Aula 9 - Força de Atrito, Trabalho, Energia Cinética, Energia Potencial e Energia Mecânica

Em nossa aula 9, falaremos dos conceitos de força de atrito, força elástica e aplicaremos em exercícios. Logo depois introduziremos o conceito de Trabalho e Energia.

Veremos que no SI, trabalho é medido em Joule (J), homenagem essa a James Prescott Joule:

Seu experimento:

A História da Energia

A Construção de Itaipu

Falaremos de Energia Cinética, Potencial e Mecânica:

Encerraremos falando do Princípio de Conservação de Energia.

Iniciação Tecnológica - Guindaste com Eletroímã

1> Guindaste: O grupo deverá construir um Guindaste com alavanca e acoplar um eletroímã no mesmo. Os materiais a serem utilizados são: madeira, pregos, parafusos, carretéis (outros), 1 pilha de até 1,5 V, fios e peça metálica. O objetivo é atrair o maior número de clipes possível. O enrolamento do eletroímã será realizado no dia da competição em sala de aula. Os grupos terão 40 minutos para enrolar e acoplar ao guindaste que deverá estar pronto para receber a peça.

2> Materiais: 

• Para construir o guindaste está liberado qualquer tipo de material.
• 1 pilha de até 1,5 V. É proibido utilizar bateria.
• fio para fazer o eletroímã.
• peça metálica onde o fio será enrolado.

3> Regras de Construção:

1. O guindaste deverá possuir uma base sempre fixa ao chão.
2. O levantamento do eletroímã pelo guindaste será feito através de uma alavanca com fio e roldana contida no guindaste.
3. O guindaste deverá levantar clipes pela atração magnética, fica proibido o levantamento mecânico dos mesmos.
4. O guindaste não deverá possuir mais de 80 cm de altura.
5. Qualquer dúvida na construção o professor deve ser procurado.

4> A competição:

• No dia da competição, cada grupo deverá trazer seu guindaste pronto, mas o eletroímã será enrolado na hora e a conexão com a pilhas também será feita no momento da competição.
• A comissão de fiscalização  será responsável por toda a competição. Acima da comissão apenas o professor.
• Cada grupo terá 2 chances de levantamento de clipes (O levantamento se completa após 10 segundos de atração).
• O grupo vencedor é aquele que conseguir o maior número de clipes em uma das tentativas. Se houver empate fica valendo o segundo resultado. Se o empate continuar os grupos envolvidos farão novas tentativas até o desempate.

Aula 8 - Leis de Newton - Pós Aula

Após nossa aula 8, você deverá saber responder as seguintes questões:

1> O cinto de segurança serve para inibir problemas que são explicados por qual lei de Newton?

2> A aplicação da 2ª Lei de Newton é fundamental em problemas de Dinâmica, cite alguns exemplos.

3> Várias artes marciais utilizam a 3ª Lei de Newton para aplicar seus golpes. Explique a afirmação anterior.

4> Como calculamos o Peso de um corpo? Qual instrumento mede massa? Qual instrumento mede Peso? Quais as unidades de massa e Peso no SI?

5> Qual a diferença entre atrito estático e atrito cinético?

Aula 8 - Exercícios de Sala

1> Sob a ação de duas forças uma partícula se move com velocidade constante v = 3 i - 4 j (m/s). Uma das forças é F1 = 2 i - 6 j (N). Qual é a outra?

2> Três astronautas, impulsionados por mochilas a jato, empurram um asteroide de 120 kg para uma base de manutenção, exercendo as forças mostradas na figura, com F1 = 32 N, F2 = 55 N e F3 = 41 N, teta 1 = 30º e teta 2 = 60º. Determine a aceleração do asteroide (a) em termos dos vetores unitários e como (b) um módulo e (c) um ângulo em relação ao semieixo x positivo.

3> Um objeto de 2,00 kg está sujeito a três forças, que lhe imprimem uma aceleração a = -8,00 i +6,00j (m/sˆ2). Se duas das forças são F1 = 30,0 i + 16,0 j (N) e F2 = - 12,0 i + 8,00 j (N), determine a terceira força.

4> Um elevador que pesa 27,8 kN move-se para cima. Qual é a tensão no cabo do elevador se a velocidade (a) está aumentando a uma taxa de 1,22 m/s² e (b) está diminuindo a uma taxa de 1,22 m/s².

5> Calcule o peso de um astronauta de 75 kg (a) na Terra, (b) em Marte, onde g = 3,7 m/s², e (c) no espaço sideral, onde g = 0. (d) Qual é a massa do astronauta em cada um desses lugares.

(Todos problemas retirados de Fundamentos de Física - Volume 1 - Halliday & Resnick)

Aula 8 - Dinâmica - Leis de Newton

Falaremos, também das Leis de Newton - Princípio da Inércia, Princípio Fundamental e Princípio da Ação e Reação. Falaremos de dois tipos de equilíbrio, daremos uma nova definição para massa. Mostraremos também como um corpo sai do equilíbrio e como é a relação de um corpo com o outro. Resolveremos um exercício longo sobre forças que pode ser acompanhado abaixo:

Documentário sobre Isaac Newton

Aula sobre as Leis de Newton no MIT (em inglês)

As Leis de Newton - Universo Mecânico

Livro Principias

Depois iniciaremos pelo estudo do Peso:

Calcularemos a força peso através da expressão: P = m . g

O instrumento que mede peso é o dinamômetro:

A Força Normal é uma reação do apoio onde um corpo é colocado.

A maneira de calcular a Normal depende de cada problema.

A Força de Tração ocorre em cabos ou fios esticados.

A maneira de calcular a tração também depende de cada exercício.

A Força de Atrito é uma força contrária ao movimento ou tentativa de movimento.

Veremos que a força de atrito pode ser divida em estático ou cinético (dinâmico) e pode ser calculada da seguinte forma:

Faremos vários exercícios envolvendo o assunto e discutiremos uma futura prática em laboratório.

Derivadas no Universo Mecânico

Resultados do Carrinho com Bexiga

Resultados:

Alguns Carrinhos

4º Lugar

3º Lugar

2º Lugar

1º Lugar

Aula 7 - Carrinho com Bexiga - Exemplos

Vários exemplo de anos anteriores:

Aula 7 - Iniciação Tecnológica - Carrinho com Bexiga

Em nossa aula 7, teremos a Iniciação Tecnológica do Carrinho com Bexiga.

Lembrando das Regras

1> A massa do carrinho é livre.

2> Os carrinhos devem ser movidos exclusivamente por ar expelido por uma bexiga. A bexiga deverá ser trazida pelo grupo. O grupo pode ter de 1 aluno a 5 alunos.

3> O carrinho deverá percorrer uma pista de 3 m de comprimento por 90 cm de largura, caso ele queime as linhas demarcatórias da pista, ele estará automaticamente desclassificado naquele ponto.

4> Os carrinhos deverão cumprir uma prova mínima. A prova consiste em colocar o carrinho na pista e completar o percurso sem queimar as linhas que a delimitam em no máximo 5 s.

5> A competição será realizada como em corridas de “dragstars” ou arrancadas, ou seja, competem dois a dois competidores. O vencedor elimina o derrotado (em melhor de 3, na final será apenas uma corrida).

6> O carrinho deverá ter contato com a pista, em todo o seu percurso, caso contrário será desclassificado.

7> Qualquer dúvida existente durante a competição será resolvida pela comissão julgadora e tem palavra final do professor Maurício Ruv Lemes. A comissão julgadora é soberana.

O Relatório deve conter:

1> Nomes completos e curso

2> Objetivos do projeto

3> Projeto do Carrinho (desenho, foto, dimensões)

4> Problemas e Soluções

5> Física no Projeto - Calcular velocidade média de alguns testes.

6> Conclusão

7> Referências

Aula 6 - Laboratório - MRU - Pós Aula

Após nossa aula 6, você deverá ser capaz de responder:

1> O que caracteriza um MRU?

2> Como devemos proceder para escrever a função horária do movimento?

3> Quais cuidados devemos ter para desenhar o gráfico s x t, deste movimento?

4> A inclinação do plano interfere no MRU? Explique.

Aula 6 - Laboratório - MRU - Função Horária

MRU:

Função Horária

OBS: Lembre-se no momento de escrever a função horária você não substitui nem o s nem o t.

Aula 6 - Laboratório - MRU

Laboratório sobre Movimento Uniforme

Não esqueça o Jaleco.

Roteiro do Laboratório

Aula 5 - Queda Livre e Movimento de Projéteis - Pós Aula

Após nossa 5ª aula o aluno deverá saber responder as seguintes questões:

1> Qual a diferença entre Queda Livre e Lançamento Vertical?

2> Um móvel com MRUV possui função horária s = 3 - 5 t - 8 tˆ2 (SI), determine:
(a) a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração escalar;
(b) a função da velocidade;
(c) o instante da inversão do movimento.

3> Faça um glossário com todas as fórmulas que tivemos até o momento.

4> Qual a diferença de Lançamento Horizontal e Lançamento Oblíquo?

5> Na prática o lançamento de projéteis é um MUV com algumas alterações em suas equações. Quais são essas alterações?

Aula 5 - Exercícios de Sala

1) Um múon (uma partícula elementar) entra em uma região com velocidade de 5,00 x 10ˆ6 m/s e passa a ser desacelerada a uma taxa de 1,25 x 10ˆ14 m/sˆ2 (a) Qual a distância percorrida pelo múon até parar? (b) Trace os gráficos: x versus t, e v versus t para o múon.

(2) Gotas de chuva caem 1700 m de uma nuvem até o chão. (a) Se elas não sofressem a influência da resistência do ar, quais seriam suas velocidades ao atingirem o solo? (b) Seria seguro caminharmos ao ar livre durante uma tempestade com chuva?

(3) Uma pedra é atirada verticalmente para cima a partir do solo no instante t = 0. Em t = 1,5 s ela ultrapassa o topo de uma torre alta,  e 1,0 s depois alcança a altura máxima. Qual é a altura da Torre?

(4) Um piloto voa horizontalmente a 1300 km/h, inicialmente a uma altura de h = 35 m acima do nível do solo. Entretanto, no tempo t = 0 o piloto começa a sobrevoar um terreno inclinado para cima de um ângulo teta = 4,3º. Se o piloto não mudar a direção do avião em que instante t o avião se chocará com o solo?

(5) Uma pedra é lançada por uma catapulta no instante t = 0, com uma velocidade inicial de módulo 20,0 m/s e ângulo de 40º acima da horizontal. Quais são os módulos das componentes (a) horizontal e (b) vertical da velocidade inicial da pedra? (c) Qual o alcance máximo (horizontal) da pedra? (d) Qual a altura máxima atingida pela pedra?

Aula 5 - Queda Livre e Lançamento de Projéteis

Em nossa 5ª aula falaremos de movimentos verticais e lançamento de projéteis:

 Primeiramente falaremos de Queda Livre, onde a característica principal é a velocidade inicial igual a zero.

O maior salto de todos os tempos:

Escrevemos: y = gtˆ2/2 ; v = gt; vˆ2 = 2 g Delta y

Experimento muito interessante (Contribuição do aluno Jair de Souza Ribeiro Júnior)

Depois discutiremos o lançamento vertical, que pode ser para cima ou para baixo, afetando o sinal da aceleração da gravidade (no caso de ser para cima => - g) (no caso de ser para baixo => g).

Equações:

Teste na Lua

Na parte final, veremos que a mudança de pequenos detalhes nos leva a discussão de outro movimento muito importante - o Lançamento de Projéteis.