Cinemática - Apostilas - Física_Parte1, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)
A_Santos
A_Santos

Cinemática - Apostilas - Física_Parte1, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)

9 páginas
2Números de download
788Número de visitas
Descrição
Apostilas de Física sobre o estudo da Cinemática, Velocidade Escalar Média, Aceleração Média, Valores Aproximados de Acelerações Médias, Gabarito Exercícios e Exercícios Complementares.
20 pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
Baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 9
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 9 páginas
Baixar o documento
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 9 páginas
Baixar o documento
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 9 páginas
Baixar o documento
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 9 páginas
Baixar o documento

CINEMÁTICA 1 - INTRODUÇÃO

1.1 -POR QUE ESTUDAR FÍSICA NO ENSINO MÉDIO E TÉCNICO EM INFORMÁTICA ? É muito comum hoje em dia os alunos perguntarem a razão de estar estudando aquela ou essa disciplina. Nem sempre a resposta dada é suficiente para que ele tome consciência da importância desse estudo.

Em nosso caso, poderíamos enumerar vários motivos da importância do estudo da física no curso de Informática e Ensino Médio, mas neste breve comentário falaremos de apenas dois deles.

A primeira razão para este estudo seria o conhecimento de como o computador funciona por dentro, ou seja, o seu Hardware. Para atingirmos este conhecimento é necessário, antes de tudo, nos dedicarmos à física básica, pois dela se originará os pré-requisitos necessários para o bom entendimento do funcionamento de um computador.

Uma segunda razão é o fato de que o conhecimento científico das pessoas de um modo geral é muito pobre, exatamente pelo fato de estarmos preocupados em estudar apenas o que nos convém. Não se pode admitir que um estudante do Ensino Médio não seja capaz de responder algumas questões simples do nosso cotidiano como:

• Por que a Terra gira em torno do Sol e não o inverso ? • O que é um Eclipse ? • Por que vemos primeiro a luz do relâmpago para só depois ouvir o trovão ? Precisamos urgentemente passar a estudar por apenas uma razão - adquirir cultura. O fato do crescimento da utilização de gírias dentro do vocabulário de nosso dia-a-dia, vem mostrar exatamente a pobreza cultural de um povo.

É com o objetivo de descobrir novidades e vencer desafios que iremos iniciar oestudo da Física. É muito importante termos em mente que o nosso curso que começa agora e termina no 3

o

ano não possui a intenção de esgotar o assunto, mas sim procurar motivá-lo para a continuação desse estudo.

Bem vindo ao Mundo da FÍSICA!!

1.2 -ALGUNS PERSONAGENS QUE FIZERAM A HISTÓRIA DA FÍSICA

PERSONAGEM FATO

Aristóteles (384 - 322

a.C.)

Filósofo e Sábio grego. Propôs as posições naturais para os corpos e descrevia que eles derivavam de 4 elementos - terra, água, ar e fogo. Dizia, ainda, que a Terra ocupava o centro do Universo e era imóvel (Geocentrismo).

Nicolau Copérnico

(1473 - 1543)

Nascido na Polônia, era matemático, doutor em direito canônico, médico e astrônomo. Propôs o modelo Heliocêntrico, no qual a Terra era um planeta, como Vênus ou Marte, e que todos os planetas giravam em órbitas circulares em torno do Sol. Publicou essas idéias no livro De Revolutionibus Orbium Coelestium, publicado perto de sua morte. Foi considerado leitura proibida na época.

Galileu Galilei (1564 - 1642)

Nascido na Itália, tornou-se matemático, físico e astrônomo. Foi um dos maiores gênios da humanidade. Podemos dizer que foi com ele que a física começou a dar seus primeiros passos. Idealizou o Método Científico, estudou a queda dos corpos, esboçou a Lei da Inércia. Opôs- se à Mecânica de Aristóteles e defendeu o sistema de Copérnico. Foi por isso perseguido pela Inquisição e pressionado a negar suas teses.

Johannes Kepler (1571 -

1630)

Astrônomo alemão, que se baseando nas anotações do astrônomo dinamarquês Tycho Brahe, fez um estudo cuidadoso do movimento planetário. Com esses estudos concluiu que a órbita dos planetas em torno do Sol não era circular e sim elíptica, com o Sol num dos focos. Em 1606 publicou Comentaries on Mars, onde se encontravam suas duas primeiras leis do movimento planetário. A terceira lei foi enunciada mais tarde.

Isaac Newton (1642 - 1727)

Matemático, físico e astrônomo inglês, é considerado o fundador da Mecânica Clássica - O Pai da Física. A estrutura da mecânica clássica foi publicada em sua obra Philosophie Naturalis Principia Mathematica (1686), onde se encontra as famosas três leis de Newton. Introduziu a Lei de Gravitação Universal, explicando as leis de Kepler, fez importantes trabalhos na área da matemática, tais como o Binômio de Newton e o Cálculo Infinitesimal.

Albert Einstein (1879 - 1955)

Nascido na Alemanha de pais judeus, é considerado um dos maiores gênios de todos os tempos. Destacam-se os seus trabalhos: Teoria do movimento browniano, a teoria da relatividade, o efeito fotoelétrico (que lhe valeu um prêmio Nobel em 1921) e a derivação teórica da equação massa-energia E = m c2. Era acima de tudo um pacifista.

S. Hawking

Físico inglês, nascido no dia 8 de janeiro de 1942. Portador da doença de Lou Gehrig (esclerose amiotrófica lateral) se movimenta através de uma cadeira de rodas e se comunica com um sintetizador de voz acoplado a um computador que ele manipula com três dedos, única parte do corpo que a doença não paralisou. Ocupa a cadeira deixada por Isaac Newton em Cambridge. Possui trabalhos na teoria da Grande Unificação (Teoria da Relatividade e Mecânica Quântica). É considerado um dos maiores físicos da atualidade.

Descrição Aceleração (m/s2) Prótons num acelerador de partículas 9 x 1013

Para obter mais informações sobre personagens da Física visite a internet na página: www.idesa.com.br

1.3 – O ESTUDO DA FÍSICA A física é uma ciência que procura entender e explicar os fenômenos naturais que nos cercam em nosso dia-a-dia. Achar que o estudo da física não é importante é o mesmo que nos trancar num quarto fechado e não querer saber de nada que nos cerca. O estudo do movimento é objeto de estudo da Mecânica, estudo este que iniciaremos aqui. A Termologia estuda fenômenos relacionados com o calor, desde um simples processo de descongelamento até a dilatação em estruturas de concreto. A óptica estuda fenômenos ligados com a Luz, discute a luz do ponto de vista de uma onda eletromagnética. Além das ondas eletromagnéticas existem as ondas mecânicas que possuem como grande exemplo o som, estudamos este assunto em Ondulatória. O movimento planetário e dos corpos celestes são estudados num campo da Física chamado Gravitação, este campo está incluído na Mecânica. Por último, mas não menos importante temos a eletricidade que explica fenômenos simples como a eletrização de um pente ao ser esfregado no cabelo até fenômenos mais complexos como a geração de corrente induzida por uma usina hidrelétrica.

PERSONAGEM FATO

Aristóteles (384 - 322

a.C.)

Filósofo e Sábio grego. Propôs as posições naturais para os corpos e descrevia que eles derivavam de 4 elementos - terra, água, ar e fogo. Dizia, ainda, que a Terra ocupava o centro do Universo e era imóvel (Geocentrismo).

Nicolau Copérnico

(1473 - 1543)

Nascido na Polônia, era matemático, doutor em direito canônico, médico e astrônomo. Propôs o modelo Heliocêntrico, no qual a Terra era um planeta, como Vênus ou Marte, e que todos os planetas giravam em órbitas circulares em torno do Sol. Publicou essas idéias no livro De Revolutionibus Orbium Coelestium, publicado perto de sua morte. Foi considerado leitura proibida na época.

Galileu Galilei (1564 - 1642)

Nascido na Itália, tornou-se matemático, físico e astrônomo. Foi um dos maiores gênios da humanidade. Podemos dizer que foi com ele que a física começou a dar seus primeiros passos. Idealizou o Método Científico, estudou a queda dos corpos, esboçou a Lei da Inércia. Opôs- se à Mecânica de Aristóteles e defendeu o sistema de Copérnico. Foi por isso perseguido pela Inquisição e pressionado a negar suas teses.

Johannes Kepler (1571 -

1630)

Astrônomo alemão, que se baseando nas anotações do astrônomo dinamarquês Tycho Brahe, fez um estudo cuidadoso do movimento planetário. Com esses estudos concluiu que a órbita dos planetas em torno do Sol não era circular e sim elíptica, com o Sol num dos focos. Em 1606 publicou Comentaries on Mars, onde se encontravam suas duas primeiras leis do movimento planetário. A terceira lei foi enunciada mais tarde.

I N t

Matemático, físico e astrônomo inglês, é considerado o fundador da Mecânica Clássica - O Pai da Física. A estrutura da mecânica clássica foi publicada em sua obra Philosophie Naturalis Principia Mathematica (1686), onde se encontra as famosas três leis de Newton. Introduziu a Lei de Gravitação Universal, explicando as leis de Kepler, fez i t t t b lh á d t áti t i Bi ô i d

1.4 – O MÉTODO CIENTÍFICO O Método Científico ou Método Experimental pode ser dividido em três partes: (a) observação dos fenômenos; (b) medida de suas grandezas; (c) indução ou conclusão de leis ou princípios que regem os fenômenos. Este método é muito utilizado pela Física, a Física Clássica foi quase toda construída utilizando-se deste método. O percursor deste método foi Galileu Galilei. 1.5 – MEDIDAS E GRANDEZAS FUNDAMENTAIS Ao estudar um fenômeno físico, é necessário obtermos uma informação quantitativa, afim de tornar o estudo completo. Obtemos essa informação fazendo-se uma medida física que pode ser direta, como por exemplo utilizar uma régua para medir um lápis ou indireta, como por exemplo a velocidade média de um automóvel viajando de Taubaté a São José, esta propriedade física pode ser obtida através do conhecimento da distância percorrida e do tempo que se leva para percorrê-la. Existem grandezas físicas consideradas fundamentais e derivadas. Na Mecânica as grandezas fundamentais são: comprimento, tempo e massa. As grandezas que resultam de combinações dessas são consideradas derivadas. O Brasil adota desde 1960 como padrão para unidades de medidas o Sistema Internacional de Unidades (SI), veja mais detalhes no Apêndice X.

1.5.1 – Algarismos Significativos e Notação Científica Já vimos que saber medir é muito importante para o entendimento físico de um fenômeno. É importante saber representar uma medida de maneira apropriada. Vejamos o seguinte exemplo:

Temos que medir o comprimento L de uma peça de metal e para isso possuímos uma régua. Observemos a medição: Os números 6 e 4 são corretos, mas o número 1 é duvidoso.

Os algarismos corretos mais o duvidoso são denominados algarismos significativos.

É sempre muito útil é muito usado escrever as grandezas medidas em notação científica. Para isso devemos escrever o número na seguinte forma:

x . 10 n

, onde: x um número tal que 1  x  10 n é um expoente inteiro.

É importante ressaltar que n deve conter os algarismos significativos do problema. Exemplo: Escreva a distância entre o Sol e a Terra que é de 150 000 000 km em notação científica.

dSol – Terra = 1,5 . 10 8

km

EXERCÍCIOS

1> Uma corrida de formula 1 teve uma duração 1h 46 min 36 s. Sabendo que a corrida teve 65 voltas, determine o intervalo de tempo médio gasto para cumprir cada uma das voltas.

2> Efetue as seguintes conversões de unidades a seguir: (a) 10 km em m; (b) 2 m em cm; (c) 2 hems; (d) 2m em mm. (FUVEST-SP) 3> No estádio do Morumbi 120000 torcedores assistem a um jogo. Através de cada uma das 6 saídas disponíveis podem passar 1000 pessoas por minuto. Qual o tempo mínimo necessário para se esvaziar o estádio ?

(a) uma hora; (b) meia hora; (c) 1/4 de hora; (d) 1/3 de hora; (e) 3/4 de hora. (PUC-SP) 4> O número de algarismos significativos de 0,00000000008065 cm é:

(a) 3; (b) 4; (c) 11; (d) 14; (e) 15. 5> Escreva as medidas abaixo em notação científica:

(a) 2000 m; (b) 348,24 cm; (c) 0,00023 s; (d) 0,03 m. 1.6 -GRANDEZAS FÍSICAS No estudo da física nos baseamos em discutir medidas de grandezas, as quais são chamadas grandezas físicas. Como exemplo podemos mencionar a velocidade de um carro que passa pela rua de nossa casa, a potência da luz que ilumina o quadro negro de nossa sala de aula, a temperatura do local onde estamos e muitas outras que estudaremos durante o nosso curso. Essas grandezas são divididas em escalares e vetoriais.

1.6.1 - Grandeza Escalar Grandeza física que para o seu completo entendimento basta o seu módulo (valor numérico) acompanhado de uma unidade de medida. Podemos dar como exemplo: a massa, a temperatura, o tempo, etc.

1.6.2 - Grandeza Vetorial Grandeza física que para sua completa descrição é necessário além do módulo acompanhado de uma unidade, da sua orientação, ou seja, direção (por exemplo: horizontal, vertical) e sentido (por exemplo: da direita para esquerda, de cima para baixo). São exemplos de grandezas vetoriais: a força, a velocidade, a quantidade de movimento e outras que estaremos estudando no nosso curso.

Utilizamos para representar este tipo de grandeza um vetor que é o símbolo matemático de uma grandeza vetorial.

1.7 -O ESTUDO DA CINEMÁTICA A Mecânica divide-se em Cinemática, Dinâmica e Estática, em nosso curso nos estaremos estudando as duas primeiras partes. Iniciaremos os nossos estudos pela Cinemática que é o estudo do movimento sem se preocupar com suas causas.

1.8 -PARTÍCULA E CORPO EXTENSO Um corpo é considerado partícula (ou ponto material) em física quando suas dimensões são desprezíveis na situação considerada. Por exemplo, um carro se movimentando na Via Dutra, neste caso podemos considerar este carro como sendo uma partícula, já que sua dimensão, quando comparada com a extensão da rodovia, é totalmente desprezível. Já um corpo extenso é aquele que não possui dimensões desprezíveis na situação considerada. O mesmo carro que na Via Dutra pode ser descrito como partícula, dentro de uma garagem não será mais desprezível, pois ocupará praticamente toda a garagem, neste caso ele passa a ser considerado um corpo extenso.

É importante ressaltar que essas definições nos trouxeram um importante conceito em física - Referencial. Um corpo pode ser considerado partícula ou corpo extenso, depende do referencial ao qual estamos comparando, no primeiro caso a Via Dutra e no segundo a garagem. A seguir descreveremos melhor a importância desse conceito em física.

1.9 – REFERENCIAL Poderíamos iniciar este tópico perguntando: Neste instante você está em movimento ou parado (em repouso) A princípio esta pergunta pode parecer sem importância e com resposta óbvia, mas se pararmos para pensar veremos que essa resposta não é tão óbvia.

Podemos estar parados em relação ao chão de nossa sala de aula, mas como todos estão na Terra, temos os movimentos que ela possui, ou seja, rotação e translação. Portanto, em relação a um outro planeta qualquer, Marte, por exemplo, estamos em movimento. Afinal de contas, estamos parados ou em movimento ?

O problema é que a pergunta não está bem formulado, e portanto devemos modifica-la da seguinte forma: Em relação à sala de aula estamos parados ou em movimento ?

O conceito de referencial é muito importante inclusive no que diz respeito a trajetórias de um movimento. Ilustraremos a seguir duas pessoas observando um mesmo fenômeno, mas cada uma delas assiste uma trajetória diferente. Este é o caso de um avião soltando uma bomba em campo aberto. Repare que para um observador fora do avião verá a bomba caindo de forma curva (parábola). Já o piloto assiste a bomba caindo sempre abaixo de seu avião e portanto assiste uma trajetória reta. Evidentemente que consideramos nula a resistência do ar.

A partir de agora devemos estar mais atentos com os fenômenos que nos cercam e passar a observar fatos que antes passavam desapercebidos. É importante dizer ainda que

utilizaremos durante o curso o referencial Inercial, que é comparar os fenômenos que nos rodeiam com o chão.

1.10 -POSIÇÃO NA TRAJETÓRIA OU ESPAÇO NA TRAJETÓRIA (S) Representaremos a grandeza física posição pela letra s minúscula. Essa grandeza indica a posição ocupada por um móvel ao longo de uma trajetória.

s = - 10 m s = - 20 m

IMPORTANTE:

(a) Embora não tenhamos na realidade posições negativas, quando estivermos resolvendo problemas físicos de trajetórias isso poderá ocorrer, já que não podemos repetir a numeração positiva antes do zero. (b) Quando estivermos resolvendo um problema que envolva trajetória, devemos orientar esta trajetória, ou seja, indicar o sentido crescente, indicando início e fim. Observe o exemplo:

A distância entre Taubaté e Pindamonhangaba é de 15 km, orientamos nossa trajetória, colocando como posição inicial Taubaté, s = 0, e posição final Pinda, s = 15 km.

Depois de definida a posição de um móvel numa trajetória, passaremos a associar a esta posição um respectivo tempo, ou seja, construiremos uma função da posição ocupada pelo móvel com o tempo. Isso será de extrema importância para os próximos capítulos.

Neste caso temos que para s = - 10 m, temos t = 5 s.

Nos próximos capítulos estudaremos uma regra geral para formar esta função (entre a posição e o tempo) para determinados tipos de movimento. IMPORTANTE: Chamamos de posição inicial aquela em que o instante é t = 0, ou seja, o início do movimento e indicamos por so.

1.11 -DESLOCAMENTO OU VARIAÇÃO DO ESPAÇO(S) Imaginemos a seguinte situação: Em um certo instante t1, um garoto se encontra na posição s = - 10 m e no instante t2 ele se encontra em s = 10 m, o deslocamento ou variação do espaço desse garoto no intervalo de tempo tt

2  t

1 é igual a:

ss 2  s

1



No nosso exemplo, temos:

s  10  (10)  20m

IMPORTANTE: Neste caso o deslocamento é igual a distância percorrida pelo garoto, mas nem sempre isto será verdade. O deslocamento apenas será igual a distância percorrida quando o movimento, considerado, é num único sentido. Caso exista inversão de sentido durante o movimento o deslocamento não será mais igual a distância percorrida.

Exemplo: Uma pessoa que dê a volta ao mundo, retornando ao ponto de partida terá deslocamento igual a zero.

1.12 -VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA (vm) Velocidade é a grandeza em física que indica a rapidez com que a posição de um certo móvel varia com o passar do tempo.

Por definição temos:

s s 2  s

1

v m  t t

2  t

1

UNIDADES NO SI:

�s => metros (m) �t => segundos (s)

vm => metros por segundo (m/s)

Até o momento nenhum comentário
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 9 páginas
Baixar o documento