FIS-14 Mecânica I. Segundo Semestre de 2013 Turma 2 Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá sala 2602A-1, ramal 5785, rrpela@ita.br

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1 Segundo Semestre de 2013 Turma 2 Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá sala 2602A-1, ramal 5785, rrpela@ita.br FIS-14 Mecânica I Ementa Requisito: não há. Horas Semanais: Forças. Estática. Equilíbrio de um corpo rígido. Cinemática da partícula em um plano. Movimento circular. Dinâmica da partícula. Conceito de referencial inercial. Leis de Newton. Princípio de conservação do momento linear. Atrito. Sistemas com massa variável. Dinâmica do movimento curvilíneo. Momento angular. Forças centrais. Movimento relativo. Transformações de Galileo. Referenciais não inerciais. Trabalho e energia. Forças conservativas e energia potencial. Movimento sob ação de forças conservativas. Curvas de potencial. Forças não conservativas. Dinâmica de um sistema de partículas: centro de massa, momento angular, energia cinética. Tópicos de teoria cinética dos gases. Colisões. Bibliografia A bibliografia recomendada na ementa do curso é: 1. Hibbeler, R.C., Mecânica para Engenheiros, Vols 1 e 2, Pearson Ed., São Paulo, 10a.ed., 2005; 2. Nussenzveig, H. M., Curso de Física Básica, Vol. 1, Edgard Blücher, S. Paulo, 2a.ed., 1993; 3. Alonso, M. e Finn, E. J., Física: um curso universitário, Vol. 1, Edgard Blücher, São Paulo, Além destas fontes, as seguintes podem ser úteis: 1. Meriam, J. L. e Kraige, L. G. Mecânica para Engenharia, Vols 1 e 2, LTC, Rio de Janeiro, Jewett Jr., J. W. e Serway, R. A. Física para cientistas e engenheiros, Vols 1 e 2, São Paulo, Chaves, A. Física Básica, Vols 1 e 2, LTC, Rio de Janeiro, Tongue, B. H. e Sheppard, S. D. Dinâmica: análise e projeto de sistemas em movimento, LTC, Rio de Janeiro, Sears e Zemansky, Física I e Física II, Pearson, São Paulo, Sites: e Objetivo O objetivo do curso é capacitar o aluno para: 1. Encontrar as condições de equilíbrio para uma partícula e para um corpo rígido (neste último caso, equilíbrio bidimensional e tridimensional). 2. Entender e saber utilizar as reações restritivas de diferentes tipos de apoio: rolete, pino (ou dobradiça), apoio fixo (ou engaste), cabo, barra, superfície lisa, mancal, junta esférica. Resolver problemas de equilíbrio de corpos rígidos envolvendo estes apoios. 3. Saber caracterizar o movimento bidimensional e tridimensional de uma partícula, utilizando diversos sistemas de coordenadas: cartesianas, normal e tangencial, cilíndricas.

2 4. Resolver problemas de Dinâmica de uma partícula, formulando em termos de força e aceleração. 5. Compreender qualitativa e quantitativamente o movimento relativo entre referenciais (envolvendo translação e rotação). Interpretar e quantificar as forças de inércia nos referenciais acelerados. Entender os efeitos inerciais que decorrem da rotação da Terra. 6. Entender o modelo do atrito seco. Saber aplicar o modelo para diversas situações de interesse, como: atrito em parafusos, atrito em correias e mancais, e atrito seco na resistência ao rolamento. 7. Resolver problemas de Dinâmica de um sistema de partículas, entendendo a importância do centro de massa. 8. Resolver problemas de Dinâmica de uma partícula e de um sistema de partículas, formulando em termos de trabalho e energia. 9. Entender quando uma força é conservativa e saber encontrar a energia potencial associada. Identificar (e saber tratar) problemas com conservação da energia mecânica. 10.Compreender o princípio do impulso e momento linear para uma partícula e para um sistema de partículas, identificando (e sabendo tratar) situações em que o momento linear se conserva (em particular: em impactos e na propulsão com massa variável). 11. Resolver problemas de Dinâmica usando torque e momento angular (para uma partícula e para um sistema de partículas). 12.Aplicar os conceitos de sistemas de partículas para a Teoria Cinética dos Gases. Entender a distribuição das velocidades moleculares e o livre percurso médio das moléculas. Avaliação A nota bimestral (NB) de FIS-14 será calculada através da expressão NB = (1-p)T+pL, sendo T e L a nota bimestral de teoria e de laboratório, respectivamente. O peso p será igual a 0,30. A cada bimestre, há dois cenários possíveis para o cálculo da nota de teoria: Uma única prova realizada durante a aula. Neste caso a nota de teoria será igual à nota da prova. Uma única prova e listas de exercícios entregues semanalmente (frequência estimada). Para compor a nota de teoria, a prova terá peso de 80% e as listas, 20%. Em ambos os bimestres, todos os alunos estão automaticamente encaixados no cenário 1. O aluno terá até o final da primeira semana de cada bimestre para optar pelo cenário 2. O curso terá um exame final englobando todo o conteúdo previsto na ementa (podendo incluir tópicos do laboratório). Dependendo do aproveitamento do aluno durante o semestre, o exame poderá ser substituído por um trabalho. Os alunos que tiverem este perfil serão convidados pelo professor até o início do segundo bimestre. Existe a possibilidade de que alguma avaliação (provas e exame) seja com consulta a material do próprio aluno (quando for o caso, será avisado previamente). Cópias de anotações alheias estão automaticamente excluídas deste conjunto. Durante a prova, fica proibido o empréstimo de qualquer material. O aluno deve providenciar todo o material necessário para a avaliação (calculadora, lápis ou

3 lapiseira, borracha, régua, caneta, e eventualmente algum material de consulta) antes de começar a realizar a mesma. Planejamento de Aulas Total bruto de aulas: 64 Total de aulas perdidas com feriados: 2 Total de aulas perdidas com provas: 6 Total de aulas perdidas com correção de provas: 2 Total líquido de aulas: 54 Distribuição Aulas Assunto 8 Estática (Hibbeler, cap. 3 e 5) 12 Cinemática (Hibbeler, cap. 12, 16 e 20) 10 Dinâmica: força e aceleração (Hibbeler, cap. 8, 9 e 13 + Moysés 1, cap. 12) 7 Dinâmica: trabalho e energia (Hibbeler, cap. 14) 10 Dinâmica: momento linear e angular (Hibbeler, cap. 15) 7 Teoria cinética dos gases (Alaor Chaves 2, cap. 9) Estática Cinemática Dinâmica: forças Dinâmica: energia Dinâmica: momentos linear e angular Teoria cinética dos gases 7 10 Líquido de aulas: 54 Aula Assunto 01 Apresentação do curso 02 Apresentação do curso 03 Revisão sobre algarismos significativos. Força. Revisão sobre vetores: soma, decomposição, produtos escalar e vetorial. 04 Estática de uma partícula. Exemplo.

4 Estática de corpos rígidos. Momento de uma força. 05 Força resultante equivalente. Exemplo. Condições de equilíbrio do corpo rígido. Equilíbrio em duas dimensões. 06 Reações de apoio. Exemplo. Centro de gravidade. 07 Equilíbrio em três dimensões. Reações de apoio Cinemática de uma partícula. Cinemática retilínea: movimento contínuo. Exemplo. 10 Cinemática retilínea: movimento irregular. 11 Movimento curvilíneo geral. Movimento curvilíneo: componentes retangulares. Exemplo. 12 Movimento de um projétil. Vídeo do macaco. Exemplo. 13 Movimento curvilíneo: componentes normal e tangencial Movimento curvilíneo: componentes cilíndricas Análise do movimento absoluto dependente de duas partículas. 18 Movimento relativo de duas partículas usando eixos de translação. 19 Movimento relativo de duas partículas usando eixos de rotação Dinâmica de uma partícula: força e aceleração. A equação do movimento. 22 Equação do movimento para um sistema de partículas. Centro de massa. 23 Equações do movimento: coordenadas retangulares. 24 Equações do movimento: coordenadas normais e tangenciais. 25 Equações do movimento: coordenadas cilíndricas. 26 Movimento sob a ação de força central. 27 Referenciais não inerciais. Forças de inércia. Força centrífuga. Força de Coriolis.

5 28 Efeitos inerciais da rotação da Terra. Vídeo (pêndulo de Foucault). 29 Força de atrito. Atrito seco. Atrito em parafusos. Exemplo. 30 Atrito em correias e mancais. Resistência ao rolamento. Exemplo. 31 Dinâmica de uma partícula: trabalho e energia. O trabalho de uma força. Princípio do trabalho e energia. 32 Princípio do trabalho e energia para um sistema de partículas. 33 Potência e eficiência. 34 Forças conservativas e energia potencial. 35 Forças conservativas e energia potencial. 36 Conservação de energia Dinâmica: momentos linear e angular Princípio do impulso e momento linear. 39 Princípio do impulso e momento linear para um sistema de partículas. 40 Conservação do momento linear para um sistema de partículas. 41 Impacto. 42 Momento angular. 43 Torque e momento angular. 44 Torque e momento angular para um sistema de partículas Propulsão com massa variável Teoria Cinética dos Gases. 49 Modelo do gás ideal. 50 Equipartição de energia. 51 Distribuição das velocidades moleculares. 52 Distribuição das velocidades moleculares. 53 Verificação experimental da distribuição de Maxwell. 54 Livre percurso médio das moléculas.