ciências da natureza e suas tecnologias - física ensino médio, 1ª série peso
Post on 22-Apr-2015
116 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física
Ensino Médio, 1ª SériePeso
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...
Mas, antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
2. Por que os astronautas parecem flutuar quando estão no espaço?
1. Massa e Peso são a mesma coisa?
3. Por que, quem está do outro lado do mundo, não “cai para baixo”?
Imag
em: N
AS
A /
Dom
ínio
Púb
lico
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Força Peso“Todos nós estamos “presos ao chão” por causa da existência de uma Força de Atração do Campo Gravitacional da Terra que nos puxa, na vertical, para baixo, com a aceleração gravitacional... O Peso é uma força de campo que atua no campo gravitacional de um corpo celeste, que tem sempre o sentido de aproximar o objeto que está sendo atraído para o centro desse corpo”.
KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva. 2010.
Sendo m a intensidade da massa do objeto e g, a da aceleração da gravidade, seu peso é determinado pelo Princípio Fundamental da Dinâmica.
�⃗� 𝑅=𝑚∙ �⃗�→ �⃗�=𝒎 ∙ �⃗�
𝒐𝒏𝒅𝒆 { 𝑷≡𝑭𝒐𝒓 ç𝒂𝑷𝒆𝒔𝒐𝒎≡𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂𝒅𝒐𝒄𝒐𝒓𝒑𝒐
𝒈≡𝑨𝒄𝒆𝒍𝒆𝒓𝒂 çã𝒐 𝒅𝒂𝒈𝒓𝒂𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝑵𝒂𝑻𝒆𝒓𝒓𝒂𝒈=𝟗 ,𝟖𝟏𝒎 /𝒔𝟐 Im
agem
: Ole
g A
lexa
ndro
v / D
omín
io P
úblic
o
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Força Peso
�⃗� �⃗� �⃗�
�⃗��⃗�
�⃗��⃗�
�⃗�
Lembre-se:A Força Peso é SEMPRE VERTICAL PARA BAIXO em relação à Terra.
Toda
s as
imag
ens
dess
e sl
ide
fora
m p
rodu
zida
s pe
lo P
rof.
Lean
dro
Lim
a
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Massa Inercial e Massa Gravitacional são a mesma coisa?
Quando os Principia foram escritos por Newton, fazia-se distinção entre os conceitos de Massa Inercial e Massa Gravitacional.
Essa diferença foi superada pela Teoria da Relatividade Geral, Albert Einstein, que se baseia no fato de que Massa é justamente o conceito que mede duas variáveis distintas: a Inércia e a Gravitação.
KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva. 2010.
Imag
em: O
ren
Jack
Tur
ner,
Prin
ceto
n, N
.J. /
Dom
ínio
Púb
lico
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
EXEMPLO: Se uma maçã pesa 1N na superfície da Terra, ela pesaria apenas ¼ N a uma distância duas vezes maior em relação ao centro da Terra. A uma distância três vezes maior, ela pesaria apenas 1/9 N. E assim sucessivamente.
Gráfico do Peso X Distância em relação à superfície da Terra
Obs.: Esse gráfico é conhecido como hipérbole cúbica
4f
2f
0 2d 4d
Fo
rça
Distância
Fo
rça
Distância
1d 2d 3d 4d 5d
Força gravitacional ~1/d²
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
O que de fato as balanças medem?
Quando subimos numa balança, costumamos dizer que vamos nos pesar. Mas balanças, por definição, medem massa. Então o correto seria dizer que "vamos nos massar".
É claro que dizemos "vamos nos pesar" por uma questão cultural e, de fato, na linguagem cotidiana isso não tem nenhuma relevância. Im
agem
: Nam
toag
aow
en /
Cre
ativ
e C
omm
ons
Attr
ibut
ion-
Sha
re A
like
3.0
Unp
orte
d
Imag
em: E
van
Ben
ch /
Cre
ativ
e C
omm
ons
Attr
ibut
ion
2.0
Gen
eric
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
O que de fato as balanças medem?
O mecanismo pelo qual a balança obtém a massa do corpo depende do seu princípio de funcionamento.
Imagem: Lilly_M / GNU Free Documentation License
Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentation License
Imagem: Rohgoyal / Domínio Público
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Em deslocamentos horizontais ou repouso, a força resultante vertical é zero. Nesse caso, N = P.
Força NormalÉ a força de reação que uma superfície exerce sobre um corpo nela apoiado.
Ela tem esse nome por sempre formar um ângulo de 90º com a superfície.
P⃗
N⃗
Imag
em: S
tann
ered
/ D
omín
io
Púb
lico
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Força Normal
Lembre-se:A Força Normal é SEMPRE PERPENDICULAR à superfície de apoio.
�⃗�=0⃗Pois o corpo não está apoiado em nenhuma superfície
𝑁
�⃗��⃗�
�⃗��⃗�
�⃗��⃗�
Toda
s as
imag
ens
dess
e sl
ide
fora
m p
rodu
zida
s pe
lo P
rof.
Lean
dro
Lim
a
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
As balanças de farmácia, que são as mais comuns, medem a Força Normal e não o Peso.
O que de fato as balanças medem?
De fato, a balança mede a NORMAL, mas nos informa o que seria a massa de um objeto único que estivesse colocado sobre ela. Outro argumento é o de que a balança deve estar na horizontal, para medir corretamente, pois, caso contrário, pode dar medidas (indiretas) erradas de massa.
Imag
em: E
van
Ben
ch /
Cre
ativ
e C
omm
ons
Attr
ibut
ion
2.0
Gen
eric
Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentaion License
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Balança ou Dinamômetro ?
Elevador descendo acelerado. O que indica a leitura?
O que indica a leitura?
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Consideremos a seguinte situação:
Se nos pusermos em cima de uma balança, dentro de um elevador subindo, os nossos pés exercerão uma pressão maior sobre a balança – que registrará um peso superior ao medido com a balança no chão (figura a, ao lado).
Num elevador descendo acelerado, sentiremos a gravidade mais fraca. (figura b, abaixo).
Atenção
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Balança ou Dinamômetro ?I. Em Repouso ou M.R.U.
N = P = m.g
Leitura da “balança” = NORMAL = PESO
II. Sobe em Movimento Acelerado = Desce Retardado
N > P FR = m.aelev. N – P = m.aelev. N – m.g = m.aelev. N = m(g + aelev.)
Leitura da “balança” AUMENTA
III. Sobe em Movimento Retardado = Desce Acelerado
N < P FR = m.aelev. P – N = m.aelev. m.g – N = m.aelev. N = m(g – aelev.)
Leitura da “balança” DIMINUIIV. Queda Livre aelev. = g
N = m(g – aelev.) N = 0
IMPONDERABILIDADE
http
://2.
bp.b
logs
pot.c
om/-
pjrK
GIz
hWs0
/Tl8
CE
vZoS
BI/A
AA
AA
AA
AA
IQ/1
E2p
tUV
ME
IM/s
1600
/ele
vado
r.JP
G
http
://2.
bp.b
logs
pot.c
om/-
pjrK
GIz
hWs0
/Tl8
CE
vZoS
BI/A
AA
AA
AA
AA
IQ/1
E2p
tUV
ME
IM/s
1600
/ele
vado
r.JP
G
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Numa conferência em Kyoto em 1922, Einstein descreveu um momento de inspiração que teve em 1907: “Encontrava-me sentado no gabinete de patentes em Berna, quando, de repente, me ocorreu um pensamento: se uma pessoa cair livremente, não sentirá o seu próprio peso. Fiquei surpreso. Esse simples pensamento causou-me uma profunda impressão. Levou-me a elaborar a teoria da gravitação.”
Imponderabilidade
Imag
em: S
hane
Hol
lar
/ US
Nav
y / P
ublic
Dom
ain.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Imag
em: O
ren
Jack
Tur
ner,
Prin
ceto
n, N
.J. /
Dom
ínio
Púb
licoVamos
Exercitar?
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Exemplo 01(PUC-RIO 2008) Um balão de ar quente, de massa desprezível, é capaz de levantar uma carga de 100 kg mantendo durante a subida uma velocidade constante de 5,0 m/s. Considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s², a força que a gravidade exerce (peso) no sistema (balão + carga), em Newtons, é:
A) 50B) 100C) 250D) 500E) 1000
ResoluçãoSabemos que: P = m.g P = 100.10
Logo: P = 1000 N
Resposta: E)
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Na Terra, num local em que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2, um corpo pesa 98 N. Esse corpo é, então levado para a Lua, onde a aceleração da gravidade vale 1,6 m/s2. Determine a massa e o peso desse corpo na Lua.
Exemplo 02
ResoluçãoSabemos que: P = m.g Na Terra: 98 = mT.9,8
Logo: mTerra = 10 kg = mLua
Então: P = m.g Na Lua: PLua = 10.1,6
Logo: PLua = 16 N
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Complete as frases abaixo, usando as palavras que se seguem: menor/massa/maior/gravidade/peso/ocupa
Matéria é tudo que _____________ lugar no espaço.A ____________ é a quantidade de matéria que um corpo possui.E o peso depende da ação da _______________.Quanto maior for a força da gravidade, _____________ é o peso de um corpo.Mas quanto menor for a força da gravidade, menor é o ___________ de um corpo.
Exemplo 03
ocupamassa
gravidademaior
peso
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Como o caminhão está em repouso, a força resultante que atua sobre ele é nula.
1 2 3P N N N
10.000 20.000 30.000P
60.000P N
Exemplo 04 Resolução
�⃗�𝑅=0⃗N1N2
N3
P
A partir desse procedimento é possível concluir que o peso do caminhão é de:
a) 20.000Nb) 25.000Nc) 30.000Nd) 50.000Ne) 60.000N
Fuvest-SPNa pesagem de uma caminhão, no posto fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças. Sobre cada balança, são posicionadas todas as rodas de uma mesmo eixo. As balanças indicam 30.000 N, 20.000 N 3 10.000 N
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
F 37° FX
FY
A força FX é a única que pode contribuir para alterar a leitura da balança. Vamos calcular o valor de FX.
Exemplo 05(Unifesp) Suponha que um comerciante inescrupuloso aumente o valor assinalado pela sua balança, empurrando sorrateiramente o prato para baixo com uma força F de módulo 5,0 N, na direção e sentido indicados na figura.
ResoluçãoFazendo a decomposição da força, temos que:
Com essa prática ele consegue fazer que uma mercadoria de massa 1,5 kg seja medida por essa balança como se tivesse massa de: 88.88
37ºF
Dados: sen 37º = 0,60; cos 37º = 0,80 g = 10m/s².
a) 3,0kg d) 1,8kgb) 2,4kg e) 1,7kgc) 2,1 kg
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
37 XFsenF
37XF F sen
A leitura da balança será influenciada pela ação da força peso P da mercadoria e da força FX, pois ambas atuam na vertical para baixo. É claro que essas duas forças darão origem a um peso aparente.
Aparente XP P F
Para um peso aparente de 18 N e uma aceleração da gravidade de 10 m/s2, a massa aparente registrada na balança será:
18 10Aparentem
Resposta: LETRA D
𝐹 𝑥=3,0𝑁
𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1,5 ∙10+3,0
𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1,8𝑘𝑔
= 18 N
𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑚 .𝑔+𝐹 𝑥
𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 .𝑔
𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1810
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPrincípio Fundamental da Dinâmica
a) A leitura da balança, 650N, é o valor da força normal que ela exerce sobre o idoso. A direção é vertical e o sentido é para cima.
b) O peso do idoso pode ser calculado pela relação:
P m g 68 10P
680P NParte da força que o idoso exerce sobre a balança é aliviada pelo apoio exercido pela bengala no chão. O módulo da força que a bengala exerce sobre o idoso pode ser calculado da seguinte forma:
bengalaP N F 680 650 bengalaF
30bengalaF N
Vertical para cima
Exemplo 06UFRJUma pessoa idosa, de 68kg, ao se pesar, o faz apoiada em sua bengala como mostra a figura:
Com a pessoa em repouso a leitura da balança é de 650N. Considere g=10 m/s².
a) Calcule o módulo da força que a balança exerce sobre a pessoa e determine a direção e o sentido.b) Supondo que a força exercida pela bengala sobre a pessoa seja vertical, calcule o seu módulo e determine o seu sentido.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
ExtrasVÍDEO DO YOUTUBEGravidadeLink: http://www.youtube.com/watch?v=hEMnT5P2agI SIMULAÇÃOUma Questão de GravidadeLink: http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_fis_questaogravidade.htm
EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOSO problema do elevador (Numa régua plástica)Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_05.asp Sem peso!Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_81.asp Acelerações maiores que 'g' - a bola e o copo (Paradoxo da queda livre)Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_51.asp CURIOSIDADESBesouro Rinoceronte – Um mito da NaturezaLink: http://dietasuave.wordpress.com/2011/04/10/curiosidades-besouro-rinoceronte/ Como as formigas conseguem carregar tanto peso?Link: http://www.vocesabia.net/ciencia/como-as-formigas-conseguem-carregar-tanto-peso/ Microgravidade e os Efeitos da Microgravidade sobre o homemLink: http://www.virtual.unifesp.br/unifesp/bio40/microgravidade/paginas/introducao.html LISTA DE EXERCÍCIOSSala de FísicaLink: http://www.geocities.ws/saladefisica8/dinamica/peso.html
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Obrigado pela Atenção!
FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso
Bibliografia• BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed.
Vol. 01. São Paulo: Editora FTD, 2010.• GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Ática,
2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 01. São
Paulo: Editora Scipione, 2011.• <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 07/06/2012.
Tabela de Imagensn° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto
link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso
2 NASA / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronaut-
EVA.jpg12/09/2012
3 Oleg Alexandrov / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Simple_harmonic_oscillator.gif
12/09/2012
5 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_Head.jpg?uselang=pt-br
12/09/2012
7a Namtoagaowen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HK_Wong_Chuk_Hang_%E5%8C%85%E7%8E%89%E5%89%9B%E6%B8%B8%E6%B3%B3%E6%B1%A0_Pao_Yue_Kong_Swimming_Pool_31_Weighing_scale_May-2012.JPG
12/09/2012
7b Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scale_at_Buttes_Chaumont.jpg
12/09/2012
8a Lilly_M / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_balance_scales-02.jpg
12/09/2012
8b Berthold Werner / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weighing_scale_BW_2012-01-14_16-27-08_12_18.jpg
12/09/2012
8c Rohgoyal / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CottonBales.jpg
12/09/2012
9 Stannered / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Incline.svg 12/09/2012
Tabela de Imagensn° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto
link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso
11a Evan Bench / Creative Commons Attribution
2.0 Generichttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scale_at_Buttes_Chaumont.jpg
12/09/2012
11b Berthold Werner / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weighing_scale_BW_2012-01-14_16-27-08_12_18.jpg
12/09/2012
15 Shane Hollar / US Navy / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SWCC_Freefalling.jpg
12/09/2012
16 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_Head.jpg?uselang=pt-br
12/09/2012
top related