6: Movimento circular uniforme e gravitação
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Este capítulo trata da forma mais simples de movimento curvo, movimento circular uniforme, movimento em um caminho circular em velocidade constante. Estudar esse tópico ilustra a maioria dos conceitos associados ao movimento rotacional e leva ao estudo de muitos novos tópicos que agrupamos sob o nome de rotação. O movimento rotacional puro ocorre quando os pontos em um objeto se movem em caminhos circulares centrados em um ponto. O movimento translacional puro é um movimento sem rotação. Alguns movimentos combinam os dois tipos, como um disco de hóquei giratório se movendo ao longo do gelo.
- 6.0: Prelúdio para movimento circular uniforme e gravitação
- Muitos movimentos, como o arco do voo de um pássaro ou a trajetória da Terra ao redor do Sol, são curvos. Lembre-se de que a primeira lei de Newton nos diz que o movimento ocorre em linha reta em velocidade constante, a menos que haja uma força externa líquida. Portanto, estudaremos não apenas o movimento ao longo das curvas, mas também as forças que o causam, incluindo as forças gravitacionais. De certa forma, este capítulo é uma continuação de Dynamics: Newton's Laws of Motion à medida que estudamos mais aplicações das leis do movimento de Newton.
- 6.1: Ângulo de rotação e velocidade angular
- O movimento de projéteis é um caso especial de cinemática bidimensional em que o objeto é projetado no ar, enquanto está sujeito à força gravitacional, e pousa a uma distância. Neste capítulo, consideramos situações em que o objeto não pousa, mas se move em uma curva. Começamos o estudo do movimento circular uniforme definindo duas quantidades angulares necessárias para descrever o movimento rotacional.
- 6.2: Aceleração centrípeta
- Sabemos pela cinemática que a aceleração é uma mudança na velocidade, seja em sua magnitude ou em sua direção, ou ambas. No movimento circular uniforme, a direção da velocidade muda constantemente, então sempre há uma aceleração associada, mesmo que a magnitude da velocidade possa ser constante. Nesta seção, examinamos a direção e a magnitude dessa aceleração.
- 6.3: Força centrípeta
- Qualquer força ou combinação de forças pode causar uma aceleração centrípeta ou radial. Apenas alguns exemplos são a tensão na corda em uma bola de amarração, a força da gravidade da Terra na Lua, o atrito entre patins e o piso de uma pista, a força de uma pista inclinada em um carro e as forças no tubo de uma centrífuga giratória. A direção de uma força centrípeta é em direção ao centro da curvatura, a mesma direção da aceleração centrípeta.
- 6.4: Forças fictícias e estruturas não inerciais - A força de Coriolis
- O que decolar em um avião a jato, virar uma esquina em um carro, andar de carrossel e o movimento circular de um ciclone tropical têm em comum? Cada um exibe forças fictícias — forças irreais que surgem do movimento e podem parecer reais, porque o quadro de referência do observador está acelerando ou girando.
- 6.5: Lei Universal da Gravitação de Newton
- A força gravitacional é relativamente simples. É sempre atraente e depende apenas das massas envolvidas e da distância entre elas. Declarada na linguagem moderna, a lei universal da gravitação de Newton afirma que cada partícula no universo atrai todas as outras partículas com uma força ao longo de uma linha que as une. A força é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.
- 6.6: Satélites e leis de Kepler - um argumento para a simplicidade
- há um conjunto clássico de três leis, chamadas leis do movimento planetário de Kepler, que descrevem as órbitas de todos os corpos que satisfazem as duas condições anteriores (não apenas planetas em nosso sistema solar). Essas leis descritivas têm o nome do astrônomo alemão Johannes Kepler, que as criou após um estudo cuidadoso (ao longo de cerca de 20 anos) de uma grande quantidade de observações meticulosamente registradas do movimento planetário feitas por Tycho Brahe.
Miniatura: dois corpos de massas diferentes orbitando um baricentro comum. Os tamanhos relativos e o tipo de órbita são semelhantes aos do sistema Plutão-Caronte. (domínio público; Zhatt).