A resultante das forças e o estado de repouso ou de movimento de um corpo

Leis de newton

1º LEI DE NEWTON OU LEI DA INÉRCIA- Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou em movimento retilíneo uniforme se o conjunto de forças que nele atuam resultante nula.

Fr = m * a

Unidades SI

Fr - N

m - kg

a - m/s ao quadrado

2º LEI DE NWTON OU LEI FUNDAMENTAL DA DINÂMICA- A força resultante do conjunto das forças que atuam num corpo produz nele uma aceleração com a mesma ditreção e sentido da força resultante, que é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante.

P = m * 9,8

Unidades SI

P - N

m - kg

9,8 - m/s ao quadrado

3º LEI DE NEWTON OU LEI DA AÇÃO- REAÇÃO - Quando dois corpos estão em interação, à ação de um corpo sobre outro corresponde sempre uma reação  igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro.





Como se somam as forças ?

As forças representem-se por meio de vetores, para se somar uma forças temos de aprender a somar vetores !

• começas por representar um dos vetores;
• depois, na extremidade do primeiro vetor, iniciais a representação do segundo;
• finmalmente, unes a origem do primeiro vetor com a extremidade do segundo para obteres o vetor soma.

Resultante de duas forças com a mesma direção e sentido

Para determinarmos a força resultante , Fr, de F1 e F2, somas estas duas forças como se indica na figura a seguir :

Quando duas forças com a mesma direção e mesmo sentido atuam num corpo, a força resultante Fr, tem:

• direção e sentido iguais aos das duas forças;
• intensidade igual à soma das intensidades das duas forças: Fr = F1+F2.
  

Resultante de duas forças com a mesma direção mas sentidos opostos

Para determinares a força resultante, Fr, de F3 e F4, soma as duas forças, como se mostra a seguir :

Somas das duas forças F3 e F4                                     Fr

                                                                                         Direção - horizontal

F3 = 80 N    F4 = 100 N   
                                                                                         Sentido - da esquerda para a direita
            Fr = 20 N

                                                          Intensidade - Fr = F4 - F3

             vetor                                                                    Fr = 100 N - 80 N

----------->                                                            Fr = 20 N

Quando duas forças com a mesma direção mas sentidos opostos atuam num corpo, a força resultante, Fr, tem :

• direção igual à das duas forças;
• sentido igual ao da força com maior intensidade;
• intensidade igual à diferença das intensidades das duas forças : Fr = F4 - F3.

Resultante das duas forças com direções diferentes

A força resultante, Fr, de F5 e F6 pode ser determinada somando estas duas forças ou utilizando a regra do paralelogramo, como mostra a seguir :

Soma das forças F5 e F6

1. Representas o vetor F5                                                      vetor
2. A partir da extremidade F5 representas  F6                    --------------->
3. Unes a origem de F5 à extremidade F6.
   
   

Se as direções das duas forças fazem entre si um ângulo de 90º, isto é, se são perpendiculares entre si, a intensidade da força resultante pode ser calculada aplicando o teorema de Pitágoras como mostra a seguir :

Soma das forças F7 e F8

Càlculo de Fr

Força resultante ao quadrado = Força 7 ao quadrado + Força 8 ao quadrado

Força resultante ao quadrado = 80 ao quadrado + 100 ao quadrado

Força resultante = Raíz quadrada de 16400

Força resultante = 128 N

Quando duas forças, com direções perpendiculares entre si, atuam num corpo, a força resultante, Fr, tem :

•  direção e sentido diferentes dos das duas forças, que são detyerminados geometricamente;
• intensidade calculada aplicando o teorema de Pitágoras : Fr = Raíz quadrada de F7 ao quadrado + F8 ao quadrado.

Forças: Causas de movimentos

O que é uma força

Os físicos criaram o conceito (ou noção, ideia científica) de força para explicar as interacções (acções recíprocas) entre corpos e a consequente existência de movimentos mais ou menos complicados, no céu ou na Terra. De facto, Galileu foi o primeiro cientista a estudar em pormenor os movimentos na Terra, para além de os ter observado no céu. Não conseguiu perceber a causa dos movimentos no céu, mas concluiu que, na Terra, um corpo permanece imóvel (quer dizer, com velocidade nula) se não for empurrado nem puxado, isto é, se não sofrer forças, ou se as forças nele aplicadas se compensarem. Esta afirmação parece clara, sendo fácil colocar um corpo imóvel em relação à Terra. Se esse corpo parado sofrer forças, passa então a mover-se com uma certa velocidade. Força tem, portanto, a ver com velocidade, embora seja diferente de velocidade: uma força pode mudar a velocidade de um corpo, passando a velocidade do valor zero para outro valor qualquer.

Um puxão ou um empurrão são exemplos de forças. Quando puxamos ou empurramos um corpo qualquer existe uma interacção entre nós e esse corpo: um exemplo é um pontapé que damos numa bola. Forças desse tipo em que o agente, que exerce a força, e o objecto, onde ela está aplicada, se contactam chamam-se forças de contacto. Por outro lado, há forças que não são de contacto pois se exercem à distância: chamam-se mesmo forças à distância. Neste caso não há nada no meio entre o agente e o objecto que sirva para transmitir a força. As forças da experiência seguinte são forças à distância.



Como se calcula a aceleração

Valor da aceleração média = Valor da variação da velocidade/ Intervalo de tempo

            Am =  vf - vi/ t

Aceleração dos movimentos

O que é a aceleração

A aceleração é a grandeza que nos indica como varia a velocidade á medida que o tempo decorre.

Quando a trajetória é retilínea ...

... se o movimento é acelerado, o valor da velocidade aumenta e a acelerção mede  o aumento do valor da velocidade em cada segundo, fig 1.

A velocidade aumenta 20 m/s em 1 s.

... se o movimento é retardado, o valor da velocidade diminui e a aceleração mede a diminuição do valor da velocidade em cada segundo, fig 2.

A velocidade diminui 5 m/s em 1 s.

... se o movemento é uniforme, o valor da velocidade é constante e a aceleração é nula - não existe aceleração, fig 3.

Gráficos distância percorrida-tempo e velocidade-tempo para o movimento uniforme

O gráfico que representa a distância percorrida em função do tempo gasto no percurso é uma linha recta, com uma certa inclinação, que passa pela origem das coordenadas, porque as duas grandezas são diretamente proporcionais.

O gráfico que representa a velocidade do corpo em função do tempo é uma linha reta paralela ao eixo das abcissas, porque o valor da velocidade é constante.





Movimento Uniforme

Conceito de movimento uniforme

A tartaruga é um bicho estranho. Pode o mundo cair ao seu redor que ela continua se movimentando sem alterar a sua velocidade. Depois que ela sai do repouso e entra em movimento, ela dificilmente varia sua velocidade. (fig. 1)

Figura 1 - Movimento da tartaruga.

A tartaruga anda em cada segundo a distância de 10 cm, percorrendo distâncias iguais em tempos iguais (fig.1), indicando que a velocidade da tartaruga é constante.

O movimento é uniforme quando a velocidade escalar do móvel é constante em qualquer instante ou intervalo de tempo, significando que, no movimento uniforme o móvel percorre distâncias iguais em tempos iguais.

O movimento é retilíneo uniforme quando o móvel percorre uma trajetória retilínea e apresenta velocidade escalar constante.

O movimento da tartaruga é um exemplo de movimento uniforme.

Movimento retilíneo uniforme

Considerando que o PUCK realizou a seguinte trajetória:

Figura 2 - Movimento retilínio do PUCK

O PUCK percorreu em um intervalo de tempo t = 0,1 s a distância S = 3,0 cm (fig. 2).

Observe que a trajetória é uma reta e o PUCK percorre distâncias iguais em tempos iguais, o que indica que a velocidade escalar é constante.

Calculando a velocidade no intervalo de tempo considerado, tem que se:

Valor da velocidade = rapiudez média

v = s/t              Rm = s/t

Considerando-se quaisquer outros intervalos de tempo ou instantes, a velocidade será sempre de 30,0 cm/s.

Conclui-se que o movimento do PUCK neste exemplo é um movimento retilíneo uniforme.

Qual a diferença entre rapidez média e velocidade ? A rapidez média é uma grandeza escalar, ou seja, fica completamente definida através de um valor numérico e respectiva unidade de medida. A velocidade é uma grandeza vectorial. Representa-se através de um vector. É uma grandeza que nos informa acerca da rapidez com que um corpo se move, numa determinada direção e sentido. Rapidez média É a razão entre a distância percorrida por um corpo, e o tempo que esse corpo leva a percorrê-la. Pode calcular-se da seguinte forma: Rapidez média = Distância percorrida / Intervalo de tempo Distância percorrida = Distância percorrida pelo veículo em metros (s).     Intervalo de tempo = Tempo que demorou a percorrer a distância referida, em segundos (t).

A distância percorrida e o deslocamento

 

A distância percorrida (ou espaço percorrido) é a medida sobre a trajectória descrita no movimento; o seu valor depende da trajectória.

 

O deslocamento é a medida da linha recta que une a posição inicial e a posição final; o seu valor só depende destas posições, não depende da trajectória.

  NOTA: Quando um corpo descreve um movimento rectilíneo, sem inversão de sentido, a distância percorrida coincide com o valor do deslocamento.

A distância percorrida é uma grandeza escalar (quer dizer que fica completamente definida através de um valor numérico e respectiva unidade de medida), sempre positiva.

O deslocamento é uma grandeza vectorial (representa-se por um vector).

                                                                                  

Movimentos

Relatividade do Movimento

 

No nosso dia-a-dia, costumamos olhar, por exemplo, para um grupo de ciclistas que passa na estrada e pensar: "Os ciclistas estão em movimento".

 

Do ponto de vista da Física, este pensamento ESTÁ INCOMPLETO!!

Para concluirmos se um corpo se encontra em REPOUSO ou em MOVIMENTO, devemos sempre comparar a posição desse corpo com um objecto ou ponto de referência.

 

Assim, é correcto dizer:

"Os ciclistas estão em movimento em relação ao solo."

ou

"Os ciclistas estão em movimento em relação ao planeta Terra."

ou ainda

"Os ciclistas estão em movimento em relação às árvores que se encontram na berma da estrada."

Em relação ao solo, ao planeta Terra ou às árvores, os ciclistas encontram-se em movimento, já que em relação a estes a sua posição está a mudar.

 

Ao mesmo tempo, também é correcto dizer:

"Cada ciclista encontra-se em repouso em relação à sua bicicleta."

Em relação à própria bicicleta, a posição do ciclista não está a mudar, já que ele se encontra sentado na bicicleta. Portanto em relação à bicicleta o ciclista ocupa sempre a mesma posição.

 

Conclusão

Um corpo está em REPOUSO em relação a determinado objecto ou ponto de referencia se a sua posição não se alterar em relação a esse objecto ou ponto de referencia.

Um corpo está em MOVIMENTO em relação a determinado objecto ou ponto de referencia se a sua posição se alterar em relação a esse objecto ou ponto de referencia.

Assim, o mesmo corpo pode estar em movimento em relação a um determinado objecto ou ponto de refernância, e ao mesmo tempo estar em repouso em relação a outro objecto ou ponto de referência.