FÍSICA Ensino Médio, 1º ANO Teorema do Impulso.

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1 FÍSICA Ensino Médio, 1º ANO Teorema do Impulso

2 Como são produzidas as Auroras Boreais?
Você já parou para pensar... Como são produzidas as Auroras Boreais? Como os foguetes se deslocam no espaço? Como funcionam os Air Bags?

3 Ao final dessa aula, você terá adquirido conhecimentos suficientes para responder a esses questionamentos.

4 Impulso Grandeza que relaciona a força aplicada em um corpo com o respectivo intervalo de tempo de aplicação dessa força. 𝑰 = 𝑭 ∙∆𝒕 𝑰≡𝑰𝒎𝒑𝒖𝒍𝒔𝒐 𝑭≡𝑭𝒐𝒓ç𝒂 ∆𝒕≡𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒗𝒂𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 O IMPULSO é uma GRANDEZA VETORIAL, ou seja, necessita de INTENSIDADE, DIREÇÃO e SENTIDO para ser determinado.

5 Impulso Ao empurrarmos um carro, por exemplo, quanto maior a intensidade da força e o tempo de atuação dessa força, maior será o impulso aplicado no carro, visto que eles são diretamente proporcionais. O Impulso possui a mesma direção e sentido que a força de aplicação.

6 Impulso Os canhões de longo alcance possuem canos compridos, pois quanto mais longo for, maior será a velocidade de saída da bala. Isso ocorre porque a força aplicada no projétil durante explosão da pólvora atua nele por um tempo maior, aumentando o impulso exercido no projétil. O mesmo ocorre com os rifles em relação aos revólveres.

7 Impulso A intensidade do impulso pode ser calculada através da Área do gráfico Força versus Tempo para o intervalo de tempo considerado.

8 Quantidade de Movimento
O que é mais difícil: parar um caminhão pesado ou um carro que esteja se movendo com a mesma velocidade? O Caminhão, claro!!! Como o caminhão tem maior massa, tem mais inércia em movimento, consequentemente, maior quantidade de movimento.

9 𝑸 =𝒎∙ 𝒗 Quantidade de Movimento
Grandeza que relaciona a massa de um corpo com a sua respectiva velocidade. 𝑸≡𝑸𝒕𝒅𝒆. 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒗𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒎≡𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒗≡𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝑸 =𝒎∙ 𝒗 A QUANTIDADE DE MOVIMENTO também é uma GRANDEZA VETORIAL, ou seja, necessita de INTENSIDADE, DIREÇÃO e SENTIDO para ser determinada.

10 Quantidade de Movimento
𝑸 𝒗 A quantidade de movimento possui a mesma direção e sentido da velocidade. Percebam que há uma equivalência entre as unidade de medida do Impulso e da Quantidade de movimento:

11 Teorema do Impulso o impulso da resultante das forças que atuam sobre um corpo, num determinado intervalo de tempo, é igual à variação da quantidade de movimento do corpo no mesmo intervalo de tempo

12 Teorema do Impulso Ex.: O Air Bag
Para o mesmo intervalo de tempo, o impulso da força resultante é igual à variação da quantidade de movimento. Ex.: O Air Bag “uma variação rápida na Quantidade de movimento necessita de uma força grande, enquanto uma variação lenta da Quantidade de movimento necessita de uma força menor.”

13 Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento
Leia as tirinhas abaixo e responda à questão... Nessa história todos os meninos ganham ou perdem figurinhas. Mas há algo que se conserva. O que é?

14 Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento
Você deve ter percebido que a quantidade total de figurinhas se conserva, já que nenhuma delas foi destruída ou perdida, como no último quadrinho da história. Mas como essa ideia de conservação pode se aplicar ao estudo dos movimentos? René Descartes, filósofo do século XVII, foi quem primeiro a empregou. Segundo ele, Deus teria criado no Universo uma quantidade certa de repouso e movimento que permaneceriam eternamente imutáveis. Embora a Física atual não utilize ideias religiosas, a noção de conservação dos movimentos presentes na concepção de Descartes ainda permanece válida. Ou seja, se um corpo perde seu movimento, um outro corpo deve receber esse movimento, de modo que a quantidade de movimento total se mantém sempre a mesma. Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento

15 Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento
Na ausência de forças externas, a quantidade de movimento de um sistema permanece constante Do Teorema do Impulso Como Obs.: Mesmo que a Energia Mecânica varie, a quantidade de movimento pode permanecer constante .. Isto é, os princípios da conservação de energia e da quantidade de movimento são independentes.

16 Auroras Boreais Partículas carregadas do vento solar são aceleradas pelas linhas de campo magnético terrestre. Elas colidem com as moléculas da atmosfera, que ganham energia interna (seus elétrons são “excitados”). Posteriormente, ao perder essa energia excedente, as moléculas emitem luz, criando a Aurora (Boreal ou Austral)

17 Colisões Uma colisão é uma interação com duração limitada entre dois ou mais corpos. Numa Colisão há troca de quantidade de movimento e energia em consequência de sua interação. Veremos colisões envolvendo apenas dois corpos que estarão livres de qualquer força externa, ou seja, a força externa será menor que as forças envolvidas nas colisões e portanto desprezíveis.

18 Colisões

19 Colisões A quantidade de movimento do sistema é conservado, já que a resultante das forças externas são desprezíveis. A quantidade de movimento final será igual à inicial. Se a energia total não variar na colisão, então a Energia Cinética do sistema é conservada. Nessa situação, a colisão é chamada de COLISÃO ELÁSTICA. Ex: bolas de bilhar. Nas colisões do dia-a-dia, parte da Energia Cinética é transformada para outras formas de energia, como sonora e térmica. Sendo assim, a energia total do sistema não se conserva. Nessa situação, a colisão é chamada de COLISÃO INELÁSTICA. Ex: Colisão de automóveis.

20 Colisões colisão perfeitamente inelástica colisão elástica

21 Colisão Perf. Inelástica
Coeficiente de Restituição O coeficiente de restituição é definido como sendo a razão entre a velocidade de afastamento e a de aproximação. O coeficiente de restituição é um número puro (grandeza adimensional), extremamente útil na classificação e equacionamento de uma colisão: Colisão Elástica vafast. = vaprox. e = 1 Colisão Inelástica vafast. < vaprox 0 < e < 1 Colisão Perf. Inelástica vafast. = 0 e = 0

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Vamos Exercitar?

23 Exercício 01 (U. Braz Cubas-SP) A força que age em um corpo variou segundo o gráfico dado. O impulso que a força imprimiu ao corpo foi de: RESOLUÇÃO a) 150 N.s. a) 150 N.s. b) 300 N.s. c) 40 N.s. d) 20 N.s. e) n.d.a.

24 Exercício 02 RESOLUÇÃO (UFC-CE) Na superfície de um lago congelado (considere nulo o atrito), um menino de 40 kg empurra um homem de 80 kg. Se este adquirir a velocidade de 0,25 m/s, o menino: a) escorregará, em sentido contrário, com velocidade igual em módulo. b) ficará parado. c) deslizará, em sentido oposto, com velocidade de 0,50 m/s. d) deslizará, para trás, com velocidade de 2 m/s. e) n.d.a. c) deslizará, em sentido oposto, com velocidade de 0,50 m/s.

25 Exercício 03 Na figura representada, um homem de massa M está de pé sobre uma tábua de comprimento L, que se encontra em repouso numa superfície sem atrito. O homem caminha de um extremo a outro da tábua. Que distância percorreu a tábua em relação ao solo se sua massa é M/4 ?

26 L ANTES D L - D DEPOIS

27 Exercício 04 Um bloco, viajando com uma determinada velocidade, choca-se plasticamente com outro bloco de mesma massa, inicialmente em repouso. Determine a razão entre a energia cinética do sistema antes e depois do choque. A ANTES B DEPOIS B A

28 Exercício 05 Um pequeno vagão, de massa 90kg, rola à velocidade de 10m/s, sobre um trilho horizontal. Num determinado instante cai verticalmente, de uma correia transportadora, sobre o vagão, um saco de areia de 60kg. Determine a velocidade do vagão carregado.

29 Exercício 06 Um carro de corrida de massa 800kg entra numa curva com velocidade 30m/s e sai com velocidade de igual módulo, porém numa direção perpendicular à inicial, tendo sua velocidade sofrido uma rotação de 90°. Determine a intensidade do impulso recebido pelo carro.

30 Exercício 07 Uma bala de 0,20kg tem velocidade horizontal de 300m/s; bate e fica presa num bloco de madeira de massa 1,0kg, que estão em repouso num plano horizontal, sem atrito. Determine a velocidade com que o conjunto (bloco e bala) começa a deslocar-se.

31 Exercício 08 Um pêndulo balístico de massa 2 kg, atingido por um projétil de massa 10 g com velocidade 402 m/s, colide frontal e elasticamente com um bloco de massa 2,01 kg. Após a colisão, o bloco desliza, sobre uma mesa, parando em 1,0 s. Considerando g = 10 m/s², determine o coeficiente de atrito entre a mesa e o bloco. Considere que o projétil se aloja no pêndulo.

32 Colisão entre a bala e o bloco
No choque frontal e elástico entre corpos de mesma massa há troca de velocidades. Logo a velocidade inicial do bloco que se encontra sobre a mesa é:

33 Extras VÍDEOS DO YOUTUBE
Renault mostra como funciona um airbag: Phineas e Ferb no espaço sideral: Aurora Boreal e Austral: LABORATÓRIO VIRTUAL Feira de Ciências: Romero Tavares: EXPERIÊNCIA/EXPERIMENTO Brincando com o Pêndulo de Newton:  Modelo de foguete: Impulso e quantidade de movimento na cobrança de pênalti: Impulso: O uso da Força no mínimo tempo: SIMULAÇÕES  Impulso e Quantidade de movimento: Laboratório de Colisões: Colisões Elástica e Inelástica: Pêndulo de Newton: Extras

34 LINKS ÚTEIS Adoro Física: Educação através de quadrinhos: LIVROS Livro - pef - mecânica - fascículo 09 - quantidade de movimento: LEITURA RECOMENDADA Lei de conservação da quantidade de movimento (Aplicações para fluidos - Foguetes):  Leituras de Física (GREF): CURIOSIDADES AIRBAGS: A tecnologia do air-bag: AURORA BOREAL (OU AURORA POLAR): LISTAS DE EXERCÍCIOS   Extras

35 Bibliografia BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010. GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, 2011. GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, 2011. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015. < Acesso em 17/07/2015.