Dinamica -As leis de Newton

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DINÂMICA
Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...
Por que, quando um ônibus freia ou acelera, somos “empurrados” para frente ou para trás?
Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
Por que precisamos utilizar o cinto de segurança quando estamos no carro?
Como é possível retirar um papel debaixo de uma garrafa sem tirá-la do lugar?
Por que não é possível uma pessoa se erguer puxando o seu próprio cabelo?
As Leis de Newton
As Leis de Newton são Leis que determinam como a ação das Forças influenciam no estado de movimento dos corpos.
Nascido em 1642, mesmo ano da morte do Físico Galileu Galilei, em Lincolnshire, localizada na Inglaterra. Além de Física e Matemática, ele estudou Filosofia, Astronomia, Alquimia, Teologia, entre outras Ciências.
Isaac Newton
O Binômio de Newton
A criação e o desenvolvimento dos Cálculos Diferencial e Integral
O estudo sobre os Fenômenos Ópticos que possibilitaram a elaboração da teoria sobre a cor dos corpos
O estudo das Leis dos movimentos (As Leis de Newton - as quais estudaremos agora)
O desenvolvimento da Lei da Gravitação Universal
Dentre os muitos trabalhos que Isaac Newton elaborou, podemos citar:
É o agente físico capaz de alterar o estado de repouso ou de movimento uniforme de um corpo material.
O que é força?
Elas estão presentes em todas as situações cotidianas. Até mesmo onde você nem imagina. Sempre há um tipo de força envolvida num fenômeno.
Onde estão as Forças?
Forças Fundamentais da Natureza
Na Natureza, existem apenas quatro tipos de forças, listadas abaixo em ordem decrescente de intensidade.
Força Nuclear Forte: Força responsável por manter o núcleo do átomo coeso.
Força Nuclear Fraca: Força que cinde (separa, reparte) as partículas.
Força Eletromagnética: Força de interação entre partículas que possuem carga elétrica.
Força Gravitacional: Força de interação entre corpos que possuem massa.
Classificação das Forças
Forças de Contato: São forças que surgem no contato de dois corpos.
Ex.: Quando puxamos/empurramos um corpo.
Forças de Campo: São forças que atuam a distância, dispensando o contato.
Ex.: Ímã e um metal; o satélite e a Terra.
Classificação das Forças
Sir Isaac Newton 1642 – 1727 
As Leis da Dinâmica
1ª Lei de Newton: LEI DA INÉRCIA
“Todo corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme a menos que uma força resultante externa (diferente de zero) atue sobre ele.
(Isaac Newton)
A importância do cinto de segurança
	Em um choque frontal, os ocupantes de um carro, por causa da Inércia, tendem a continuar em movimento, em relação à pista e podem, eventualmente, se chocar contra o para-brisa, o volante. O cinto de segurança tem a finalidade de, nessas situações, aplicar força ao corpo do passageiro, diminuindo a sua velocidade.
Todo corpo em equilíbrio mantém, por inércia, sua velocidade constante.
Referenciais Inerciais
A primeira lei de Newton não faz distinção entre um corpo estar em repouso ou em movimento uniforme (velocidade constante). O fato de o corpo estar em um ou em outro estado depende do referencial (sistema de coordenadas) em que o corpo é observado. 
Por exemplo: a Terra está em movimento em relação ao Sol (nesse caso, a Terra é o móvel e o Sol é o referencial adotado). 
Referenciais Inerciais
Quando dois referenciais não aceleram nem giram um em relação ao outro, são chamados de referenciais inerciais. Caso contrário, serão chamados de referenciais não inerciais. 
Quando a situação não especificar o referencial a ser utilizado, considere sempre a Terra ou o solo. Por exemplo, se em uma situação genérica for feita uma afirmação do tipo “um corpo se movimenta com velocidade de 80 km/h”, considere que essa velocidade é medida em relação à Terra ou ao solo. 
O referencial só é considerado INERCIAL se estiver em EQUILÍBRIO, ou seja, não possuir aceleração, quer dizer, ou está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU).
Referenciais Inerciais
Consideremos a seguinte situação.
Você em cima de uma balança dentro de um elevador subindo, os seus pés exercerão uma pressão maior sobre a balança – esta registrará um peso superior ao medido com a balança no chão. No entanto, o mesmo aconteceria se, de alguma forma, a gravidade se tornasse mais forte num elevador parado. 
	Num elevador descendo acelerado, sentiremos a gravidade mais fraca.
Atenção
2ª Lei de Newton:
“Princípio Fundamental da Dinâmica”
“A força resultante que atua sobre um corpo é proporcional ao produto da massa pela aceleração por ele adquirida.”
(Isaac Newton)
m=1kg
F= 1N
a= 1 m/s²
A força de 1N aplicada em um corpo de 1kg provoca aceleração de 1m/s²
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FÍSICA, 1º ANO
Lei da Inércia e Ação e Reação
Força Peso
“Todos nós estamos “presos ao chão” por causa da existência de uma Força de Atração do Campo Gravitacional da Terra que nos puxa na vertical, para baixo, com a aceleração gravitacional... O Peso é uma força de campo que atua no campo gravitacional de um corpo celeste, que tem sempre o sentido de aproximar o objeto que está sendo atraído para o centro desse corpo”.
Sendo m a intensidade da massa do objeto e g, a da aceleração da gravidade, seu peso é determinado pelo Princípio Fundamental da Dinâmica.
Lembre-se:
A Força Peso é SEMPRE VERTICAL PARA BAIXO em relação à Terra.
Força Peso
3ª Lei de Newton: LEI DA AÇÃO E REAÇÃO
“A toda ação corresponde uma reação, de mesmo módulo, mesma direção e de sentidos opostos”.
(Isaac Newton)
1. O par ação/reação nunca se equilibra, pois as forças atuam em corpos diferentes.
Observações:
2. O par aparece instantaneamente, então qualquer uma das forças pode ser ação ou reação. 
Alguns exemplos de Ação e Reação
1. Elabore uma explicação para o seguinte fenômeno: coloca-se um cartão sobre a boca de um copo e uma moeda sobre o cartão. Puxando-se rapidamente o cartão, a moeda cai dentro do copo.
R.: Isso ocorre por causa da Inércia. A moeda tende a permanecer em seu estado original, ou seja, como a força foi aplicada apenas no papel a moeda continuou em repouso.
2. Na situação em que alguém empurra um carrinho de compras, suponha que a força horizontal resultante necessária para deslocá-lo apresente intensidade de 30 N. Calcule a aceleração do movimento considerando que a massa total do carrinho e das compras seja igual a 20 kg.
Dados:
FR = 30 N 
a = ?
m = 20 kg
FR = m . a 
30 = 20 . a 
20 . a = 30 
a = 30 
20
a = 1,5 m/s² 
3. Na brincadeira de cabo de guerra, duas equipes competem com o objetivo de fazer com que os integrantes do outro grupo ultrapassem marcações no solo.
a) Faça um esboço da situação e desenhe as forças que cada integrante realiza.
b) Represente a força total de cada equipe e a força resultante da disputa, indicando intensidade, direção e sentido.
c) Indique algum aspecto ou alguma estratégia de jogo que deve ser levada em conta ao montar dois times que disputarão o cabo de guerra. Justifique recorrendo a pelo menos um elemento das leis de Newton.
Equipe 1 ⇒ F1 = 4 N, na horizontal para a esquerda. 
Equipe 2 ⇒ F2 = 4 N, na horizontal para a direita. 
4. Considere as figuras a seguir e indique em seu caderno a direção e o sentido das forças de ação e reação em cada caso.
a)
b)
Vertical para cima.
Horizontal para direita.
8. Para levantar voo, um avião em repouso percorre a pista em 20 s até atingir a velocidade de 40 m/s. Supondo que sua massa total seja de 4.000 kg, determine:
a) a aceleração média até o avião levantar voo.
b) a intensidade da força a que o avião esteve submetido até levantar voo.
Dados:
FR = ?
a = ?
m = 4000 kg
FR = m . a 
FR = 4000 . 2 
Δt = 20 s
Vm= 40 m/s
am = Δv
Δt
am = 40
20
am = 2 m/s²
FR = 8000N 
Força de Atrito: É a força de reação da superfície de contato, quando um corpo tende a se mover por esta superfície. A força de atrito é de oposição ao movimento.
Força de Atrito
Fat
F
Fat = μ . N
Onde:
Fat ⇒ é a Força de atrito.
μ ⇒ é o coeficiente de atrito (depende do material dos corpos em contato e do polimento das superfícies).
N ⇒ é a força de reação normal do plano de apoio.
Atrito Estático: é aquele que atua enquanto não há deslizamento.
Tipos de atritos:
Força de Atrito
Atrito Dinâmico ou cinético: é aquele que atua quando há movimento relativo entre os corpos.
Tipos de atritos:
Força de Atrito
Força elástica: Quando uma mola é deformada, surge uma força restauradora puxando em sentido contrário ao movimento inicial.
Fel = K . x
K: É a constante elástica da mola.
Lei de Hooke
Força elástica
x ou Δx: É a deformação da mola.
Fel: É a força elástica da mola.
Onde:
Força Normal: É a reação da superfície de contato. Ela é sempre perpendicular a superfície de contato.
Força Normal
Corpos em equilíbrio
Uma das condições para haver o equilíbrio de um corpo é que a resultante das forças que agem sobre ele seja nula.
Como o caminhão está em repouso, a força resultante que atua sobre ele é nula.
Exemplo:
Resolução
N1
P
Na pesagem de um caminhão, no posto fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças. Sobre cada balança são posicionadas todas as rodas de um mesmo eixo. As balanças indicaram 30000N, 20000N, e 10000N.
A partir desse procedimento é possível concluir que o peso do caminhão é de:
20.000 N
25.000 N
30.000 N
50.000 N
60.000 N
P = N
N2
N3
a
m
F
R
r
r
.
=
BA
AB
F
F
r
r
-
=
123
PNNN
=++
10.00020.00030.000
P
=++
60.000
PN
=