FÍSICA - I. Força e Movimento I. 2ª. Parte. Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio

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1 FÍSICA - I Força e Movimento I 2ª. Parte Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio

2 Objetivos Trabalhar FORÇAS como grandezas vetoriais. Enunciar as três Leis de Newton. Aplicar as três Leis de Newton em problemas envolvendo pontos materiais. Relacionar o conceito de força com o movimento de pontos materiais. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 2

3 Pensamento... "Não existem métodos fáceis para resolver problemas difíceis. René Descartes Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 3

4 Introdução Relação entre força e massa. Como definir massa? Qual a natureza da massa? Como se relaciona com a força. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 4

5 Estudo de Caso I Um astronauta exibindo-se para um programa de uma televisão americana, flutua em gravidade zero. De repente passa ao seu lado, também flutuando uma bola de boliche. O astronauta chuta a bola de boliche com toda a força. Pergunta-se: ele irá ou não machucar o pé? Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 5

6 Massa A mesma força aplicada sobre corpos de massa diferentes provoca diferentes acelerações. Massa é uma característica intrínseca do corpo. Grandeza escalar. Quanto maior a massa, menor a aceleração produzida por uma força F. O corpo resiste a aplicação da força. Massa de um corpo é a característica que relaciona a força sobre o corpo com a aceleração resultante. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 6

7 Estudo de Caso II Nosso animado astronauta em gravidade zero, resolve medir a massa da bola de boliche (aquela que ele chutou...). Primeiro tenta com uma balança de peixeiro e em seguida com uma balança de dois pratos. Explique o que acontecerá nos dois testes realizados pelo astronauta. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 7

8 Segunda Lei de Newton A aceleração de um corpo tem a direção e o sentido da força externa resultante que atua sobre ele. A aceleração é proporcional à força externa resultante F res, obedecendo a relação F res = m a, onde m é a massa e a a aceleração. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 8

9 Segunda Lei de Newton A força resultante sobre um corpo é o vetor soma de todas as forças atuantes sobre ele: F = F res = m a Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 9

10 Segunda Lei de Newton Exemplo 01 Enunciado Uma força produz uma aceleração de 5 m/s² em um corpo padrão de massa m 1. Quando uma força de mesma intensidade é aplicada a um pote de sorvete cuja massa é m 2, ela produz uma aceleração de 11 m/s². Qual é a massa do pote de sorvete? Qual é a intensidade da força? Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 10

11 Segunda Lei de Newton Exemplo 02 Enunciado Imagine que você está flutuando no espaço, longe de sua nave espacial. Felizmente, você dispõe de uma unidade de propulsão capaz de propiciar uma força constante F durante 3 s. Após 3s de acionamento da unidade, o seu deslocamento foi de 2,25 m. Considerando que sua massa seja de 68 kg, determine F. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 11

12 Segunda Lei de Newton Exemplo 03 Enunciado Uma partícula cuja massa é de 0,4 kg está sujeita simultaneamente a duas forças: F F 1 2 = 2Niˆ 4Nj ˆ = 2,6Niˆ + 5Nj ˆ Se a partícula está na origem e parte do repouso em t = 0, determine: Seu vetor posição. Sua velocidade em t = 1,6 s. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 12

13 Segunda Lei de Newton Exemplo 04 Enunciado Uma ou duas forças atuam sobre um disco que se move sobre o gelo sem atrito ao longo do eixo x, em um movimento unidimensional. A massa do disco é m = 0,20 kg. As forças F 1 e F 2 são dirigidas ao longo do eixo e têm módulos F 1 = 4,0 N e F 2 = 2,0 N. Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 13

14 Segunda Lei de Newton Exemplo 04 Enunciado A força F 3 está dirigida segundo um ângulo θ F 1 (a) = 30º e tem módulo F 3 = 1,0 N. F 2 F 1 (b) Em cada situação, qual é a aceleração do disco? F 2 θ (c) F 3 Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 14

15 Segunda Lei de Newton Exemplo 05 Enunciado y Uma lata de biscoito de 2,0 kg é acelerada a 3,0 m/s² no sentido definido por a, sobre uma superfície horizontal sem atrito. 30º F 2 a 50º x F 1 Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 15

16 Segunda Lei de Newton Exemplo 05 Enunciado A aceleração é causada por três forças horizontais, das quais apenas duas são mostradas: F 1 de módulo 10 N e F 2 de módulo 20N. Qual é a terceira força F 3 em termos dos vetores unitários e na notação módulo-ângulo? Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 16

17 EXERCÍCIO EM CLASSE 02 Objetivos: Aplicar a 2ª. Lei de Newton a diversas modelos considerados básicos. Tempo de realização: 10 minutos Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 17

18 Referências RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; WALKER, J. Física 1. 7ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; KRANE, K. S. Física 1. 5ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para Cientistas e Engenheiros, v. 1: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica. 5ª. Ed. Rio de Janeiro: LTC, Física I - Prof. M.Sc. Lúcio P. Patrocínio 18