Conceitos Básicos de Dinâmica e Estática Avançadas

DINÂMICA E ESTÁTICA AVANÇADAS Renato de Brito Sanchez 2 4 CONCEITOS BÁSICOS 41 Movimentos A parte da física que estuda o movimento e suas causas é a mecânica que envolve o movimento em si e o que o faz começar ou parar Se você abstrair a causa do movimento e se concentrar apenas na descrição do movimento temos a parte da mecânica chamada cinemática Já o contrário se tentarmos entender a causa do movimento a força que inicia ou interrompe o movimento de um objeto então o estudo chamado dinâmica será realizado no campo da mecânica Temos também uma disciplina especializada em objetos estacionários é a Estática Em certo sentido estática é um atributo altamente específico porque só se apresenta à referências muito especiais por isso é comum que em qualquer caso possamos atribuir movimento ao objeto que está sendo analisado 411 Tipos de movimentos Na física podemos citar quatro tipos de movimentos principais e dentro deles outras subcategorias Os quatro pilares do movimento são Movimento circular uniformemente variado conhecido como MCUV que é um caso um pouco mais geral do MCU Nele além de uma aceleração centrípeta há também acelerações angulares e tangenciais constantes que fazem com que a velocidade angular do móvel varie uniformemente Movimento circular uniforme a direção da velocidade móvel muda constantemente de forma que sua distância a um ponto do espaço permaneça constante Ainda que conhecido como movimento circular uniforme tal movimento é acelerado uma vez que para que se possa descrever uma trajetória circular é necessária a existência de uma aceleração centrípeta 3 Movimento uniformemente variado no qual intitulamos a modalidade do movimento em que a velocidade de um corpo muda a taxas constantes Se a velocidade aumenta tratase de um movimento acelerado se a velocidade diminui então temos um movimento retardado Movimento uniforme o mais comum é aquele no qual a velocidade de um corpo é constante deslocandose apenas em linha reta A equação fundamental usada para o estudo do movimento uniforme é a função horária da posição 412 Força massa e aceleração Quando dizemos estas três palavras força massa e aceleração a primeira coisa a se pensar é a Segunda lei de Newton A lei de Newton diz que qualquer força resultante fará com que o corpo humano acelere A força e a aceleração geradas têm a mesma direção e a relação entre elas é dada pela massa do corpo a conhecida inércia A segunda lei nos mostra uma característica importante em relação a massa determinar a razão entre a força resultante e a aceleração Uma das melhores maneiras de entender essa relação é visualizar fórmulas e aplicálas conceitualmente a exemplos Consequentemente na equação da Segunda lei de Newton temos que Fr corresponde a força resultante m é a massa e a é a aceleração A fórmula a seguir descreve força e aceleração 𝐹𝑟 𝑚 𝑎 𝑎 𝐹𝑟 𝑚 413 Equações de movimento para o centro de massa No sistema de partículas n quando nenhuma força externa é empregada a um ponto no sistema com uma propriedade muito especial chamada centro de massa toda a quantidade de movimento será retida 4 Como M é a massa total a soma das massas a equação pode ser reescrita da seguinte forma 𝑀𝑅 𝑐𝑚 𝑚1𝑟1 𝑚2𝑟2 𝑚𝑛𝑟𝑛 Como a massa é constante é necessário obter uma relação baseada no tempo dos dois membros em um intervalo de tempo que tende a zero calculando as razões em função do tempo das posições Porém temos conhecimento de que quando tender a zero Do mesmo modo se calcularmos a razão em função do tempo para os dois membros da equação concluiremos que o centro de massa do sistema de partículas pode ser atribuído a lei de Newton 𝑀𝐴 𝑐𝑚 𝐹 𝑒𝑥𝑡 Do qual é a aceleração do centro de massa Portanto o centro de massa tem propriedades muito únicas O centro de gravidade se move como se todas as forças externas agissem sobre ele 414 Movimento de inércia A inércia é um elemento da matéria e indica resistência à mudança por isso também é chamada de inatividade O princípio da inércia indica a tendência de manter o corpo imóvel Ao mesmo tempo mostra a tendência de manter um movimento constante ou seja um objeto se movendo a uma velocidade constante em linha reta A mudança do estado estático ou de movimento ocorre apenas quando a força resultante é aplicada ao corpo 5 O elemento que mais contribui para a massa é a inércia Quanto maior a massa de um objeto maior sua inércia Portanto a equação que resume o movimento inercial é 𝑄 𝑚 𝑣 Q é a quantidade de movimento linear m é a massa e v a velocidade 42 Energia No estudo da física energia é a habilidade do sistema físico de fazer esse trabalho ou a habilidade de mover Na verdade certa energia está relacionada à sua capacidade de fazer as coisas acontecerem A energia assume várias formas como luz energia cinética ou mecânica calor potencial energia elétrica etc A energia cinética é estabelecida como a energia do movimento Energia potencial é um tipo de energia armazenada que um objeto possui devido à sua posição ou estrutura O exemplo mais comum de energia é ilustrado pela mola que quando comprimida possui energia potencial e quando solta ela se estica gerando a energia cinética 421 Métodos de energia No tocante ao movimento cada um desses sistemas está funcionando e consumindo energia Cada organismo está funcionando e precisa de comida ou energia para a fotossíntese Aqui estão as muitas formas que a energia pode assumir Energia radiante ou energia solar gerada a partir da luz e calor do sol Energia potencial àquela armazenada em um sistema Energia cinética baseada no movimento da matéria Energia elétrica que está ligada ao movimento de elétrons 6 Energia mecânica Energia térmica relacionada ao calor de um objeto Energia química armazenada nas ligações químicas de moléculas Massa ou nuclear de energia submetida na estrutura nuclear de átomos Energia eletromagnética relacionada às ondas de luz encontradas em ondas de rádio microondas raiosx e raios infravermelhos 422 Trabalho e energia cinética No ramo da física definimos o trabalho como transferência de energia por meio de uma ou mais forças que atuam no corpo humano Como resultado o objeto é deslocado O teorema da energia cinética em relação ao trabalho é um importante teorema físico pois afirma que o trabalho da força resultante a soma de todas as forças envolvidas no trabalho de cálculo altera a energia cinética de um objeto O trabalho realizado pela força consequente atuando no corpo humano é igual à mudança na energia cinética de determinado corpo A equação que calcula Trabalho é a seguinte 𝜏 𝐹 𝑑 cos 𝜃 Já a fórmula proveniente da energia cinética é 𝐸𝑐 𝑚 𝑣2 2 7 43 Energia e momentos Denominamos momento linear é uma das duas grandezas físicas básicas necessárias para descrever corretamente a relação entre duas entidades ou sistemas físicos A segunda grandeza é a energia As entidades ou sistemas em interação trocam energia e momentum para isso é necessário que as duas grandezas sempre sigam suas respectivas leis de conservação o que significa que se o sistema fechado não for afetado por forças externas seus momentos totais não mudarão A relação energia e torque é geralmente expressa pela relação de dispersão de cada entidade em toda teoria dinâmica e os conceitos de quantidades importantes como força e massa estão diretamente relacionados a essas quantidades O torque linear depende do quadro de referência Observadores em diferentes quadros encontrarão diferentes valores de pulsos lineares no sistema Mas todos perceberão que enquanto o sistema estiver isolado o valor do momento linear não mudará com o tempo 431 Impulsão momento linear e momento angular Sempre que um corpo se encontra imerso total ou parcialmente em um líquido ou em um gás é sujeito a uma força vertical e ascendente à qual se dá o nome de Impulsão Segundo a lei de Arquimedes para determinar a Impulsão sofrida pelo corpo devo calcular o peso do líquido deslocado Para determinar a impulsão do objeto é necessário conhecer seu peso real por meio de experimento mergulhando um objeto em um fluído definindo seu empuxo impulso como vemos na ilustração abaixo 8 Figura 41 Experimento de impulso Fonte BIOLOGIA TOTAL 2019 Como a velocidade o momento linear é uma grandeza vetorial e fica completamente definida ao especificar sua magnitude direção e sentido O momento linear também pode ser definido como 𝑝 𝑚𝑑𝑣 Em que P é o vetor tridimensional que indica o momento linear do objeto nas três direções do espaço tridimensional V é o vetor de velocidade tridimensional que dá a taxa de movimento do objeto em cada direção e M é a massa do objeto Na relação entre massa e velocidade angular gera uma grandeza chamada momento angular É um conceito um tanto abstrato no entanto é muito útil para descrever o movimento e a estabilidade de um corpo A fórmula que a descreve é 𝐿 𝑟 𝑚𝑣 WIKIPEDIA s d s p 9 Conclusão Neste bloco estudamos o movimento e suas respectivas causas dentro da física Ao tratarmos do movimento nos relacionamos diretamente com a cinética Quando há aplicação de força ou cessamento dos movimentos entramos na dinâmica Ou ainda quando algo que não se move permanece parado estamos falando da estática Com a ajuda da Segunda Lei de Newton que trata da força resultante em um corpo provocando o seu movimento de aceleração até mesmo no dimensionamento de sua massa conhecemos a inércia Vemos também os diversos tipos de energia e aprendemos que ela nunca se perde apenas se transforma Por fim contemplamos que o trabalho é a transferência de energia atuando em um corpo assim como suas respectivas equações REFERÊNCIAS BIOLOGIA TOTAL Energia Cinética e Trabalho Fórmulas e Exemplos In Física 2019 Disponível em httpsbitly374flZ0 Acesso em 24 nov 2020 Momento Linear In Wikipédia Disponível em httpsbitly2KCByWl Acesso em 24 nov 2020