Archive for the ‘Fisica, sua historia e ramos de atuação’ category

Hidrodinâmica

05/12/2010

A hidrodinâmica é uma parte da mecânica dos fluidos que estuda o escoamento dos fluidos. Estuda os fluidos sujeitos a forças externas que induzam movimento. Uma vez que os fluidos não apresentam resistência quando submetidos a forças de cisalhamento, a ação de forças externas, sejam forças de contato ou forças gravitacionais, induz movimento sobre fluidos ou parte de fluidos não contidos por recipientes (como a superfície dos oceanos e rios).

Hidrostática

05/12/2010

Introdução

Hidrostática é o ramo da Física que estuda a força exercida por e sobre líquidos em repouso. Este nome faz referência ao primeiro fluido estudado, a água, assim por razões históricas se mantém este nome. Fluido é uma substância que pode escoar facilmente, não tem forma própria e tem a capacidade de mudar de forma ao ser submetido à ação e pequenas forças. A palavra fluido pode designar tanto líquidos quanto gases. Ao estudar hidrostática é de suma importância falar de densidade, pressão, Princípio de Pascal, empuxo e o Princípio Fundamental da Hidrostática.

Densidade

Densidade (ou massa específica) de um corpo é a relação entre a massa do m e o volume do mesmo. 

A densidade informa se a substância do qual é feito um determinado corpo é mais ou menos compacta. Os corpos que possuem muita massa em pequeno volume, como é o caso do ouro e da platina, apresentam grande densidade. Já os corpos que possuem pequena massa em grande volume, como é o caso do isopor, apresentam pequena densidade. A unidade de densidade mais usada é 1g/cm3. Para a água temos que a sua densidade é igual a 1g/cm3, ou seja, 1cm3 de água tem massa de 1g. Apesar de esta unidade ser a mais usada, no SI (sistema Internacional de Unidades) a unidade de densidade é 1kg/m3.

Pressão

É a relação entre a força aplicada perpendicularmente sobre um corpo e a sua área sobre a qual ela atua. Matematicamente temos:

P= F/A

A unidade de pressão no SI é o newton por metro quadrado (N/m2), também chamado de pascal (Pa), em homenagem a Blaise Pascal,físico francês que estudou o funcionamento da prensa hidráulica.

Princípio Fundamental da Hidrostática

Também chamado de Princípio de Stevin, diz que:

“A diferença de pressão entre dois pontos do mesmo líquido é igual ao produto da massa específica (também chamada de densidade) pelo módulo da aceleração da gravidade local e pela diferença de profundidade entre os pontos considerados”

Onde d é a densidade do líquido, g é o módulo da aceleração da gravidade local e h é a diferença entre as profundidades dos pontos no mesmo líquido.

A partir do princípio de Stevin pode-se concluir que:

  • Pontos situados em um mesmo líquido e na mesma horizontal ficam sujeitos a mesma pressão; 
  • A pressão aumenta com o aumento da profundidade; 
  • A superfície livre dos líquidos em equilíbrio é horizontal.

Potência e Energia

05/12/2010

Potência

Dois carros saem da praia em direção a serra (h=600m). Um dos carros realiza a viagem em 1hora, o outro demora 2horas para chegar. Qual dos carros realizou maior trabalho?

Nenhum dos dois. O Trabalho foi exatamente o mesmo. Entretanto, o carro que andou mais rápido desenvolveu uma Potência maior.

A unidade de potência no SI é o watt (W).

Além do watt, usa-se com frequência as unidades:

1kW (1 quilowatt) = 1000W

1MW (1 megawatt) = 1000000W = 1000kW

1cv (1 cavalo-vapor) = 735W

1HP (1 horse-power) = 746W

 

Potência Média

Definimos a partir daí potência média relacionando o Trabalho com o tempo gasto para realizá-lo.

Potência Instantânea

Quando o tempo gasto for infinitamente pequeno teremos a potência instantânea.

 Exemplo:

Qual a potência média que um corpo desenvolve quando aplicada a ele uma força horizontal com intensidade igual a 12N, por um percurso de 30m, sendo que o tempo gasto para percorrê-lo foi 10s?

 E a potência instantânea no momento em que o corpo atingir 2m/s?

 Energia Mecânica

Energia é a capacidade de executar um trabalho.

Energia mecânica é aquela que acontece devido ao movimento dos corpos ou armazenada nos sistemas físicos.

Dentre as diversas energias conhecidas, as que veremos no estudo de dinâmica são:

  • Energia Cinética;
  • Energia Potencial Gravitacional;
  • Energia Potencial Elástica;

Energia Cinética

É a energia ligada ao movimento dos corpos. Resulta da transferência de energia do sistema que põe o corpo em movimento.

O Teorema da Energia Cinética (TEC) diz que:

“O trabalho da força resultante é medido pela variação da energia cinética.”

Exemplo:

Qual o trabalho realizado por um corpo de massa 10kg que inicia um percurso com velocidade 10m/s² até parar?

 Energia Potencial

Energia Potencial é a energia que pode ser armazenada em um sistema físico e tem a capacidade de ser transformada em energia cinética.

Conforme o corpo perde energia potencial ganha energia cinética ou vice-e-verso.

 Energia Potencial Gravitacional

 É a energia que corresponde ao trabalho que a força Peso realiza.

É obtido quando consideramos o deslocamento de um corpo na vertical, tendo como origem o nível de referência (solo, chão de uma sala, …).

 Enquanto o corpo cai vai ficando mais rápido, ou seja, ganha Energia Cinética, e como a altura diminui, perde Energia Potencial Gravitacional.

 Energia Potencial Elástica

 Corresponde ao trabalho que a força Elástica realiza. Como a força elástica é uma força variável. 

Trabalho

05/12/2010

Vimos no texto sobre energia cinética que podemos perceber a energia que um corpo possui quando este realiza trabalho. Na física o trabalho é o produto da força exercida sobre um corpo pelo deslocamento deste corpo na direção desta força, ou seja:
T= F.d.cosθ
onde:
T = trabalho realizado F= força d = distância percorrida (deslocamento do corpo)cosθ = cosseno do ângulo formado pela força e o deslocamento
Um homem levantando seu corpo utilizando uma barra é um bom exemplo de trabalho. A energia que gastamos ao levantar nosso corpo em uma barra, corresponde ao trabalho realizado pela força que nos ergue por certa distância.
(confira esta ilustração e várias outras, em alta resolução, no blog do amigo Tainan Rocha)
Sendo assim, trabalho é energia, ou seja, o trabalho é igual à variação de energia cinética de um corpo:
T = ΔEc
Logo, no SI as unidades de trabalho e energia são a mesma, o Joule (J).
Vamos, agora, resolver um exercício que envolva o conceito de trabalho:
Determine o trabalho de uma força constante de 300N a aplicada a um corpo de massa 30Kg. Sabendo que o deslocamento do corpo foi de 25 metros na mesma direção e sentido da força.
Resolução:
São dados do exercício:
F = 300N d = 25 m cosθ = 1 ( pois a força e o deslocamento têm a mesma direção e sentido)
logo, aplicando a equação do trabalho, temos:
T = F.d.cosθ
T = 300. 25.1
T = 7500 J

Principios Fundamentais de dinâmica

05/12/2010

Definição de Dinâmica

É a parte da Física que estuda a relação entre força e movimento. A essência desta parte da Física é estudar os movimentos dos corpos e suas causas, sem deixar de lado os conceitos de cinemática previamente estudados.
Cinemática: Ramo da Física que estuda os movimentos sem se preocupar com as suas causas.

O início do estudo da Dinâmica

O estudo da dinâmica teve início com Aristóteles por volta de 384 a.C. Aristóteles elaborou uma teoria na tentativa de explicar os movimentos dos corpos. Essa teoria permaneceu válida até a Idade Média, mais precisamente na época do Renascentismo. Foi no Renascentismo que a teoria foi reavaliada. Um dos vários aspectos desta lei dizia que um corpo só permaneceria em movimento se uma força continuasse a imprimir sobre ele uma determinada força. Anos mais tarde, Galileu Galilei realizou novos estudos sobre os movimentos dos corpos, estudos sobre o movimento uniformemente acelerado e o movimento do pêndulo, descobriu a lei do movimento e enunciou a lei da inércia. Em sua lei, Galileu dizia que a tendência natural dos corpos, na ausência de forças externas, é de se manterem em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Isto significa que pode existir movimento sem que exista a atuação de forças externas sobre o corpo. Por exemplo, um disco de hóquei lançado sobre uma superfície totalmente lisa e na ausência da resistência do ar, pode manter seu estado de movimento indefinidamente. As idéias de Galileu foram precursoras das Leis de Newton.

Isaac Newton e as leis do movimento.

Newton, cientista inglês mais reconhecido como físico e matemático, nascido no ano 1643, em Woolsthorpe, Inglaterra, desenvolveu as idéias de Galileu e publicou seus estudos na obra Princípios Matemáticos de Filosofia Natural, na qual ele descreveu seus estudos e descobertas na área da Gravitação Universal e enunciou as três leis fundamentais do movimento, nomeadas de Leis de Newton. As três leis são:

Princípio da Inércia ou Primeira Lei de Newton;
Princípio Fundamental da Dinâmica ou Segunda Lei de Newton;
Princípio da Ação e Reação ou Terceira Lei de Newton.

Movimentos Circulares

05/12/2010

O movimento circular uniforme (MCU) é o movimento no qual o corpo descreve trajetória circular, podendo ser uma circunferência ou um arco de circunferência. A velocidade escalar permanece constante durante todo o trajeto e a velocidade vetorial apresenta módulo constante, no entanto sua direção é variável. A aceleração tangencial é nula (at = 0), no entanto com a aceleração centrípeta não ocorre o mesmo, ou seja, a aceleração não é nula (ac ≠ 0). A direção da aceleração centrípeta, em cada ponto da trajetória, é perpendicular à velocidade vetorial, e aponta para o centro da trajetória. O módulo da aceleração centrípeta é escrito da seguinte forma: ac = v2/r, onde r é o raio da circunferência descrita pelo móvel.Força Centrípeta

Para que um móvel possa descrever o movimento circular uniforme é necessário que esteja atuando uma força sobre ele, de modo que faça com que ele mude de posição, pois se tal fato não ocorrer o móvel passaria a descrever um movimento retilíneo uniforme. Essa força tem o nome de força centrípeta, e matematicamente é descrita da seguinte forma:

Um corpo que descreve um movimento circular uniforme passa de tempo em tempo no mesmo ponto da trajetória, sempre com a mesma velocidade. Assim, podemos dizer que esse movimento é repetitivo, e pode ser chamado de movimento periódico. Nos movimentos periódicos existem dois conceitos muito importantes que são: freqüência e período.

Freqüência: é o número de voltas que o corpo efetua em um determinado tempo (f = 1/ T).

Período: é o tempo gasto para se completar um ciclo (T = 1/ f).

Ao observar a definição de período e de freqüência podemos dizer que o período é o inverso da freqüência.

Equações do Movimento Circular

As equações que determinam o movimento circular são as seguintes:

Posição angular: S = φ .R, onde R é o raio da circunferência.
Velocidade angular média: ωm = Δφ/Δt
Aceleração centrípeta: ac = v2/R, onde R é o raio da circunferência.

 

Fc = m. ac

Onde ac é a aceleração centrípeta, ac = v2/R. Substituindo na equação acima temos:

Fc = m. v2/R

A força centrípeta é sempre direcionada para o centro da circunferência. No cotidiano existem alguns exemplos de força centrípeta como a secadora de roupas e os satélites que ficam em órbita circular em torno do centro da Terra.

Vetores

05/12/2010

Grandezas Fisicas

      Grandeza Física é qualquer entidade física que pode ser medida.
      Na tabela abaixo mostramos alguns exemplos de Grandezas Físicas e suas respectivas unidades.

Grandeza Unidade Símbolo
comprimento metro m
massa quilograma kg
tempo segundo s

Grandezas Escalares:

      Chamamos de grandezas escalares aquelas que ficam completamente determinadas pelo valor numérico e pela unidade.
      Exemplos: Volume de um corpo, área de uma figura, massa, tempo, densidade,…….

Grandezas Vetoriais:

      São aquelas que além do valor numérico (módulo) e da unidade, necessita de direção e sentido.
      Exemplos: Velocidade de um corpo, Força, aceleração, Impulso,…


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Vetor:

      A forma para indicar uma grandeza vetorial é a utilização de um ente matemático chamado VETOR. Sua representação gráfica é feita através de um segmento orientado. Veja a figura abaixo:

Exemplo 01

      (F. M. Taubaté) Uma grandeza física vetorial fica perfeitamente definida quando dela se conhecem
a) valor numérico, desvio e unidade.
b) valor numérico, desvio, unidade e direção.
c) valor numérico, desvio, unidade e sentido.
d) valor numérico, unidade, direção e sentido.
e) desvio, direção, sentido e unidade.

Resp: d

Exemplo 02

      (U. E. Ponta Grossa) Quando dizemos que a velocidade de uma bola é de 20m/s, horizontal e para a direita, estamos definindo a velocidade como uma grandeza:
a) escalar.
b) algébrica.
c) linear.
d) vetorial.
e) n.d.a.

Solução

Resp: d

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Operações com Vetores

      Sejam dados os dois vetores abaixo, vamos mostrar como podem ser realizadas algumas operações.

Adição de Vetores:

Para efetuarmos a operação da adição;

poderemos utilizar dois processos como indicamos a seguir:

      Veja o exemplo a seguir como utilizar o conceito de vetor e a operação da adição vetorial.

Exemplo 03

      (Medicina Pouso Alegre) Uma pessoa para dar um passeio pela cidade, faz o seguinte percurso: sai de casa e anda 2 quarteirões para o norte; logo após, dobrar à esquerda ela anda mais 3 quarteirões para oeste, virando a seguir, novamente à esquerda e andando mais 2 quarteirões para o Sul. Sabendo que um quarteirão mede 100m, determine o deslocamento da pessoa.

Solução


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Determinação da Resultante

      O módulo da resultante pode ser calculado pela expressão matemática abaixo.

 

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Exemplo 04

      (PUC – SP) Os esquemas ao lado mostram um barco retirado de um rio por dois homens. Em (a) são usadas cordas que transmitem ao barco forças paralelas de intensidades F1 e F2. Em (b) são usadas cordas inclinadas de 90º que transmitem ao barco forças de intensidades iguais às anteriores.
      Sabe-se que, no caso (a), a força resultante transmitida ao barco tem intensidade 70kgf e que, no caso (b), tem intensidade de 50kgf. Nessas condições, determine os esforços desenvolvidos pelos dois homens.

Solução

 

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Exemplo 05

      Dois fios sustentam um quadro como mostramos na figura ao lado, onde a intensidade da tração em cada um deles é de T1=T2=20N. O ângulo entre os fios é de 120º. Determine a intensidade da força resultante sobre o prego fixado na parede que sustenta o quadro.

Solução


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Produto de um Número Real por um Vetor

Chama-se produto de um númeo real n por um vetor ao novo vetor:

Vetor Oposto.

      O vetor oposto é aquele que possui o mesmo módulo, a mesma direção e o sentido oposto. Veja a seguir um exemplo com o vetor e o seu respectivo oposto.

Subtração de Vetores.

      Agora que definimos o significado do vetor oposto podemos de uma forma mais simples mostrar como se realiza uma operação de subtração vetorial. Veja o nonsso exemplo a seguir:


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      Veja a seguir o que estamos dizendo:

      Podemos representar a operação feita acima, através de uma representação gráfica, como indicamos a seguir:

Decomposição de um Vetor.

Exemplo 06

      (Unifor – CE) Um gancho é puchado pela força , conforme a figura abaixo:
      Dados: sen= 0,80 ; cos= 0,60 )
      Determine a componente no eixo x da força


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Solução


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Exercício 01

      (Faap – SP) A intensidade da resultante entre duas forças concorrentes, perpendiculares entre si, é de 7,5N. Sendo a intensidade de uma força igual a 60N, calcule a intensidade da outra.

Exercício 02

     (Mack- SP) O vetor resultante da Soma de AB, BE E CA é:

Exercício 03

      (PUCC ) A soma de dois vetores ortogonais, isto é, perpendiculares entre si, um de módulo 12 e outro de módulo 16, terá módulo igual a:
a) 4
b) um valor compreendido entre 12 e 16,
c) 20,
d) 28,
e) um valor maior que 28.

Exercício 04

 

Respostas

1) 45N

2)d

3) c


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