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Física – Estática e cinemática Verônica Cristina Crisostomo de Lima OBJETIVO O torque é o agente dinâmico da rotação. Quando um torque resultante não nulo age sobre um corpo, esse corpo passa a rotacionar. "Torque, ou momento de uma força, é a tendência que uma força tem de rotacionar um corpo sobre o qual ela é aplicada. O torque é um vetor perpendicular ao plano formado pelos vetores força e raio de rotação. O vetor torque pode ser calculado por meio do produto vetorial entre força e distância. Figura 1 - Torque Figura 2 - Equlíbrio de corpos extensos Figura 3 - Alavanca Prática 1 – Equilíbrio de corpos https://brasilescola.uol.com.br/fisica/torque-uma-forca.htm É um dispositivo mecânico que posssui um ponto em que aplicamos uma força e um ponto em que exercermos força sobre um objeto. Por intermédio deste dispositivo, podemos, aplicando forças pequenas, exercermos forças grandes em outros objetos. O contrário também pode ser executado. Prática 1 – Equilíbrio de corpos Metodologia da prática Utilização do simulador: phet .colorado.edu/sims/html/bala ncing- act/latest/balancing-act _all.html?locale=pt_BR • calcular a massa do objeto posicionando a massa de 10kg a 1 metro do eixo de rotação e o objeto a 0,5m do eixo, • O sistema está em equilíbrio, asim usando a somatória dos torques igual a zero, é possível calcular a massa de A. Na sequência: • Determinar a massa do Objeto Misterioso B. • Deixar o objeto A à 0,5m do eixo de rotação e o corpo B a 2 metros. Prática 1 – Equilíbrio de corpos Com o resultado dos itens, responder: a) Qual o valor de 𝑀𝐴 + 𝑀𝐵 ? b) Sabendo que 𝑀𝐶 = 3𝑀𝐵, qual o valor de 𝑀𝐶? Verificar o resultado da alternativa b) usando a gangorra como uma balança de rotação. Ou seja, buscar uma massa que equilibre o valor de 𝑀𝐶. RESULTADOS E DISCUSSÃO Prática 1 – Equilíbrio de corpos (mA . g) . dA = (m . g) . d (mA . 10) . 0,5 = (10 . 10) . 1,0 mA = 20 Kg mA = - 20 Kg - Torque resultante negativo. Prática 1 – Equilíbrio de corpos RESULTADOS E DISCUSSÃO (mA .g ) . dA = (mB . g) . dB (20 . 10 ) . 0,5 = (mB . 10) . 2,0 100 = 20 mB mB = 5 Kg Prática 1 – Equilíbrio de corpos RESULTADOS E DISCUSSÃO a) Qual o valor de 𝑀𝐴 + 𝑀𝐵? - 20 Kg + 5 Kg = - 15 Kg b) Sabendo que 𝑀𝐶 = 3𝑀𝐵, qual o valor de 𝑀? M C = 3 . 5 Kg M C = 15 Kg CONCLUSÕES Prática 1 – Equilíbrio de corpos • Existem dois tipos de equilíbrio: está tico e dinâmico, sendo o primeiro relacionado a objetos em repouso e o segundo a objetos em movimento uniforme; • Para que um objeto esteja em equilíbrio estático, é necessário que as forças que atuam sobre ele estejam equilibradas, resultando em uma força resultante nula; • Para analisar o equilíbrio de corpos, é importante utilizar conceitos como centro de massa, momento de uma força, torque e condições de equilíbrio, que envolvem o somatório das forças e o somatório dos torques. OBJETIVO Aplicar a segu nda lei de Newton em um sistema com força de atrito presente" tem como objetivo principal a compreensão do c onceito de força d e atrito e sua relação com a segunda le i de Newton. Figura 1 - Princípio Fundamental da Dinâmica Prática 2 – Força de Atrito Compreender o conceito de atrito cinético e sua relevância na física e tambem em nosso dia a dia. https://beduka.com/blog/exercicios/fisica-exercicios/exercicios-segunda-lei-de-newton/ Prática 2 – Força de Atrito A força de atrito é a força realizada pelo atrito entre duas superfícies. Ela é calculada por meio do produto entre o coeficiente de atrito e a força normal. "A força de atrito é proporcional à força normal e ao coeficiente de atrito. É calculada pela multiplicação entre o coeficiente de atrito e a força normal. Pode ser cinética ou estática. A força de atrito cinética aparece sobre corpos em movimento. A força de atrito estática aparece sobre corpos que estão parados ou quase em movimento." Veja mais sobre "Força de atrito" em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-atrito.htm Figura 2 - Força de atrito https://brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-atrito.htm Prática 2 – Força de Atrito DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE ATRITO CINÉTICO • Compreender o conceito de atrito cinético e sua relevância na física e também em no cotidiano. • Identificar os fatores que influenciam o coeficiente de atrito cinético, tais como o tipo de superfície e a força aplicada. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE ATRITO ESTÁTICO Sabemos que diversos fatores influenciam o valor da força de atrito, entre eles o material do qual são feitas as superfícies, seu acabamento (grau de polimento), suas condições (se seca, molhada ou lubrificada), além de suas temperaturas e velocidades relativas. O coeficiente de atrito é determinado através da razão entre a força de atrito e a força de reação normal e é classificado em dois valores: o coeficiente de atrito estático (µe), que é medido quando ambas as superfícies estão em repouso, e o coeficiente de atrito dinâmico (µd) que, por sua vez, é medido quando as superfícies estão em movimento. METODOLOGIA Prática 2 – Força de Atrito 1) Abrir o navegador da internet e acessar o simulador no site: https://p het.colorado.edu /pt_BR 2) Clicar na opção Simulações e depois em Física. 3) Procurar pela simulação: Forças e Movimento: Noções Básicas. 4) Clicar no botão “play” para rodar a simulação. 5) Na sequêcia, clicar na terceira opção de modo simulação, intitulada “Atrito”. 6) Aplicar simulador de Forças e Movimento: Noções Básicas Prática 2 – Força de Atrito RESULTADOS E DISCUSSÃO Eleve a força do boneco até a tingir o início do movimento. A força que faz com que atue a força de atrito cinética no objeto é de 251 N. Junto a esse resultado, a força de atrito cinética aparece também, marcando 188 N. Portanto, sabendo desses dados, utilize a segunda lei de Newton para determinar a aceleração. Aceleração = a = 1,88 m/s Sabendo do valor da força de atrito, registrada pelo simulador, calcule o coficiente de atrito cinético Admitindo que a força de destaque é aquele número que antecede a força que consegue movimentar o objeto, determina o coeficiente de atrito estático, uma vez que nessa situação a força de atrito estática é igual a força de destaque: Força de Destaque: 250N Prática 2 – Força de Atrito Substitua a lata de lixo pelo objeto desconhecido, no caso o presente. Aumentando gradativamente a força do boneco sobre o presente, observamos que o valor da força que antecede o movimento do corpo é 126N. Sendo assim, já calculado no item anterior o coeficiente de atrito estático, determine a massa do objeto desconhecido. Logo, m = 50 kg RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÕES • A intensidade da força de atrito depende do coeficiente de atrito entre os corpos • Ela é uma consequência natural quando dois corpos estão em contato e um deles está em movimento em relação ao outro ou há uma tendência de movimento. • Existem dois tipos de força de atrito: a estática e a cin ética. A força de atrito estática é a resistência que impede o início do movimento, enquanto a força de atrito cinética atua quando há o movimento entre os corpos. • A compreensão da força de atrito é essencial para muitos fenômenos físicos. Então, é fundamental entender os diferentes tipos de força de atrito e suas aplicações práticas. Prática 2 – Força de Atrito OBJETIVO Usar a conservação da energia para calcular o valor da velocidade para qualquer valor de altura e possibilitar a análise da relação entre energia potencial gravitacional e energia cinética em um movimento de queda livre ou lançamento vert ical, permitindo a determinação da velocidade em qualquer ponto do movimento com base na conservação da energia mecânica total. Figura 01 - Potencial e cinética Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional https://descomplica.com.br/blog/energia-cinetica-e-potencial-formulas-e-resumo/ Prática 3 – Energiacinética e potencial gravitacional METODOLOGIA 1) Abra seu navegador da internet e acesse o site: httpps://phet.colorado.edu/pt_BR 2) Clique na opção Simulações e depois em Física. 3) Procure pela simulação: Forças e Movimento: Energia na Pista de Skate: Básico. Depois clique na mesma. 4) Clique no botão “play” para rodar a simulação. 5) Na sequência, você deve clicar na terceira opção de modo simulação, intitulada “Intro” 6) Pronto, agora você está no simulador d e Forças e Movimento: Energia na Pista de Skate: Básico. 7) Vamos entender o que é cada opção da simulação: Opção 1: Nesse qu adro podemos ter uma representação em forma de barras e setorial da alternância entre energia cinética e potencial gravitacional. Além disso, mostra também a grade e um velocímetro sem valores em escala. Após, vamos usar a penas a opção grade. Não utilize a opção velocidade, uma vez que os dados não correspondem aos registrados pelo velocímetro. 8) Com a opção Mostrar Grade selecionada, eleve o skatista até a posição de 5m de altura. RESULTADOS E DISCUSSÃO Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional 1 - Determine a velocidade que ele atinge no ponto mais baixo da trajetória. Para isso, utilize a conservação da energia mecânica. Em outras palavras: 𝐸𝑀𝑖 = 𝐸𝑀𝑓 2 - Calcule a velocidade do skatista a uma altura de 2 metros. Para isso compare a energia mecânica do ponto mais baixo da trajetória com a da altura de 2m: Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional Assumindo que a massa do skatista seja de 60 kg, qual é a energia cinética do mesmo quando atinge o ponto mais baixo da trajetória saindo de uma altura de 5 metros? RESULTADOS E DISCUSSÃO https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park- basics_all.html?locale=pt_BR CONCLUSÕES • A energia cinética é a energia associada ao movimento de um objeto. Sua fórmula é: E = 1/2mv². Ela é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade do objeto. • A energia potencial gravitacional é a energia que um objeto possui devido à sua posição em um campo gravitacional. Ela aumenta à medida que a altura do objeto em relação ao solo aumenta. • Quando um objeto cai, sua energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética. Ao subir, a energia cinética do objeto é convertida em energia potencial gravitacional. Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
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