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Cap . 2 Movimento Retilíneo MRU MRUV QUEDA LIVRE Mecânica MECÂNICA: ramo da física em que se estuda o movimento. Pode ser dividida em Cinemática e Dinâmica. CINEMÁTICA Estuda o movimento dos corpos sem se preocupar com as forças que o origina. Preocupa-se em determinar POSIÇÃO, VELOCIDADE e ACELERAÇÃO de um corpo em cada instante do seu movimento. Iniciaremos com a Cinemática: 1- Conceitos fundamentais •Ponto Material – Quando as dimensões de um corpo não interferem no fenômeno em estudo; •Corpo Extenso: Quando um corpo possui dimensões importantes no estudo do seu movimento, dizemos que é um corpo extenso. •Referencial – Ponto de referência para o qual um corpo está em movimento ou em repouso; •Movimento – Um corpo está em movimento se sua posição em relação ao referencial muda no decorrer do tempo; •Repouso – Um corpo está em repouso se sua posição em relação ao referencial não muda no tempo; •Trajetória – Caminho percorrido ou posições ocupadas pelo móvel no decorrer do tempo; •Deslocamento – variação de posição (inicial e final) sofrida pelo móvel. Movimento Retilíneo e Uniforme (MRU) Movimento em uma mesma direção e com velocidade constante. O móvel percorre distâncias iguais em intervalos de tempo iguais. t t x x vtxx 0 • A posição do móvel é dada pela seguinte função: x = posição em um tempo t x0 = posição inicial v = velocidade cte t x vvméd Δt é o intervalo de tempo durante o qual ocorre o deslocamento Δx. E representa a diferença entre o tempo ti em que o móvel estava em xi e o tempo tf, em que o móvel estava na posição final xf. É definida como a razão entre o deslocamento e o tempo necessário para esse evento. toDeslocamen if xxx Tempo de Intervalo if ttt Unidades VELOCIDADE: m/s (SI) ; cm/s; km/h. smhkm, 163 Velocidade Instantânea A velocidade em cada instante do movimento é definida como VELOCIDADE INSTANTÂNEA, ou simplesmente VELOCIDADE. A velocidade indicada pelo velocímetro do carro é a velocidade instantânea. ainstantâne ade velocidlim 0 dt dx t x v t Δx > 0→ Movimento Progressivo - Deslocamento no sentido positivo do eixo x. (v+). (para o referencial) x Δx < 0→ Movimento Retrógrado - Deslocamento no sentido negativo do eixo x. (v-). Se afastando do referencial x Classificação dos movimentos Gráficos do MRU Os gráficos do Movimento Retilíneo Uniforme para a posição e a velocidade são os seguintes: 0y t y A 0v t v A área sob a reta de v e o eixo x nos fornece os valores de Δx. v t y tgi A inclinação da reta de x(t) é dada pela velocidade v. tvxA Movimento Uniformemente Variado cte t vv aa méd 0 0 Movimento em linha reta com variação uniforme de velocidade no tempo, ou seja, com aceleração constante. A velocidade varia no tempo de acordo com a função: RETA a área A entre a reta da aceleração e o eixo x é Δv. A v = velocidade em um tempo t v0 = velocidade inicial a = aceleração atvv 0 x = posição em um tempo t x0 = posição inicial A posição do móvel varia temporalmente por: PARÁBOLA Podemos utilizar uma equação do MUV que não possui a variável t. É a equação de Torricelli: 2 1 2 00 attvxx x 2av20 2 v Aceleração média aceleração Δt Δv tt vv a if if méd ea)(instantân aceleração dt dv t v lima t 0 A grande maioria dos movimentos não possuem velocidade constante. tetancons dt dx v A grandeza física que indica o quão rápido a velocidade varia com o tempo é a aceleração. A aceleração média é dada por: Unidades: m/s2 (SI) A aceleração em qualquer ponto é tangente à curva de v(t) naquele ponto I. Movimento ACELERADO: quando v e a tem mesmo sinal. Se v >0 → a > 0, e se v < 0 → a < 0. II. Movimento RETARDADO: quando v e a tem sinais opostos. Se v >0 → a < 0, e se v < 0 → a > 0. t v0 v a>0, movimento acelerado t v v0 a<0, movimento retardado t S a>0 V<0 retardado V>0 acelerado t S a<0 V>0 retardado V<0 acelerado Concavidade para cima → a > 0, Características Concavidade para baixo → a< 0 (ex. 26 Halliday) Em uma estrada seca, um carro com pneus em bom estado é capaz de frear com uma desaceleração de 4,92m/s2 (suponha constante). a) Viajando inicialmente a 24,6m/s , em quanto tempo esse carro conseguirá parar? b) Que distância percorre nesse tempo? c) Escreva a função horária para S e v; d) Construa os gráficos de S x t ; Vxt (inclinação e área) e axt (e área). R= a) 5s; b) 61,5m; c) v= 24,6 – 4,92 t, e S= 24,6t – 2,46 t2; d) gráfico Sxt inclinação entre 2 ptos próximos fornece a veloc. Inst. Naquela região (entre t= 2 e 3s a veloc inst é 12,3 m/s; gráfico Vxt a inclinação fornece a aceleração= -4,92 m/s2 e a área fornece o deslocamento = 61,5m; gráfico axt a área fornece a variação da velocidade. Um carro a 97km/h é freado e pára em 43m . A)Qual o módulo da aceleração (na verdade, da desaceleração) em unidades SI e em unidades g ? Suponha que a aceleração é constante. b) Qual é o tempo de frenagem? c)Se o seu tempo de reação tr, para freiar é de 400ms , a quantos "tempos de reação" corresponde o tempo de frenagem? R: a) -8,43 m/s2; -0,84 gm/s2; b) t=3,20s; t= 8 EXEMPLOS oscarsantos@utfpr.edu.br Ex. em uma estrada de 300 km um automóvel andou 200 km em 2h e 100km em 1h, qual a velocidade média no trajeto total. Experimento de Galileu na Torre de Pisa Renascença Aristóteles era uma autoridade indiscutível, e como ele afirmara em seu livro sobre Física que coisas diferentes caem com velocidades proporcionais a seu peso, todos acreditavam que assim seria. Mas Galileu não se conformava apenas com afirmações sem provas. Para ele essa teoria só seria válida se fosse provada através de um experimento; e ele já havia feito testes antes que não comprovaram a ideia de Aristóteles. Aceleração em Queda Livre Aceleração em queda livre Se você arremessasse um objeto para cima ou para baixo e pudesse de alguma forma eliminar o efeito do ar sobre o movimento, observaria que o objeto sofre uma aceleração constante para baixo, conhecida como aceleração de queda livre, cujo o módulo é representado pela letra g. Nas proximidades da Terra é a= g = 9,8m/s2 0v v gt 2 0 0 1 2 y y v t gt 2 2 0 2v v g y Altitude (km) g (m/s2) 0 9,806 1 9,803 4 9,794 8 9,782 16 9,757 32 9,708 100 9,598 Um rapaz joga uma pedra praticamente para baixo com uma velocidade inicial de 12m/s, a partir do telhado do edifício, 30,0 m acima do solo. a) Quanto tempo leva a pedra para alcançar o solo? b) Qual a velocidade da pedra no momento do impacto? Resp.: a)1,54s, b) 27,1 m/s. Uma chave cai de uma ponte que está a 45 m acima da água. Ela cai diretamente sobre um barco, que se move com velocidade constante e estava a 12 m do ponto de impacto quando a chave foi solta. Qual é a velocidade do barco? Resp.: 4 m/s EXEMPLOS MOVIMENTO RELATIVO oscarsantos@utfpr.edu.br Exemplo Movimento relativo Se o carro 2 segue na estrada reta à velocidade de 100 km/h e o carro 1 segue no mesmo sentido à velocidade de 80 km/h, a velocidade do carro 2 em relação ao carro 1 é: V= v2-v1= 100 – 80 = 20 km/h E se os dois carros viajam em sentidos opostos, supondo que a velocidade do carro 2 seja positiva, obtemos: V= v2-v1 =100 – (-80) = 180 Km/h Tarefa Fazer a lista de exercícios Refazer os exemplos resolvidos n 2.1-2.9 do Halliday