Fundamentos de Física 1

Transcrição

1 Coleção UAB UFSCar Engenharia Ambiental Física 1 Odila Florêncio Paulo Sergio da Silva Junior Sérgio de Aguiar Monsanto Sérgio Mergulhão Fundamentos de Física 1

2 Fundamentos de Física 1

3 Reitor Targino de Araújo Filho Vice-Reitor Pedro Manoel Galetti Junior Pró-Reitora de Graduação Emília Freitas de Lima Secretária de Educação a Distância - SEaD Aline Maria de Medeiros Rodrigues Reali Coordenação UAB-UFSCar Claudia Raimundo Reyes Daniel Mill Denise Abreu-e-Lima Joice Otsuka Marcia Rozenfeld G. de Oliveira Sandra Abib Coordenador do Curso de Engenharia Ambiental Luiz Márcio Poiani UAB-UFSCar Universidade Federal de São Carlos Rodovia Washington Luís, km São Carlos, SP, Brasil Telefax (16) [email protected]

4 Odila Florêncio Paulo Sergio da Silva Junior Sérgio de Aguiar Monsanto Sérgio Mergulhão Fundamentos de Física

5 2011, Odila Florêncio, Paulo Sergio da Silva Junior, Sérgio de Aguiar Monsanto e Sérgio Mergulhão Concepção Pedagógica Daniel Mill Supervisão Douglas Henrique Perez Pino Equipe de Revisão Linguística Ana Luiza Menezes Baldin Clarissa Neves Conti Francimeire Leme Coelho Jorge Ialanji Filholini Letícia Moreira Clares Luciana Rugoni Sousa Paula Sayuri Yanagiwara Sara Naime Vidal Vital Equipe de Editoração Eletrônica Christhiano Henrique Menezes de Ávila Peres Izis Cavalcanti Rodrigo Rosalis da Silva Equipe de Ilustração Jorge Luís Alves de Oliveira Lígia Borba Cerqueira de Oliveira Priscila Martins de Alexandre Capa e Projeto Gráfico Luís Gustavo Sousa Sguissardi Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou quaisquer meios (eletrônicos ou mecânicos, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema de banco de dados sem permissão escrita do titular do direito autoral.

6 Sumário Apresentação Unidade 1: Mecânica Newtoniana 1.1 Primeiras palavras Problematizando o tema Texto básico para estudos Cinemática vetorial Vetor posição Velocidade vetorial média Velocidade vetorial instantânea Movimento não uniforme Aceleração vetorial instantânea Aceleração tangencial Aceleração centrípeta Leis de Newton do movimento Primeira Lei de Newton Segunda Lei de Newton Terceira Lei de Newton Força de atrito Trabalho e Energia Trabalho realizado por uma força constante Trabalho realizado por uma força variável Teorema trabalho-energia Conservação de quantidade de movimento O centro de massa Quantidade de movimento linear

7 Quantidade de movimento linear para um sistema de partículas Conservação da quantidade de movimento linear Quantidade de movimento linear e energia cinética em colisões Gravidade e energia potencial gravitacional Atração gravitacional Energia potencial gravitacional Corpos rígidos, rotação e movimento angular Translação e rotação de um objeto Medida angular Velocidade vetorial angular Aceleração angular Cinemática Velocidade vetorial angular constante Aceleração angular constante Analogia entre translação e rotação Relação entre grandezas rotacionais e translacionais Energia cinética rotacional: momento de inércia Momento de inércia de um objeto contínuo Teorema dos eixos paralelos Objetos em rolamento Energia cinética de um objeto em rolamento Momento angular Momento angular de um sistema de partículas Conservação do momento angular Considerações finais Unidade 2: Mecânica Ondulatória 2.1 Primeiras palavras Problematizando o tema

8 2.3 Oscilações simples e acopladas Introdução Movimento harmônico simples Movimento harmônico amortecido Movimento harmônico amortecido forçado Efeitos de ressonância Osciladores harmônicos acoplados Introdução aos fenômenos ondulatórios Conceito de onda Classificação dos tipos de onda Função de onda unidimensional Reflexão e transmissão de ondas Ondas harmônicas Função de onda harmônica Energia e potência transmitida por ondas harmônicas Acústica e som Ondas sonoras Velocidade das ondas sonoras Ondas em três dimensões Nível de intensidade Ondas estacionárias Ondas estacionárias numa corda fixa nas duas extremidades Função de onda estacionária Superposição Superposição e interferência de ondas

9 2.8.2 Superposição de ondas estacionárias Efeito Doppler Cálculo das frequências REFERÊNCIAS

10 Apresentação Este livro foi desenvolvido com a finalidade de auxiliar nos conceitos de Mecânica Newtoniana e Mecânica Ondulatória. Na Unidade 1, Mecânica Newtoniana, serão abordados os seguintes assuntos: Cinemática, Leis de Newton, Trabalho e Energia, Conservação da quantidade de movimento, Gravidade e atmosfera, Corpos rígidos, Rotação, Momento angular. Na Unidade 2, Mecânica Ondulatória, serão tratados os temas: Oscilações simples e acopladas, Introdução aos fenômenos ondulatórios, Ondas harmônicas, Acústica e Som, Superposição, Ondas estacionárias e ressonância, Efeito Doppler. Ao final do livro, o leitor deverá ser capaz de entender e resolver problemas de física relacionados à mecânica newtoniana e mecânica ondulatória, além de relacionar estes conhecimentos com a formação básica de um engenheiro ambiental. 9