Força direção magnitude magnitude

Transcrição

1 Leis de Newton

2 Sir Isaac Newton Formulou as leis básicas da mecânica. Descobriu a Lei da Gravitação Universal. Inventou o cálculo Diferencial e Integral. Fez muitas observações sobre luz e óptica.

3 Força As forças são o que causam qualquer mudança na velocidade de um objeto. Na definição de Newton: - Uma força é a que causa uma aceleração. Força é um vetor. Ela tem direção e magnitude. A magnitude de uma força pode ser medida usando uma escala de mola.

4 Natureza Vetorial das Forças As forças são aplicadas perpendicularmente uma à outra. A força resultante é a hipotenusa. As forças são vetores, então você deve usar as regras para a adição do vetor para encontrar a força resultante que atua sobre um objeto.

5 Classes de Forças Forças de Contato: - As forças de contato envolvem contato físico entre dois objeto.

6 Classes de Forças Forças de Campo: - As forças de campo atuam através do espaço vazio (Ação a distância). Força Gravitacional Força Elétrica Força Magnética

7 Forças Fundamentais

8 1º Lei de Newton Todo objeto continua em seu estado de repouso ou de velocidade uniforme em linha reta, desde que nenhuma força atue sobre ela. Esta é também chamada de Lei da inercia. Ela define um conjunto especial de referências chamadas referênciais inerciais.

9 Referêncial Inercial Um referêncial inercial é aquele em que a primeira lei de Newton é válida. - Qualquer referêncial que se move com velocidade constante em relação a uma referêncial inercial é um referêncial inercial.

10 1º Lei de Newton Na ausência de forças externas, quando visto a partir de uma referência inercial, um objeto em repouso permanece em repouso e um objeto em movimento continua em movimento com uma velocidade constante. - A Primeira Lei de Newton descreve o que acontece na ausência de uma força. - Também nos diz que quando nenhuma força atua sobre um objeto, a aceleração do objeto é zero.

11 Massa e Inércia A tendência de um objeto para resistir a qualquer tentativa de mudar sua velocidade é chamada de inércia. Massa é a medida da inércia de um objeto. No sistema SI, a massa é medida em kg. A aceleração que atua sobre um objeto é inversamente proporcional à sua massa

12 Massa Versus Peso Massa e Peso são duas quantidades diferentes. A massa é uma propriedade de um objeto. O peso é igual à magnitude da força gravitacional exercida sobre o objeto. O peso varia com a localização. Por exemplo: - Se você vai para a lua, cuja aceleração gravitacional é de cerca de 1/6 da gravidade da terra, você vai pesar muito menos. Sua massa, entretanto, será a mesma.

13 2º Lei de Newton Quando vista a partir de um referencial inercial, a aceleração de um objeto é diretamente proporcional à força resultante que atua sobre ele e inversamente proporcional à sua massa. Algebricamente, F a F ma m

14 2º Lei de Newton F é a força resultante. Esta é a soma vetorial de todas as forças que atuam sobre o objeto. A 2º lei de Newton pode ser expressa em termos de componentes: SF x = m a x SF y = m a y SF z = m a z

15 Força Gravitacional A força gravitacional é a força que a terra exerce sobre um objeto. Esta força é dirigida para o centro da terra. Da Segunda Lei de Newton: Fg mg - Sua magnitude é chamada de peso do objeto. Peso = F g = mg

16 Massa Gravitacional versus Massa Inercial 1. Nas Leis de Newton, a massa é a massa inercial e mede a resistência a uma mudança no movimento do objeto. 2. Na força gravitacional, a massa está determinando a atração gravitacional entre o objeto e a Terra. 3. As experiências mostram que a massa gravitacional e a massa inercial têm o mesmo valor.

17 3º Lei de Newton Se dois objetos 1 e 2 interagem, a força F 12 exercida pelo object 1 sobre o objeto 2 é igual em magnitude e oposta na direção a força F 21 exercida pelo objeto 2 sobre o objeto 1. F 12 = -F 21. Nota sobre a notatção: F AB é a força exercida pelo objeto A sobre o objeto B.

18 3º Lei de Newton Forças sempre ocorrem em pares. Uma única força isolada não pode existir. A força de ação é igual em magnitude e oposta na direção à força de reação. Uma das forças é a força de ação, a outra é a força de reação. Não importa qual é considerada a ação e qual a reação. As forças de ação e reação devem atuar sobre objetos diferentes e ser da mesma natureza.

19 Exemplo de Ação-Reação A força normal (mesa no monitor) é a reação da força que o monitor exerce sobre mesa Neste caso, normal significa perpendicular. A força de ação (Terra no monitor) é igual em magnitude e oposta na direção da força de reação, a força que o monitor exerce sobre a Terra.

20 Força Normal A força normal é a força exercida por uma superfície sobre um objeto. (a) F N = W (b) F N < W (c) F N > W

21 Força Normal A força normal é sempre perpendicular a superfície.

22 Diagrama de corpo livre Um diagrama de corpo livre mostra todas as forças que atuam sobre um objeto. 1. Esboce as forças. 2. Isolar o objeto de interesse. 3. Escolha um conveniente sistema de coordenadas. 4. Decompor as forças em componentes. 5. Aplicar a segunda lei de Newton a cada direção de coordenada.

23 Exemplo (a) Esboçar as forças.

24 Exemplo (b) Isolar o objeto de interesse. (c) Escolher um conveniente sistema de coordenadas. (d) Decompor as força em suas componentes.

25 Exemplo

26 Dicas 1. Leia o problema com cuidado; 2. Desenhe um esboço e, em seguida, um diagrama de corpo livre; 3. Para sistemas que contenham mais de um objeto, desenhe diagramas de corpo livre separados para cada objeto; 4. Escolha um conveniente sistema de coordenadas; 5. Aplique a segunda lei de Newton, F = ma, na forma de componente; 6. Depois de cálculos algébricos, coloque os valores números; 7. Verifique sua resposta.

27 Exercício Abaixo você vê dois casos: um estudante de física puxando ou empurrando um trenó com uma força F que é aplicada em um ângulo θ. Em qual caso a força normal é maior? Caso 2 Caso 1 A) caso 1. B) caso 2. C) É a mesma para ambos. D) Depende da superfície do gelo.

28 Exercício Uma força de magnitude 7,50 N empurra duas caixas com massas m 1 = 1,30 kg e m 2 = 3,20 kg como mostrado na figura. Encontre a magnitude da força de contato entre as caixas 1 e 2. Ignore o atrito.

29 Exercício 2 a) Referencial Inercial. b) Diagrama de corpo Livre para cada objeto.

30 Exercício 2 c) Aplique a 2º lei de Newton à primeira caixa. F P 21 = m 1 a 1 d) Aplique a 2º lei de Newton à segunda caixa. P 12 = m 2 a 2

31 Exercício 2 e) Some as equações de c) e d) para eliminar P 21 e P 12. F = (m 1 a 1 + m 2 a 2 ) f) Considere a 1 = a 2 = a. a = F/(m 1 + m 2 ) g) Coloque a expressão de a na equação da etapa d). P 12 (m 1 m 2 m 2 F )

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