As leis de Newton e suas aplicações

Transcrição

1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA PARAÍBA Campus Princesa Isabel As leis de Newton e suas aplicações Disciplina: Física Professor: Carlos Alberto

2 Objetivos de aprendizagem Ao estudar este capítulo você aprenderá: O que significa o conceito de força na física e por que as forças são vetores; O significado da força resultante sobre um objeto e o que acontece quando essa força é nula; A relação entre força resultante sobre um objeto, a massa do objeto e sua aceleração; Como se relacionam as forças que dois corpos exercem mutuamente. Como usar a primeira lei de Newton para resolver problemas referentes às forças que atuam sobre um corpo em equilíbrio; Como usar a segunda lei de Newton para resolver problemas referentes às forças que atuam sobre um corpo em aceleração;

3 Conceito de Força Força é o fruto da interação entre dois ou mais corpos. Inércia consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter o seu estado de movimento ou o seu estado de repouso. O efeito sobre o movimento de um corpo produzido por um número qualquer de forças é o mesmo efeito produzido por uma força única igual a soma vetorial de todas as forças.

4 As leis de Newton 1ª Lei de Newton (Lei da inércia) Todo corpo continua no estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme, a menos que seja obrigado a mudá-lo por forças a ele aplicadas. 2ª Lei de Newton (Princípio fundamental da dinâmica) Isaac Newton ( ) No SI, a unidade de força é o newton (N)

5 Algumas forças especiais: As forças trocadas entre os corpos podem ser de contato ou de campo (interação à distância). Destacamos, a seguir, as orientações (direção e sentido) de algumas dessas forças que usaremos na Dinâmica. Força Gravitacional (força Peso)

6 Algumas forças especiais: Força Normal A força normal tem direção perpendicular às superfícies de contato e sentido de empurrar.

7 Algumas forças especiais: Força de Atrito; É paralela à superfície de contato e se opõe ao deslizamento relativo entre as superfícies.

8 Algumas forças especiais: Coeficiente de atrito Força de Atrito; Caixa em repouso: atrito estático é igual a força aplicada. Caixa se movendo: atrito cinético é essencialmente constante.

9 Algumas forças especiais: Força de Atrito; 1. Se o corpo não se move, a força de atrito estático e a componente da força aplicada paralela a superfície se equilibram. Elas têm o mesmo módulo e tem o sentido oposto de 2. O módulo de possui um valor máximo que é dado por μs coeficiente de atrito estático; 3. Se o corpo começa a deslizar ao longo da superfície, o módulo da força de atrito diminui rapidamente para um valor dado por μk coeficiente de atrito cinético;

10 Algumas forças especiais: Força de Tração (ou Tensão) Direção do Fio; Sentido de puxar; Intensidade que depende da interação.

11 Algumas forças especiais: Força Elástica (Lei de Hooke)

12 As leis de Newton 3ª Lei de Newton (Ação e Reação) Se um corpo A aplicar uma força sobre um corpo B, receberá deste uma força de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto à força que aplicou em B. Isaac Newton ( ) Par ação-reação

13 As leis de Newton 3ª Lei de Newton (Ação e Reação) Não existe força de ação sem a correspondente reação, ou seja, é impossível um corpo agir sobre outro e não sofrer a consequente reação; Forças de ação e reação são simultâneas, ou seja, não existe a possibilidade de ocorrer uma ação e depois a reação elas ocorrem no mesmo instante; É indiferente saber qual das forças é a ação e qual é a reação; Atuam sempre em corpos diferentes, logo, não se equilibram ou se anulam. Possuem sempre a mesma direção, mesma intensidade e sentidos contrários; Têm sempre a mesma natureza (ambas de contato ou ambas de campo), logo, possuem o mesmo nome (o nome da interação);

14 Diagrama de corpo livre

15 Resolvendo problemas 1ª Passo: Desenhe os objetos (partículas) de interesse e identifique as forças atuando sobre eles; 2ª Passo: Desenhar um diagrama do corpo livre mostrando cada uma dessas forças; 3ª Passo: Escolha um sistema de coordenadas convenientes. Use um sistema de coordenadas para cada objeto; 4ª Passo: Aplique a segunda lei de Newton na forma de suas componentes; 5ª Passo: Resolva as equações para as incógnitas.

16 Exercícios de Aplicação Exemplo 01: Um automóvel com massa de 1000 kg, inicialmente em repouso, acelera uniformemente, atinge a velocidade de 90 km/h (25 m/s) em 12,5 s e, em seguida, mantém essa velocidade constante durante 20 s. Determine a força resultante sobre o automóvel nas duas etapas: movimento acelerado e movimento uniforme. Exemplo 02: Um caminhão que se move com velocidade constante de 72 km/h (20 m/s) em uma trajetória retilínea, transporta em sua carroceria uma caixa de 300 kg de massa. O motorista aciona os freios durante 10 s e diminui uniformemente a velocidade do caminhão para 36 km/h (10 m/s). Observa-se que, durante a aplicação dos freios, a caixa não escorrega na carroceria do caminhão. Em relação ao período de aplicação dos freios: a) Faça o diagrama de forças que atuam na caixa; b) determine o módulo da força resultante na caixa; c) Determine o valor mínimo do coeficiente de atrito entre a caixa e a carroceria.