Upload
nadson-ribeiro
View
2.659
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
FÍSICAFÍSICAPROFESSORPROFESSOR
JAIRO GOMES JAIRO GOMES JAIRO GOMES JAIRO GOMES
MOVIMENTO VERTICAL NO MOVIMENTO VERTICAL NO VÁCUOVÁCUOVÁCUOVÁCUO
O movimento vertical de um corpo próximo ao solo é chamado de queda livre quando o corpo abandonado no vácuo ou se considera desprezível a ação do ar. Seu estudo é idêntico ao de lançamento na vertical, o qual só de lançamento na vertical, o qual só difere da queda livre por apresentar uma velocidade inicial vertical. Esses
movimentos são descritos pelas mesmas funções horárias.
A aceleração do movimento vertical de um corpo no vácuo é denominada aceleração da gravidade e indicada por g. Como o movimento se realiza nas proximidades da superfície
terrestre, a aceleração da gravidade é considerada constante. Assim, a queda livre e o lançamento na
vertical são movimentos uniformemente variados (MUV).
O valor normal da aceleração da gravidade é tomado ao nível do mar, a tomado ao nível do mar, a
uma latitude de 45o
g = 9,80665 m/s2
Na resolução de exercícios, para efeito de cálculo, arredondamos para
10 m/s2. Note quea aceleração da gravidade tem um valor extremamente alto quando
comparado aos valoresde aceleração de veículos. Seu valor de aceleração de veículos. Seu valor de praticamente 10 m/s2 significa uma variação de velocidade de 10 m/s em cada segundo, ou seja, de 36 km/h em cada segundo. Assim, em apenas 4 s de queda o corpo atingiria 144 km/h se não houvesse a resistência do ar.
Em todos os fenômenos descritos neste capítulo desprezamos a resistência do ar.
Na queda, o módulo da velocidade escalar do corpo aumenta: o movimento é
acelerado. a = +g
v > 0v = vo + g t
∆∆∆∆h= v t +g t2
∆∆∆∆h= vo t + 2g t
v2 = vo2 + 2 . g . ∆∆∆∆h
h = ho + vo t + 2g t2
Lançado verticalmente para cima, o módulo da velocidade escalar diminui na
subida: o movimento é retardado.
a = -g
v > 0
v = vo - g t
∆∆∆∆h= v t - g t2v > 0∆∆∆∆h= vo t - 2
g t2
v2 = vo2 - 2 . g . ∆∆∆∆h
h = ho + Vo t - 2g t2
EXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIOEXERCÍCIO
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:a) as funções horárias do movimento;b) o tempo de subida, isto é, o tempo para atingir a altura máxima;c) a altura máxima;d) em t = 6 s, contados a partir do instante de lançamento, o espaço do móvel e o sentido do movimento;e) o instante e a velocidade escalar quando o móvel e) o instante e a velocidade escalar quando o móvel atinge o solo.
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:a) as funções horárias do movimento;
Solução:
v = vo - g t h = ho + vo t + 2g t2
a = - g
a = - 10 m/s2
Orientação da
v = 50 - 10 t
2
h = 0 + 50 t -2
10 t2
Orientação da trajetória voltada para cima v > 0
Origem dos espaços: no solo ho = 0
h = 50 t – 5 t2
vo = 50 m/s
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:b) o tempo de subida, isto é, o tempo para atingir a altura máxima; Solução:a = - g
a = - 10 m/s2t = ? ( v = 0 )
v = vo - g tOrientação da
v = 50 - 10 t
0 = 50 - 10 t
10 t = 50
t = 50 : 10
t = 5 s
Orientação da trajetória voltada para cima v > 0
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:c) a altura máxima;
Solução:
h = ?
h = 50 t – 5 t2
h = 50 . 5 - 5 . 52
h = 250 – 125
h = 125 m
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:d) em t = 6 s, contados a partir do instante de lançamento, o espaço do móvel e o sentido do movimento;
Solução:
h = ? ( v = 0 e t = 5 s )
h = 50 t – 5 t2 E o sentido do movimento ???h = 50 t – 5 t
h = 50 . 6 – 5 . 62
h = 300 – 180
h = 120 m
E o sentido do movimento ???
Em t = 6 s o móvel está descendo, pois sabemos que em 5 s mudou de sentido (veja item
b da questão.
1. Um móvel é atirado verticalmente para cima, a partir do solo, com velocidade inicial de 50 m/s. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2. Determine:e) o instante e a velocidade escalar quando o móvel atinge o solo.
Solução:Quando o móvel atinge o solo, seu espaço volta a ser nulo. Lembre-se de que o espaço apenas localiza o móvel ao longo da trajetória. Na equação ...móvel ao longo da trajetória. Na equação ...
v = 50 - 10 t temos t = 5 s + 5 s = 10 s (ida e volta)
v = 50 - 10 .10
v = 50 - 100
v = - 50 m/s
1. O tempo do movimento ida e volta (10 s) é o dobro do tempo de subida, isto é, o intervalo de tempo da subida é igual ao intervalo de tempo da
descida.
2. A velocidade inicial é + 50 m/s e a de chegada ao solo é - 50 m/s, isto é, as velocidades de
Observações:
ao solo é - 50 m/s, isto é, as velocidades de lançamento e de chegada ao solo têm o mesmo
módulo.
Essas propriedades só valem quando o ponto de partida coincide com o ponto de chegada. Não
valem quando há resistência do ar ou o móvel tem propulsão própria.
2. Abandona-se uma pedra do alto de um edifício e esta atinge o solo 4 s depois. Adote g = 10 m/s2 e despreze a resistência do ar. Determine.a) a altura do edifício;b) o módulo da velocidade da pedra quando atinge o solo.
Solução:a) h = ? ( v = 0 e t = 4 s )
g t2
b) v = ?
v = vo - g th = ho + vo t + 2
g t2
h = 0 + 0 . 4 +2
10 . 42
h = 5 . 16
h = 80 m
v = vo - g t
v = 0 - 10 . 4
v = 40 m/s
3. Dois móveis A e B são lançados verticalmente para cima, com a mesma velocidade inicial de 15 m/s, do mesmo ponto. O móvel A é lançado no instante t = 0 s e o móvel B é lançado 2 s depois. Determine, a contar do ponto de lançamento, a posição e o instante do encontro dos móveis. Adote g = 10 m/s2 e despreze a resistência do ar.
Solução:Orientemos a trajetória para cima (a = - g).
A posição do encontro ocorre quando a posição hA (do móvel A) for igual a
posição hB (do móvel B)a = - 10 m/s2
ho = 0hA = hB
O móvel A foi lançado no início da contagem dos tempos (t = 0 s). Assim, após t segundos, ele terá andado durante t
segundos e em sua função comparece a variável t.
h = ho + vo t - 2g t2
hA = 0 + 15 . t -10 . t2hA = 0 + 15 . t -2
10 . t
hA = 15.t - 5 t2
O móvel B parte 2 s depois. Após t segundos, B andou durante (t - 2) segundos, pois partiu depois. Daí, em suas
funções comparecerá (t - 2) em lugar de t.
h = ho + vo t - 2g t2
hB = 0 + 15 . (t - 2) - 210 . (t - 2)2
h = 15 . t - 30 - 5 ( t - 2 )2hB = 15 . t - 30 - 5 ( t - 2 )2
hB = 15 t - 30 - 5 ( t2 - 4 t + 4 )
hB = 15 t - 30 - 5 t2 + 20 t - 20
hB = 35 t - 50 - 5 t2
Considerando que a posição do encontro ocorre quando a posição hA
(do móvel A) for igual a posição hB
(do móvel B)
hA = hB
hA = 15.t - 5 t2
hB = 35 t - 50 - 5 t2
15 t - 5 t2 = 35 t - 50 - 5 t2
- 5 t2 + 5 t2 = 35 t - 15 t - 50
0 = 20 t - 50
O encontro ocorre após 2,5 s do lançamento do primeiro, mas em qual
posição ?
h = 15.t - 5 t2
50 = 20 t
0 = 20 t - 50
50 : 20 = t
hA = 15.t - 5 t2
hA = 15 . 2,5 - 5 . 2,52
hA = 37,5 - 31,25
hA = 6,25 mt = 2,5 s
4. Uma pedra A é lançada verticalmente para cima a partir do solo, com a velocidade de 40 m/s. Simultaneamente, na mesma vertical, outra pedra B é abandonada a partir do repouso do alto de um edifício com 80 m de altura. Desprezando a resistência do ar e adotando g = 10 m/s2
para a aceleração da gravidade, determine:a) o instante em que as pedras colidem;b) a altura, relativamente ao solo, em que ocorre a colisão.
Solução:Solução:
a) t = ? hA = hB
b) hA = ? ou hB = ? num instante t
Pedra AMov. retardado Mov. acelerado
a) t = ? hA = hB
hA = ho + vo t - 2g t2
hA = ho + vo t + 2g t2
Escolhendo a origem no solo e orientando a trajetória para cima, teremos:Pedra A: a = - g = -10 m/s2; vo = + 40 m/s; ho = 0 Pedra B: a = - g = -10 m/s2; vo = 0; ho = 80 m
Pedra B
hA = ho + vo t - 2
hA = 0 + 40 . t -2
10 . t2
hA = 40 t - 5 t2
hA = ho + vo t + 2
hA = 80 + 0 . t -2
10 . t2
hA = 80 - 5 t2
hA = hB
40 t - 5 t2 = 80 - 5 t2
40 t = 80
t = 2 s
b) hA = ? ou hB = ? num instante t = 2 s
hA = 40 t - 5 t2
hA = 40 . 2 - 5 .22
hA = 80 - 20
hA = 60 m
5. É possível observar, durante o desenrolar de partidas de vôlei, que alguns atletas conseguem uma impulsão que lhes permite atingir 1,25 m acima do solo. Sendo a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2, calcule a velocidade inicial do centro de massa do atleta, em m/s.
Solução:
vo = ? v2 = vo + 2 g ∆∆∆∆S 2
02 = v + 2 . (-10) . 1,252
02 = vo + 2 . (-10) . 1,252
0 = vo - 20 . 1,252
0 = vo - 252
vo = 252
vo = ± 5
vo = 5 m/s
6. Um balão sobe verticalmente com velocidade constante de 20 m/s. Em um determinado instante, a 80 m do solo, uma pedra é abandonada do balão. Despreze a resistência do ar e adote g = 10 m/s2.a) Até que instante, contado a partir do abandono, a pedra continua subindo?b) Qual é a altura máxima atingida pela pedra em relação ao solo?c) Em que instante ela chega ao solo, contado do abandono?abandono?
Solução:a) t = ?
v = vo + gt
0 = 20 + (-10) t
0 = 20 -10 t
10 t = 20
t = 2 s
b) Qual é a altura máxima atingida pela pedra em relação ao solo?
h = 80 + 40 - 20
h = ho + vo t - 2g t2
h = 80 + 20 . 2 -2
10 . 22
t = 2 sh = ? vo = 20 m/s ho = 80 m
h = 100 m
Comparando acelerações com a acelerações com a
da gravidade
O valor da aceleração da gravidade nas proximidades da superfície terrestre (g) é frequentemente usado na comparação entre acelerações. Por exemplo, diz-se
que os dragsters apresentam acelerações de aproximadamente 1,7g.
O piloto de corrida David Purley, numa colisão em Silverstone, Inglaterra, em 13 de julho de 1977, sobreviveu a uma desaceleração em que a velocidade de seu veículo variou de 173 km/h para num percurso de apenas 66 cm.
Ficou sujeito então a uma desaceleração de 179,8g.
Em aviação, ao efetuar manobras, o piloto pode sentir diferentes sensações: em algumas, como no loop, o sangue tende a se concentrar nos seus membros
inferiores. Nesse caso, diz-se o piloto sofre "g positivo", em outras situações, como no Ioop invertido, o sangue
tende a se concentrar na cabeça. Diz-se então que o piloto sofre "g negativo".
Um piloto de avião, em manobras arriscadas, pode suportar até 10g durante 3 s. Entretanto, sob essa
aceleração, o avião, dependendo de estrutura, poderá até perder as asas.
Uma pessoa sujeita a acelerações da ordem de 3g positivas, por algum tempo, terá grande dificuldade para
levantar os braços e as pernas. Se o aceleração estiver entre 4g e 5,5g estiver entre 4g e 5,5g
positivos, ela poderá perder completamente a visão, chegando o perder a
consciência se a condição perdurar por mais de 5 s.