Física: Movimento Circular e Bicicletas

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<p>Minha bicicleta é pura Física</p><p>Física</p><p>3o bimestre – Aula 1</p><p>Ensino Médio</p><p>1a</p><p>SÉRIE</p><p>2024_EM_V1</p><p>Grandezas do movimento circular;</p><p>Velocidade angular;</p><p>Período e frequência;</p><p>Movimento circular uniforme.</p><p>Caracterizar as grandezas físicas fundamentais que descrevem movimentos em curvas.</p><p>Analisar o movimento circular uniforme.</p><p>Conteúdo</p><p>Objetivos</p><p>2024_EM_V1</p><p>(EM13CNT204) Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).</p><p>5 MINUTOS</p><p>Depois de um dia estressante de estudo e trabalho, ao chegar em casa, você descobre que tem um trabalho de Física para entregar sobre movimento circular. Determinado a não pensar nisso ainda, decide ir dar uma volta de bicicleta para relaxar. Mas a ironia é que, mesmo tentando escapar, a Física parece acompanhá-lo a cada pedalada!</p><p>Você consegue compreender os motivos pelos quais a Física e a bicicleta estão intrinsecamente ligadas?</p><p>A Física está em todo lugar...</p><p>Para começar</p><p>2024_EM_V1</p><p>Revisão: graus e radianos</p><p>Graus refere-se a uma unidade de medida angular, na qual um círculo completo é dividido em 360 partes iguais.</p><p>Um radiano (rad) é a medida do ângulo central que corresponde, em uma circunferência, a um arco cujo comprimento é igual ao raio dessa circunferência.</p><p>De forma geral:</p><p>l = comprimento do arco associado ao ângulo central</p><p>r = raio da circunferência</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Podemos converter um ângulo escrito em graus para radiano da seguinte forma:</p><p>Revisão: graus e radianos</p><p>é o ângulo em radiano</p><p>é o ângulo em graus</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Seja 𝛗𝟏 o espaço angular de um ponto material, num instante 𝑡1, e 𝛗𝟐 a posição angular, num instante posterior 𝑡2 .</p><p>No intervalo de tempo , a variação do espaço angular é .</p><p>A velocidade angular média, no intervalo de tempo , é, por definição:</p><p>Velocidade angular</p><p>Para começar</p><p>2024_EM_V1</p><p>Relação entre velocidade angular e linear</p><p>Sabemos que:</p><p>=</p><p>Da figura ao lado, temos:</p><p>(I)</p><p>Dj</p><p>RDj</p><p>(II)</p><p>A mesma relação é válida para as velocidades angular (ω) e linear (v) instantâneas.</p><p>Substituindo (II) em (I), concluímos que:</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Revisão: movimento circular uniforme</p><p>Período T: tempo gasto para dar “uma” volta.</p><p>Frequência f : número de voltas dadas em uma unidade de tempo.</p><p>Quando n = 1 volta  = T</p><p>f =</p><p>intervalo de tempo</p><p>f =</p><p>número de voltas</p><p>(Unidade no S.I.)</p><p>1 Hz</p><p>hertz</p><p>=</p><p>w</p><p>Velocidade : módulo constante</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Revisão: movimento circular uniforme</p><p>f =</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Prezado professor,</p><p>Para evitar sobrecarregar os slides com muito texto, abaixo estão os nomes das variáveis utilizadas neste slide, juntamente com suas unidades no Sistema Internacional de Unidades.</p><p>f frequência (Hz);</p><p>T Período (s);</p><p>velocidade angular (rad/s);</p><p>deslocamento angular (rad);</p><p>intervalo de tempo (s);</p><p>velocidade instantânea (m/s);</p><p>R raio da circunferência (m);</p><p>1. Um carrossel em um parque de diversões gira com uma velocidade angular de 0,1 rad/s. Determine:</p><p>O período de uma volta completa do carrossel.</p><p>A frequência de rotação do carrossel.</p><p>Exercício proposto:</p><p>Na prática</p><p>2024_EM_V1</p><p>Correção</p><p>Exercício proposto:</p><p>Para encontrar o período (𝑇), usamos a fórmula:</p><p>𝑇 =</p><p>Onde 𝜔 é a velocidade angular. Substituindo 𝜔 = 0,1 rad/s</p><p>𝑇 = 60 segundos</p><p>Portanto, o período de uma volta completa do carrossel é de aproximadamente 60 segundos.</p><p>Para determinar a frequência (𝑓), podemos usar a relação:</p><p>, Substituindo 𝑇 = 60 s</p><p>Na prática</p><p>2024_EM_V1</p><p>Função horária espaço angular do MCU</p><p>No movimento circular, deve-se considerar a função horária do primeiro grau em relação ao tempo:</p><p>No entanto, dividindo pelo valor do raio R, resultando em:</p><p>Sendo (espaço angular inicial) e , obtemos:</p><p>= + .t</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>Mesmo eixo</p><p>w</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>= =</p><p>Acoplamento de polias</p><p>Eixos diferentes</p><p>Foco no conteúdo</p><p>2024_EM_V1</p><p>2. (Unicamp, 2005) Em 1885, Michaux lançou o biciclo com uma roda dianteira diretamente acionada por pedais (Fig. A). Através do emprego da roda dentada, que já havia sido concebida por Leonardo da Vinci, obteve-se melhor aproveitamento da força nos pedais (Fig. B). Considere que um ciclista consiga pedalar 40 voltas por minuto em ambas as bicicletas. [Use = 3].</p><p>Qual a velocidade de translação do biciclo de Michaux para um diâmetro da roda de 1,20 m?</p><p>Qual a velocidade de translação para a bicicleta padrão aro 60 (Fig. B)?</p><p>Aplicando</p><p>2024_EM_V1</p><p>Correção</p><p>Aplicando</p><p>2024_EM_V1</p><p>Caracterizamos as grandezas físicas fundamentais que descrevem movimentos em curvas.</p><p>Analisamos o movimento circular uniforme.</p><p>O que aprendemos hoje?</p><p>2024_EM_V1</p><p>COMISSÃO PERMANENTE PARA OS VESTIBULARES (COMVEST). Vestibular Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), 2ª fase, Prova de Física, 2005. Disponível em: https://www.comvest.unicamp.br/vest2005/F2/fis-geo.pdf. Acesso em: 21 maio 2024.</p><p>GUALTER. J. B.; NEWTON. V. B; HELOU, R. D. Tópicos de Física 1. São Paulo: Saraiva, 2012.</p><p>MARTINI, G. et al. Conexões com a Física. São Paulo: Moderna, 2016.</p><p>PIETROCOLA, M. et al. Física em contextos 1. São Paulo: Editora do Brasil, 2016.</p><p>2024_EM_V1</p><p>Referências</p><p>2024_EM_V1</p><p>Lista de imagens e vídeos</p><p>Slide 1 – Imagem da capa – SEDUC.</p><p>Slide 3 – Reprodução – Gif da internet, [s. d.]. Disponível em: https://gifer.com/pt/6aY. Acesso em: 21 maio 2024.</p><p>Slides 4-9 e 13 e 14 – Elaborado pelo autor especialmente para esta aula com imagens © Getty Images. Fonte: DOCA, Ricardo Helou; BISCUOLA, Gualter José; BÔAS, Newton Villas. Tópicos de Física 1. São Paulo: Editora Saraiva, 2012.</p><p>Slide 19 – © Getty Images.</p><p>2024_EM_V1</p><p>Referências</p><p>2024_EM_V1</p><p>2024_EM_V1</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image13.png</p><p>image14.svg</p><p>image15.gif</p><p>image16.png</p><p>image17.png</p><p>image18.png</p><p>image19.png</p><p>image20.png</p><p>image21.png</p><p>image22.png</p><p>image23.png</p><p>image24.png</p><p>image25.png</p><p>image26.png</p><p>image27.png</p><p>image28.png</p><p>image29.png</p><p>image30.png</p><p>image31.png</p><p>image32.png</p><p>image40.png</p><p>image33.png</p><p>image34.png</p><p>image35.png</p><p>image36.png</p><p>image37.png</p><p>image38.png</p><p>image39.png</p><p>image41.png</p><p>image400.png</p><p>image410.png</p><p>image42.png</p><p>image43.png</p><p>image44.png</p><p>image45.png</p><p>image46.png</p><p>image47.png</p><p>image48.png</p><p>image51.png</p><p>oleObject2.bin</p><p>image51.wmf</p><p>=</p><p>oleObject3.bin</p><p>image52.wmf</p><p>=</p><p>oleObject30.bin</p><p>image49.png</p><p>image60.png</p><p>image61.png</p><p>image56.png</p><p>oleObject1.bin</p><p>image50.wmf</p><p>AB</p><p>w</p><p>=w=w</p><p>image54.wmf</p><p>w</p><p>oleObject5.bin</p><p>image55.wmf</p><p>R</p><p>oleObject50.bin</p><p>oleObject6.bin</p><p>image57.wmf</p><p>×</p><p>oleObject60.bin</p><p>oleObject7.bin</p><p>image53.png</p><p>image58.wmf</p><p>=</p><p>oleObject70.bin</p><p>image59.png</p><p>image62.png</p><p>image63.png</p><p>image64.png</p><p>image65.png</p><p>image66.png</p><p>image67.png</p><p>image54.png</p><p>image68.png</p><p>image69.png</p><p>image70.png</p><p>image71.png</p><p>oleObject4.bin</p><p>oleObject40.bin</p><p>image72.png</p><p>image73.png</p><p>image730.png</p><p>image74.jpg</p><p>image1.png</p><p>image12.png</p>