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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO VETORES E SOMA VETORIAL Professor: Leandro Paludo Passo Fundo SOMA VETORIAL GRANDEZAS FÍSICAS VETORIAIS As medidas destas grandezas, para ficarem claras, necessitam mais que um valor numérico e uma unidade. É necessário que sejam dadas a elas uma direção e um sentido. Ex. Quando aplicamos uma força de 10 newtons sobre um objeto, qualquer coisa pode acontecer 29 sobre um objeto, qualquer coisa pode acontecer e o sentido é indicado pela flecha. Estas grandezas são representadas por vetores. O comprimento do segmento fornece o módulo do vetor, a direção é indicada pelo segmento de reta Representamos uma grandeza vetorial (geralmente) por uma letra e sobre esta letra inserimos um seta. Podemos ainda designar uma grandeza vetorial por fonte em itálico ou negrito. Em bibliografias mais antigas a GRANDEZAS FÍSICAS VETORIAIS F 30 Esta forma de representar o vetor é útil para vocês lembrarem que esta grandeza apresenta propriedades diferentes de uma grandeza escalar que normalmente é representada por uma variável qualquer, por exemplo, t para o tempo. fonte em itálico ou negrito. Em bibliografias mais antigas a grandeza vetorial era sublinhada. O módulo de um vetor é uma grandeza escalar (um número), sendo sempre positivo. F(Módulo de ) = F = F Exemplos: Módulo: Direção: Sentido: Módulo: Direção: Sentido: 9 N - 5 m/s a b 31 Módulo: Direção: Sentido: Módulo: Direção: Sentido: 10 m/s² 30 º 12 kN Exemplo grandeza vetorial DESLOCAMENTO: Deslocamento é simplesmente a variação da posição de um ponto. (O ponto pode representar uma partícula ou um objeto pequeno). Quando analisarmos corpos, estes serão considerados como partículas, mesmo que suas dimensões não sejam pequenas. Isso significa 32 partículas, mesmo que suas dimensões não sejam pequenas. Isso significa que o tamanho e o formato dos corpos em consideração não afetaram significativamente a resolução dos problemas, e que as forças que atuam sobre um corpo serão consideradas em mesmo ponto de aplicação. Deslocamento é uma grandeza vetorial, porque devemos especificar não só a distância percorrida, como também a direção e o sentido do deslocamento. 33 Outras grandezas vetoriais que serão estudadas serão força e aceleração. 34 O deslocamento é um vetor cuja direção é sempre traçada do ponto inicial até o ponto final, mesmo no caso de uma trajetória curva. Exemplo 1 – Uma pessoa, ao longo de uma passagem circular, com 5 m de raio, percorre meia circunferência. a) Achar o módulo do vetor deslocamento; b) Qual é a distância percorrida pela pessoa? c) Qual é o módulo do deslocamento se a pessoa percorrer a circunferência inteira? Respostas: a) 10 m; b) 15,7 m; c) 0 35 Respostas: a) 10 m; b) 15,7 m; c) 0 VETORES PARALELOS Possuem a mesma direção e o mesmo sentido VETORES IGUAIS Possuem o mesmo módulo e a mesma direção e sentido, VETORES ANTIPARALELOS Possuem a mesma direção, mas sentidos contrários, possuindo ou não o mesmo módulo 36 Possuem o mesmo módulo e a mesma direção e sentido, independente do local onde se encontram no espaço SOMA VETORIAL Uma partícula que sofre um deslocamento A, seguido de um deslocamento B, terá como resultado final um deslocamento R. Este deslocamento R é a RESULTANTE ou SOMA VETORIAL dos deslocamentos A e B. Esta soma é A B 37 VETORIAL dos deslocamentos A e B. Esta soma é expressa simbolicamente por R = A + B Podemos somar dois vetores desenhando a extremidade de um no início do outro Somá-los em ordem inversa produz o mesmo resultado (PROPRIEDADE COMUTATIVA) Podemos também somá-los construindo um paralelogramo R A B R A B A B R SOMA VETORIAL Podemos também subtrair vetores. O vetor – B é um vetor que possui mesmo módulo e mesma direção, mas sentido contrário ao vetor B. A B 38 Subtraindo B de A temos: A B− R A B R A− B )( BAR −+= A R R B )( ABR −+= Subtraindo A de B temos: SOMA VETORIAL Quando dois vetores A e B são paralelos, o módulo da sua soma é igual a soma de seus módulos: R = A + B. Ângulo entre A e B (θ = 0º). A e B tem mesma direção e mesmo sentido A B BAR += 39 Ângulo entre A e B (θ = 180º). A e B tem mesma direção e sentido contrário BAR += A BBAR += Quando A e B são antiparalelos, módulo da sua soma é igual a diferença dos seus módulos: R = |A – B|. SOMA VETORIAL Quando dois vetores A e B são perpendiculares entre si, o vetor resultante da soma entre A e B pode ser calculada de acordo com o teorema de Pitágoras. R² = A² + B². Ângulo entre A e B (θ = 90º). A e B são perpendiculares ou ortogonaisB R 22 BAR += 40 ou ortogonais A B θcos...222 BABAR −+= A B R αθ coscos −= Quando o ângulo entre A e B for diferente de 0º, 90º e 180º podemos aplicar a lei dos cossenos para calcular o vetor resultante R. Exemplo 2: Uma esquiadora percorre 1,0 km do sul para o norte e depois 2 km de oeste para leste em um campo horizontal coberto de neve. A que distância ela está do ponto de partida e em que direção? Resposta: 2,24 km, 63,4º do norte para o leste ou 26,6º do leste para o norte. 41 COMPONENTES DE VETORES Para definir os componentes de um vetor A, inicialmente definimos um sistema (cartesiano) de coordenadas. A seguir desenhamos o vetor considerado com início em O a origem do sistema de coordenadas. y 42 xO A X A Y A θ θcos.AA X = θsenAA Y .= AX e AY são os componentes do vetor A COMPONENTES DE VETORES Os componentes de um vetor podem ser números positivos ou negativos: y B )(+B x )(− X C θ y 43 x )(− X B )(+ Y Bθ C )(− Y C θ Exemplo 3: Quais são os componentes x e y do vetor D na figura abaixo? O módulo é D = 3,0 m e o ângulo α = 45 º. x y 44 x D Exemplo 4: Quais Um homem puxa com a força de 300 N uma corda amarrada a um edifício. Quais são as componentes horizontal e vertical da força exercida pela corda no ponto A? Resposta: Fx = 240 N, Fy = - 180 N 45 Resposta: Fx = 240 N, Fy = - 180 N Exemplo 5: Quais são os componentes x e y do vetor E da figura abaixo? Seu módulo é E = 4,50 m e o ângulo β 37,0º. x y 46 β E COMPONENTES DE VETORES Soma vetorial a partir das componentes: Se conhecemos os componentes de dois vetores A e B, podemos calcular os componentes da resultante R. XXX BAR += y 47 XXX YYY BAR += x X A X B Y A Y B A B R X R Y R Este procedimento da soma de dois vetores pode ser facilmente estendi para a soma de qualquer número de vetores. Exemplo 6: De acordo com pesquisas, as formigas mantém um registro de seus movimentos em um sistema mental de coordenadas. Quando decide voltar ao formigueiro soma seus deslocamentos em relação aos eixos do sistema para calcular um vetor que aponta diretamente para o ponto de partida. Como exemplo deste cálculo, considere uma formiga que executa cinco movimentos de 6,0 cm cada um em um sistema de coordenadas xy, nas orientações mostradas na figura abaixo, partindo do formigueiro. 48 No final do quinto deslocamento, quais são o módulo e o ângulo do vetor deslocamento total e quais são os valores correspondentes do vetor de retorno que liga a posição final da formiga à posição do formigueiro? Resposta: 9,0 cm, 155º Exemplo 7: Duas forças P e Q atuam sobre um parafuso A. Determine sua resultante. Resposta:98 N, 35 º com a horizontal 49 Exemplo 8: O gancho da figura esta sujeito a duas forças F1 e F2. Determine a intensidade e a direção da força resultante. Resposta: 213 N, 54,8 º com a horizontal 50
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