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Física · Glossário

O que é Massa, quantidade de movimento, força?

Definição 12.1 Física universitária — 1.º ano · Capítulo 12 — As leis de Newton da dinâmica

Um ponto material tem uma massa inercial m>0m > 0 (quilogramas), uma medida da sua resistência às variações de velocidade, independente do referencial. A sua quantidade de movimento num referencial vale

p→=m v→(kg m/s).\vect p = m\,\vect v \qquad (\mathrm{kg}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}).

Uma força F→\vect F (newtons) é a ação de outro corpo sobre o ponto material; as forças se somam como vetores, e a resultante é a sua soma ∑F→\sum\vect F.

Exemplos

Exemplo 12.11 (Bloco num plano inclinado)

Bloco de massa mm num plano inclinado de α\alpha, com coeficientes μs\mu_s, μd\mu_d. Eixos: xx descendo a rampa, yy ao longo da normal. Peso (mgsin⁡α,−mgcos⁡α)(mg\sin\alpha, -mg\cos\alpha), reação (0,N)(0, N), atrito (−T,0)(-T, 0) se ele desliza para baixo. Ao longo de yy: N=mgcos⁡αN = mg\cos\alpha. Em repouso, ao longo de xx: T=mgsin⁡α≤μsN=μsmgcos⁡αT = mg\sin\alpha \leq \mu_sN = \mu_smg\cos\alpha, isto é, tan⁡α≤μs\tan\alpha \leq \mu_s: o bloco se sustenta até o ângulo arctan⁡μs\arctan\mu_s — uma medida de μs\mu_s que dispensa balança. Deslizando: ma=mgsin⁡α−μdmgcos⁡αma = mg\sin\alpha - \mu_dmg\cos\alpha, logo a=g(sin⁡α−μdcos⁡α)a = g(\sin\alpha - \mu_d\cos\alpha), independente de mm: 3.2 m/s23.2\,\mathrm{m}/\mathrm{s}^{2} para α=30∘\alpha = 30^\circ, μd=0.2\mu_d = 0.2.

Exemplo 12.12 (O pêndulo simples)

Massa mm num fio de comprimento ℓ\ell, com ângulo θ\theta em relação à vertical descendente. Coordenadas polares no ponto de suspensão: a→=−ℓθ˙2 e→r+ℓθ¨ e→θ\vect a = -\ell\dot\theta^2\,\vect e_r + \ell\ddot\theta\,\vect e_\theta; forças: peso mg(cos⁡θ e→r−sin⁡θ e→θ)mg(\cos\theta\,\vect e_r - \sin\theta\,\vect e_\theta) e tensão −Te→r-T\vect e_r. Ao longo de e→θ\vect e_\theta: mℓθ¨=−mgsin⁡θm\ell\ddot\theta = -mg\sin\theta,

θ¨+gℓsin⁡θ=0,\ddot\theta + \frac{g}{\ell}\sin\theta = 0 ,

que para pequenos ângulos (sin⁡θ≈θ\sin\theta \approx \theta) é a equação harmônica com ω0=g/ℓ\omega_0 = \sqrt{g/\ell}: período T0=2πℓ/gT_0 = 2\pi\sqrt{\ell/g}, o k=2πk = 2\pi que o Exemplo 1.8 não pôde fornecer. Ao longo de e→r\vect e_r: T=mgcos⁡θ+mℓθ˙2T = mg\cos\theta + m\ell\dot\theta^2 — o fio puxa com mais força embaixo, onde a velocidade é maior.

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