Ciências da Natureza e suas

Apresentação em tema: "Ciências da Natureza e suas"— Transcrição da apresentação:

1 Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física Ensino Médio, 1ª Série Peso

2 Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...
Massa e Peso são a mesma coisa? Imagem: NASA / Domínio Público Por que os astronautas parecem flutuar quando estão no espaço? Por que, quem está do outro lado do mundo, não “cai para baixo”? Mas, antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...

3 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”. KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva Sendo m a intensidade da massa do objeto e g, a da aceleração da gravidade, seu peso é determinado pelo Princípio Fundamental da Dinâmica. Imagem: Oleg Alexandrov / Domínio Público 𝑷 =𝒎∙ 𝒈 𝐹 𝑅 =𝑚∙ 𝑎 → 𝒐𝒏𝒅𝒆 𝑷≡𝑭𝒐𝒓ç𝒂 𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒎 ≡𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒓𝒑𝒐 𝒈≡𝑨𝒄𝒆𝒍𝒆𝒓𝒂çã𝒐 𝒅𝒂 𝒈𝒓𝒂𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝑵𝒂 𝑻𝒆𝒓𝒓𝒂 𝒈=𝟗,𝟖𝟏 𝒎/𝒔𝟐

4 Todas as imagens desse slide foram produzidas pelo Prof. Leandro Lima
Força Peso 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 Todas as imagens desse slide foram produzidas pelo Prof. Leandro Lima 𝑃 𝑃 𝑃 𝐹 Lembre-se: A Força Peso é SEMPRE VERTICAL PARA BAIXO em relação à Terra.

5 Massa Inercial e Massa Gravitacional são a mesma coisa?
Quando os Principia foram escritos por Newton, fazia-se distinção entre os conceitos de Massa Inercial e Massa Gravitacional. Imagem: Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público Essa diferença foi superada pela Teoria da Relatividade Geral, Albert Einstein, que se baseia no fato de que Massa é justamente o conceito que mede duas variáveis distintas: a Inércia e a Gravitação. KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva

6 Gráfico do Peso X Distância em relação à superfície da Terra
d d Força Distância Força Distância 1d 2d d d d Força gravitacional ~1/d² EXEMPLO: Se uma maçã pesa 1N na superfície da Terra, ela pesaria apenas ¼ N a uma distância duas vezes maior em relação ao centro da Terra. A uma distância três vezes maior, ela pesaria apenas 1/9 N. E assim sucessivamente. Obs.: Esse gráfico é conhecido como hipérbole cúbica

7 O que de fato as balanças medem?
Imagem: Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic Quando subimos numa balança, costumamos dizer que vamos nos pesar. Mas balanças, por definição, medem massa. Então o correto seria dizer que "vamos nos massar". Imagem: Namtoagaowen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported É claro que dizemos "vamos nos pesar" por uma questão cultural e, de fato, na linguagem cotidiana isso não tem nenhuma relevância.

8 O que de fato as balanças medem?
O mecanismo pelo qual a balança obtém a massa do corpo depende do seu princípio de funcionamento. Imagem: Lilly_M / GNU Free Documentation License Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentation License Imagem: Rohgoyal / Domínio Público

9 Força Normal É a força de reação que uma superfície exerce sobre um corpo nela apoiado. Imagem: Stannered / Domínio Público Ela tem esse nome por sempre formar um ângulo de 90º com a superfície. Em deslocamentos horizontais ou repouso, a força resultante vertical é zero. Nesse caso, N = P.

10 Todas as imagens desse slide foram produzidas pelo Prof. Leandro Lima
Força Normal 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁 = 0 Pois o corpo não está apoiado em nenhuma superfície Todas as imagens desse slide foram produzidas pelo Prof. Leandro Lima 𝑁 𝑁 𝐹 𝑁 Lembre-se: A Força Normal é SEMPRE PERPENDICULAR à superfície de apoio.

11 O que de fato as balanças medem?
Imagem: Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic As balanças de farmácia, que são as mais comuns, medem a Força Normal e não o Peso. De fato, a balança mede a NORMAL, mas nos informa o que seria a massa de um objeto único que estivesse colocado sobre ela. Outro argumento é o de que a balança deve estar na horizontal, para medir corretamente, pois, caso contrário, pode dar medidas (indiretas) erradas de massa. Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentaion License

12 Balança ou Dinamômetro ?
O que indica a leitura? Elevador descendo acelerado. O que indica a leitura?

13 Atenção Consideremos a seguinte situação:
Se nos pusermos em cima de uma balança, dentro de um elevador subindo, os nossos pés exercerão uma pressão maior sobre a balança – que registrará um peso superior ao medido com a balança no chão (figura a, ao lado). Num elevador descendo acelerado, sentiremos a gravidade mais fraca. (figura b, abaixo).

14 Balança ou Dinamômetro ?
Em Repouso ou M.R.U. N = P = m.g Leitura da “balança” = NORMAL = PESO Sobe em Movimento Acelerado = Desce Retardado N > P  FR = m.aelev.  N – P = m.aelev.  N – m.g = m.aelev.  N = m(g + aelev.) Leitura da “balança” AUMENTA Sobe em Movimento Retardado = Desce Acelerado N < P  FR = m.aelev.  P – N = m.aelev.  m.g – N = m.aelev.  N = m(g – aelev.) Leitura da “balança” DIMINUI Queda Livre  aelev. = g N = m(g – aelev.)  N = 0 IMPONDERABILIDADE

15 Imponderabilidade Numa conferência em Kyoto em 1922, Einstein descreveu um momento de inspiração que teve em 1907: “Encontrava-me sentado no gabinete de patentes em Berna, quando, de repente, me ocorreu um pensamento: se uma pessoa cair livremente, não sentirá o seu próprio peso. Fiquei surpreso. Esse simples pensamento causou-me uma profunda impressão. Levou-me a elaborar a teoria da gravitação.” Imagem: Shane Hollar / US Navy / Public Domain.

16 Imagem: Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público
Vamos Exercitar?

17 Exemplo 01 Resolução Resposta: E)
(PUC-RIO 2008) Um balão de ar quente, de massa desprezível, é capaz de levantar uma carga de 100 kg mantendo durante a subida uma velocidade constante de 5,0 m/s. Considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s², a força que a gravidade exerce (peso) no sistema (balão + carga), em Newtons, é: A) 50 B) 100 C) 250 D) 500 E) 1000 Resolução Sabemos que: P = m.g  P = Logo: P = 1000 N Resposta: E)

18 Exemplo 02 Na Terra, num local em que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2, um corpo pesa 98 N. Esse corpo é, então levado para a Lua, onde a aceleração da gravidade vale 1,6 m/s2. Determine a massa e o peso desse corpo na Lua. Resolução Sabemos que: P = m.g  Na Terra: 98 = mT.9,8 Logo: mTerra = 10 kg = mLua Então: P = m.g  Na Lua: PLua = 10.1,6 Logo: PLua = 16 N

19 Exemplo 03 ocupa massa maior peso gravidade
Complete as frases abaixo, usando as palavras que se seguem: menor/massa/maior/gravidade/peso/ocupa Matéria é tudo que _____________ lugar no espaço. A ____________ é a quantidade de matéria que um corpo possui. E o peso depende da ação da _______________. Quanto maior for a força da gravidade, _____________ é o peso de um corpo. Mas quanto menor for a força da gravidade, menor é o ___________ de um corpo. ocupa massa gravidade maior peso

20 Exemplo 04 Resolução Fuvest-SP Na pesagem de uma caminhão, no posto fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças. Sobre cada balança, são posicionadas todas as rodas de uma mesmo eixo. As balanças indicam N, N N Como o caminhão está em repouso, a força resultante que atua sobre ele é nula. N3 N1 N2 𝐹 𝑅 = 0 A partir desse procedimento é possível concluir que o peso do caminhão é de: a) N b) N c) N d) N e) N P

21 Exemplo 05 Resolução FY F FX
(Unifesp) Suponha que um comerciante inescrupuloso aumente o valor assinalado pela sua balança, empurrando sorrateiramente o prato para baixo com uma força F de módulo 5,0 N, na direção e sentido indicados na figura. Fazendo a decomposição da força, temos que: FY Com essa prática ele consegue fazer que uma mercadoria de massa 1,5 kg seja medida por essa balança como se tivesse massa de: F 37º F FX 37° 88.88 Dados: sen 37º = 0,60; cos 37º = 0,80 g = 10m/s². 3,0kg d) 1,8kg 2,4kg e) 1,7kg 2,1 kg A força FX é a única que pode contribuir para alterar a leitura da balança. Vamos calcular o valor de FX.

22 Resposta: LETRA D 𝐹 𝑥 =3,0 𝑁 𝑚 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =1,8 𝑘𝑔
𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =15+3,0 = 18 N Para um peso aparente de 18 N e uma aceleração da gravidade de 10 m/s2, a massa aparente registrada na balança será: 𝐹 𝑥 =5,0∙0,6 𝐹 𝑥 =3,0 𝑁 𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑚 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 .𝑔 A leitura da balança será influenciada pela ação da força peso P da mercadoria e da força FX, pois ambas atuam na vertical para baixo. É claro que essas duas forças darão origem a um peso aparente. 𝑚 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 18 10 𝑚 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =1,8 𝑘𝑔 𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =𝑚.𝑔+ 𝐹 𝑥 𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =1,5∙10+3,0 Resposta: LETRA D

23 Exemplo 06 Vertical para cima
a) A leitura da balança, 650N, é o valor da força normal que ela exerce sobre o idoso. A direção é vertical e o sentido é para cima. UFRJ Uma pessoa idosa, de 68kg, ao se pesar, o faz apoiada em sua bengala como mostra a figura: Com a pessoa em repouso a leitura da balança é de 650N. Considere g=10 m/s². a) Calcule o módulo da força que a balança exerce sobre a pessoa e determine a direção e o sentido. b) Supondo que a força exercida pela bengala sobre a pessoa seja vertical, calcule o seu módulo e determine o seu sentido. b) O peso do idoso pode ser calculado pela relação: Parte da força que o idoso exerce sobre a balança é aliviada pelo apoio exercido pela bengala no chão. O módulo da força que a bengala exerce sobre o idoso pode ser calculado da seguinte forma: Vertical para cima

24 Extras VÍDEO DO YOUTUBE SIMULAÇÃO EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS
Gravidade Link: SIMULAÇÃO Uma Questão de Gravidade Link: EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS O problema do elevador (Numa régua plástica) Link: Sem peso! Link: Acelerações maiores que 'g' - a bola e o copo (Paradoxo da queda livre) Link: CURIOSIDADES Besouro Rinoceronte – Um mito da Natureza Link: Como as formigas conseguem carregar tanto peso? Link: Microgravidade e os Efeitos da Microgravidade sobre o homem Link: LISTA DE EXERCÍCIOS Sala de Física Link: Extras

25 Obrigado pela Atenção!

26 Bibliografia BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 01. São Paulo: Editora FTD, 2010. GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Ática, 2011. GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 01. São Paulo: Editora Scipione, 2011. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012. < Acesso em 07/06/2012.

27 Tabela de Imagens n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 2 NASA / Domínio Público 12/09/2012 3 Oleg Alexandrov / Domínio Público 5 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público 7a Namtoagaowen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 7b Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic 8a Lilly_M / GNU Free Documentation License 8b Berthold Werner / GNU Free Documentation License 8c Rohgoyal / Domínio Público 9 Stannered / Domínio Público

28 Tabela de Imagens n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 11a Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic 12/09/2012 11b Berthold Werner / GNU Free Documentation License 15 Shane Hollar / US Navy / Public Domain. 16 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público