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FORÇAS FUNDAMENTAIS DA NATUREZA A força gravítica é conhecida há 4 séculos antes de Cristo, mas só Newton , descreveu matematicamente a expressão que explica o movimento dos corpos. No tempo dos antigos gregos, já se conheciam as forças magnéticas e ainda as forças eléctricas (falar no âmbar e na atracção dos corpos leves). Como estas 2 estão intimamente relacionadas falamos em forças electromagméticas. No séc. XX, descobriram 2 novas forças: força nuclear forte e força nuclear fraca. Força nuclear forte – responsável pela união de protões e neutrões dentro do núcleo. Força nuclear fraca – responsável por um processo radioactivo (transformação de um núcleo noutro), em que um neutrão passa a protão ou vice-versa. Estas 2 forças, são forças à distância (embora a distância seja muito pequena) Forças do tipo, entre a mão e o carrinho, não são forças fundamentais. Por ordem decrescente de intensidade: nuclear forte, electromagnética nuclear fraca. Gravitacional Por ordem de alcance: nuclear fraca e forte = 10-15m; gravitacional e f.e.m – infinito. Desejo de unificar todas as forças. As forças e os seus efeitos Os efeitos das forças estão definidos na velha definição de força. . Alteração do estado de movimento ou de repouso de um corpo . Alteração da direcção e sentido do movimento. . Causar deformação. Aceleração – uma variação de velocidade Mede a variação da velocidade por unidade de tempo. Tal como a velocidade, a aceleração é uma grandeza vectorial, pode variar em direcção, sentido e módulo.
Quando a velocidade não é constante, há aceleração. A expressão pode vir em módulo ou em escalar (aqui aparecem os sinais + e -). Quando a velocidade escalar, não é constante, calculamos a aceleração média: am = ∆v / ∆t escalar. Pode-se calcular a aceleração instantânea, de maneira semelhante ou através do declive, tangente ou derivada. Quando a aceleração é constante, calcula-se da mesma maneira. Basta que a velocidade mude de direcção ou sentido, mesmo com módulo constante, para haver aceleração. A aceleração traduz o modo como a velocidade varia (em todas as características), com o tempo. (pag. 34). Enquanto que o deslocamento e a velocidade têm o mesmo sentido, a velocidade e a aceleração: se tiverem o mesmo sentido, o módulo da velocidade aumenta; se tiverem sentidos opostos, o módulo da velocidade diminui. (ver fig. do livro). Quando se trata de valores algébricos ou escalares, sentido positivo (esq./ dir. ou sentido do eixo de referência) e vice-versa. Gráfico velocidade - tempo Analisar os 4 gráficos, todos no sentido positivo, por ser no 1º quadrante. 1º - A velocidade aumenta de uma maneira uniforme. A aceleração é constante. O sentido é positivo. A velocidade e a aceleração são positivas. A acel. instantânea é igual à aceleração média. O módulo da velocidade aumenta. 2º - A velocidade diminui de uma maneira uniforme. O sentido é positivo. O módulo da velocidade diminui. A aceleração é negativa e constante. Assim a velocidade é positiva (eixo positivo), mas a aceleração é negativa. A acel. instantânea é igual à aceleração média. 3º - A aceleração é nula. A veloc. é constante e positiva. 4º - A velocidade aumenta de uma maneira não uniforme, a aceleração é variável. A velocidade e a aceleração são positivas. A aceleração média é diferente da aceleração instantânea. Nota: todos estes gráficos se passam no 1º quadrante. Se estivessem no 4º quadrante, as velocidades eram negativas. Então o sentido da velocidade era negativo. No entanto se o módulo da velocidade aumenta, a aceleração é positiva, se o módulo da velocidade diminui, a aceleração é negativa. FORÇA E ACELERAÇÃO 2ª Lei da Dinâmica ou equação fundamental da dinâmica
Uma força aplicada num corpo imprime-lhe uma aceleração com a mesma direcção e sentido da força (porque a massa é sempre positiva). Se actuarem várias forças, a resultante das forças é igual a ma.
Unidades: Força – (N) – newton Massa – (Kg) Aceleração – ms-2 A expressão pode utilizar-se, escalarmente. F = ma Definição de newton – é a intensidade da força exercida num corpo de 1Kg de modo a imprimir-lhe a aceleração de 1 ms-2. 1ª Lei de Newton Se a resultante das forças que actua no sistema é nula (Fr = 0), o sistema não tem aceleração (a=0).
Este tipo de movimento diz-se uniforme. Enunciado da lei: Quando num corpo não actuam forças, ou a resultante das forças é igual a zero, o corpo, ou está em repouso ou em movimento rectilíneo uniforme, com a velocidade que tinha atingido. Queda dos graves A interacção gravítica entre a Terra e um corpo na vizinhança da superfície da Terra é de aproximadamente 9,8 NKg-1/ por unidade de massa. Explicar: aplicando a lei da gravitação a um corpo de massa 1 Kg, vem:
O valor da aceleração à superfície da Terra à superfície tem o mesmo valor, com diferente unidade (g) – aceleração da gravidade. F = ma ↔ 9,8 = 1xg ↔ g = 9,8 ms-2 porque …….. O movimento de queda de um corpo é uniformemente variado, pois a aceleração é constante. Se for um movimento de descida, é uniformemente acelerado, pois o módulo da velocidade está a aumentar uniformemente. Se o movimento for de subida, é uniformemente retardado, pois o módulo da velocidade está a diminuir. Se a resultante das forças tem a mesma direcção e sentido da velocidade inicial do corpo, ou se está em repouso, o módulo da velocidade aumenta (MUA) Se a resultante das forças tem a mesma direcção mas sentido oposto ao da velocidade inicial do corpo, , o módulo da velocidade diminui (MUR). Lei das velocidades para um movimento unif. Variado
Num gráfico v/t obtem-se uma recta cujo declive é a aceleração. Os valores v0 e a podem ser negativos ou positivos. Se têm o mesmo sinal, o movimento é U.A, se têm sinais contrários opostos, o movimento é U.R. O deslocamento efectuado determina-se através da área limitada pelo eixo e a recta. Voltando a pôr o gráfico: O deslocamento …..vamos calcular a área: Trapézio:
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