Atividades Presenciais guia de estudo aula 4

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aula 4

DINÂMICA DO MOVIMENTO DOS CORPOS

5. c

v

6. F

Caro(a) aluno(a).

Esta aula é constituída por parte do texto 5. Cinemática Vetorial e parte do texto 6. Forças. O conteúdo a ser estudado está dividido em duas partes, cada uma delas destacará os principais itens a serem abordados.

Acompanhe os quadros de orientação sobre os conteúdos abordados nesta aula. Eles estão divididos em duas partes. Cada uma delas destacará os itens principais a serem estudados.

Imprima este Guia de Estudo para facilitar o acompanhamento de seu progresso nos estudos.

Dica: o conjunto destas atividades o preparará para um bom desempenho na realização da Atividade Online –

Parte 1, que deve ser entregue até as 07h59min do sábado.

5. Cinemática Vetorial

A. Inicie os seus estudos pelo Texto Auxiliar: Cinemática Vetorial. Nele, o conteúdo é detalhado visando facilitar o entendimento do assunto.

Assista aos vídeos:

• Vídeo Aula 01 – Vetor velocidade: define vetor posição e vetor velocidade; • Vídeo Exercício 1;

• Vídeo Exercício 3.

B. Questionário – Serve de indicativo com relação à qualidade de seu estudo.

O objetivo de aprendizagem deste assunto é que você:

• Saiba determinar, a partir da equação horária do vetor posição, as equações horárias do vetor velocidade e do vetor aceleração de uma partícula.

• Saiba determinar, a partir das equações paramétricas, a equação da trajetória de uma partícula que se move no plano xy.

• Saiba que o vetor velocidade é tangencial à trajetória e que saiba determinar as componentes intrínsecas da aceleração, ou seja, a aceleração centrípeta e tangencial. • Mostre suas habilidades e competências resolvendo exercícios semelhantes aos

3. Se o movimento de uma partícula H é regido pelo vetor posição r_H = (2t).i + (4 – 0,5 t2_).j_(SI) a. Quais as equações paramétricas do movimento?

b. Qual a equação da trajetória?

c. Qual a equação horária do vetor velocidade da partícula? E a do vetor aceleração? d. A partícula passa pela origem do referencial?

5. O vetor velocidade de uma partícula pode ser perpendicular à trajetória do seu movimento? 6. Qual a direção do vetor velocidade?

7. O vetor aceleração pode apontar para uma região externa a trajetória curvilínea? Explique.

8. Em relação ao vetor velocidade, qual a direção do vetor aceleração quando a partícula trafega em trajetória retilínea?

9. No movimento retilíneo, se v e a forem opostos, o que ocorre com a intensidade de v?

10. Esquematize os vetores velocidade e aceleração no movimento de um carro ao longo da trajetória curvilínea quando ele estiver passando pelos pontos indicados.

11. No movimento curvilíneo, o vetor aceleração tem componentes especiais denominadas “componentes intrínsecas”. Como elas são nomeadas?

12. Uma das componentes intrínsecas da aceleração está associada à mudança de direção do vetor velo-cidade. Qual o nome que ela recebe? Qual a sua direção com relação ao vetor velocidade? Qual a equação que permite calculá-la?

13. Um carro percorre uma rodovia não retilínea e realiza uma curva plana com velocidade de intensi-dade 30 m/s. Se o raio de curvatura do local é R = 45 m, qual a intensidade da aceleração centrípeta? Indicar no diagrama abaixo.

14. A figura representa um atleta especialista em “arremesso de martelo”. Indique na figura: o centro de curvatura; o raio de curvatura; o vetor aceleração centrípeta e a forma de calcular a sua intensidade.

6. Forças

Comece estudando os itens do texto Forças (p. 127 - 148) e assista às videoaulas. • Vídeo Teoria 01 - Definição de força

(9 min)

• Apostila: Itens 6.1 e 6.1.3

Definições e conceitos relativos à grandeza física. Conceituação de força.

Forças atrativas e repulsivas (Anexo I). • Vídeo Teoria 02 - Força à distância

(14 min) • Apostila:

Item 6.3 (p. 132-135) Item 6.4 (p. 135-137)

Força gravitacional: módulo 1 2 2

m m F G

d

= (Lei Grav. Univ. Newton) Força peso = p = m⋅_g

g = campo gravitacional terrestre = GM ₂ RTerraTerra

= acel. gravidade Força eletromagnética

.

F_elect =q E = carga x campo elétrico.

.

F_mag =q v B× 

Força de Lorentz: F_Lorentz=F_elect+F_mag =q E q v B.+ .×  • Vídeo Teoria 03 - Forças de contato

(16 min)

• Apostila: Item 6.5 (p. 137-145)

Origem da força de contato

Força interatômica depende da distância

Gráfico força interatômica X distância entre átomos Forças de origem interatômica

Força normal.

Força elástica: F_elast = −k.r (usualmente, F_elast = −k.x)

Força tensora: surge em fios que arrastam objetos Força de atrito

• Vídeo Teoria 04 - Forças em colisões (8 min)

• Apostila: Item 6.6.2

Forças impulsivas → vídeo

Pêndulo de Newton

Forças viscosas em regime laminar

F = −b.v (baixa velocidade) F = −B.v² (alta velocidade)

Forças viscosas em regime turbulento • Vídeo Teoria 05 - Forças origem Δ pressão

(7 min)

• Apostila: Item 6.6.1

Forças de sustentação - vídeo experimento. Força de empuxo (Empuxo de Arquimedes)

• Vídeo Teoria 06 - Identificando forças (7 min)

• Apostila: Item 6.2 – p. 130

Diagrama do Corpo Livre (DCL)

Para facilitar a visualização das forças externas que atuam no corpo cuja dinâmica se quer estudar:

• Isolam-se os corpos

• Nos vínculos e nas interações com outros corpos, desenham-se as respectivas forças.

• O esquema obtido (sem a omissão de forças) é o DCL.

Quadro 1: Orientações sobre os conteúdos abordados no texto Forças.

Assista também às videoaulas com as demonstrações: 1. Forças de empuxo I.

2. Forças de empuxo II. 3. Forças de sustentação. 4. Força elástica.

5. Força eletrostática. 6. Força gravitacional. 7. Força magnética.

8. Força viscosa em regime laminar. 9. Força viscosa em regime turbulento. 10. Força de atrito.

11. Força impulsiva. 12. Força normal. 13. Força tensora.

Esta atividade é preparatória para um bom desempenho na Atividade Online Pontuada I. Lembre-se de que você

Q

: 6. F

1. Considere as assertivas. Assinale-as com V (verdadeiro) ou F (falsas).

a. Todas as transformações no Universo derivam de apenas um tipo de interação: a gravitacional. ( ) b. No nosso dia a dia, tudo o que ocorre ao nosso redor pode ser entendido por meio das interações

gravita-cionais e eletromagnéticas. ( )

c. As interações relacionadas ao movimento não produzem alterações na estrutura íntima da matéria. ( ) d. No movimento, os objetos interagem entre si de modo a produzir mudanças de posição e/ou

defor-mações elásticas. ( )

e. Forças são agentes responsáveis pela mudança da estrutura interna da matéria. ( )

f. A presença de forças entre as partes da matéria se manifesta por meio de movimentos de afastamento (forças repulsivas) ou de aproximação (forças atrativas). ( )

g. A dinâmica é a parte da mecânica que se dedica ao estudo das mudanças dos movimentos levando em conta apenas as forças gravitacionais. ( )

h. A força, algumas vezes, atua como grandeza vetorial. ( ) i. A unidade de medida de força no SI é o “newton” (N). ( ) j. O kgf e a dina também são unidades de medida de força. ( ) k. O kg é também uma unidade de medida de força ou de peso. ( )

2. A figura ilustra como, à distância microscópica, a força intermolecular varia com a distância.

Analise o gráfico e considere as assertivas a seguir. Assinale as falsas e as verda-deiras. Se necessário, reveja o Vídeo 03 e o Anexo 01.

a. Acima da linha de força nula, as forças são repulsivas. ( ) b. Abaixo da linha de força nula, as forças são atrativas. ( )

c. À grande distância (1 mm, por exemplo), a força interatômica é nula. ( ) d. Com a aproximação entre moléculas, quando a distância atinge distâncias

com ordem de grandeza de Å (angstroms; 10−10 _{m), a força se anula. ( )}

3. Das forças abaixo discriminadas, assinale: com D as que atuam à distância; com Ct as forças de contato; DP as que surgem devido à diferença de pressão, e com Cl as que surgem nas colisões.

a. Força gravitacional. b. Força normal. c. Força peso. d. Força elétrica. e. Força tensora. f. Força magnética. g. Força de atrito. h. Força de Lorentz. i. Força viscosa. j. Força eletromagnética. k. Força de empuxo. l. Forças de sustentação.

4. Uma cortada no voleibol, quando a mão colide com a bola, dá origem a forças sobre a bola e sobre a mão. A melhor classificação para estas forças é dizer que elas são:

a. Elásticas. b. Impulsivas. c. Gravitacionais. d. Normais.

5. O que são forças distribuídas e forças concentradas? Verifique a resposta no Anexo 02.

6. O Diagrama de Corpo Livre (DCL) é uma técnica para identificar as forças externas que agem sobre um objeto, cujo movimento se quer estudar.

Verifique: Vídeo 06; exemplo 01 da p. 132 e mais informações no Anexo 03 (algumas dicas para

esquema-tizar o DCL de um corpo).

Uma criança puxa uma caixa ao longo do assoalho.

Se você escolheu (b), você acertou. Você acertou? Sim? Muito bem! Ainda, não? Estude um pouco mais o conteúdo do Anexo 03.

Qual das figuras representa o DCL da caixa?

7. Nas situações a seguir, esquematize os DCL solicitados.

DCL de A.

DCL da esfera.

DCL do anel A.

Veja as respostas no final do Anexo 04.

Se você acertou, parabéns, considere-se preparado no assunto.

8. Para realizar um mínimo de cálculo com forças, é necessário saber determinar algumas forças. • Como calcular a força gravitacional (Item 6.3 – p. 132) entre a Terra e a Lua?

• Qual Lei Aplicar?

• A Lua e a Terra, neste cálculo, podem ser consideradas como ponto material? • Na expressão F GM m.₂

d

= , o que cada letra representa? • Qual a unidade de força no SI?

9. Uma força, cujo módulo você deve calcular e saber a direção e o sentido dela, é a força peso ou simplesmente “peso” (Item 6.3.1 – pág. 133).

• Na expressão p = m.g, o que cada letra representa?

• E na expressão p m g= .?

• O peso é um vetor; qual o seu módulo, direção e sentido?

• g = campo gravitacional = aceleração gravitacional. Na superfície da Terra, g = 9,8 m/s². Calcule o peso

(em módulo) de uma massa m = 10 kg e mostre N = kg.m₂

s .

• É certo dizer que 1m₂

s = 1 N kg? 10. Sendo G = 6,67 × 10−11 N.m2 kg , MTerra = 6 × 10 24 _{kg e} R Terra = 6,4 × 10

6 _{m, calcule o campo gravitacional}

g na superfície da Terra.

11. O item 6.5.4 (p. 143) trata da força elástica (típico de uma mola ou elástico ideais).

• A expressão F_elástica = |−k.x| representa o módulo da força elástica. Qual o significado de cada letra? • Mostre que, se a força for expressa em “newton” (N) e a deformação x em metro (m), a constante k será

expressa em N/m.

• Uma mola tem constante elástica k = 5.000 N/m; se ela for distendida de x = 0,01 m, qual a intensidade