Força e Movimento
Força e Movimento
Começamos o nosso aprendizado de Física estudando Força e Movimento. O que é força? O que é movimento? Existe alguma relação entre força e movimento? Estas são algumas perguntas que procuraremos responder nesta Escola Mirim de Física.
As pessoas na figura abaixo, brincando de cabo de guerra, estão fazendo força? Você acha que essas forças resultam em movimento?
Começamos o nosso aprendizado de Física estudando Força e Movimento. O que é força? O que é movimento? Existe alguma relação entre força e movimento? Estas são algumas perguntas que procuraremos responder nesta Escola Mirim de Física.
As pessoas na figura abaixo, brincando de cabo de guerra, estão fazendo força? Você acha que essas forças resultam em movimento?
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| Cabo de guerra |
O que dizer então da figura abaixo mostrando um foguete sendo lançado para o espaço? Existe força sobre o foguete? Existe movimento?
Intuitivamente, pressentimos que existe alguma relação sim entre Força e Movimento. Podemos até pensar que o movimento resulta da ação de uma força, pois para arrastarmos ou puxarmos um objeto pesado precisamos nos esforçar, ou seja, aplicar uma força ou puxar com força o objeto.
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| Lançamento de foguete |
Isso é verdade. É verdade também, porém menos intuitivo, que para manter um objeto em movimento, nem sempre manter a força apicada sobre o objeto. Um objeto sem força alguma atuando sobre ele, pode estar sim em movimento. Veremos, nesta Escola Mirim, quando isso acontece.
Vamos começar o nosso estudo do Movimento definindo velocidade.
Velocidade
Toda matéria está em movimento! A velocidade desses objetos, animados ou inanimados, pode ser muito diferente uma da outra. Por exemplo, a velocidade de um jabuti é muito menor do que a de um leopardo. Afinal, o que é velocidade? Como definimos e como medimos a velocidade?
Para descobrir a rapidez de algo (um atleta, por exemplo) que se move é preciso saber duas coisas:
(a) quanto mudou a sua posição (ou, qual a distância percorrida)
(b) o tempo que levou para percorrer esta distância.
Em outras palavras, é preciso saber qual a distância percorrida e o tempo gasto no percurso.
Velocidade = Distância percorrida / tempo gasto
ou
Distância percorrida = Velocidade x tempo gasto
Unidades de velocidade: metro por segundo (m/s), quilômetros por hora (km/h), milhas por hora (mph).
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Animação:
Qual é a velocidade do carrinho na animação abaixo?
Antes de iniciar a animação, tente prever o movimento do automóvel em cada treco do gráfico. Qual é a velocidade do automóvel em cada trecho do gráfico?
Outra animação:
Meça a velocidade da bola para três velocidades diferentes.
Clique aqui para acessar a animação no site original.
Simulação: Movimento de dois carrinhos
Clique aqui para acessar o a simulação em outra página.
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Mais uma animação: O trem de Newton.
Qual dos três trens anda mais rápido? o mais pesado, o de peso médio ou o mais leve? Uma pequena força faz mover os trens de grande e médio peso, e uma grande força faz mover o trem mais leve.
Animação:
Qual é a velocidade do carrinho na animação abaixo?
Antes de iniciar a animação, tente prever o movimento do automóvel em cada treco do gráfico. Qual é a velocidade do automóvel em cada trecho do gráfico?
Outra animação:
Meça a velocidade da bola para três velocidades diferentes.
Clique aqui para acessar a animação no site original.
Simulação: Movimento de dois carrinhos
Clique aqui para acessar o a simulação em outra página.
Escolha a posição inicial que desejar para os carrinhos verde e vermelho e as suas velocidades iniciais. Proponha desafios aos seus colegas como, por exemplo: posicione o carrinho verde na posição inicial 11 e o carrinho vermelho em 6. Atribua velocidade 60 m/s para o carrinho verde e 30 m/s para o carrinho vermelho. Pergunta: quem ganha a corrida? O carrinho que chegar primeiro na posição s = 0 (bandeira de chegada) é o vencedor!
O carrinho verde vai ultrapassar o carrinho vermelho? Se sim, em que posição ocorre a ultrapassagem? E em qual tempo? Usando esta simulação, você pode resolver problemas de Física desse tipo sem fazer contas! Basta utilizar esta simulação.
O carrinho verde vai ultrapassar o carrinho vermelho? Se sim, em que posição ocorre a ultrapassagem? E em qual tempo? Usando esta simulação, você pode resolver problemas de Física desse tipo sem fazer contas! Basta utilizar esta simulação.
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Mais uma animação: O trem de Newton.
Qual dos três trens anda mais rápido? o mais pesado, o de peso médio ou o mais leve? Uma pequena força faz mover os trens de grande e médio peso, e uma grande força faz mover o trem mais leve.
Aceleração
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| Este carro está sendo acelerado, pois a sua velocidade varia. |
Aceleração é a taxa na qual a velocidade de um
objeto varia no tempo. Traduzindo: Se a velocidade varia, tanto em módulo quanto em direção, o carro está sendo acelerado.
Exemplo: um carro inicialmente (velocidade nula) e acelerado até atingir a velocidade de 20 km/h (lê-se 20 quilômetros por hora). Todo movimento circular é acelerado, pois a direção da velocidade varia a cada instante.
Quando o módulo da velocidade aumenta, dizemos que ocorre uma aceleração; quando essa velocidade diminui, falamos de desaceleração.
Quanto mais rápido for essa aceleração ou desaceleração, maior é a variação da velocidade em um dado intervalo de tempo.
Se a aceleração é positiva, o objeto está
acelerado; se for negativa, ele está desacelerado.Exemplo: um carro inicialmente (velocidade nula) e acelerado até atingir a velocidade de 20 km/h (lê-se 20 quilômetros por hora). Todo movimento circular é acelerado, pois a direção da velocidade varia a cada instante.
Quando o módulo da velocidade aumenta, dizemos que ocorre uma aceleração; quando essa velocidade diminui, falamos de desaceleração.
Quanto mais rápido for essa aceleração ou desaceleração, maior é a variação da velocidade em um dado intervalo de tempo.
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| Todo movimento circular é acelerado |
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| Velocidade máxima permitida |
Uma aceleração negativa é uma desaceleração ou um retardo do movimento.
Aceleração = variação da velocidade / Tempo necessário
=
(velocidade final - velocidade inicial) / Tempo necessário
A aceleração é o aumento na velocidade por segundo, por
minuto, por hora etc. Assim, a unidade física da aceleração é (metro por
segundo) por segundo, também representado como m/s2.
Animação
Pratique a animação abaixo para aprender ou reforçar seus conhecimentos sobre aceleração.
Na animação abaixo, qual é a direção da aceleração com relação à direção da velocidade? A velocidade e a aceleração têm sempre a mesma direção? Porque?
Massa e peso
Sabemos na prática que é difícil puxar uma caixa de 50 kg sobre um piso liso porque a massa da caixa é grande.
Se você tentasse arrastar a mesma caixa sobre um piso na Lua, notaria que seria mais fácil apesar da
massa da caixa não mudar. O que muda? O peso da caixa muda! A massa -e não o peso-, é uma propriedade da matéria esteja ela onde estiver (na Terra ou na Lua).
Na Lua, a massa da caixa continua sendo 50 kg. Qual é o peso da caixa na Terra e na Lua? Por que o peso é diferente? Onde a caixa pesa mais, na Terra ou na Lua?
Pense um pouco e confira as suas conclusões na animação a seguir.
Animação: Qual é o seu peso na Terra, na Lua e em outros planetas? Se a sua massa é 50 kg, o seu peso na Terra é 50 kg x 9,8 m/s2 = 490 N. Na Lua, o seu peso é 81 kg.
Clique aqui, ou sobre a imagem abaixo, para acessar o programa que calcula o peso de um objeto em outros planetas, sabendo o seu peso na Terra.
Observe e comente as figuras abaixo com seus colegas.Na Lua, a massa da caixa continua sendo 50 kg. Qual é o peso da caixa na Terra e na Lua? Por que o peso é diferente? Onde a caixa pesa mais, na Terra ou na Lua?
Pense um pouco e confira as suas conclusões na animação a seguir.
Animação: Qual é o seu peso na Terra, na Lua e em outros planetas? Se a sua massa é 50 kg, o seu peso na Terra é 50 kg x 9,8 m/s2 = 490 N. Na Lua, o seu peso é 81 kg.
Clique aqui, ou sobre a imagem abaixo, para acessar o programa que calcula o peso de um objeto em outros planetas, sabendo o seu peso na Terra.
A velocidade do som
Vetores
O que são vetores? Em física, usamos muito o conceito de vetor, pois muitas grandezas físicas são são grandezas vetoriais.
Normalmente, representamos um vetor por uma flecha. A direção da flecha dá a direção do vetor e o comprimento da flecha dá o módulo do vetor.
Grandezas físicas como deslocamento, velocidade, aceleração e força são grandezas vetoriais. Para elas estrem totalmente definidas, é necessário fornecer o módulo ou intensidade e a direção dessas grandezas (além, claro, da unidade -m, m/s, newton etc.).
Na simulação abaixo, familiarize-se com vetores e soma de vetores.
Normalmente, representamos um vetor por uma flecha. A direção da flecha dá a direção do vetor e o comprimento da flecha dá o módulo do vetor.
Grandezas físicas como deslocamento, velocidade, aceleração e força são grandezas vetoriais. Para elas estrem totalmente definidas, é necessário fornecer o módulo ou intensidade e a direção dessas grandezas (além, claro, da unidade -m, m/s, newton etc.).
Na simulação abaixo, familiarize-se com vetores e soma de vetores.
Saiba como adicionar vetores. Arraste vetores para o gráfico, altere seu comprimento e ângulo, e some-os. O módulo, o ângulo e os componentes de cada vetor podem ser exibido em vários formatos.
Fontes consultadas:
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