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O movimento, o equilíbrio e a descoberta de leis físicas

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Alan Barra

on 7 June 2014

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Transcript of O movimento, o equilíbrio e a descoberta de leis físicas

Relação histórica entre força e movimento
Conceito de inércia
"Inércia é a propriedade que a matéria tem de manter o seu estado, seja ele de movimento, ou seja ele de repouso."

Princípio: "Todo corpo permanece em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que alguma força haja sobre ele"

1ª Lei de Newton - Princípio da Inércia
Quando estamos dentro de um carro, e este contorna uma curva, nosso corpo tende a permanecer com a mesma velocidade vetorial a que estava submetido antes da curva, isto dá a impressão que se está sendo "jogado" para o lado contrário à curva. Isso porque a velocidade vetorial é tangente a trajetória.

Quando estamos em um carro em movimento e este freia repentinamente, nos sentimos como se fôssemos atirados para frente, pois nosso corpo tende a continuar em movimento. estes e vários outros efeitos semelhantes são explicados pelo princípio da inércia, cujo enunciado é:

"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento."
Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia, se alguém, ou alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente se zero.
Grandezas fundamentais da mecânica:
Casos especiais de movimentos e suas regularidades observáveis
Noção de sistemas de referência inerciais e não inerciais
O movimento, o equilíbrio e a descoberta de leis físicas

Tempo
Medida de duração dos seres sujeitos à mudança da sua substância ou a mudanças acidentais e sucessivas da sua natureza, apreciáveis pelos sentidos orgânicos
Espaço
Distância linear entre duas coisas ou objeto
Movimento
Relação entre um espaço percorrido e o tempo gasto no percurso, no movimento uniforme. 6 Rapidez com que um corpo se desloca
Aceleração
Variação de velocidade que, em cada unidade de tempo, sofre um corpo em movimento; é uma quantidade vetora que exige especificação de grandeza e direção, assim como de sentido
Galileu
Aristóteles
As relações entre força e movimento sempre foram objeto de estudo desde a antiguidade. O filósofo Aristóteles, por exemplo, analisando estas relações, acreditava que um corpo só poderia permanecer em movimento se existisse uma força atuando sobre ele. Se um Corpo estivesse em repouso e nenhuma força atuasse sobre ele, este corpo permaneceria em repouso. Quando uma força agisse sobre o corpo, ele se poria em movimento, mas, cessando a ação da força, o corpo voltaria ao repouso
Utilizando uma metodologia de estudo diferente da de Aristóteles, na qual ele aliava a descrição matemática da natureza com experimentos científicos, Galileu pôde se afastar de diversas ideias relacionadas ao pensamento aristotélico
Estando uma esfera em repouso sobre uma superfície horizontal, Galileu observou que, empurrando-a com uma certa força, ela entrava em movimento. Entretanto a esfera continuava a se mover, percorrendo uma certa distancia, mesmo depois que ele deixava de empurrá-la. Assim, Galileu verificou que um corpo podia estar em movimento sem a ação de uma foça que o empurrasse
Repetindo a Experiência, usando uma superfície horizontal mais lisa, ele observou que o corpo percorria uma distância maior após cessar a ação da força. Basenando-se em uma série de experiências semelhantes, Galileu concluiu que o corpo parava, após cessado o empurrão, em virtude da ação do atrito entre a superfície e o corpo, cujo o efeito seria sempre o de retardar o seu movimento.
Assim, se fosse possível eliminar totalmente a ação do atrito, o corpo continuaria a se mover indefinidamente, sem nenhum retardamento, isto é, em movimento retilíneo uniforme
Descrições do movimento e sua interpretação:
Quantificação do movimento e sua descrição matemática e gráfica
Moving Man
Aceleração
Movimento Retilíneo Uniforme
Movimento Retilíneo Uniformemente Variado
De acordo com a Primeira Lei de Newton, sabemos que uma partícula em repouso (parada) permanecerá em repouso; e uma partícula em movimento permanecerá em movimento, com velocidade constante, até que uma força externa atue sobre elas. Portanto, essa lei diz que uma partícula isolada está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme
Podemos encontrar diferentes observadores inerciais em um movimento uniforme relativo. Dessa forma, um corpo livre que se encontra em repouso em relação a um observador inercial pode ser considerado em movimento, possuindo uma velocidade constante em relação a outros observadores inerciais.

Por exemplo, quando temos um carro fazendo uma curva, em relação à superfície da Terra, podemos dizer que o vetor velocidade do carro varia, ou seja, ele não é constante. Isso significa que o carro fazendo a curva não pode ser considerado um referencial inercial, pelo fato de ele estar em movimento acelerado.
Quando estamos enunciando a lei da inércia, ou seja, a Primeira Lei de Newton, temos que indicar ao que ou a quem está sendo referido o movimento do corpo livre em movimento.

Temos a possibilidade de admitir que o movimento do corpo é relativo a um observador (ele próprio), a uma outra partícula ou a um sistema livre. Para o sistema livre, o móvel não sofre interação com o restante do universo.

Esse observador é dito um observador inercial e o sistema de referência que ele utiliza recebe o nome de sistema inercial de referência
Sendo assim, podemos fazer a seguinte definição:

"Referencial inercial é um sistema de coordenadas para o qual vale a Primeira Lei de Newton"

A Terra, em virtude do seu movimento de rotação, não pode ser rigorosamente considerada um referencial inercial.

Contudo, quando estudamos movimentos de pequena duração, podemos desprezar os efeitos de sua rotação e considerar a Terra como sendo um referencial inercial.
Noção dinâmica de massa e quantidade de movimento (momento linear)
Força e variação da quantidade de movimento.
Leis de Newton
1ª Lei de Newton
Princípio da Inércia
"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento."

Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia, se alguém, ou alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente se zero.
2ª Lei de Newton Princípio Fundamental da Dinâmica
Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.
A 2ª lei de Newton diz que a Força é sempre diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa em módulo: F=m.a
3ª Lei de Newton
Princípio da Ação e Reação
Quando uma pessoa empurra um caixa com um força F, podemos dizer que esta é uma força de ação. mas conforme a 3ª lei de Newton, sempre que isso ocorre, há uma outra força com módulo e direção iguais, e sentido oposto a força de ação, esta é chamada força de reação.
Esta é o princípio da ação e reação, cujo enunciado é:
"As forças atuam sempre em pares, para toda força de ação, existe uma força de reação."
Onde:
F
é a resultante de todas as forças que agem sobre o corpo (em N);

m
é a massa do corpo a qual as forças atuam (em kg);

a
é a aceleração adquirida (em m/s²).

A unidade de força, no sistema internacional, é o N (Newton), que equivale a kg m/s² (quilograma metro por segundo ao quadrado)
Centro de massa e a idéia de ponto material
Conceito de forças externas e internas
Forças internas e externas

Força interna: É uma força exercida por um dos corpos que faz parte desse sistema.

Força externa: É uma força exercida por um corpo que não faz parte do sistema

Lei da conservação da quantidade de movimento (momento linear) e teorema do impulso
Momento de uma força
Condições de equilíbrio estático de ponto material e de corpos rígidos
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