AULA 6 CURSO PRÉ-FÍSICA 2015/1 Forças Monitores: Hugo Brito Natalia Garcia http://paginapessoal.utfpr.edu.br/cdeimling

O conceito de força Pré Física – Aula 6 A força é um conceito fundamental da física , é uma grandeza vetorial que tem a capacidade de vencer a inércia de um corpo, modificando-lhe o seu estado de movimento ou causando deformações.

Natureza das forças Pré Física – Aula 6 Forças dissipativas Como sabemos, existem vários tipos de forças as mais conhecidas são: força peso, força elástica, força de tração (ou tensão), força elétrica, força magnética, força de atrito, etc. Mas podemos dividi-las em dois grupos: - Forças conservativas Forças dissipativas

Forças Conservativas Pré Física – Aula 6 As forças conservativas, são forças que realizam trabalho independente de sua trajetória, apenas do seu deslocamento. As forças conservativas podemos associar uma energia potencial, ou seja uma energia que pode manifestar-se a qualquer momento, que por sua vez compõe a energia mecânica do sistema. São exemplos de forças conservativas: Peso Força elástica Força elétrica

Forças Dissipativas Pré Física – Aula 6 Forças dissipativas são forças que realizam trabalho dependendo de sua trajetória. Ou seja, o trabalho realizado não pode ser calculado apenas sabendo o seu deslocamento, pois para um mesmo deslocamento, existem infinitas trajetórias. Essas forças ao atuarem, retiram parte da energia mecânica do sistema, por isso chamam-se dissipativas. Exemplo de forças dissipativas: Arrasto Atrito

Força Peso Pré Física – Aula 6 Talvez a força mais conhecida seja a força peso. A força da gravidade sempre atrai os corpos mutuamente por meio da ação do seu campo. A força peso é descrita por: Onde P é o módulo da força peso, m é a massa do corpo e g a aceleração da gravidade.

Força Normal Pré Física – Aula 6 A força normal é uma força de reação ao contato de um corpo à uma superfície. E SEMPRE PERPENDICULAR À SUPERFÍCIE A força normal não possui uma fórmula característica, devemos sempre nos orientar pela Terceira Lei de Newton que diz: “Toda ação sofre uma reação de mesma intensidade, mesma direção mas sentido oposto”.

Força de Atrito Pré Física – Aula 6 𝐹 𝑎𝑡 =𝜇 𝐹 𝑁 A força de atrito é uma força de oposição (que tende a segurar, parar) ao movimento. Portanto seu vetor sempre estará no sentido contrário do movimento em questão. A força de atrito é uma força dissipativa ou seja: ela altera a energia mecânica do sistema, por não poder ter uma energia potencial associada. Toda energia retirada pela força de atrito não volta ao sistema e é convertida em calor. OBS: Um corpo que está em uma superfície com ação da força de atrito, só entra em movimento quando a força aplicada nesse corpo vence a Fat estática. *Onde μ é o coeficiente de atrito (estático ou dinâmico) e 𝐹 𝑁 é a força normal Seu módulo é dado por: 𝐹 𝑎𝑡 =𝜇 𝐹 𝑁

Força de Tração (ou Tensão) Pré Física – Aula 6 Força de Tração (ou Tensão) A força de tração está presente em corpos que servem para puxar outros corpos, uma corda por exemplo. A tração tende à deformar os corpos em que atua, mas para nossos estudos, vamos considerar estes fios sendo ideais (massa nula e inextensíveis). A tração também não tem uma fórmula particular, achamos seu módulo ao analisarmos o sistema em questão.

Força Elástica Pré Física – Aula 6 A força elástica está relacionada à corpos elásticos, que possuem a capacidade de esticar e voltar ao seu estado original. Vendo isso, o inglês Robert Hooke constituiu uma lei que relaciona a força exercida com a deformação criada nesses corpos. A conhecida lei de Hooke. Onde k é a constante elástica do corpo e x é o deslocamento

Exemplo 6.2: Uma massa m = 2 kg é presa à extremidade de uma mola verticalmente pendurada, cuja constante elástica vale 150N/m. Considerando g = 10m/s², qual será a deformação da mola? Resposta: F – P = 0 Kx = mg 150x = 20 x = 0,133 m

Translado de vetores Pré Física – Aula 6 Nos exemplos de forças que vimos nos últimos slides notamos que as setas que indicam os vetores das forças estão sempre em lugares padronizados, porém isso não é uma regra e podemos colocar as setas (significa aplicar a força) em outra parte do corpo, isto não altera em nada o sistema. De um modo mais prático significa que aos olhos da física, tanto faz empurrarmos um bloco ou puxá-lo com uma corda! O efeito de uma força não é alterado quando esta é aplicada em diferentes pontos do corpo, desde que esta seja aplicada ao longo de sua linha de aplicação.

Pré Física – Aula 6 Translado de vetores

Condição de Equilíbrio Pré Física – Aula 6 Condição de Equilíbrio Ao falarmos de equilíbrio, já imaginamos obviamente sistemas equilibrados, ou seja: sistemas onde o somatório de forças é sempre zero, como em um prédio, em um vaso de planta pendurado, em um carro parado numa subida. Mas note que normalmente associamos o equilíbrio às coisas paradas. Será que isto está correto? Lembre-se que dizer que algo esta parado depende do referencial.

Condição de Equilíbrio Pré Física – Aula 6 Condição de Equilíbrio De fato está! Mas temos que pensar que nem sempre o objeto estará estático, fixo. Lembre-se sempre que equilíbrio significa que não há força resultante, se lembrarmos da primeira lei de Newton perceberemos que existem dois tipos de equilíbrio: Equilíbrio Estático (V=0) 𝑭 =0 Equilíbrio Dinâmico (V=cte≠0) 𝑭 =ma

Equilíbrio Estático Pré Física – Aula 6 Exemplo 6.3: Quando um homem está deitado numa rede (de massa desprezível), as forcas que esta aplica na parede formam um ângulo de 38° com a horizontal, e a intensidade de cada uma é de 60kgf . Qual e o peso do homem? Resposta: P=738,79 N

Equilíbrio Estático Pré Física – Aula 6 Exemplo 6.4: Sabendo-se que o sistema a seguir esta em equilíbrio, qual é o valor da massa M quando os dinamômetros indicam 100N cada um. R=17,65 kg

Exemplo 6.1: Dado, na figura abaixo, que g = 10 m/s², m = 20 kg, coeficiente de atrito estático = 0,3, coeficiente de atrito dinâmico = 0,2. Verifique se o bloco entra ou não entra em movimento nos casos e determine a Fat em cada um deles: a) F = 40 N b) F = 60 N c) F = 80 N Resposta: Calcula-se a normal: N-P=0 N=200N Agora é necessário encontrar a força de atrito estático: FAT = 0,3 • 200 = 60 N a)FAT > F, portanto o bloco não entra em movimento, FAT = 40 N b)FAT = F, portanto o bloco não entra em movimento, FAT = 60 N c)FAT < F, portanto o bloco entra em movimento. Como o bloco está em movimento, temos que calcular a força de atrito dinâmico. FAT = 0,2 • 200 = 40 N

Exemplo 6.5: a) b) c) d) Considere: g = 10 m/s² m = 2 kg F = 4 N sen Ѳ = 0,8 e cosѲ  =0,6. Determine o módulo da Reação Normal no bloco das figuras abaixo: a) b) c) d) Resposta: N-P=0 N=P=20 N b) N – P – F = 0 -> N = 24 N c) FY = F · sen  Ѳ FY = 4 · 0,8 = 3,2 N   N + FY –P=0   N + 3,2 = 20    N= 16,8 N d) FY = F · sen  Ѳ FY = 4 · 0,8 = 3,2 N N = FY + P   N = 3,2 + 20   N= 23,2 N

Exemplo 6.6:Um bloco de massa m = 20 kg é escorado contra o teto de uma edificação, através da aplicação de uma força oblíqua, F, como indicado na figura adiante. Sabendo-se que este escoramento deve suportar o peso p = 8,8 x 103N, devido ao teto, calcule o valor mínimo de F, em unidades de 10³N. Resposta: F(cos60°)= P + 8,8.103 F.1/2=8,8.103 + 200 F=(8.800 + 200).2 F=18.000=18.103N