Mecânica da partícula

Transcrição

1 -- Mecânica da parícula Moimenos sob a acção de uma força resulane consane Prof. Luís C. Perna LEI DA INÉRCIA OU ª LEI DE NEWTON LEI DA INÉRCIA Para que um corpo alere o seu esado de moimeno é necessário que a força resulane sobre ele não seja nula. Um corpo em repouso coninuará em repouso e um corpo em moimeno coninuará em moimeno se a resulane das forças que sobre ele acuam for nula. É necessário uma força resulane, para que um corpo alere o seu esado de moimeno. Se a resulane de odas as forças que acuam num corpo for nula, o corpo ou esá em repouso ou em moimeno recilíneo e uniforme.

2 -- Epressão maemáica: r n i i ma A aceleração adquirida por um corpo (considerado parícula maerial) é direcamene proporcional à inensidade da resulane das forças que acuam sobre o corpo (parícula maerial), em a mesma direcção e senido da resulane das forças e é inersamene proporcional à sua massa. LEI DAS ACÇÕES RECÍPROCAS Quando um corpo A eerce uma força sobre um corpo B, ese eerce ambém sobre o primeiro uma força de iual módulo e direcção, mas de senido conrário. A, B B, A As forças de um par acção-reacção êm: o mesmo módulo (inensidade) a mesma direcção senidos oposos

3 -- SERÃO PARES ACÇÃO-REACÇÃO? N ATENÇÃO! O PESO E A REACÇÃO NORMAL QUE ACTUAM SOBRE UM CORPO NÃO ORMAM UM PAR ACÇÃO-REACÇÃO. P As forças de um par acção-reacção êm: o mesmo módulo (inensidade) a mesma direcção senidos oposos ponos de aplicação em corpos disinos PARES ACÇÃO-REACÇÃO? A / B B / A orça que o rapaz (A) eerce na raparia (B). orça aplicada na raparia. orça que a raparia (B) eerce no rapaz (A). orça aplicada no rapaz. A / B B / A Pares acção-reacção ' P e P R e A 3

4 -- Quando um corpo é sujeio a uma força Quando uma força acua num corpo, a aceleração que lhe imprime é ano maior quano menor for a sua massa. Quando um corpo é sujeio a uma força 4

5 -- A seunda lei de Newon As forças são as causas das acelerações. A ª Lei de Newon, eprime a proporcionalidade enre as forças e as acelerações proocadas nos corpos. ma R Quando a força é consane a aceleração do corpo ambém é consane, uma ez que a massa é uma caracerísica do corpo (não aria). Se a aceleração é consane enão a ariação da elocidade ocorre sempre na mesma direcção a direcção da aceleração. A parir da epressão da Lei fundamenal da Dinâmica, define-se newon: A seunda lei de Newon ma R N kms - N (newon) é a inensidade de uma força que, quando aplicada num corpo de massa k, lhe comunica uma aceleração de m/s na sua direcção e senido. 5

6 -- As componenes da força Num moimeno curilíneo, a resulane das forças esá sempre diriida para o inerior da cura. A força pode ser decomposa nas suas componenes: Uma que é perpendicular à rajecória no pono considerado, a componene normal, n. Oura que acua na direcção da elocidade, a componene anencial,. A resulane das forças pode ser escria do seuine modo: ma R As componenes da força a a e a e n n R m( a e a e ) n n R ma e ma e n n Componene relacionada com a ariação ma e R Rn ma e n n do módulo da elocidade. Componene relacionada com a ariação da direcção da elocidade. 6

7 -- Trajecória consoane as orienações da força e da elocidade inicial Moimeno de Projéceis O disparo de um canhão ou de uma espinarda, o moimeno de uma bola de olfe, depois de uma acada e o lançameno do marelo ou do disco, nas proas olímpicas, são apenas aluns eemplos de siuações muio comuns em que se pode obserar o moimeno de um projécil. 7

8 -- Projéceis Mas o que é, de faco, um projécil? É um corpo quando se moe no ar, sob acção duma força consane, iso é, sujeio à força raíica. O moimeno de um projécil caracerizase pela descrição de uma rajecória parabólica, que faz um ânulo com a horizonal. Eses corpos ambém esão sujeios à resisência do ar, mas apenas amos analisar moimenos em que ese efeio possa ser desprezado. Lançameno horizonal O esudo de deerminados moimenos a duas ou rês dimensões, seria muio difícil se não os considerasse-mos como a decomposição de ouros mais simples. E: moimeno de um projécil lançado de um aião ou como o moimeno de uma esfera quando cai duma mesa. Como se faz a decomposição dos dois moimenos? Considera-se um, na direcção horizonal, recilíneo e uniforme, uma ez que nessa direcção, o projécil não esá sujeio a forças. E ouro, na direcção erical, recilíneo e uniformemene ariado, uma ez que seundo essa direcção o projécil esá sujeio à força raíica. 8

9 -- Lançameno horizonal Análise do moimeno seundo o eio dos. Moimeno uniforme: = a = = = Lançameno horizonal Análise do moimeno seundo o eio dos. Moimeno uniformemene acelerado: = - m a = - = - = h ½ 9

10 -- Velocidade seundo o eio dos e dos. Lançameno horizonal As equações paraméricas do moimeno são: ( ) e ( ) h Aenção: As equações paraméricas que descreem o moimeno são deduzidas das equações erais. Se mudarmos o referencial, mudam as condições iniciais do moimeno e as equações são diferenes. É, necessário indicar sempre o referencial adopado.

11 -- Lançameno horizonal Equação da rajecória: A equação da rajecória, num plano O, deermina-se por eliminação do empo,, no sisema consiuído pelas equações paraméricas no referencial considerado: h h h ( ) Esa equação é do ipo b a que é a equação de uma parábola. Lançameno horizonal Tempo de oo: O empo de oo ou empo de queda é o empo de permanência do projécil no ar. No referencial considerado, quando o projécil chea ao solo, é =. Enão, subsiuindo na equação paramérica: h ( ) h h oo h Noa: O empo de oo depende apenas do moimeno na erical: aria com a alura de queda e é independene da elocidade de lançameno.

12 -- Lançameno horizonal Alcance: O alcance é a disância, má, que o projécil percorre na horizonal (seundo a direcção do eio dos ). Calcula-se subsiuindo o alor do empo de oo na equação paramérica: ( ) má oo má h Noa: O alcance depende do moimeno em ambas as direcções: aria com a alura de queda e com a elocidade de lançameno. Tempo de oo e alcance máimo

13 -- Lançameno oblíquo Consideremos, aora, um projécil que é lançado numa direcção que faz um ânulo com a direcção horizonal lançameno oblíquo. Simulação Lançameno oblíquo: nese ipo de lançameno ambém dee ser feio a decomposição do moimeno em dois moimenos, um na erical e ouro na horizonal. Lançameno oblíquo Enão podemos escreer: e e cos sin an 3

14 -- Lançameno oblíquo Considerando o referencial O da fiura emos: Moimeno uniforme seundo o eio dos : a Moimeno uniformemene ariado seundo o eio dos : a Lançameno oblíquo Componenes da aceleração e respecios ráficos Componenes da elocidade e respecios ráficos 4

15 -- 5 Lançameno oblíquo Equações paraméricas do moimeno e respecios ráficos Lançameno oblíquo Equação da rajecória A equação da rajecória obém-se eliminando enre as equações paraméricas. Equação duma parábola

16 -- Lançameno oblíquo Tempo de oo Há um insane em que a elocidade seundo o eio dos se anula e isso aconece quando o projécil aine a alura máima. Enão, = : Tempo que o projécil lea a ainir a h má oo Tempo de oo Lançameno oblíquo Alura máima ainida pelo projécil Se subsiuirmos em O alor do empo que o projécil lea a ainir o pono máimo, em: h má má má má sin má 6

17 -- Lançameno oblíquo Alcance máimo Seundo a direcção do eio dos o moimeno é uniforme, loo: oo cos sin má má má. oo sin cos sin Lançameno oblíquo Alcance máimo Um projécil pode er o mesmo alcance, quando lançado com elocidades de iual módulo mas com ânulos de lançameno complemenares. O alcance é máimo para o ânulo de lançameno de 45º. A alura máima aumena com o ânulo de lançameno para o mesmo. O empo de oo aumena com o ânulo de lançameno para o mesmo. Ver simulação 7

18 -- Conseração da eneria mecânica Se desprezar-mos a resisência do ar o projécil apenas esá sujeio à ineracção raíica que é uma força conseraia, loo há conseração da eneria mecânica. Como deerminar a elocidade num pono da rajecória? B B Conseração da eneria mecânica A Ec m h A E mec A A Ec Ep k Ep A mh h -h A ( ha hb ) B Ec A B Ep m B B m h B B A B ( h A h h A A conseração da eneria permie relacionar a alura e a elocidade B ) 8