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8.5 – Centro de massa Posição do centro de massa de um sistema de N partículas: Média, ponderada pelas massas, das posições das partículas 1 2 i Em componentes:

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1 8.5 – Centro de massa Posição do centro de massa de um sistema de N partículas: Média, ponderada pelas massas, das posições das partículas 1 2 i Em componentes: (idem para y e z)

2 (c) Em geral, o centro de massa é um ponto intermediário entre x 1 e x 2 : x x CM m x=0 2m x=L 2/31/3 (a) x x CM (b) x x CM Exemplos em 1D: 2 partículas Kits LADIF

3 Exemplo: sistema de 3 partículas em 2D

4 Distribuições contínuas de massa (qualitativo) Objeto homogêneo com centro geométrico: CM no centro Objeto com eixo de simetria: CM ao longo do eixo Note que o c.m. pode estar localizado fora do objeto

5 Movimento do centro de massa Velocidade do centro de massa: Massa total: (momento linear total) Momento linear total é igual à massa total multiplicada pela velocidade do centro de massa

6 Como vimos na aula passada, se a resultante das forças externas for nula, ou se o sistema for isolado: Vídeo: Physics Demonstrations in Mechanics: Part II, No. 5 Exemplo: Y&F 8.14 E se houver força externa resultante não-nula? Derivando mais uma vez:

7 Pela 2ª Lei de Newton: Somatório de todas as forças que atuam sobre todas as partículas Soma das forças externas Soma das forças internas Como vimos na aula passada, pela 3ª Lei de Newton: (pares ação e reação se cancelam)

8 Assim: O centro de massa se move como uma partícula que concentrasse toda a massa do sistema, sob ação da resultante das forças externas Vídeo: Physics Demonstrations in Mechanics: Part II, No. 6 Ou:

9 Colisões no referencial do centro de massa: ausência de forças externas, velocidade do c.m. permanece inalterada pela colisão referencial do c.m. é inercial Mostrar applet: B A Referencial do c.m. A B A B Referencial do laboratório Trajetória do c.m. C.m. está parado A B Velocidades no referencial do centro de massa:

10 Conservação do momento linear: Momento linear também se conserva no referencial do centro de massa (como esperado, pois trata-se de um referencial inercial)

11 Energia cinética no referencial do lab: Antes: Mudança de variáveis para velocidade do c.m. e velocidade relativa: Invertendo, obtemos:

12 Substituindo na expressão para a energia cinética: Após alguma álgebra (quadro negro): Definindo: (massa total) e (massa reduzida)

13 Obtemos finalmente: Energia cinética do movimento do centro de massa Energia cinética do movimento relativo Análise: 1. Parece com a expressão da energia cinética de duas partículas 2. No referencial do c.m., temos: Ou seja, a energia cinética depende do referencial, e a energia cinética mínima é aquela calculada no referencial do c.m.

14 3. Antes e depois de uma colisão, a velocidade do c.m. não varia, de modo que a variação da energia cinética é: Ou seja, a variação de energia cinética não depende do referencial (como esperado) 4. Em uma colisão elástica, temos: Ou seja, o módulo da velocidade relativa não é alterado pela colisão

15 5. A perda máxima de energia cinética (colisão totalmente inelástica), ocorre quando: Desta forma, explica-se porque as partículas ficam grudadas depois de uma colisão totalmente inelástica 0

16 8.6 – Propulsão de um foguete Exemplo de movimento de um sistema de massa variável: Instante t Massa m Instante t + dt m +dm dm < 0 -dm Velocidade de exaustão dos gases relativa ao foguete

17 Conservação do momento linear: Infinitésimo de ordem superior Força de propulsão do foguete (proporcional à taxa e à velocidade de exaustão) Note que, ainda que a força seja supostamente constante, a aceleração aumenta com o tempo, pois a massa diminui continuamente

18 Cálculo da velocidade: Exemplo: Y&F 8.16

19 Próximas aulas: 4a. Feira 26/10: Aula de Exercícios (sala A-327) 6a. Feira 28/10: Feriado 4a. Feira 02/11: Feriado 6a. Feira 04/11: Aula Magna (sala A-343) e Testes do Cap. 8


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