As Leis Fundamentais da Mecânica 1



Documentos relacionados
Sumário. Da Terra à Lua. Movimentos no espaço 02/11/2015

A unidade de freqüência é chamada hertz e simbolizada por Hz: 1 Hz = 1 / s.

21/06/2012 ENERGIA. Solar

Tema de Física Eletrostática Força elétrica e campo elétrico Prof. Alex S. Vieira

Gases Reais. A distância média que uma molécula percorre entre duas colisões sucessivas é chamada de livre percurso médio (λ).

RESPOSTA: C. a) só a I. b) só a II. c) só a III. d) mais de uma. e) N.d.a. RESPOSTA: C

A Astronomia da Antiguidade aos Tempos Modernos

Aula 1a As Leis de Kepler e a Gravitação Newtoniana

Série 3 Movimento uniformemente variado

Neste capítulo iniciaremos a discussão sobre fenômenos ondulatórios. Vamos estudar os seguintes tópicos:

A lei de Coulomb descreve a força elétrica (em Newtons) entre dois corpos carregados com carga Q 1 e Q 2 (em Coulombs) da seguinte maneira: =

CINEMÁTICA DO PONTO MATERIAL

Lista de Exercícios Campo Elétrico

COLÉGIO RESSURREIÇÃO NOSSA SENHORA LISTA DE EXERCÍCIOS DE REVISÃO ESPELHOS PLANOS PROF.: DUDUNEGÃO

1ª lei de Newton (Lei da Inércia)

ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS

ROLAMENTO, TORQUE E MOMENTUM ANGULAR Física Geral I ( ) - Capítulo 08

Física Legal.NET O seu site de Física na Internet

GRAVITAÇÃO 2008 Chico Boca

Docente Marília Silva Soares Ano letivo 2012/2013 1

Dobro da massa do Sol. Mesmo raio do Sol ---

GRAVITAÇÃO E MOVIMENTO PLANETÁRIO. Colégio Contato Farol Disciplina: Física (9º ano) Professora Thaís Freitas Capítulo 6 2º bimestre

Aula 15 Campo Elétrico

Campo Magnético. Prof a. Michelle Mendes Santos

MICROFONE E ALTIFALANTE

1) Durante a noite a temperatura da Terra não diminui tanto quanto seria de esperar

Cap. 7 - Corrente elétrica, Campo elétrico e potencial elétrico

SUBSTÂNCIAS, MISTURAS E SEPARAÇÃO DE MISTURAS

LISTA ELETROSTÁTICA 3ª SÉRIE

Departamento de Astronomia - Instituto de Física - UFRGS

Exercícios sobre Força de Coulomb

Quantidade de movimento ou momento linear Sistemas materiais

FÍSICA (Eletromagnetismo) CAMPOS ELÉTRICOS

Professora Florence. 2. (G1 - utfpr 2012) Associe a Coluna I (Afirmação) com a Coluna II (Lei Física).

Universidade da Madeira Estudo do Meio Físico-Natural I Problemas propostos

LEIS DE NEWTON. Resultado da interação entre corpos. Altera o estado de repouso ou movimento de um corpo.

MESTRADO INTEGRADO EM ENG. INFORMÁTICA E COMPUTAÇÃO 2016/2017

ANÁLISE MECÂNICA DO MOVIMENTO HUMANO. Conceitos Pressão é definida como a força (F) distribuída ao longo de uma determinada área (A). p = F/A N/cm².

Para cada partícula num pequeno intervalo de tempo t a percorre um arco s i dado por. s i = v i t

1 = Pontuação: Os itens A e B valem três pontos cada; o item C vale quatro pontos.

EXERCÍCIOS DE RECUPERAÇÃO PARALELA 3º BIMESTRE

v = velocidade média, m/s; a = aceleração média do corpo, m/s 2 ;

Prova de Física Vestibular ITA 1998

CARGAS ELÉTRICAS. Por Jonathan T. Quartuccio

Capítulo 1 Introdução, propriedades e leis básicas dos fluidos.


Unidade 13 Introdução à Dinâmica Impulsiva. Introdução Quantidade de Movimento Impulso Teorema do Impulso

aplicada à força sentida por uma carga q 0, devida à N cargas q 1 q 2 q n

Mecânica Geral. Aula 04 Carregamento, Vínculo e Momento de uma força

Matemática Básica: Revisão Prof.: Luiz Gonzaga Damasceno

Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas 2013

SOLUÇÃO: sendo T 0 a temperatura inicial, 2P 0 a pressão inicial e AH/2 o volume inicial do ar no tubo. Manipulando estas equações obtemos

Física A. Sky Antonio/Shutterstock

TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS

Laboratório de Física

FÍSICA. Prova resolvida. Material de uso exclusivo dos alunos do Universitário

PLANO DE ESTUDO TRIMESTRE:1º

Equilíbrio de um corpo rígido

NOTAS DE AULAS DE FÍSICA MODERNA

Vestibular Nacional Unicamp ª Fase - 13 de Janeiro de Física

Movimentos oscilatórios

ELETROSTÁTICA wagnumbers.com.br O UNIVERSO PODE SER CARACTERIZADO POR GRANDEZAS FUNDAMENTAIS: MATÉRIA / MASSA, ENERGIA, ESPAÇO,

LFEB notas de apoio às aulas teóricas

Aula do cap 05. Força e Movimento I Leis de Newton

INSTRUÇÕES. O tempo disponível para a realização das duas provas e o preenchimento da Folha de Respostas é de 5 (cinco) horas no total.

A força elétrica F, que a carga negativa q sofre, e o campo elétrico E, presente no ponto onde ela é fixada, estão corretamente representados por

(A) 331 J (B) 764 J. Resposta: 7. As equações de evolução de dois sistemas dinâmicos são:

Vamos dar uma voltinha?

3 Reações Proibidas por Spin

a) N B > N A > N C. b) N B > N C > N A. c) N C > N B > N A. d) N A > N B > N C. e) N A = N C = N B.

Exercícios de Eletrostática Lista 1

CIÊNCIAS PROVA 1º BIMESTRE 6º ANO PROJETO CIENTISTAS DO AMANHÃ

2ª Série do Ensino Médio

1.1 - Movimento Periódico: Todo movimento onde uma mesma situação se repete em intervalos de tempo iguais. No movimento periódico, definem-se:

Entender os princípios de funcionamento do voltímetro, amperímetro e ohmímetro, bem como montá-los e utilizá-los.

Microeconomia Tópicos para Discussão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO. Segunda Chamada (SC) 1/8/2016

COMUNICAÇÃO DE INFORMAÇÃO A CURTAS DISTÂNCIAS

ESTUDO DE UM MOVIMENTO 519EE TEORIA

Tipos de forças fundamentais na Natureza

COLÉGIO NOSSA SENHORA DE LOURDES 9º ANO Ensino Fundamental Roteiro de estudos para recuperação trimestral Matemática Ticiano Azevedo Bastos

Capítulo 13. Quantidade de movimento e impulso

Segunda Etapa SEGUNDO DIA 2ª ETAPA FÍSICA COMISSÃO DE PROCESSOS SELETIVOS E TREINAMENTOS

Movimento da Lua e eclipses

SISTEMAS BINÁRIOS ESTELARES

3. Considere as duas diferentes situações em que uma mala está suspensa por dois dinamómetros como representado na Fig.1.

Uma EDO Linear de ordem n se apresenta sob a forma: a n (x) y (n) + a n 1 (x) y (n 1) + + a 2 (x) y 00 + a 1 (x) y 0 + a 0 (x) y = b (x) ; (6.

Fenômenos de Transporte. Aula 1 do segundo semestre de 2012

MODULAÇÃO EM FREQUÊNCIA E FASE

Título: Professor: Turma: 2ª Lista de Física II Tadeu 3ª Ano

Mecânica Geral. Apostila 1: Momento Linear. Professor Renan Faria

Centro de gravidade e centro de massa

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Física Departamento de Astronomia

2 Ruído de Fase em Osciladores

4.º Teste de Física e Química A 10.º A Fev minutos /

Física Geral I. 1º semestre /05. Indique na folha de teste o tipo de prova que está a realizar: A, B ou C

O Sol nasce em pontos diferentes ao longo do ano. Nascer do Sol. Leste é o ponto onde o Sol nasce. (?!?)

Profª.. Carla da Silva Meireles

Prof. Michel Sadalla Filho

MÓDULO 4 MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME

Transcrição:

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net As Leis Fundaentais da Mecânica Ua vez estabelecidas as leis de Kepler sobre o oviento dos planetas, perante a Ciência colocou-se, logicaente, a necessidade de conhecer a causa desses ovientos. A resolução desse problea exigia o estudo prévio das leis gerais que rege o oviento de quaisquer corpos, quer dizer, era preciso desenvolver a Mecânica. Depois das obras de Galileu (564-64), Huyghens (69-695) e de outros cientistas que dera orige à arguentação experiental da Mecânica, Newton forulou as três seguintes leis do oviento dos corpos: ª. Lei Todo o corpo peranece e estado de repouso ou co oviento retilíneo e unifore, enquanto sobre ele não atuar força qualquer (a lei da inércia). Se for a assa do corpo e v a sua velocidade, a lei da inércia pode expriir-se ateaticaente através da seguinte fórula: v = constante AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net ª. Lei A variação da quantidade de oviento é proporcional à intensidade da força otriz aplicada, sendo a sua direção igual àquela e que atua a força. A segunda lei toa a seguinte fora ateática: d ( v ) = F dt ou F =. a isto é, o produto da assa do corpo pela sua aceleração a é igual ao valor de força otriz F. A equação denoina-se lei fundaental da dinâica do ponto aterial. No caso de v = 0, o corpo peranece e repouso; se v = cons 0, o corpo está aniado de oviento retilíneo e unifore. O produto v denoina-se quantidade de oviento do corpo. A alteração da quantidade de oviento do corpo só se pode dar e conseqüência da sua interação co outros corpos, isto é, sob a ação de ua força. Texto adaptado de Curso de Astronoia, escrito por Pavel Bakulin, Eduard Kononovitch e Vassili Moroz O estudante de ensino édio está acostuado a usar ( v) = F t v = F t que é ua aproxiação da derivada. (se =constante),

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 3 3ª. Lei A qualquer ação opõe-se ua reação de intensidade igual e de sentido oposto. Por outras palavras, as interações útuas de dois corpos são sepre iguais e de sentidos contrários. Se u dado corpo de assa entre e interação co u outro corpo de assa, o prieiro corpo altera a quantidade de oviento do segundo corpo v, o qual por sua vez causa ua alteração da quantidade de oviento v, igual as no sentido oposto, isto é, d d ( v) = ( v) dt dt AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 4 Lei da Atração (Gravitação) Universal de Newton As leis fundaentais do oviento dos corpos peritira a Newton anunciar e deonstrar ateaticaente o seguinte teorea: «As forças que faze co que os planetas fundaentais se desvie constanteente do seu oviento retilíneo e se antenha nas suas órbitas, estão dirigidas para o Sol e são inversaente proporcionais aos quadrados das distâncias ao centro deste». Logo, depois de deonstrar que a força responsável por anter os planetas nas suas órbitas é idêntica à força de gravidade que atua na superfície da Terra, Newton generalizou este teorea e expriiu-o, dando-lhe a fora da lei da atração universal: «Duas partículas ateriais quaisquer atraese ou gravita reciprocaente co ua força diretaente proporcional às suas assas e inversaente proporcional ao quadrado da distância que as separa». A lei da atração universal de Newton pode expriir-se ateaticaente através da fórula seguinte: F G r =, onde e são as assas das partículas, r é a distância entre elas, G é o coeficiente de proporcionalidade que é igual à intensidade da força co que se atrae reciprocaente duas partículas de

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 5 assas unitárias e separadas por ua distância igual à unidade. O coeficiente G denoina-se a constante da gravitação universal. No sistea SI - - G = 6,670 N..kg. Na Astronoia, as distâncias entre o Sol e os planetas exprie-se, freqüenteente, e unidades astronôicas (AU), as assas dos corpos celestes e assas solares e o tepo, e dias solares édios. Neste sistea de unidades proposto por Gauss, a constante da gravitação universal G = k = 0,000959, e a grandeza k igual a 0,070, denoina-se 58 constante de Gauss. AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 6 Variação da Força de Atração e Função das Massas e das Configurações dos Corpos que se Atrae Mutuaente Da segunda lei fundaental da Mecânica e da lei da atração universal deduz-se que:. Duas partículas ateriais, ou assas puntifores (isto é, corpos ateriais cujas diensões são infinitaente pequenas e coparação co a distância que os separa) atrae-se co a esa força F, as adquire, nestas condições, acelerações diferentes que são inversaente proporcionais às suas assas. Co efeito, a força F iprie ao corpo de assa ua aceleração a = G, dirigida para r, enquanto que o corpo de assa adquire a aceleração a = G r dirigida para. Daí que a a = Por exeplo, a aceleração de Terra resultante de ser atraída pela Lua, é inferior à aceleração da Lua, provocada pela atração da Terra tantas vezes, quantas a assa da Lua é inferior à assa da Terra.. A aceleração relativa de duas assas puntifores a rel é igual à diferença dos vetores a a = a rel, e, ua vez que a e a estão dirigidos e sentidos opostos, tereos:

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 7 AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 8 + a = G, r rel quer dizer, puntifores. arel é proporcional à soa das assas Por conseguinte, a aceleração, durante o oviento relativo, te o eso valor que esta teria no caso de a assa de abas as partículas ( + ) estar concentrada nua delas. Portanto, ao resolveros o problea relativo ao oviento de duas assas puntifores que se atrae utuaente, podeos convencionar que a força prové de u centro ióvel e analisar apenas o oviento de u ponto. 3. Duas assas puntifores e que se encontra à esa distância de ua terceira assa, são atraídas por este co forças diferentes F G r F = G, r = e poré, as suas acelerações tê valores iguais: entre eles seja uito superiores às suas diensões. No entanto, coo deonstrou Newton, os corpos e que a distribuição das assas é dotada de sietria esférica pode considerar-se coo assas puntifores. U corpo que tenha a assa distribuída co sietria esférica atrai qualquer aostra (assa de prova) da esa fora que u ponto aterial, colocado no centro deste e possuindo ua assa igual à que possui a esfera que passa através da aostra considerada. E particular, por exeplo, u ponto aterial colocado na superfície terrestre é atraído pela Terra coo se toda a assa do planeta se encontrasse no centro do eso. Contudo, u corpo colocado no fundo de u poço profundo é atraído apenas pelas caadas ais profundas da Terra, enquanto que a ação total de todas as caadas terrestres suprajacentes nula. Recoendaos ao leitor que procure deonstrar a veracidade desta afiração, a título de exercício, considerando, para siplificar o problea, ua fina caada de sietria esférica e ua aostra de ua dada assa colocada, prieira, dentro da caada esférica e, depois, fora dela. a = a = G. r Por exeplo, o Sol atrai a Terra co ua força aior do que a Lua, as a Terra e a Lua, quando se encontra à esa distância do Sol, tê acelerações iguais. A lei de Newton é aplicável às assas puntifores. Os corpos reais pode, co ua certa aproxiação ser considerado pontos ateriais, desde que as distâncias

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 9 Identidade entre a Força de Atração e a da Gravidade A força da gravidade counica a todos os corpos na superfície terrestre, quando e queda livre, ua aceleração g que é aproxiadaente igual a 9,8 / s. Convencioneos que a força da gravidade é inversaente proporcional ao quadrado da distância entre o corpo e o centro da Terra. Então, por exeplo, a Lua que dista do centro da Terra 60 raios terrestres (aproxiadaente) está sujeita a ua aceleração g, 60 inferior à que se verifica na superfície da Terra, isto é, AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 0 O fato de se obtere valores iguais para g' e para a significa que a força responsável por anter a Lua na sua órbita (força de atração), não é nada ais do que a força da gravidade da Terra, cuja intensidade está diinuída segundo a razão entre o quadrado da distância entre a Lua e o centro da Terra e da distância entre a superfície terrestre e o centro da Terra. Newton, baseando-se neste resultado, concluiu que a força da gravidade é idêntica à força de atração útua entre todos os corpos do Universo, o que lhe peritiu forular Lei da Atração Universal. g 9,8 g / s 0,0075 / s 60 3600 = = =. Da Mecânica sabeos que u ponto que se ova ao longo de ua circunferência co oviento unifore te a aceleração centrípeta igual a v π a= = ω r = r, onde ω é a velocidade angular do r T ponto, r é o raio da circunferência e T é o período. Suponhaos que a órbita da Lua é ua circunferência co raio aproxiado r = 60.6378 k e que o período de revolução da Lua e torno da Terra é aproxiadaente igual a 7,3 dias édios (ês sideral); neste caso a aceleração centrípeta do oviento orbital da Lua será igual a: π a= 60.6378.0 / s = 0,0075 / s 7,3.86400 3

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net Variação da Força da Gravidade na Superfície Terrestre A força da gravidade na superfície terrestre é a resultante da cobinação de duas forças: a força de atração dirigida para o centro de assa da Terra e a força centrífuga perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Ua vez que a Terra é leveente achatada segundo o eixo de rotação, a força de atração nos pólos é aior do que e qualquer outro lugar da superfície terrestre, diinuindo à edida que se aproxie do equador. Alé disto, a força centrífuga atua contra a força de atração. Portanto, a força da gravidade na superfície terrestre diinui dos pólos para o equador. AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net terrestre ser heterogênea tanto no que se refere aos aciços ontanhosos na superfície da Terra (cordilheiras, etc.), coo tabé e relação às densidades das rochas que faze parte da crosta terrestre. A estrutura heterogênea das caadas superiores da crosta terrestre da orige a anoalias locais da força da gravidade e regiões de extensão reduzida. As anoalias locais torna evidente a presença nessas regiões de rochas co ua densidade quer uito grande (por exeplo, inérios) quer uito pequena (por exeplo, jazigos de petróleo, sal-gea). A diferença entre os valores da força da gravidade nos pólos e no equador é igual a g - g 9,83-9,780 0,05 / s pólos equador = =. Aproxiadaente /3 deste valor deve-se à aceleração centrífuga no equador terrestre e /3, ao achataento da Terra. O valor édio da aceleração de força da gravidade terrestre convencionou-se ser igual a g = 9,8 / s. Os resultados das avaliações da aceleração da força da gravidade e diferentes pontos da superfície terrestre deonstrara certas alterações (perturbações) da força da gravidade e coparação co a sua dinâica noral, correspondente ao elipsóide. Estas alterações denoina-se anoalias da força da gravidade e deve-se ao fato da estrutura da crosta

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 3 Essência da Gravidade e Sua Iportância para a Astronoia Antes da elaboração da teoria da estrutura do átoo era conhecidos dois tipos de interação entre os corpos acroscópicos: a gravitacional explicada pela lei da atração universal e a eletroagnética expressa pelas equações de Maxwell. Nestes dois casos a intensidade das forças dessas interações é inversaente proporcional ao quadrado da distância e diretaente proporcional a certas características específicas dos corpos: à sua assa quando se trata da atração e à carga elétrica no caso da interação eletroagnética. Ua vez que na Natureza há dois tipos de carga elétrica cujas ações e reações, dentro dos corpos ordinários, fica, regra geral, copensados reciprocaente, então para o oviento das assas copactadas, coo o são as estrelas, os planetas, as galáxias, etc., torna-se decisivas as forças gravitacionais. Portanto, a lei da atração universal resulta ser ua das leis ais iportantes da Natureza aplicadas na Astronoia. Esta lei, e cobinação co as outras leis da Mecânica, perite esclarecer os ovientos dos planetas e dos corpos artificiais no Sistea Solar, das estrelas nos agloerados estelares e na Galáxia, assi coo estudar a dinâica de outros sisteas estelares. É noeadaente a atração que deterina a fora cia aior parte dos corpos celestes, e especial, a esfericidade das estrelas e dos planetas. A lei da atração universal, cobinada co as leis da teoria cinética dos gases, perite tornar evidentes a estrutura interna das estrelas e a sua evolução. As forças gravitacionais deterina a aior parte das características específicas das atosferas das estrelas dos planetas e as peculiaridades dos fenôenos que se desenvolve nelas. AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 4 A lei da atração universal, na sua forulação clássica dada por Newton, pode aplicar-se apenas e relação aos capos gravitacionais co ua intensidade relativaente pequena, criados por corpos nor ais co densidades não uito elevadas. No que diz respeito aos capos gravitacionais de grande intensidade, assi coo aos ovientos co elevadas velocidades (coparáveis co a velocidade da luz), u esclareciento ais exato do oviento pode ser dado através de teoria geral da relatividade que, na sua essência é a teoria da atração que considera a influência exercida pela distribuição das assas sobre as propriedades do espaço e do tepo. A Teoria Geral da Relatividade perite explicar alguas peculiaridades do oviento de Mercúrio, o planeta ais próxio do Sol. É grande a iportância desta teoria para a copreensão da natureza dos corpos extreaente densos (estrelas de nêutrons e buracos negros). A Teoria Geral da Relatividade constitui a base fundaental e que assenta toda a cosologia oderna, isto é, a teoria da estrutura e da evolução do Universo coo u todo. A grande iportância da atração na Astronoia não significa que outros tipos de interações deixe de desepenhar o seu papel no Espaço. Por exeplo, as interações eletroagnéticas torna-se de grande iportância, especialente no caso de se tratar do oviento de u gás ionizado (plasa) no seio de u capo agnético. As interações eletroagnéticas reveste-se de iportância áxia na aior parte dos processos icroscópicos (atôicos), e resultado dos quais se origina a radiação observada dos corpos celestes.

AS LEIS FUNDAMENTAIS DA MECÂNICA Www.fisica.net 5 Dentro dos liites dos átoos isolados isto é, no undo icroscópico, as interações gravitacionais conserva-se, as a sua iportância relativa diinui. As interações eletroagnéticas, por exeplo, entre o próton e o elétron, são de intensidade uito superior às interações gravitacionais que, na aioria dos casos, se pode desprezar. No núcleo atôico, onde as partículas se aproxia uas das outros uito ais do que dentro do átoo, verifica-se dois tipos novos de interações cujos porenores são enos conhecidos do que nos dois prieiros tipos. Evidenteente, a sua intensidade diinui co a distância uito ais rapidaente do que no caso das leis de Newton e de Coulob. A intensidade de ua destas interações, dentro dos liites do núcleo atôico, resulta ser aior do que a de todas as outras conhecidas, a interação forte. É noeadaente a estas interações fortes que se deve o desenvolviento das reações nucleares de síntese nas estrelas. Outra interação, quanto a certas características específicas, torna-se ais forte do que as interações gravitacionais, ebora, no entanto, ais fraca do que as elétricas, a interação fraca; u exeplo elucidativo dela é a desintegração beta do próton, processo este a partir do qual coeça a aior parte das reações nucleares dentro das estrelas. Deste odo, veos que na Astronoia oderna são considerados todos os tipos de interações conhecidos na Natureza, sendo as ais iportantes as interações gravitacionais.