dinamômetro.

F = m . g

Page 20: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Essa força é devida à atração gravitacional da Terra sobre o corpo: a intensidade dessa

força é chamada de PESO.

A massa de um corpo é uma grandeza física que caracteriza esse corpo. Quanto mais

massa tem um corpo, mais difícil é movê-lo. A unidade de massa no Sistema

Internacional é o quilograma (símbolo kg), e mede-se através de balanças.

O valor do peso é proporcional à massa, mas peso e massa são grandezas físicas

distintas.

No dia-a-dia as duas grandezas confundem-se: por exemplo, uma pessoa pesa-se numa

balança e diz que “pesa 70 kg”. Mas, de fato, 70 kg é o valor da sua massa; o peso vale

70 x 9,8 = 700 N.

Em Física é importante a distinção entre peso e massa. O peso é uma força – um vetor -

que depende do local onde está o objeto (o peso é seis vezes menor na Lua do que na

Terra), mas a massa é uma propriedade do objeto, que tem sempre o mesmo valor, onde

quer que o objeto se encontre (a massa é a mesma na Terra e na Lua).

Todas as grandezas físicas podem ser medidas, e o peso, não é exceção.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

20

P = m . g

Page 21: Física - Cinemática Módulo Mecânica

SISTEMAS DE UNIDADE ( SI ou M.K.S )

Unidade de força nos dois sistemas

- Newton ( N ) no sistema M.K.S.

1N é a intensidade de uma força constante que, agindo sobre um corpo de massa de 1

kg, comunica-lhe uma aceleração de 1 m/s²

Então temos:

F= m .a m= 1 kg

1N = 1 kg . 1m/s² F= 1N

a = 1m/s²

- Dina no sistema C.G.S.

1d é a intensidade de uma força constante que, agindo sobre um corpo de massa 1

grama, comunica-lhe uma aceleração de 1cm/s².

F= m .a m= 1 g

1d = 1 g . 1cm/s² F= 1d

a = 1cm/s²

A relação entre NEWTON e DINA é:

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

21

1N = 105 d

Page 22: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Exemplo1:

Um corpo de massa m = 3 kg parte do repouso, e após 4seg sua velocidade é de 24 m/s.

Determinar:

a) Aceleração

b) A força resultante que atuou sobre ele.

c) O que ocorre após t = 4 seg, se a força resultante passar a ser nula.

Resolução

a) Aprendemos na cinemática que V = V0 + a.t

Substituindo temos:

V0 = 0 24 = 0 + a . 4

t = 4 seg a = 24 a = 6 m/s2

V = 24 m/s 4 a = ?

b) Do princípio fundamental da dinâmica temos que F = m . a, substituindo:

F = m . a

F = 3 . 6

F = 18 N

c) Se após 4 segundos a força se anular, de acordo com o princípio da inércia, o

corpo manterá o seu estado cinemático, ou seja, ele prosseguirá em M.R.U. com

velocidade constante de 24 m/s.

Exemplo2:

Um corpo de massa = 12 kg encontra-se em um local onde a aceleração da gravidade é

g = 10 m/s2 Qual é o seu peso?

P = m . g

P = 12 . 10

P = 120 N

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

22

Peso de um corpo é a força com a qual é atraído pela Terra.

Page 23: Física - Cinemática Módulo Mecânica

3ª Lei de Newton – Princípio da Ação e Reação

Introdução

A existência de uma força está condicionada à existência de outra de igual intensidade e

direção, mas de sentido oposto, e atuando em corpo diferente.

Exemplo

O princípio da ação e reação pode ser assim descrito:

Observação importante:

As forças nunca parecem isoladas, mas sempre aos pares;

As forças do par “ação e reação” nunca se anulam, pois são aplicadas em corpos

distintos.

Mais exemplos:

1º Seja um corpo de massa m em repouso, apoiado sobre um plano horizontal.

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

23

Remar para traz O barco vai para frente

Toda vez que um corpo exerce uma força sobre o outro, este exerce sobre aquele uma força de mesma intensidade, mesma direção e sentido

contrário.

Page 24: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Sabemos que esse corpo está sujeito a uma força gravitacional (peso) de direção vertical,

sentido de baixo para cima e módulo P = m . g.

Mas o corpo está em repouso; portanto, a resultante das forças que nele agem devem ser

nula. Isto ocorre se admitirmos a existência de uma força N de direção vertical, sentido de

baixo para cima e módulo P.

Como aparece a força N?

O princípio da ação e reação tem a resposta:

O corpo comprime o plano com força igual ao seu peso.

Simultaneamente, o plano reage sobre o corpo com uma força N = P.

Baseado na 3ª Lei de Newton, explique o que ocorre quando um lutador de Boxe acerta

um cruzado no rosto de um lutador B. Será que o lutador B reagiu sobre o lutador A? Se a

resposta foi sim justifique.

R:

O que acontece com uma bexiga cheia de ar ao ser solta de repente?

R:

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

24

P

P

N

P

N

Page 25: Física - Cinemática Módulo Mecânica

Exemplo

Dois corpos de massas respectivamente iguais a 4kg e 6 kg encontram-se ligados por um

fio resistente e de massa desprezível.

Sobre o corpo de massa 4 kg é aplicado uma força paralela ao plano de intensidade F =

50 N. Considerando-se a inexistência de atrito, determinar:

a) A aceleração adquirida pelos corpos;

b) A intensidade da força de tração no fio.

Resolução:

a) O corpo de 4 kg desloca-se para a direita, puxa o fio com uma força T; o fio, por

sua vez, reage no corpo com uma força de módulo T.

T

Essa força T se transmite no fio e vai agir no corpo de 6 kg.

Note que no corpo de 4 kg agem duas forças horizontais F e T,

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

25

F = 50 N6 kg 4 kg

fio

fio FT4 kg

N

P

6 kgT

P

N

Tfio

4 kgF

N

P

N

Page 26: Física - Cinemática Módulo Mecânica

No fio agem duas forças T e T

E no corpo de 6 kg só age a força T

Apliquemos o princípio fundamental da dinâmica a cada um dos corpos:

Corpo de 4 kg F – T = m1 . a

50 – T = 4 . a

Corpo de 6 kg T = m2 . a

T = 6 . a

Somando membro a membro as duas equações, temos:

50 – T = 4 . a

T = 6 . a

Resposta: A aceleração de cada um dos corpos é a 5 m/s2

b) Para calcularmos a força de tração no fio, basta substituirmos o valor de a em uma

das equações, por exemplo, em:

T = 6 . a

T = 6 . 5

T = 30 N

Resposta: A força de tração no fio é de 30 N

Profº Magri - Mecânica Geral - Curso Técnico em Automação e Mecatrônica

26

T T

6 kg

N

P

T

+ 50 = 10 . a a = 50 10

a = 5 m/s2