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FÍSICA
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Compreendendo a FÍSICA
Alberto Gaspar – 1º ano ensino médio
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Unidade 3 – Força e Movimento
Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton Na figura é possível ver o ângulo que cada pá "varre" no intervalo de tempo em que ocorre a exposição. Se a pá gira um ângulo Δ maior, no mesmo intervalo de tempo Δt, pode-se concluir que a "rapidez" do movimento também é maior, ou seja é possível definir uma grandeza alternativa à velocidade linear tendo por base esse ângulo e o intervalo de tempo em que ele é descrito. Essa grandeza é a velocidade angular. Daryl Benson/Masterlife/Other Images As pás do cata-vento “varrem” o ângulo Δϕ no intervalo de tempo Δt.
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Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton
Movimento Circular Uniforme MCU um ponto material que descreve uma trajetória circular tem movimento circular uniforme MCU quando sua velocidade angular for constante. Sendo constante, a velocidade angular instantânea ( ) é igual a velocidade angular média ( m), ou seja:
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Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton
Movimento Circular Uniforme MCU Frequência e período no MCU: o movimento circular uniforme é periódico porque o ponto material, quando descreve esse movimento, passa repetidamente pela mesma posição em intervalos de tempos iguais. Período (T) é o intervalo de tempo em que o ponto material descreve um círculo. Frequência (f) é o número de ciclos que o ponto material descreve na unidade de tempo.
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Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton
Período, frequência, velocidade e velocidade angular no MCU Na figura o ponto material P percorre a circunferência de raio r efetuando um ciclo, o ângulo descrito é Δ = 2π rad e o arco percorrido é AB = 2πr. O intervalo de tempo correspondente é, então, Δt = T, uma vez que o período é o tempo gasto para descrever um ciclo.
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Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton
Aceleração centrípeta Se existe variação de velocidade, existe aceleração. Entretanto, com a aceleração no movimento circular uniforme não provoca variação no módulo da velocidade, conclui-se que nesse movimento a aceleração é sempre perpendicular à direção de v. Sendo perpendicular a v, a aceleração a é radical – tem sempre a direção do raio da circunferência - e o sentido é orientado para o centro. Por essa razão denomina-se aceleração centrípeta (ac)*. Ilustrações técnicas: Banco de imagens/Arquivo da editora Se a aceleração ac no MCU não fosse perpendicular à velocidade v, ela admitiria um componente tangencial at que iria aumentar (a) ou diminuir (b) o módulo de v. Como o módulo permanece constante, conclui-se que a aceleração ac é sempre perpendicular a v (c).
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Capítulo 10 – Movimento Circular e as Leis de Newton
Força centrípeta Força centrípeta é apenas uma denominação particular da força resultante exercida sobre o corpo em movimento circular uniforme, não caracterizando um novo tipo de força.
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Unidade 4 – Leis de Conservação
Capítulo 11 – Trabalho e Potência Conceito de trabalho Segundo a Física, trabalho é uma grandeza que nos permite medir a energia de um corpo, e um corpo tem energia quando é capaz de realizar trabalho
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
Trabalho e força constante Como a definição de trabalho se baseia no produto força x deslocamento e o componente Fx é a parcela da força F que influi efetivamente no deslocamento d, o trabalho da força F, simbolizado por TF, é definido pela expressão TF= Fx . d. sendo Fx = F . cos α, rearranjando os termos, obtemos a definição de trabalho da força F, denominado TF : TF = F . d . cos α
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
Unidade de trabalho no SI – O Joule O produto N . m é chamado de joule (J) em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule (1818 – 1889). Portanto, "1 joule é o trabalho de uma força de 1 newton exercida na mesma direção e sentido de um deslocamento de 1 metro". Embora seja o resultado do produto de dois vetores (F e d), trabalho é uma grandeza escalar.
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
Força de trabalho de módulo variável A definição de trabalho de uma força F aqui representada só é válida quando essa força é constante, ou seja, só podemos calcular o trabalho de uma força ao longo de um deslocamento se essa força tiver sempre o mesmo módulo, a mesma direção e o mesmo sentido ao longo desse deslocamento. No entanto, é possível determinar o trabalho de uma força F de módulo variável se ela for exercida na mesma direção do deslocamento e se conhecermos o gráfico do módulo da força em função do módulo desse deslocamento: F x d.
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
a qualidade que diferencia o tempo no qual os trabalhos são realizados. Quanto "menor o tempo" para realizar o mesmo trabalho, "maior a potência" desenvolvida. A potência é uma grandeza de larga aplicação, tanto para fenômenos naturais, como para aqueles decorrentes de atividade ou ação humanas. Por isso seus valores são expressos por uma variedades de múltiplos e submúltiplos do watt.
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
Potência e velocidade
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Capítulo 11 – Trabalho e Potência
Rendimento Costuma-se denominar potência total (Pt) a potência fornecida para a máquina e potência útil (Pu) a potência fornecida pela máquina. a razão entre a potência útil e a potência total é, por definição, o rendimento da máquina. Temos, portanto: Banco de Imagens/Arquivo da editora Pt é a potência total consumida pela máquina para funcionar e Pu é a potência útil fornecida pela máquina.
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Unidade 4 – Leis de Conservação
Capítulo 12 – Energia A energia e suas formas O trabalho de força muscular da atleta transfere à bola de metal a energia que faz com que ela se movimente. Essa energia, ou capacidade de realizar trabalho por causa do movimento, é chamada de energia cinética(Ec). Já a força muscular da outra atleta ao alongar o arco origina uma energia de posição: quanto maior o alongamento maior o trabalho que o arco pode realizar. Essa energia ou capacidade de realizar trabalho por causa da posição, é uma energia potencial (Ep). Do ponto de vista da Física Clássica só existe na natureza duas formas de energia: a cinética e a potencial. Todas as outras são diferentes apresentações dessas formas fundamentais. Warren Little/Getty Images Atleta ucraniana em prova de arremesso de peso. Campeonato mundial de atletismo em Doha, Catar, 2015. Paul Gilham/Agência France- Presse/Getty Images Atleta britânica em prova de arco e flecha. Jogos Olímpicos de Pequim, 2008, Pequim, China.
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Capítulo 12 – Energia Energia Cinética
é a capacidade que os corpos têm de realizar trabalho por causa do movimento. Por isso para obter o valor dessa energia, devemos retomar o conceito de trabalho e relacioná-los a grandeza dinâmica. Banco de imagens/Arquivo da editora Representação do trabalho realizado pela força FR para elevar a velocidade do bloco de massa m até a velocidade v, ao longo do deslocamento d .
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Energia Potencial: energia armazenada em razão da posição
Capítulo 12 – Energia Energia Potencial: energia armazenada em razão da posição Energia Potencial Gravitacional Energia Potencial Elástica Mauro Nakata/Arquivo da editora Banco de imagens/ Arquivo da editora O bloco da figura a tem energia potencial gravitacional armazenada; o da figura b armazena energia potencial elástica. .
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Capítulo 13 – Conservação da Energia
Energia Mecânica (EM) é, por definição, a soma dessas energias. Assim, se um corpo tem, em um determinado instante, energia cinética, (EC), energia potencial gravitacional, (EPg), e energia potencial elástica, (EPel), sua energia mecânica, (EM) e é por definição: EM = EC + EPg + EPel
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Capítulo 13 – Conservação da Energia
Conservação da energia mecânica A aplicação do princípio da conservação da energia mecânica a um corpo em situações físicas é simples, pois em cada ponto onde ele se aplica só interessam esses fatores: Os módulos da velocidade desse corpo para a determinação da energia cinética dele; A altura, em relação ao nível de referência escolhido, para a determinação da energia potencial gravitacional desse corpo; Caso haja energia potencial elástica, a compressão ou alongamento da mola (provocados pelo corpo).
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Capítulo 13 – Conservação da Energia
Trabalho de forças dissipativas O princípio da conservação da energia mecânica tem aplicações idealizadas apenas – na realidade, no mundo macroscópico elas não existem. Forças dissipativas, como a resistência do ar e as forças de atrito, são praticamente inevitáveis. Por isso, a energia mecânica final de um corpo é sempre menor que sua energia mecânica inicial.
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