Aula 02 - 26.2 - Instrumentaçãoem ciência da Natureza e suas tecnologias I. Cinemática escalar: MRU e MRUV e o panorama geral da disciplina com o professor Rafael, nesta sexta, 11/09
Foi visto no primeiro vídeo desta disciplina de instrumentação I o projeto para determinar a aceleração de uma esfera rolando em trilho de cortina, usando o artifício do coeficiente angular da reta. Na aula de hoje, explicamos melhor.
Segue o conteúdo programático da disciplina
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
1. Discussões do conteúdo programático e Avaliação. Ensinar física para que? Para quem? Qual Física? Revisão: potência de dez, notação científica, equação do segundo grau, trigonometria e medida de uma grandeza Física.
2. Elaboração de mini-projeto para construção de kit experimental: capa, objetivos, materiais de baixo custo, Fundamentação teórica, metodoloogia, cronograma, orçamento, bibliografia.
3. Instruções para se construir um laboratório de mecânica com materiais alternativos. Velocidade instantânea. Lista de exercícios I.
4. Vários aspectos do formalismo matemático da cinemática.
5. Planejamento e montagem de kits de cinemática em uma dimensão. Lista de exercícios II.
7. Verificação experimental do movimento retilíneo unidimensional, usando o trilho de cortina. 8. Planejamento e montagem de kits de cinemática em duas dimensões.
9. Medida da velocidade de lançamento em um plano horizontal. Lista de exercícios III.
10. Vários aspectos do formalismo matemático da mecânica newtoniana
11. Planejamento e montagem de kits de dinâmica. Verificação experimental das leis de Newton. Veremos que a força centrípeta não existe, o aquexiste é acelração centrípeta e, consequentemente, existe a força resultante dirigida par o centro.
12. Planejamento e montagem de kits para medir o coeficiente de atrito.
13. Planejamento e montagem de kit para medir a aceleração da gravidade local. Lista IV.
14. Vários aspectos do formalismo matemático do teorema Trabalho-Energia. Energia mecânica(adição da energia Cinética e energia Potencial). Dois tipos de energia potencial: gravitacional e elástica.
15. Planejamento e montagem de kits sobre a conservação de energia Mecânica. Oscilações: o oscilador massa-mola e o pêndulo simples
16. Planejamento e montagem de kits para verificar a conservação do momento linear, o caso do choque elástico.
17. Movimento de Rotação. Vários aspectos do formalismo matemático do Torque e momento angular. Teorema do momento angular. Lista V
18. Planejamento e montagem de kits sobre o torque.
19. Vários aspectos do formalismo matemático da teoria de Ondas Mecânica.
20. O Som. Efeito Doppler. Lista VI
21. Hidrostática. Lei de Stevin e o Princípio de Arquimedes. Quinto experimento: medir a densidade de um sólido usando o princípio de Arquimedes
22. Física Térmica. Temperatura e as Escalas Termométricas
23. Dilatação térmica.
24. A primeira da termodinâmica. Física Térmica. Trabalho e calor. Lista VII
25. Segunda lei da Termodinâmica.
26. Planejamento e montagem de kits sobre Física Térmica.
27. Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica. Lista VIII
28. Máquinas Térmicas a Vapor
29. Mostra Lúdica de Física da disciplina de Instrumentação I
30. Avaliação Final
Movimento Retilíneo Uniforme (MRU)
Essa imagem é o resumo perfeito de MRU - Movimento Retilíneo Uniforme.
Vamos organizar o que o Professor Rafael colocou:
1º Velocidade é constante.
$V = \frac{\Delta S}{\Delta t}$
- Não muda nunca, por isso a aceleração é zero: $a = 0$
2º Equação Horária - a mais importante
- $S = S_0 + v \cdot t$
- $S$: posição final
- $S_0$: posição inicial
- $v$: velocidade (constante)
- $t$: tempo
3º Gráfico S x t é sempre uma reta
- Se a reta sobe: movimento progressivo, $v > 0$
- Se a reta desce: retrógrado, $v < 0$
- A inclinação da reta é a velocidade: $v = \frac{\Delta S}{\Delta t}$
E a frase final da imagem: no MRU o gráfico v x t é uma reta paralela ao eixo do tempo, porque a velocidade não muda.
4º BIZU DE PROVA - encontro de dois móveis
Quando a questão disser "se encontram", faça:
$S_A = S_B$
Você monta $S = S_0 + v \cdot t$ para cada um e iguala. Resolve o sistema e acha o tempo e a posição de encontro.
Observação. Se na questão a incógnita aparece só uma vez, $S = S_0 + v \cdot t$ resolve sozinha
Exercício 1 - Mesmo sentido
> Dois carros saem de Alagoa Grande. Carro A: $S_0 = 0$ km, $v = 60$ km/h. Carro B sai 1h depois do mesmo ponto com $v = 90$ km/h. Quando B alcança A?
Resolução:
Carro A: $S_A = 0 + 60 \cdot t$
Carro B: ele tem 1h a menos, então $S_B = 0 + 90 \cdot (t - 1)$
Encontro: $S_A = S_B$
$60t = 90(t - 1)$
$60t = 90t - 90$
$30t = 90$
$t = 3$ h depois que A saiu.
Posição: $S = 60 \cdot 3 = 180$ km.
*Exercício 2 - Sentidos opostos - o mais comum no ENEM*
> Cidade X e Y distantes 300 km. De X sai um ônibus com $v = 50$ km/h. De Y sai um carro com $v = -70$ km/h (voltando). Quando se encontram?
Resolução:
Ônibus: $S_A = 0 + 50t$
Carro: $S_B = 300 - 70t$
Encontro: $S_A = S_B$
$50t = 300 - 70t$
$120t = 300$
$t = 2,5$ h = 2h30min
Posição: $S = 50 \cdot 2,5 = 125$ km de X.
Reparou? Sempre é $S_A = S_B$. Só muda o $S_0$ e o sinal da velocidade.
MRUV
Esse resumo é ouro para MRUV - Movimento Retilíneo Uniformemente Variado. É quando a aceleração `a` é constante e a velocidade varia. Vamos organizar:
1º Equação da Velocidade
$v = v_0 + a.t$
- Mostra como a velocidade varia com o tempo
- $v_0$ = velocidade inicial, $a$ = aceleração
- Se $a>0$ -> acelerado, $a<0$ -> retardado
- Se $a=0$ -> vira MRU (velocidade constante)
Gráfico $v \times t$ é sempre uma reta inclinada. Se $a>0$ sobe, se $a<0$ desce.
2º Equação Horária da Posição
$S = S_0 + v_0.t + \frac{a.t^2}{2}$
- Mostra onde você está em cada instante
- $S_0$ = posição inicial
- É uma função do 2º grau
Por isso, como seu professor destacou: o gráfico $S \times t$ é uma parábola.
- concavidade para CIMA se $a > 0$
- concavidade para BAIXO se $a < 0$
3º Equação de Torricelli
$v^2 = v_0^2 + 2.a.\Delta S$
- Usa quando NÃO tem o tempo na questão
- Ótima para problemas de frenagem, queda, etc.
4º Gráficos no MRUV
- $S \times t$: parábola
- $v \times t$: reta inclinada. A área do gráfico = $\Delta S$ (deslocamento)
- $a \times t$: reta horizontal, porque a aceleração é constante. A área = variação de velocidade $\Delta v$
Exemplo: Um carro sai de $S_0=0$ com $v_0=2 m/s$ e aceleração $a=3 m/s^2$. Onde ele estará em 4s e qual a velocidade?
1. Posição: $S = S_0 + v_0.t + a.t^2/2$
$S = 0 + 2.4 + 3.4^2/2 = 8 + 24 = 32m$
2. Velocidade: $v = v_0 + a.t$
$v = 2 + 3.4 = 14 m/s$
3. Conferindo com Torricelli: $v^2 = v_0^2 + 2.a.\Delta S$
$14^2 = 2^2 + 2.3.32 = 4 + 192 = 196$
Ok.
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