Física. José Arnaldo de Assis Pina Neto

Transcrição

1 Física José Arnaldo de Assis Pina Neto 9 de abril de 2013

2 Sumário 1 Física Visão Geral Vetorial Tipos de Grandezas Grandezas Escalares Grandezas Vetoriais Representação Vetorial Soma de Vetores Subtração de Vetores Decomposição de Vetores Cinemática Conceitos básicos Movimento Repouso Referencial Trajetória

3 1 Física 1.1 Visão Geral Imagine, você leitor, vivendo num mundo que lhe é completamente estranho. Nada se sabe sobre esse mundo. Não se sabe como as coisas acontecem nem porquê elas acontecem: elas apenas acontecem. A você, que busca apenas a sobrevivência, saber que está vivo basta. Um belo dia, você sai para caçar e percebe que há uma semana não falta carne na sua dieta. Você está conseguindo se manter muito bem. Só então lhe acomete que, há justamente uma semana, você vem fazendo o mesmo roteiro sempre. Aquilo se tornou um padrão. E como em todo padrão, você obtinha os resultados esperados. Com o passar dos séculos de observação, tais padrões, relacionados com a natureza como a lua que aparece à noite junto as mesmas estrelas; a neve que derretia, etc, fizeram o homem começar a perceber que alguns acontecimentos poderiam ser previstos. E que a previsão era boa para sua qualidade de vida. Foi então que os filósofos entraram em cena. Eles tentaram de todas as formas explicar um mundo segundo sua razão. Para os filósofos as coisas funcionavam da seguinte forma: existia um fenômeno recorrente (padrão) que precisava ser explicado. Eles formulavam toda sorte de teses e hipóteses que fizesse do fenômeno algo entendível e deixavam que a comunidade, através de debates, política, ou outro modo qualquer, tomasse partido. Isso criava Escolas de Pensamento e dividia muito o conhecimento. Aristóteles, por exemplo, cujas noções de física reinaram por mais de trezentos anos, acreditava que o que fazia corpos celestes se manterem em órbita ou movimento era o amor. Hoje isso soa até cômico, mas, a física é, e sempre foi, uma forma do homem melhorar seu entendimento da natureza afim de melhorar sua qualidade de vida aplicando este conhecimento. Apenas com Galileu Galilei e a criação do Método Científico, vários séculos após a morte de Aristóteles, as hipóteses e teses em geral tiveram de ser testados e compreendidas matematicamente. Foi então que a comunidade científica criou uma identidade e pôde se firmar como algo universal, pois, se entendia o que se estava a demonstrar. Pensar desta forma talvez nos faça olhar para o passado e perceber todos aqueles pensadores desperdiçando potência intelectual com assuntos completamente equivocados... En- 2

4 tretanto, não se trata de estar certo ou errado para a ciência: se trata de FUNCIONAR. E, para sua época, todos os Grandes fizeram suas ideias funcionarem. 3

5 2 Vetorial Nesta seção, vamos ter um contato maior com uma forma muito antiga de quantizar movimento e vários outros fenômenos e interações que ocorrem na natureza: vamos nos familiarizar com a forma vetorial de ver o mundo. 2.1 Tipos de Grandezas Antes de passarmos aos vetores, vejamos antes o que motiva a existência de um vetor através do que entendemos por grandezas Grandezas Escalares Ficam perfeitamente caracterizadas quando a elas atribuímos um valor numérico e a unidade correspondente. Ex.: massa, altura, peso, energia cinética, pressão, etc Grandezas Vetoriais Além do módulo (valor numérico não negativo) e da unidade, necessitam de informações sobre direção e sentido para uma perfeita caracterização. Ex.: velocidade, força, aceleração, campo elétrico, etc. 2.2 Representação Vetorial Os vetores devem ser caracterizados por módulo, direção e sentido. Normalmente são representados por setas. VETOR 1 VETOR 2 F = 20N F = 30m/s 4

6 Para o vetor 1, temos um vetor expressando força que vale 20N, sua direção é horizontal e seu sentido é para a esquerda. Para o vetor 2, temos um vetor expressando velocidade que em módulo vale 30m/s, sua direção é vertical e seu sentido é para cima. 2.3 Soma de Vetores Vetores com a mesma direção e sentido. Ex.: a + b a + b a + b Vetores com direção e sentidos diferentes. Ex.: Regra do Polígono: a b Regra do Paralelogramo: 5

7 2.4 Subtração de Vetores Na subtração de vetores ocorre a inversão do segundo vetor (tornando-o negativo). A regra é a mesma que se usa na adição (paralelogramo). Ex.: 2.5 Decomposição de Vetores Todo vetor pode ser escrito como soma de, no mínimo, outros dois vetores. Desta forma, em várias questões de física, é crucial que encontremos tais vetores e que eles sejam o mais cômodo possível afim de simplificar nossos cálculos. A técnica usada é simples: Coloca-se o vetor (de forma sensata) na origem das posições de um plano cartesiano (também escolhido de maneira sóbria), projetamos este vetor em todos os eixos e pronto! Já temos nossos vetores geradores, por assim dizer. Ex.: 6

8 3 Cinemática Cinemática é uma das partes da Física que estuda os movimentos. Particularmente, a Cinemática não estuda causas, mas sim, o movimento em si. A Dinâmica, por sua vez, preocupa-se em estudar as causas deste movimento. Entretanto, os estudos de Dinâmica ficam mais à frente... Voltemos, então, à Cinemática. 3.1 Conceitos básicos Um movimento tem muitas fases e muitos elementos envolvidos. Inclusive a forma como descrevemos um determinado movimento pode fazer diferença para quem não o presenciou. Para que o estudo pudesse ser completamente entendido, estudado e quantizado, os físicos nos presentearam com alguns conceitos baselares referente ao estudo dos movimentos Movimento Dizemos que um determinado objeto (corpo) está em movimento quando este varia sua posição inicial conforme o tempo muda. Ex.: um carro que se movimenta em uma rodovia Repouso Dizemos que um corpo está em repouso quando este não varia sua posição inicial em relação ao tempo. Ex.: A pessoa sentada ao seu lado no ônibus que vai para a escola Referencial De longe, é com o referencial que devemos tomar o maior cuidado possível. O referencial é o observador. É quem conta a história. Ele deve ser sempre inercial em relação ao sistema. Um referencial errado pode contar a mesma história duas vezes. Cada uma com um significado diferente. 7

9 Ex.: Imagine o carro que se movimenta no primeiro exemplo. O carro só se movimenta se o referencial estiver à margem da estrada. Se o referencial for o próprio carro, a estrada é quem se movimenta e não o carro. Já no segundo exemplo, se o referencial estiver à margem da rodovia, tanto você como seu colega ao lado estarão se movendo Trajetória A trajetória de um corpo é exatamente todos os pontos que um corpo ocupa durante um determinado periodo de tempo. Ex.: as marcas na areia de um deserto que uma moto faz é sua trajetória. 8