O dinâmico É a área da mecânica que estuda as interações entre os corpos e seus efeitos. Trata-se de descrevê-los qualitativa e quantitativamente, bem como prever como eles irão evoluir ao longo do tempo.
Aplicando seus princípios, sabe-se como o movimento de um corpo se modifica ao interagir com os outros, e também se essas interações o deformam, pois é perfeitamente possível que os dois efeitos ocorram ao mesmo tempo..
As crenças do grande filósofo grego Aristóteles (384-322 aC) prevaleceram como a base da dinâmica no Ocidente por séculos. Ele pensava que os objetos se moviam por causa de algum tipo de energia que os empurrava em uma direção ou outra..
Ele também observou que enquanto um objeto está sendo empurrado, ele se move a uma velocidade constante, mas quando o empurrão é interrompido, ele se move cada vez mais lentamente até parar..
Segundo Aristóteles, a ação de uma força constante era necessária para fazer algo se mover a uma velocidade constante, mas o que acontece é que esse filósofo não teve os efeitos do atrito..
Outra ideia dele era que objetos mais pesados caíam mais rápido que os mais leves. Foi o grande Galileo Galilei (1564-1642) quem demonstrou por meio de experimentos que todos os corpos caem com a mesma aceleração independente de sua massa, desprezando os efeitos viscosos..
Mas é Isaac Newton (1642-1727), o cientista mais notável que já viveu, que é considerado o pai da dinâmica moderna e do cálculo matemático, junto com Gottfried Leibniz.
Suas famosas leis, formuladas durante o século XVII, permanecem válidas e frescas até hoje. Eles são a base da mecânica clássica, que vemos e nos afetam todos os dias. Essas leis serão discutidas em breve.
Índice do artigo
Dynamics estuda a interação entre objetos. Quando os objetos interagem, ocorrem mudanças em seus movimentos e também deformações. Uma área particular denominada estática é dedicada àqueles sistemas em equilíbrio, aqueles que estão em repouso ou com movimento retilíneo uniforme..
Aplicando os princípios da dinâmica é possível prever, por meio de equações, quais serão as mudanças e a evolução dos objetos no tempo. Para isso, algumas premissas são estabelecidas dependendo do tipo de sistema a ser estudado..
O modelo de partículas é o mais simples para começar a aplicar os princípios da dinâmica. Nele é assumido que o objeto a ser estudado tem massa, mas não tem dimensões. Portanto, uma partícula pode ser tão pequena quanto um elétron ou tão grande quanto a Terra ou o Sol..
Quando você deseja observar o efeito do tamanho na dinâmica, é necessário considerar o tamanho e a forma dos objetos. Um modelo que leva isso em conta é o do sólido rígido, um corpo com dimensões mensuráveis composto de muitas partículas, mas que não se deforma sob os efeitos das forças..
Por fim, a mecânica dos meios contínuos leva em consideração não apenas as dimensões do objeto, mas também suas características particulares, incluindo sua capacidade de deformar. A mídia contínua abrange sólidos rígidos e não rígidos, bem como fluidos.
A chave para entender como a dinâmica funciona é compreender plenamente as leis de Newton, que conectam quantitativamente as forças que atuam sobre um corpo com mudanças em seu estado de movimento ou repouso..
Diz assim:
Quando a força resultante em um objeto é igual a zero, o objeto continuará em repouso se estiver em repouso. E se estava em movimento, seu movimento será retilíneo e com velocidade constante.
A primeira parte da declaração parece bastante óbvia, pois é evidente que um objeto em repouso permanecerá assim, a menos que seja perturbado. E para isso é necessária uma força.
Por outro lado, o fato de um objeto continuar em movimento mesmo quando a força resultante sobre ele é zero é um pouco mais difícil de aceitar, uma vez que parece que um objeto poderia permanecer em movimento indefinidamente. E a experiência cotidiana nos diz que mais cedo ou mais tarde as coisas ficam mais lentas.
A resposta a essa aparente contradição está na fricção. Na verdade, se um objeto se movesse em uma superfície perfeitamente lisa, poderia fazê-lo indefinidamente, supondo que nenhuma outra força fizesse o movimento variar.
Uma vez que é impossível eliminar completamente o atrito, a situação em que um corpo se move indefinidamente a uma velocidade constante é uma idealização.
Finalmente, é importante notar que embora a força resultante seja zero, isso não representa necessariamente uma ausência total de forças no objeto..
Objetos na superfície da Terra sempre experimentam atração gravitacional. Um livro em repouso sobre uma mesa permanece assim, porque a superfície da mesa exerce uma força que neutraliza o peso.
A primeira lei de Newton estabelece o que acontece a um objeto no qual a rede ou força resultante é zero. Agora, a lei fundamental da dinâmica ou segunda lei de Newton indica o que acontecerá quando a força resultante não cancelar:
Se uma rede de força externa F atua sobre um objeto de massa m, ele experimentará uma aceleração proporcional à força e na mesma direção. Matematicamente:
Finternet = mpara.
Com efeito, quanto maior for uma força aplicada, maior será a mudança na velocidade de um objeto. E se a mesma força for aplicada a objetos de massas diferentes, as maiores mudanças serão experimentadas por objetos que são mais leves e fáceis de mover. A experiência cotidiana concorda com essas afirmações.
As duas primeiras leis de Newton referem-se a um único objeto. Mas a terceira lei se refere a dois objetos. Vamos chamá-los de objeto 1 e objeto 2:
Quando dois objetos interagem, as forças que eles exercem um sobre o outro são sempre iguais em magnitude e direção, mas na direção oposta, que na forma matemática é expressa da seguinte forma:
F12 = -Fvinte e um
Na verdade, sempre que um corpo é afetado por uma força, é porque outro é responsável por causá-la. Assim, os objetos da Terra têm peso, porque os atrai para o seu centro. Uma carga elétrica é repelida por outra carga do mesmo sinal, pois exerce uma força repulsiva sobre a primeira, e assim.
Na dinâmica existem várias quantidades que se conservam durante o movimento e cujo estudo é essencial. Eles são como uma coluna sólida à qual é possível anexar para resolver problemas em que as forças variam de maneiras muito complexas..
Um exemplo: apenas quando dois veículos colidem, a interação entre eles é muito intensa, mas breve. Tão intenso que nenhuma outra força precisa ser levada em consideração, portanto os veículos podem ser considerados como um sistema isolado.
Mas descrever essa intensa interação não é uma tarefa fácil, pois envolve forças que variam no tempo e também no espaço. No entanto, assumindo que os veículos constituem um sistema isolado, as forças entre eles são internas e o momento é conservado..
Ao conservar o momento, é possível prever como os veículos se moverão logo após a colisão.
Aqui estão dois dos princípios de conservação mais importantes no Dynamics:
Na natureza, existem dois tipos de forças: conservadoras e não conservadoras. O peso é um bom exemplo do primeiro, enquanto o atrito é um bom exemplo do último..
Pois bem, as forças conservativas se caracterizam por proporcionarem a possibilidade de armazenamento de energia na configuração do sistema. É a chamada energia potencial.
Quando um corpo possui energia potencial graças à ação de uma força conservadora como o peso e entra em movimento, essa energia potencial é convertida em energia cinética. A soma das duas energias é chamada de energia mecânica do sistema e é aquela que se conserva, ou seja, permanece constante.
Ser OU energia potencial, K energia cinética e Em energia mecânica. Se apenas forças conservadoras atuam sobre um objeto, é verdade que:
Em = U + K = constante
Portanto:
Em inicial = Em final
Este princípio é aplicável não apenas quando dois veículos colidem. É uma lei da física com escopo que vai além do mundo macroscópico..
O momento é conservado ao nível dos sistemas solar, estelar e galáxia. E o faz também na escala do átomo e do núcleo atômico, apesar de aí a mecânica newtoniana deixar de ser válida.
Ser P o vetor momentum dado por:
P = m.v
À deriva P com respeito ao tempo:
dP / dt = d [m.v] / dt
Se a massa permanecer constante:
dP / dt = m dv/ dt = m.para
Portanto, podemos escrever a segunda lei de Newton assim:
Finternet = dP / dt
Se dois corpos m1 e mdois constituem um sistema isolado, as forças entre eles são internas e de acordo com a terceira lei de Newton, são iguais e opostas F1 = -Fdois, sendo cumprido que:
dP1 / dt = - dPdois/ dt → d [P1 + Pdois] / dt = 0
Se a derivada em relação ao tempo de uma magnitude for zero, significa que a magnitude permanece constante. Portanto, em um sistema isolado, pode-se afirmar que a dinâmica do sistema é conservada:
P1 + Pdois = constante
Ainda assim, P1 Y Pdois eles podem variar individualmente. A dinâmica de um sistema pode ser redistribuída, mas o que importa é que sua soma permaneça inalterada.
Existem muitos conceitos importantes em dinâmica, mas dois deles se destacam: massa e força. Sobre a força já comentada anteriormente e abaixo está uma lista com os conceitos mais proeminentes que aparecem ao lado dela no estudo da dinâmica:
É propriedade dos objetos resistir às mudanças em seu estado de repouso ou movimento. Todos os objetos com massa têm inércia e ela é vivenciada com muita frequência, por exemplo, ao viajar em um carro em aceleração, os passageiros tendem a permanecer em repouso, o que é percebido como uma sensação de grudar no encosto do assento.
E se o carro parar abruptamente, os passageiros tendem a cair de cara no chão, seguindo o movimento para a frente que tinham anteriormente, por isso é importante usar sempre o cinto de segurança.
A massa é a medida da inércia, pois quanto maior a massa de um corpo, mais difícil é movê-lo ou fazer com que mude seu movimento. A massa é uma grandeza escalar, o que significa que para especificar a massa de um corpo é necessário fornecer o valor numérico mais a unidade selecionada, que pode ser quilos, libras, gramas e mais..
Peso é a força com a qual a Terra puxa objetos perto de sua superfície em direção ao seu centro..
Por ser uma força, o peso tem caráter vetorial, portanto é completamente especificado quando se indica sua magnitude ou valor numérico, sua direção e seu sentido, que já sabemos é verticalmente para baixo..
Assim, embora relacionados, peso e massa não são iguais, nem mesmo equivalentes, visto que o primeiro é um vetor e o segundo, um escalar..
A descrição de um movimento pode variar dependendo da referência escolhida. Aqueles que estão subindo em um elevador estão em repouso de acordo com um referencial fixo a ele, mas vistos por um observador no solo os passageiros estão se movendo.
Se um corpo experimenta movimento em torno de um referencial, mas está em repouso em outro, as leis de Newton não se aplicam a ambos. Na verdade, as leis de Newton são aplicáveis a certos quadros de referência: aqueles que são inerciais.
Nos referenciais inerciais, corpos não aceleram a menos que sejam perturbados de alguma forma - pela aplicação de uma força-.
As forças fictícias ou pseudo-forças aparecem quando se analisa o movimento de um corpo em um referencial acelerado. Uma força fictícia distingue-se por não ser possível identificar o agente responsável pelo seu aparecimento.
A força centrífuga é um bom exemplo de força fictícia. No entanto, o fato de ser não o torna menos real para aqueles que o experimentam quando viram seus carros e sentem que uma mão invisível os está empurrando para fora da curva..
Este importante vetor já foi mencionado antes. Um objeto experimenta aceleração enquanto houver uma força que muda sua velocidade.
Quando uma força atua sobre um objeto e muda sua posição, a força fez o seu trabalho. E esse trabalho pode ser armazenado na forma de energia. Portanto, o trabalho é feito no objeto, graças ao qual adquire energia.
O exemplo a seguir esclarece o ponto: suponha que uma pessoa erga uma panela a uma certa altura acima do nível do solo.
Para isso, deve-se aplicar uma força e vencer a gravidade, pois funciona na panela e esse trabalho é armazenado na forma de energia potencial gravitacional na panela, proporcional à sua massa e à altura que atingiu acima do chão:
U = m.g.h
Onde m é a missa, g é a gravidade e h É a altura. O que o pote pode fazer uma vez que está na altura certa h? Bem, ele pode cair e conforme ele cai, a energia potencial gravitacional que ele tem diminui, enquanto a energia cinética ou de movimento aumenta..
Para que uma força funcione, ela deve produzir um deslocamento que deve ser paralelo à força. Se isso não acontecer, a força ainda atua sobre o objeto, mas não funciona sobre ele..
Primeira lei de newton.
Segunda lei de newton.
Terceira lei de newton.
Lei da conservação da matéria.
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