Sistemas de coordenadas em movimento

Documentos relacionados
Ângulos de Euler. x y z. onde

Oscilações amortecidas

A energia cinética de um corpo de massa m, que se desloca com velocidade de módulo v num dado referencial, é:

Coordenadas polares. a = d2 r dt 2. Em coordenadas cartesianas, o vetor posição é simplesmente escrito como

A trajetória sob a ação de uma força central inversamente proporcional ao quadrado da distância

A geometria do espaço-tempo

3º) Equação do tipo = f ( y) dx Solução: 2. dy dx. 2 =. Integrando ambos os membros, dx. dx dx dy dx dy. vem: Ex: Resolva a equação 6x + 7 = 0.

Atrito Fixação - Básica

R é o conjunto dos reais; f : A B, significa que f é definida no conjunto A (domínio - domain) e assume valores em B (contradomínio range).

LEITURA 1: CAMPO ELÁSTICO PRÓXIMO À PONTA DA TRINCA

Aula Expressão do produto misto em coordenadas

Adriano Pedreira Cattai

k m d 2 x m z = x + iy, d 2 z m Essa mesma equação também pode ser escrita assim: dt 2 + ω2 0z = F 0 Veja que interessante a propriedade seguinte:

Resolução da Prova 1 de Física Teórica Turma C2 de Engenharia Civil Período

FILTROS. Assim, para a frequência de corte ω c temos que quando g=1/2 ( )= 1 2 ( ) = 1 2 ( ) e quando = 1 2

7.1 Densidade de corrente elétrica

ANÁLISE MATEMÁTICA IV FICHA SUPLEMENTAR A =

ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA. Determinação dos parâmetros

P R O P O S T A D E R E S O L U Ç Ã O D O E X A M E T I P O 5

Material Teórico - Módulo: Vetores em R 2 e R 3. Exercícios Sobre Vetores. Terceiro Ano - Médio

Segunda Prova de Física Aluno: Número USP:

1 a Prova de F-128 Turmas do Noturno Segundo semestre de /10/2004

Programa de Pós-Graduação Processo de Seleção 2 0 Semestre 2008 Exame de Conhecimento em Física

Geometria Analítica - Aula

A seção de choque diferencial de Rutherford

Capítulo 4 Resposta em frequência

Fig.1 Queda livre com deslocamento no eixo horizontal Faça clique aqui e veja o movimento estroboscópico

ANÁLISE MATEMÁTICA IV A =

FUNÇÕES DE UMA VARIÁVEL COMPLEXA

Reexão e refração de ondas eletromagnéticas em interfaces planas entre dielétricos

Curso de Engenharia Mecânica Disciplina: Física 2 Nota: Rubrica. Coordenador Professor: Rudson R Alves Aluno:

AULA Subespaço, Base e Dimensão Subespaço.

Introdução ao Processamento Digital de Sinais Soluções dos Exercícios Propostos Capítulo 6

1.1 O Círculo Trigonométrico

TÓPICOS. ordem; grau; curvas integrais; condições iniciais e fronteira. 1. Equações Diferenciais. Conceitos Gerais.

Hewlett-Packard MATRIZES. Aulas 01 a 05. Elson Rodrigues, Gabriel Carvalho e Paulo Luiz

Hewlett-Packard MATRIZES. Aulas 01 a 06. Elson Rodrigues, Gabriel Carvalho e Paulo Luiz

Cálculo de Autovalores, Autovetores e Autoespaços Seja o operador linear tal que. Por definição,, com e. Considere o operador identidade tal que.

Desse modo, podemos dizer que as forças que atuam sobre a partícula que forma o pêndulo simples são P 1, P 2 e T.

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto Departamento de Economia

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto Departamento de Economia

Análise Matemática IV Problemas para as Aulas Práticas

TÓPICOS. EDO de variáveis separadas. EDO de variáveis separáveis. EDO homogénea. 2. Equações Diferenciais de 1ª Ordem.

/ :;7 1 6 < =>6? < 7 A 7 B 5 = CED? = DE:F= 6 < 5 G? DIHJ? KLD M 7FD? :>? A 6? D P

Seja f uma função r.v.r. de domínio D e seja a R um ponto de acumulação de

λ, para x 0. Outras Distribuições de Probabilidade Contínuas

CIRCUITOS EM REGIME SINUSOIDAL

CAPÍTULO 12 REGRA DA CADEIA

Justifique todas as passagens

CAPÍTULO 14. Exemplo : Mostre que y = g(x) = 1 x 2, x 1 está dado de forma implícita na equação x 2 + y 2 1 = 0.

Dinâmica Longitudinal do Veículo

Função Exponencial: Conforme já vimos, o candidato natural à função exponencial complexa é dado pela função. f z x iy f z e cos y ie sen y.

03/04/2014. Força central. 3 O problema das forças centrais TÓPICOS FUNDAMENTAIS DE FÍSICA. Redução a problema de um corpo. A importância do problema

Matemática IME-2007/ a QUESTÃO. 2 a QUESTÃO COMENTA

estados. Os estados são influenciados por seus próprios valores passados x

Desse modo, sendo E a energia de ligação de um núcleo formado por Z prótons e (A Z) nêutrons, de massa M(Z,A), pode-se escrever: E 2

Exame de Matemática Página 1 de 6. obtém-se: 2 C.

Processo Avaliativo TRABALHO - 1º Bimestre/2017 Disciplina: Física A 2ª série EM A Data: Nome do aluno Nº Turma

PGF MECÂNICA QUÂNTICA I (2010) Resolução Comentada da Lista de Problemas 1 Eduardo T. D. Matsushita

Representação de Números no Computador e Erros

III Encontro de Educação, Ciência e Tecnologia

Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Matemática Departamento de Matemática

Análise Matemática IV

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS EM MEIOS CONDUTORES

Universidade Federal do Rio de Janeiro INSTITUTO DE MATEMÁTICA Departamento de Matemática

1 O Pêndulo de Torção

1. (2,0) Um cilindro circular reto é inscrito em uma esfera de raio r. Encontre a maior área de superfície possível para esse cilindro.

3. Geometria Analítica Plana

Efeito da pressão decrescente da atmosfera com o aumento da altitude

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II MÁXIMOS E MÍNIMOS DE FUNÇÕES DE DUAS VARIÁVEIS. Figura 1: Pontos de máximo e mínimo

Curso de Engenharia Química Disciplina: Física I Nota: Rubrica. Coordenador Professor: Rudson Alves Aluno:

A reflexão e a transmissão por uma camada fina

FUNÇÃO REAL DE UMA VARIÁVEL REAL

Curso de Engenharia Química Disciplina: Nota: Rubrica. Coordenador Professor: Rudson Alves Aluno:

r = (x 2 + y 2 ) 1 2 θ = arctan y x

Calor Específico. Q t

Controlabilidade, Observabilidade e Estabilidade

Física 3. k = 1/4πε 0 = 9, N.m 2 /C Uma partícula, que se move em linha reta, está sujeita à aceleração a(t), cuja variação

Temática Circuitos Eléctricos Capítulo Sistemas Trifásicos LIGAÇÃO DE CARGAS INTRODUÇÃO

E X A M E ª FASE, V E R S Ã O 1 P R O P O S T A D E R E S O L U Ç Ã O

10 Encontro de Ensino, Pesquisa e Extensão, Presidente Prudente, 21 a 24 de outubro, 2013

FÍSICA COMENTÁRIO DA PROVA DE FÍSICA

Dualidade e Complementaridade

TERMILOGIA NBR 6158 TOLERÂNCIAS E AJUSTES (primeira e segunda aula)

CURSO de ENGENHARIA (MECÂNICA) VOLTA REDONDA - Gabarito

Tópicos de Física Clássica I Aula 7 O problema de Dido; condições auxiliares II

PARTE 8 DERIVADAS PARCIAIS DE ORDENS SUPERIORES

CONCURSO PÚBLICO CONCURSO PÚBLICO GRUPO MAGISTÉRIO GRUPO MAGISTÉRIO MATEMÁTICA 14/MAIO/2006 MATEMÁTICA. Nome CPF. Assinatura _. _.

a) (0.2 v) Justifique que a sucessão é uma progressão aritmética e indique o valor da razão.

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 2ª FASE 21 DE JULHO Grupo I. Questões

v 4 v 6 v 5 b) Como são os corte de arestas de uma árvore?

INTRODUÇÃO À ESTATÍSTICA

5.10 EXERCÍCIO pg. 215

UFJF ICE Departamento de Matemática Cálculo I Terceira Avaliação 10/07/2010 FILA A Aluno (a): Matrícula: Turma:

Capítulo II Ondas Planas em Meios Ilimitados

Hewlett-Packard MATRIZES. Aulas 01 a 06. Elson Rodrigues, Gabriel Carvalho e Paulo Luiz

Ficha 2. 1 Polinómios de Taylor de um campo escalar. 1.1 O primeiro polinómio de Taylor.

Memorize as integrais imediatas e veja como usar a técnica de substituição.

Transcrição:

Sistmas d coordnadas m movimnto Na suprfíci da Trra stamos m movimnto d translação m torno do Sol rotação m torno do ixo trrstr, além, é claro, do movimnto qu o sistma solar intiro tm pla nossa galáxia. Qualqur sistma d coordnadas xo com rlação à suprfíci da Trra é, portanto, um sistma d coordnadas m movimnto. Mas, m movimnto com rlação a qu rfrncial? Ao Sol? Crtamnt, mas não apnas com rlação ao Sol; a Trra tm movimntos aclrados qu podm sr dtctados usando, por xmplo, um pêndulo d Foucault. Nsta postagm quro dmonstrar o torma d Coriolis. Ess torma stablc a rlação ntr a aclração m um rfrncial girant a aclração m um rfrncial inrcial, dsprovido d aclraçõs. Sja S o sistma d coordnadas d origm no ponto O com vrsors xos no spaço ˆx, ŷ ẑ. Considr qu a origm O também stja xa no spaço. Agora, sja S um sistma d coordnadas qu tm a msma origm O qu o sistma S, porém sus ixos stão girando solidamnt com rlação aos ixos coordnados d S. Assim, os vrsors do sistma girant S são funçõs vtoriais do tmpo são scritos ˆx, ŷ ẑ. Qualqur vtor A pod sr scrito m trmos d suas coordnadas m S ou m S, A = A xˆx + A y ŷ + A z ẑ (1) A = A xˆx + A yŷ + A zẑ, (2) ond A x, A y A z são suas coordnadas com rlação ao sistma S, qu prmanc xo no spaço, A x, A y A z são suas coordndas com rlação ao sistma S, cujos ixos giram solidamnt com rlação ao sistma S. Agora vamos tomar as drivadas tmporais das Eq. (1) (2): = x ˆx + y ŷ + z ẑ (3) = x ˆx + y ŷ + z ẑ + A dˆx x + dŷ A y + dẑ A z, (4) já qu os vrsors ˆx, ŷ ẑ são dpndnts do tmpo m um sistma d coordnadas girant. Para qum stá girando junto com o sitma S, apsar da tontura, os ixos coordnados x, y z stão, rlativamnt ao obsrvador xo m S, parados. Logo, ss obsrvador tonto calcula a variação tmporal d A, não como nas Eqs. (3) (4) acima, mas sim como d A Substituindo a Eq. (5) na Eq. (4) dá = x ˆx + y ŷ + z ẑ. (5) + A dˆx x + dŷ A y + dẑ A z. (6) 1

Como quaisqur vtors podm sr scritos m trmos da bas formada plos vrsors ˆx, ŷ ẑ, sgu qu dˆx = a xˆx + b x ŷ + c x ẑ, (7) dŷ dẑ = a yˆx + b y ŷ + c y ẑ (8) = a zˆx + b z ŷ + c z ẑ, (9) ond as constants a's, b's c's dvm sr dtrminadas. Multiplicando scalarmnt a Eq. (7) por ˆx dá Mas, ˆx dˆx ˆx dˆx = a xˆx ˆx + b xˆx ŷ + c xˆx ẑ = a x. = d ( ˆx ˆx ) = d 2 ( ) 1 = 0. 2 Logo, a x = 0. (10) Multiplicando scalarmnt a Eq. (7) por ŷ dá Mas, ŷ dˆx = a x ŷ ˆx + b x ŷ ŷ + c x ŷ ẑ = b x., portanto, ŷ dˆx = d (ŷ ˆx ) ˆx dŷ b x = ŷ dˆx Multiplicando scalarmnt a Eq. (7) por ẑ dá = ˆx dŷ. (11) Mas, ẑ dˆx = a x ẑ ˆx + b x ẑ ŷ + c x ẑ ẑ = c x. ẑ dˆx = d (ẑ ˆx ) ˆx dẑ 2

, portanto, c x = ẑ dˆx = ˆx dẑ. (12) D manira análoga, multiplicando a Eq. (8) scalarmnt por ˆx, ŷ ẑ, fornc ˆx dŷ = a y, (13) ŷ dŷ = b y, b y = 0 (14) ẑ dŷ = c y = ŷ dẑ. (15) Finalmnt, multiplicando a Eq. (9) scalarmnt por ˆx, ŷ ẑ, fornc ˆx dẑ = a z, (16) ŷ dẑ = b z, (17) ẑ dẑ = c z, b z = 0. (18) Das Eqs. (11) (13) sgu qu b x = a y. (19) Das Eqs. (12) (16) sgu qu c x = a z. (20) Das Eqs. (15) (17) sgu qu c y = b z. (21) 3

Com as Eqs. (10), (14), (18), (19), (20) (21), as Eqs. (7), (8) (9) cam dˆx = b x ŷ a z ẑ, (22) dŷ dẑ = b xˆx + c y ẑ (23) = a zˆx c y ŷ. (24) Not qu é possívl dnir um vtor ω assim: ω = c yˆx + a z ŷ + b x ẑ, (25) tal qu ω ˆx = (c yˆx + a z ŷ + b x ẑ ) ˆx = a z ŷ ˆx + b x ẑ ˆx = a z ẑ + b x ŷ, (26) ω ŷ = (c yˆx + a z ŷ + b x ẑ ) ŷ = c yˆx ŷ + b x ẑ ŷ = c y ẑ b xˆx (27) ω ẑ = (c yˆx + a z ŷ + b x ẑ ) ẑ = c yˆx ẑ + a z ŷ ẑ = c y ŷ + a zˆx. (28) Comparando a Eq. (22) com a Eq. (26), a Eq. (23) com a Eq. (27) a Eq. (24) com a Eq. (28) fornc dˆx = ω ˆx, (29) dŷ dẑ = ω ŷ (30) = ω ẑ. (31) Substituindo as Eqs. (29), (30) (31) na Eq. (6) rsulta m + A xω ˆx + A yω ŷ + A zω ẑ, + ω ( A xˆx + A yŷ + A zẑ ), 4

ou sja, + ω A, (32) ond usi a Eq. (2). Como a Eq. (32) val para qualqur vtor A, sgu qu, portanto, dω dω = d ω + ω ω = d ω, (33) qu é uma propridad intrssant. Agora stamos m condiçõs d dmonstrar o torma d Coriolis. Tmos, da Eq. (32), qu a drivada tmporal d sgunda ordm do vtor A é dada por 2 = d ( ) = d ( ) + ω, qu, usando novamnt a Eq. (32) fornc d 2 ( A 2 = d d ) ( A d ) A + ω A + ω + ω A, ou sja, 2 = d 2 A 2 + d (ω A) + ω d A + ω (ω A), 2 = d 2 A 2 + ou ainda, ( d ) ω A + ω d A + ω d A + ω (ω A), 2 = d 2 A 2 + ω (ω A) + 2ω d A A dω, (34) ond usi a Eq. (33). Tomando o vtor A como sndo o vtor posição r na Eq. (34) rsulta no torma d Coriolis: d 2 r 2 = d 2 r 2 + ω (ω r) + 2ω d r r dω. (35) O vtor ω é chamado vlocidad angular d rotação instantâna. O trmo ω (ω r) é chamado d aclração cntrípda, o trmo 2ω d r/ é chamado d aclração d Coriolis o trmo r dω/ só aparc s a vlocidad angular d rotação não for constant, mas não tm um nom spcíco. 5

Da sgunda li d Nwton da Eq. (35), sgu qu a força rsultant sobr uma partícula d massa m é dada por ou sja, m d 2 r 2 m d2 r 2 = F, + mω (ω r) + 2mω d r mr dω = F, m d 2 r 2 = F mω (ω r) 2mω d r dω + mr. (36) O trmo mω (ω r) é a chamada força cntrífuga 2mω d r/ é conhcida como a força d Coriolis. Essas forças são dnominadas forças ctícias, já qu têm sua origm no movimnto aclrado do rfrncial m movimnto. O trmo mr dω/ não tm um nom spcíco só aparc s a frquência angular ω não for constant no tmpo. Quando o sistma d coordnadas S, além d girar, também tm translação com rlação a S, ntão há uma origm difrnt m S, qu vou chamar d O, qu é sparada da origm O d S plo vtor instantâno h. Assim, um vtor m S pod sr scrito m trmos d suas coordnadas com rlação a S, dadas plo vtor r, assim: Então, dr dr r = r + h. (37) = d r = dr + dh, (38) + ω r + dh, (39) ond usi a Eq. (32), qu val para as coordndas girants d S, qu giram m torno d O. Agora dcorr da Eq. (38) qu ou sja, d 2 r 2 = d2 r 2 + d2 h 2, (40) d 2 r 2 = d 2 r 2 + ω (ω r ) + 2ω d r r dω + d2 h 2, (41) ond usi a Eq. (35). Bibliograa [1] Kith R. Symon, Mchanics, trcira dição (Addison Wsly, 1971). 6