Projeto "Mecânica"

ANO LETIVO 24/25

12ºB FÍSICA

ESCOLA BÁSICA POETA JOAQUIM SERRA

• João Carvalho Nº12
• Diogo Etaungo Nº3
• Guilherme Mata Nº8
• Júlio Carvalho Nº13

Trabalho realizado por:

MECÂNICA

APLICAÇÕES DA SEGUNDA LEI DE NEWTON A CORPOS COM LIGAÇÕES E CONSIDERAÇÕES ENERGÉTICAS

• Processo de pesquisa
• Subtemas abordados
• Eficácia do trabalho

• Forças aplicadas em cada posição
• Variação de velocidade
• Condições de segurança

2. 2ª Lei de Newton

• Considerações energéticas
• Corpos com ligações
• Aplicação em divertimentos

• Defenição
• Forças aplicadas
• Aplicação no dia-a-dia

• Temas abordados e realização do trabalho

5. Conclusão

ÍNDICE

1. Introdução

4. Pêndulo Cónico

3. Looping

Encerramos com uma conclusão, onde discutiremos o que aprendemos ao longo deste processo e compartilharemos as nossas impressões sobre o trabalho em equipa e os desafios enfrentados.

• As aplicações da Segunda Lei de Newton a corpos com ligações e considerações energéticas, destacando a importância da energia cinética, potencial e as interações dinâmicas.

• O pêndulo cónico, analisando o movimento de um corpo em trajetória circular e as forças que atuam sobre o mesmo.
• O looping, investigando como as forças e energia interagem em movimentos circulares, como em montanhas-russas e estruturas similares.

INTRODUÇÃO

Nesta apresentação falaremos sobre mecânica, onde iremos abordar as aplicações da Segunda Lei de Newton a corpos com ligações e considerações energéticas. Este trabalho foi desenvolvido em grupo, com cada membro encarregado de um tópico específico, realizando pesquisas e análises para garantir uma abordagem completa e colaborativa. O nosso objetivo é apresentar conceitos fundamentais da mecânica e as suas aplicações práticas. Ao longo dos diapositivos, abordaremos:

W=ΔK

Em sistemas como motores ou mecanismos industriais.

Potência e Eficiência:

Para forças dissipativas, como atrito, o trabalho reduz a energia mecânica do sistema.

Trabalho de Forças Não Conservativas:

Movimento de corpos conectados por molas ou deslizamento em planos inclinados.

Energia Cinética e Potencial:

Ao complementar a Segunda Lei com conceitos de energia, podemos simplificar a análise:

Considerações Energéticas

Corpos com Ligações

Sistemas com barras rígidas

Oscilações harmónicas simples.

Sistemas com molas:

Elevadores, blocos conectados por fios sobre mesas ou inclinados.

Sistemas com polias e fios:

Quando corpos estão conectados por fios ou hastes, a Segunda Lei é aplicada a cada corpo individualmente ou ao sistema como um todo como nestes exemplos:

Quando aplicamos esta lei a corpos com ligações e considerações energeticas muitas vezes utilizamos a formula:

APLICAÇÃO DA SEGUNDA LEI DE NEWTON

Carregue em cima para mais informação

Aplicações da Mecânica em divertimentos

Nos próximos slides aprofundaremos cada um destes exemplos

Representação de um looping

No caso de ser o percurso todo, há zonas que desafiam a gravidade, esse movimento pode ser explicado pelas leis da física, mais especificamente, a segunda lei de newton, descrevendo a relação entre a massa e aceleração.

LOOPING

Looping é um movimento circular que aparece nos parques de diversão, desportos radicais e em experiências científicas.

Legenda:N: normalP: peso

Legenda:P: peso M: massa g: aceleração gravíticaFc: força centrípeta v: velocidade ac: aceleração centrípeta R: raio

Ponto 1 e 2

Pela segunda lei de newton, temos conhecimento que precisamos de uma força resultante para que um objeto possa estar constantemente a mudar de direção, como no looping, e essa força é a força centrípeta.

As forças sendo: -Peso: continua para baixo; -Normal: cresce para sustentar o movimento circular, resultando da força centripeta.

No ponto 1, o carrinho move-se em linha direta, não tendo forças externas influenciando a direção. No ponto 2, o carrinho começa o movimento circular, onde atuam forças para mantê-lo no trajeto.

ANÁLISE DO LOOPING

Legenda:N: normalP: peso

Legenda:Pr: peso radial N: normal Fc: força centrípetam: massa g: aceleração gravitica v: velocidade R:raio

O componente do peso radial calcula-se com esta fórmula:

Então, a dedução da força normal ficaria assim:

Com o carrinho a caminho do meio do looping, a força do peso aumenta e a força normal diminui. A razão de que a força normal diminui é porque um dos componentes do peso, o peso radial, aumenta de acordo com a inclinação da pista, e a força normal diminui porque a soma da força normal e o peso têm de dar a força centrípeta

Pontos 3

ANÁLISE DO LOOPING

Legenda:P: Peso N: Normal

Legenda:P: peso N: normal Fc: força centrípetav: velocidade g: aceleração gravíticaR: raio

Neste caso, a velocidade mínima seria:

No caso especial, de a força normal ser nula, toda a força centrípeta é fornecida pelo peso:

Como tinhamos visto, a força normal têm de ser igual ou maior a 0:

No topo do looping, ambas a força normal e a força do peso contribuem para a força centrípeta, pois as forças têm a mesma direção com a força centrípeta.

Ponto 4

ANÁLISE DO LOOPING

Imagem do loop

Ao descer do looping, a energia potencial armazenada no topo volta a ser convertida em energia cinética, fazendo o carrinho acelerar novamente. A velocidade aumenta até chegar à base do looping ou ao próximo trecho do percurso.

Ponto 4

No topo do looping, o carrinho atinge sua menor velocidade. Isto ocorre porque quase toda a energia cinética foi convertida em energia potencial (considerando atrito e resistência).

Ponto 3

Ao entrar na curva, a velocidade começa a diminuir gradualmente. Parte da energia cinética converte-se novamente em energia potencial à medida que o carrinho sobe. A força centrípeta age intensamente, ajudando a manter o carrinho no trajeto, mas o atrito e a resistência do ar também contribuem para a desaceleração.

Ponto 2

Neste ponto, o carrinho geralmente alcança sua maior velocidade inicial, acumulada pela conversão de energia potencial (da altura anterior) em energia cinética. A velocidade depende da altura do percurso anterior e do atrito.

Ponto 1

Variação de velocidade

ANÁLISE DO LOOPING

Legenda:Fc: força centrípeta N: normal P: peso m: massa v: velocidade R: raio g: aceleração gravítica

Se a velocidade for menor, a força Normal se anula e o carro perde contacto com a pista.

Deduzindo a Condição de Segurança descobrimos que a velocidade têm de ser maior do que:

Analisando situações com percursos curvos notamos que é essencial que as forças atuantes geram a força centrípeta, que leva-nos às condições de segurança: -O carrinho não pode sair da pista. -A força normal não pode ser menor do que 0.

Condições de segurança

ANÁLISE DO LOOPING

No meio do looping, a força do peso aumenta enquanto a força normal diminui. Isso ocorre porque parte do peso atua como componente radial, contribuindo para a força centrípeta necessária para manter o carrinho no trajeto

O carrinho move-se em linha reta, usando a energia potencial acumulada sem forças externas alterando sua direção

O carrinho entra no movimento circular, onde o peso e a força normal atuam, gerando a força centrípeta que o mantém no trajeto

No topo do looping, a força normal e o peso atuam na mesma direção, somando-se para gerar a força centrípeta necessária para manter o carrinho no trajeto

Variação de velocidade

A física do looping é aplicada em várias atrações como montanha-russas, e também certos conceitos é usado em estradas, especificamente as curvas e para as manobras de aviões.Aqui está um resumo simples de o que ocorre nas montanha-russas.

Forças que atuam no corpo:

• Peso : Atua verticalmente para baixo;
• Tensão no fio : Atua ao longo do fio, com compentes vertical e horizontal ;
• Força centrípeta : Necessária para o movimento circular dirigida para o centro do circulo.

O Pêndulo Cónico é um sistema mecânico que consite numa massa suspensa por um fio ou haste que gira formando um movimento circular horizontal. Este movimento faz com que o fio forme um movimento constante em relação à vertical, descrevendo a forma de um cone.

PÊNDULO CÓNICO

1. pêndulo cónico - diversão

No equilíbrio dinâmico, estas forças relacionam-se da seguinte forma:

• A componente vertical da força de tensão equilibra o peso da massa

𝑇 ⋅ cos ⁡ 𝜃 = 𝑚 ⋅ 𝑔

• A componente horizontal da tensão fornece a força centrípeta:

Aqui, 𝑣 é a velocidade tangencial da massa, e 𝑟 é o raio do círculo descrito pela massa, que pode ser calculado em função do comprimento do fio 𝐿 e do ângulo 𝜃: 𝑟 = 𝐿 ⋅ sin ⁡ 𝜃

PÊNDULO CÓNICO

O pêndulo cónico demonstra equilíbrio dinâmico no movimento circular uniforme, onde a força de tensão sustenta a massa e sua componente horizontal gera a força centrípeta. A velocidade e o período dependem do comprimento do fio e do ângulo com a vertical.

O pêndulo cónico tem uma aplicação prática direta em atrações de parques de diversão, especialmente naquelas que envolvem movimentos circulares.

F cosθ

Fg

APLICAÇÕES DO PÊNDULO CÓNICO

Procuramos explicar detalhadamente de cada tópico, procurando ser o mais objetivos possível , enquanto não limitamos o fornecimento de informações elementares. Fazemos referência às forças aplicadas e mudanças de velocidade em todos os pontos dos movimentos descritos, assim como as fórmulas necessárias aos calculos das mesmas. Também incluimos Condições de segurança, permitindo aos leitores ficarem mais conscientes acerca dos perigos que podem ocorrer se as e como os prevenir.

Além disso, incluimos elementos interativos com a finalidade de que a experiência de visualização e internalização dos elementos seja mais eficaz e divertida, abrangendo assim uma maior retência de conhecimentos.

Neste trabalho, explicamos com detalhe e pertinência dois tópicos muito estudados pela comunidade da física. Recorrendo a variadas fontes de informação (websites, livros, enciclopédias, etc), respondemos às questões mais relevantes acerca do Looping, 2ª Lei de Newton e do Pêndulo Cónico com a maior credibilidade possível.

CONCLUSÃO

VENTURA, Graça et al.12 F, Física - 12ºAno,Texto Editores, Lisboa, 2023

livescience

khanacademy

https://www.livescience.com/32616-how-roller-coasters-work.html.

https://www.khanacademy.org/

https://pt.wikipedia.org/wiki/P%C3%AAndulo_c%C3%B4nico

fisicalidades

scielo

casadasciencias

wikipedia

physicsclassroom

https://fisicalidades.com/2021/08/17/a-fisica-do-loop/

https://www.casadasciencias.org/recurso/6076

https://www.scielo.br/j/rbef/a/rMpmpwn9z8JjpWYHbf5GLXG/

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Looping

https://www.physicsclassroom.com/Class/newtlaws/u2l2a.cfm

Bibliografia

Pêndulo Cônico

Looping

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