Ciências da Natureza e suas tecnologias - FÍSICA

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

1 Ciências da Natureza e suas tecnologias - FÍSICA
Ensino Médio, 1ª Série ESTÁTICA E TORQUE

2 Corpo extenso Translação e Rotação
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Corpo extenso Corpo extenso: qualquer objeto que pode girar em torno de seu eixo. (portas, volantes, régua, etc) Translação e Rotação Movimento de translação: Todos os pontos do corpo efetuam trajetórias iguais (paralelas!).

3 Translação e Rotação Movimento de rotação:
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Translação e Rotação Movimento de rotação: Vários pontos do corpo efetuam trajetórias diferentes quando o corpo roda em torno de um ponto ou eixo.

4 Translação e Rotação FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Translação e Rotação

5 Efeito de rotação das forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Efeito de rotação das forças Os puxadores são colocados perpendicularmente às portas. Porquê? Os puxadores estão o mais afastados possível das dobradiças. Porquê? Na porta do frigorífico, os itens mais pesados devem ficar mais perto da dobradiça. Porquê?

6 Efeito de rotação das forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Efeito de rotação das forças Exemplos de movimentos de rotação: Sempre que num corpo há um ponto ou eixo fixo a aplicação de uma força pode fazer rodar o corpo em torno desse ponto ou eixo. Uma medida do efeito rotativo ou de rotação de uma força é dada por uma grandeza física a que se chama momento da força ou torque.

7 Efeito de rotação das forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Efeito de rotação das forças Momento ou Torque da força: Grandeza física que pode causar uma rotação num corpo, alterar a sua rotação ou evitar que ela ocorra. MF =  F · d . Senθ O valor do momento de uma força, MF, calcula-se através do produto da intensidade da força, F, pela distância, d, medida na perpendicular, entre a linha de ação da força e o eixo de rotação. Esta distância chama-se braço da força.

8 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque F1 F3 F2 fixo ou giro - + Força _________________ao braço da alavanca produz momento máximo. Força ____________ao braço da alavanca não produz momento. Força aplicada no ______________não produz momento. F1 F2 F3

9 Efeito de rotação das forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Efeito de rotação das forças Maior intensidade da força Maior momento da força Maior efeito de rotação Maior braço Maior momento da força Maior efeito de rotação

10 Efeito de rotação das forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Efeito de rotação das forças Maior intensidade da força Maior momento da força Maior efeito de rotação Maior braço Maior momento da força Maior efeito de rotação

11 Os puxadores estão o mais afastados possível das dobradiças. Porquê?
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Os puxadores estão o mais afastados possível das dobradiças. Porquê? Uma força de pequena intensidade pode ter o mesmo efeito rotativo que uma força mais intensa, desde que seja aplicada a uma distância maior do eixo de rotação.

12 Os puxadores são colocados perpendicularmente às portas. Porquê?
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Os puxadores são colocados perpendicularmente às portas. Porquê? d (A) d (B) d(A) > d(B) O efeito de rotação de uma força é máximo quando a força atua perpendicularmente ao eixo de rotação.

13 Qual das forças produz maior efeito de rotação?
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque F1 F2 F3 Qual das forças produz maior efeito de rotação?

14 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Torquímetros Torquímetros são aparelhos usados para apertar parafusos que requerem um torque exato. Os dentistas usam um aparelho semelhante, porém menor, para aparafusar a base de um implante dentário.

15 Momento de uma força (torque)
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Momento de uma força (torque) Unidade SI: N.m Pode-se usar também: N.cm ou Kgf.m Lembrando: 1kgf = 9,8 N

16 O somatório dos momentos de uma força
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Suponha F1=100N, F2=20N e F3=50N. Em que sentido vai girar a barra? O somatório dos momentos de uma força

17 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Estática, o que é? É a parte da MECÂNICA que estuda o EQUILÍBRIO das partículas e dos sólidos. O estudo da ESTÁTICA inicia-se pelo conceito de FORÇA. FORÇA é todo agente capaz de provocar uma variação de velocidade ou uma deformação de em um corpo, sendo uma grandeza vetorial(Caracteres: Módulo; Direção e Sentido). Podemos medir a intensidade de uma FORÇA por um aparelho denominado DINAMÔMETRO. No S.I. a unidade de FORÇA =N (Newton) FORÇA RESULTANTE ( R ou Fr): É a força que produz o mesmo efeito que todas as forças aplicadas em um corpo. Quando Fr = 0 (Nula) ou não existirem forças o ponto material é dito ISOLADO.

18 Classificação das FORÇAS
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Classificação das FORÇAS FORÇAS DE AÇÃO A DISTÂNCIA São aquelas que atuam sobre os corpos mesmo quando não existe o contato entre eles. As forças de ação à distância atuam numa região do espaço denominada de CAMPO. EXEMPLOS a) Força Gravitacional (Peso) força exercida pela Terra sobre um corpo de massa m em proximidades. Características: Módulo: P = m.g Direção: Vertical Sentido: Para baixo b)Força Elétrica:(Prótons / elétrons) c) Força Magnética (Imãs)

19 Classificação das FORÇAS
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Classificação das FORÇAS FORÇAS DE CONTATO Como o próprio nome é bastante sugestivo, são forças que um corpo exerce sobre o outro no contato entre eles. Como atuam as forças de contacto quando as superfícies são lisas (perfeitamente polidas)? As forças de contato serão normais às superfícies. Como atuam as forças de contato exercidas por corpos flexíveis, como por exemplo fios e cordas? As forças serão sempre na direção do fio ou da corda no sentido de puxar (tracionar) os corpos. Estas forças são denominadas de forças de tração.

20 Classificação das FORÇAS
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Classificação das FORÇAS Como atuam as forças de contacto entre superfícies ásperas? As forças podem ser inclinadas em relação as superfícies. O que é força de atrito? É a componente tangencial da força de contato. Na figura a força de contato F foi decomposta em duas forças, uma na direção da normal, força N e outra na direção da tangente, força Fa, isto é a força de atrito.

21 0 <= Fa <= Famáximo
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Quais são as características da força de atrito? A força de atrito é uma força resistente, isto é, ela sempre se opõe ao movimento ou a sua tendência. A força de atrito é uma força de módulo variável podendo assumir valores desde zero até um valor máximo 0 <= Fa <= Famáximo Qual é o valor máximo da força de atrito? Constatamos experimentalmente que a força de atrito máxima é proporcional à força N (componente normal da força de contato), isto é Famáxima= μN onde a constante de proporcionalidade m, denominada coeficiente de atrito, depende da natureza das superfícies em contato.

22 O que é coeficiente de atrito estático?
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque O que é coeficiente de atrito estático? É o coeficiente de atrito entre duas superfícies enquanto não há deslizamento entre elas. Exemplo: Considere um bloco de peso 100kgf apoiado num plano horizontal. A força normal N exercida pelo piso sobre o bloco é conseqüentemente igual a 100kgf. Se o coeficiente de atrito estático entre o piso e o bloco for 0,6, a força de atrito poderá assumir um valor máximo igual a Famáxima=μN=0,6×100=60kgf. O que é coeficiente de atrito cinemático ou dinâmico? É o coeficiente de atrito quando o corpo entre em deslizamento. O coeficiente de atrito cinemático ou dinâmico depende da natureza das superfícies em contato, como o coeficiente de atrito estático, sendo também função da velocidade de deslizamento.

23 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque O que é ângulo de atrito? Denominamos ângulo de atrito ao ângulo f de inclinação da força de contato F com a normal. Quando a força de atrito assume o valor máximo o ângulo de atrito assume um valor máximo cuja tangente é igual ao coeficiente de atrito.

24 Uma força de atrito pode produzir movimento?
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Uma força de atrito pode produzir movimento? Entendendo como movimento, o deslizamento, a resposta é não. A força de atrito sempre se opõe ao deslizamento. A força de atrito ao impedir o deslizamento é responsável por acelerações que produzem movimentos. Na figura está representado um carro com tração na roda traseira que girando no sentido anti-horário tem o seu deslizamento impedido pela força de atrito que o pavimento exerce ela. Esta força de atrito que atua sobre o carro produz a aceleração do veículo mostrada na figura.

25 Condições de equilíbrio de um corpo extenso
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Condições de equilíbrio de um corpo extenso Para condições em que o corpo pode girar, as condições de equilíbrio são: equilíbrio de translação: equilíbrio de rotação: Para um ponto material tínhamos apenas:

26 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Binário ou Conjugado É um sistema construído por duas forças de intensidades iguais, de mesma direção e de sentidos opostos, mas cujas linhas de ação estão separadas por uma distância d (braço) não nula. Momento do Binário: M = ± F . D A Resultante do Binário é nula. Um corpo rígido , não sofrerá translação submetido a um binário e sim movimento de rotação não uniforme.

27 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque EXEMPLO: Ao extrair uma porca que prende a roda de um carro, um homem aplica forças de intensidade de 4,0 N com as duas mãos numa chave de roda, mantendo as mãos a 50 cm uma da outra. Determine o momento aplicado pelo homem. Solução Dados: F = 4,0 N e d = 50 cm = 0,50 m O momento do binário vale: M = F . d = 4,0 . 0,50  M = + 2,0 N. m Anti-horário F (- ) Horário -F

28 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Exemplo

29 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Exemplo (FGV – SP) Em uma alavanca interfixa, uma força motriz de 2 unidades equilibra uma resistência de 50 unidades. O braço da força motriz mede 2,5 m; o comprimento do braço da resistência é: 5 m 0,1 m 1 m 125 m n.d.a.

30 Solução: Alternativa c.; Dados: Fm = 2 u e FR = 50 u
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Solução: Alternativa c.; Dados: Fm = 2 u e FR = 50 u 2,5 m x F m = 2 u F R = 50 u Sabendo para que ocorra equilíbrio, temos que ∑M = 0; então: 2,5 . F m - x . F R = 0 2, = x . 50 x = 0,1 m

31 Teorema das Três Forças
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Teorema das Três Forças Quando um corpo extenso está em equilíbrio estático sujeito a três forças não paralelas, as linhas de ação dessas forças devem passar por um ponto comum. As direções de P e N são facilmente identificadas, enquanto F é determinada pelo teorema.

32 Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso)
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso) Ponto onde podemos considerar aplicado o peso total do corpo ou tema.

33 Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso)
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso)

34 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Centro de gravidade

35 Centro de massa Momento exercido pelo peso: P=Mg
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Centro de massa Momento exercido pelo peso: P=Mg Equação para calcular o centro de gravidade. Centro de gravidade e massa coincidem apenas quando o corpo está imerso em um campo gravitacional uniforme.

36 Centro de massa e gravitacional
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Centro de massa e gravitacional Centro de gravidade está relacionado ao momento exercido pela força peso e centro de massa está relacionado com a força resultante. No nosso caso estamos mais interessados no centro de gravidade.

37 Estabilidade do equilíbrio estático
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Estabilidade do equilíbrio estático Estável: corpo retorna a posição inicial.(a) Instável: corpo não retorna a posição inicial.(b) Indiferente: corpo é deslocado de sua posição inicial e, mesmo após ser liberado, não se move.(bola sobre uma superfície horizontal)

38 “Dêem-me uma alavanca e um ponto de apoio e eu moverei o mundo”.
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque “Dêem-me uma alavanca e um ponto de apoio e eu moverei o mundo”. Arquimedes

39 Esquema de uma Alavanca
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Alavancas Uma alavanca é uma máquina simples. Consiste numa barra rígida que gira em torno de um eixo ou ponto fixo, o fulcro, na qual são aplicadas duas forças: a força que se pretende vencer, a resistência, e a força que é necessário exercer para vencer a primeira, a potência. Esquema de uma Alavanca

40 Mresistência= Mpotência
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Alavancas Uma alavanca está em equilíbrio quando os momentos das duas forças, potente e resistente, são iguais: Mresistência= Mpotência F1  d1 = F2  d2 Quanto maior for o braço da força potente relativamente ao braço da força resistente, menor será a intensidade da força potente a exercer para equilibrar a alavanca.

41 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Alavancas

42 Alavancas e suas aplicações práticas
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Alavancas e suas aplicações práticas Força resistente Força Potente Eixo fixo Quanto mais longe do eixo fixo exercemos a força, mais facilmente partimos a noz.

43 Alavancas e suas aplicações práticas
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Alavancas e suas aplicações práticas O remo é usado para movimentar o barco. Onde está localizado o ponto de apoio da alavanca? A extremidade do remo que seguramos deve estar mais próxima ou mais afastada do eixo fixo?

44 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Tipos de alavancas Alavanca interfixa: ponto de apoio entre a potência e a resistência.

45 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Tipos de alavancas Alavanca interpotente: força potente entre o apoio e a resistência.

46 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Tipos de alavancas Alavanca inter-resistente: resistência entre o ponto de apoio e a força potente.

47 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque Tipos de alavancas O antebraço é uma alavanca interpotente em que o fulcro está na articulação com o úmero (osso do cotovelo) e a força potente é exercida pelo bíceps.

48 Alavancas e suas aplicações práticas
FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio Estática e Torque Alavancas e suas aplicações práticas

49 FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque FIM