MECÂNICA - DINÂMICA
Cinemática de uma
Partícula
Cap. 12
Prof Dr.
Cláudio Curotto
Adaptado por:
Prof Dr.
Ronaldo Medeiros-Junior
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica2
Problema 12.88
O snowmobile deixa o ponto A a uma velocidade de 10m/s.
Determine o tempo de vôo de A até B e o alcançe R da trajetória.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
3
Problema 12.88 - Solução
Como é um movimento parabólico, a velocidade na
direção X é constante, assim:
Já na direção Y a aceleração é constante.
Incógnitas:
x
A x
B x
v
=
v
=
v
9,81 / ²
a
= −
g
= −
m s
R
t
AB
e
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
4
Problema 12.88 - Solução
Distâncias percorridas:
v
oyA
v
oxA
A
B
3
5
4
R
Y
A40
ov
oA
0 0 0Decompondo o vetor velocidade em A:
10 m/s
10 cos 40
7, 6604 m/s
10 sen 40
6, 4279 m/s
A Ax Ayv
v
v
=
=
° =
=
° =
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
5
Problema 12.88 - Solução
v
oyA
v
oxA
A
B
3
5
4
R
Y
A40
ov
oA
Pela semelhança de triângulos:
3
4
3
4
A AY
R
R
Y
=
=
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
6
Problema 12.88 - Solução
No movimento horizontal:
No movimento vertical:
s
= s
0
+ vt
x =x +v
B
A
oAx
t
2
0
0
/ 2
s
=
s
+
v t
+
at
0 7, 6604
7, 6604
R
=
+
t
=
t
2
0
/ 2
B
A
Ay
y
=
y
+
v
t
−
gt
2
3
9,81
0
6, 4279
4
2
R
t
=
+
t -
(1)
(2)
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
7
Problema 12.88 - Solução
Substituindo (1) em (2):
Substituindo em (1):
2 2 23 7, 6604
6, 4279
4, 905
0
4
5, 7453
6, 4279
4, 905
0
4, 905
12,1732
0
Com isso, temos:
0
12,1732
2, 4818 s
4,
9
05
2, 48
s
(
t)
t -
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
=
+
=
+
−
=
−
+
=
=
=
∴
=
∴
(
)
7, 6604 2, 4818
R
19 m
R
=
∴
=
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
8
Problema 12.14
Quando o esquiador alcança o ponto A de sua trajetória parabólica, ele
tem uma velocidade escalar de 7 m/s que está aumentando à taxa
constante de 3 m/s
2. Determine a direção de sua velocidade e a aceleração
a (módulo, direção e sentido) no instante considerado. Despreze o
tamanho do esquiador.
y = (1/30)x
2TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
9
Problema 12.14
Sistema de coordenadas. A origem A, tomada no esquiador, bem como
as direções e os sentidos dos eixos n e t, estão mostrados na Figura.
Velocidade: Por definição, a velocidade é sempre tangente à trajetória.
y = (1/30)x
2 21
1
30
15
dy
y
x
x
dx
=
∴
=
Para x = 10:
10
0, 667
15
dy
dx
=
=
Obs: A derivada da função de y em x é justamente o coeficiente angular
do ponto em questão.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
10
Problema 12.14
y = (1/30)x
2Logo, em A, v forma com o eixo x um ângulo ϴ = tg
-1(0,667) = 33,7
o.
v
A= 7 m/s
33,7
oTC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
11
Problema 12.14
y = (1/30)x
2Aceleração: A aceleração é determinada por
2 tv
n= v +
a
u
u
a
a
u
u
u
u
a
u
u
p
Raio de curvatura da trajetória em A (10 m, 5 m):
(
)
2 3/2 2 21
/
/
dy dx
d y dx
ρ
+
=
3/2 21
1
15
1/15
x
ρ
+
=
26,04
ρ
=
Para x = 10:
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
12
Problema 12.14
y = (1/30)x
2Aceleração:
A
2 tv
n= v +
a
u
u
a
u
u
a
u
u
a
u
u
p
Logo:
26, 04
A
2 t7
n= 3 +
a
u
u
a
u
u
a
u
u
a
u
u
{
}
/
2 A= 3 +1,882
t nm s
a
u
u
a
u
u
a
u
u
a
u
u
( )
3
2(
1,882
)
23, 54 /
2 A+
=
m s
a =
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
13
Problema 12.14
y = (1/30)x
2Aceleração:
1(
1,882
) 32,1
3
oφ
−=
= tg
ϕ
1(
n)
ta
a
φ
= tg
−Ângulo que a aceleração faz
com o eixo tangencial a
trajetória
33,7
o33,7
oa
32,1
o33,7
o- 32,1
o= 1,6
oÂngulo que a aceleração faz
com a horizontal
1,6
o 23, 54 /
Am s
a =
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
14
Objetivos
Introduzir os conceitos de posição, deslocamento,
velocidade e aceleração
Estudar o movimento de um ponto material ao longo
de uma reta e representar graficamente esse
movimento
Investigar o movimento de um ponto material ao
longo de uma trajetória curva usando diferentes
sistemas de coordenadas
Apresentar uma análise do movimento
interdependente de dois pontos materiais
Examinar os princípios do movimento relativo de dois
pontos materiais usando eixos em translação
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
15
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Coordenadas Polares
Se o problema é restrito ao plano, usam-se as
coordenadas polares r e ϴ.
r
coordenada radial, que se estende da origem O ao ponto P.
ϴ
coordenada transversal, que é o ângulo medido no sentido
anti-horário, entre uma linha de referência fixa e o eixo r.
Expressar a posição de um ponto material em
termos de coordenadas cilíndricas: r, ϴ, z.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
16
2.5 Vetores Cartesianos
Vetor Unitário:
A direção e o sentido de
A pode ser
especificado por um vetor unitário
u
A
é um vetor adimensional, que define a direção e o sentido de
(escalar positivo) define o módulo de
A A A
A
A
A
=
⇒
=
A
u
A
u
u
A
A
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
17
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Coordenadas Polares
(
)
( )
( )
Vetor de posição:
Velocidade:
Como:
Então:
r r r r r r r r rr
d r
d r
d
r
dt
dt
dt
r
r
v
v
θ θ θθ
=
=
=
=
+
=
+
=
=
+
r
u
v
r
u
u
v
u
v
u
u
u
u
v
u
u
e
v
r=
r
e
v
θ=
r
θ
Deduções no livro, análogas as
expostas em sala na aula anterior
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
18
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Velocidade
v
rcomponente radial, que é uma medida da taxa de aumento ou decréscimo do
comprimento da coordenada radial r.
v
ϴcomponente transversal, que é a taxa de variação do movimento ao longo de
uma circunferência de raio r.
Em particular, o termo
é denominado
velocidade angular (rad/s)
, pois indica
a taxa temporal de variação do ângulo ϴ.
=
d
dt
θ
θ
Obs. A direção de v é a da tangente à
trajetória em P.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
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( )
2
( )
2
( )
2
(
)
2
sendo:
e
r
r
r
r
v
v
v
r
v
r
v
v
v
r
r
θ
θ
θ
θ
θ
θ
=
+
=
=
=
+
=
+
v
u
u
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Velocidade
RESUMINDO
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
20
Escrevendo em função das componentes cartesianas:
cos
sen
sen
cos
r
r
r
r
r
v
v
v
v
θ
v
v
θ
θ
θ
θ
=
+
= −
+
v
y
x
v
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Velocidade
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
21
12.8 * Aceleração
( )
( )
(
)
(
)
2 2 2 2 2 2Derivando
onde
2
2
r r r r r rv
v
a
a
a
r
r
a
r
r
a
a
a
r
r
r
r
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
=
+
=
=
+
= −
=
+
=
+
=
−
+
+
v
u
u
a
v
u
u
v
rdenominado
aceleração angular (rad/s
2)
,
pois mede, em cada instante, a taxa temporal de
variação da velocidade angular
θ
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
22
12.8 * Aceleração
(
)
(
)
(
2)
(
)
Derivando
2
r r r r r r r r r r r r rv
v
v
r
a
a
v
v
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
=
+
=
+
=
=
+
=
=
+
+
+
+
=
+
+
+
+
−
=
−
+
+
v
u
u
u
u
a
v
u
u
a
v
u
u
u
u
u
a
u
u
u
u
u
a
u
u
Deduzindo
Como:
r=
θ
θu
u
r θ= −
θ
u
u
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
23
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Coordenadas Cilíndricas
Se o problema não é restrito ao plano, usam-se
as coordenadas cilíndricas r, ϴ, z.
r
coordenada radial, que se estende da origem O ao ponto P.
ϴ
coordenada transversal, que é o ângulo medido no sentido
anti-horário, entre uma linha de referência fixa e o eixo r.
Expressar a posição de um ponto material em
termos de coordenadas cilíndricas: r, ϴ, z.
z
coordenada identica a utilizada para as coordenadas cartesianas.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
24
12.8 Movimento Curvilíneo: Componentes Cilíndricos
Coordenadas Cilíndricas
O vetor u
zdefine a direçã de z;
A posição, velocidade e aceleração podem ser escritas em
termos de suas coordenadas cilíndricas como se segue:
(
2)
(
)
+r
2
r z r z r zr
z
r
z
r
r
r
r
z
θ
θ
θ
θ
θ
θ
=
+
=
=
+
=
=
=
−
+
+
+
r
u
u
v
r
u
u
u
v
r
u
u
u
p p pa
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica
25
Exemplo 12.17
Um brinquedo de um parque de diversões consiste numa cadeira
que gira numa trajetória circular horizontal de raio r presa a um
braço OB que possui velocidade angular
θ e aceleração angular
θ. Determine os componentes radiais e transversais da velocidade
e aceleração do passageiro. Despreze o tamanho do passageiro.
TC027 - Mecânica Geral III - Dinâmica