6.S: Aplicações das leis de Newton (resumo)
- Page ID
- 185391
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Termos-chave
| curva inclinada | curva em uma estrada que é inclinada de uma maneira que ajuda um veículo a negociar a curva |
| força centrípeta | qualquer força líquida que cause movimento circular uniforme |
| Força de Coriolis | força inercial causando a aparente deflexão de objetos em movimento quando vistos em um quadro de referência rotativo |
| força de arrasto | força que sempre se opõe ao movimento de um objeto em um fluido; ao contrário do atrito simples, a força de arrasto é proporcional a alguma função da velocidade do objeto nesse fluido |
| atrito | força que se opõe ao movimento relativo ou às tentativas de movimento entre sistemas em contato |
| sistema bancário ideal | inclinação de uma curva em uma estrada, onde o ângulo da inclinação permite que o veículo negocie a curva a uma determinada velocidade sem o auxílio de atrito entre os pneus e a estrada; a força externa líquida sobre o veículo é igual à força centrípeta horizontal na ausência de atrito |
| força inercial | força que não tem origem física |
| fricção cinética | força que se opõe ao movimento de dois sistemas que estão em contato e se movem em relação um ao outro |
| quadro de referência não inercial | quadro de referência acelerado |
| atrito estático | força que se opõe ao movimento de dois sistemas que estão em contato e não estão se movendo em relação um ao outro |
| velocidade terminal | velocidade constante alcançada por um objeto caindo, que ocorre quando o peso do objeto é balanceado pela força de arrasto ascendente |
Equações-chave
| Magnitude do atrito estático | $$f_ {s}\ leq\ mu_ {s} N$$ |
| Magnitude do atrito cinético | $$f_ {k} =\ mu_ {k} N$$ |
| Força centrípeta | $$\ begin {split} F_ {c} & = m\ frac {v^ {2}} {r}\\ & = mr\ omega^ {2}\ end {split} $$ |
| Ângulo ideal de uma curva inclinada | $$\ tan\ theta =\ frac {v^ {2}} {rg} $$ |
| Força de arrasto | $$F_ {D} =\ frac {1} {2} C\ rho A v^ {2} $$ |
| Lei de Stokes | $$F_ {s} = 6\ pi r\ eta v$$ |
Resumo
6.1 Resolvendo problemas com as leis de Newton
- As leis do movimento de Newton podem ser aplicadas em várias situações para resolver problemas de movimento.
- Alguns problemas contêm vários vetores de força atuando em diferentes direções em um objeto. Certifique-se de desenhar diagramas, resolver todos os vetores de força em componentes horizontais e verticais e desenhar um diagrama de corpo livre. Sempre analise a direção na qual um objeto acelera para que você possa determinar se F net = ma ou F net = 0.
- A força normal em um objeto nem sempre é igual em magnitude ao peso do objeto. Se um objeto estiver acelerando verticalmente, a força normal é menor ou maior que o peso do objeto. Além disso, se o objeto estiver em um plano inclinado, a força normal é sempre menor que o peso total do objeto.
- Alguns problemas contêm várias grandezas físicas, como forças, aceleração, velocidade ou posição. Você pode aplicar conceitos de cinemática e dinâmica para resolver esses problemas.
6.2 Fricção
- O atrito é uma força de contato que se opõe ao movimento ou tentativa de movimento entre dois sistemas. O atrito simples é proporcional à força normal N que sustenta os dois sistemas.
- A magnitude da força de atrito estático entre dois materiais estacionários em relação um ao outro é determinada usando o coeficiente de atrito estático, que depende de ambos os materiais.
- A força de atrito cinético entre dois materiais que se movem em relação um ao outro é determinada usando o coeficiente de atrito cinético, que também depende de ambos os materiais e é sempre menor que o coeficiente de atrito estático.
6.3 Força centrípeta
- A força centrípeta\(\vec{F}_{c}\) é uma força de “busca central” que sempre aponta para o centro de rotação. É perpendicular à velocidade linear e tem a magnitude $$F_ {c} = ma_ {c}\ ldotp$$
- Os quadros de referência giratórios e acelerados não são inerciais. Forças inerciais, como a força de Coriolis, são necessárias para explicar o movimento nesses quadros.
6.4 Força de arrasto e velocidade do terminal
- As forças de arrasto que atuam em um objeto que se move em um fluido se opõem ao movimento. Para objetos maiores (como uma bola de beisebol) que se movem a uma velocidade no ar, a força de arrasto é determinada usando o coeficiente de arrasto (os valores típicos são fornecidos na Tabela 6.2), a área do objeto voltado para o fluido e a densidade do fluido.
- Para objetos pequenos (como uma bactéria) que se movem em um meio mais denso (como água), a força de arrasto é dada pela lei de Stokes.