ciências da natureza e suas tecnologias - física ensino médio, 1ª série peso

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física

Ensino Médio, 1ª SériePeso

FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPeso

Vamos começar esse estudo fazendo algumas perguntas ...

Mas, antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...

2. Por que os astronautas parecem flutuar quando estão no espaço?

1. Massa e Peso são a mesma coisa?

3. Por que, quem está do outro lado do mundo, não “cai para baixo”?

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Força Peso“Todos nós estamos “presos ao chão” por causa da existência de uma Força de Atração do Campo Gravitacional da Terra que nos puxa, na vertical, para baixo, com a aceleração gravitacional... O Peso é uma força de campo que atua no campo gravitacional de um corpo celeste, que tem sempre o sentido de aproximar o objeto que está sendo atraído para o centro desse corpo”.

KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva. 2010.

Sendo m a intensidade da massa do objeto e g, a da aceleração da gravidade, seu peso é determinado pelo Princípio Fundamental da Dinâmica.

�⃗� 𝑅=𝑚∙ �⃗�→ �⃗�=𝒎 ∙ �⃗�

𝒐𝒏𝒅𝒆 { 𝑷≡𝑭𝒐𝒓 ç𝒂𝑷𝒆𝒔𝒐𝒎≡𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂𝒅𝒐𝒄𝒐𝒓𝒑𝒐

𝒈≡𝑨𝒄𝒆𝒍𝒆𝒓𝒂 çã𝒐 𝒅𝒂𝒈𝒓𝒂𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝑵𝒂𝑻𝒆𝒓𝒓𝒂𝒈=𝟗 ,𝟖𝟏𝒎 /𝒔𝟐 Im

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Força Peso

�⃗� �⃗� �⃗�

�⃗��⃗�

�⃗��⃗�

�⃗�

Lembre-se:A Força Peso é SEMPRE VERTICAL PARA BAIXO em relação à Terra.

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Massa Inercial e Massa Gravitacional são a mesma coisa?

Quando os Principia foram escritos por Newton, fazia-se distinção entre os conceitos de Massa Inercial e Massa Gravitacional.

Essa diferença foi superada pela Teoria da Relatividade Geral, Albert Einstein, que se baseia no fato de que Massa é justamente o conceito que mede duas variáveis distintas: a Inércia e a Gravitação.

KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva. 2010.

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EXEMPLO: Se uma maçã pesa 1N na superfície da Terra, ela pesaria apenas ¼ N a uma distância duas vezes maior em relação ao centro da Terra. A uma distância três vezes maior, ela pesaria apenas 1/9 N. E assim sucessivamente.

Gráfico do Peso X Distância em relação à superfície da Terra

Obs.: Esse gráfico é conhecido como hipérbole cúbica

4f

2f

0 2d 4d

Fo

rça

Distância

Fo

rça

Distância

1d 2d 3d 4d 5d

Força gravitacional ~1/d²


O que de fato as balanças medem?

Quando subimos numa balança, costumamos dizer que vamos nos pesar. Mas balanças, por definição, medem massa. Então o correto seria dizer que "vamos nos massar".

É claro que dizemos "vamos nos pesar" por uma questão cultural e, de fato, na linguagem cotidiana isso não tem nenhuma relevância. Im

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O mecanismo pelo qual a balança obtém a massa do corpo depende do seu princípio de funcionamento.

Imagem: Lilly_M / GNU Free Documentation License

Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentation License

Imagem: Rohgoyal / Domínio Público


Em deslocamentos horizontais ou repouso, a força resultante vertical é zero. Nesse caso, N = P.

Força NormalÉ a força de reação que uma superfície exerce sobre um corpo nela apoiado.

Ela tem esse nome por sempre formar um ângulo de 90º com a superfície.

P⃗

N⃗

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Força Normal

Lembre-se:A Força Normal é SEMPRE PERPENDICULAR à superfície de apoio.

�⃗�=0⃗Pois o corpo não está apoiado em nenhuma superfície

𝑁

�⃗��⃗�

�⃗��⃗�

�⃗��⃗�

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As balanças de farmácia, que são as mais comuns, medem a Força Normal e não o Peso.


De fato, a balança mede a NORMAL, mas nos informa o que seria a massa de um objeto único que estivesse colocado sobre ela. Outro argumento é o de que a balança deve estar na horizontal, para medir corretamente, pois, caso contrário, pode dar medidas (indiretas) erradas de massa.

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Imagem: Berthold Werner / GNU Free Documentaion License


Balança ou Dinamômetro ?

Elevador descendo acelerado. O que indica a leitura?

O que indica a leitura?


Consideremos a seguinte situação:

Se nos pusermos em cima de uma balança, dentro de um elevador subindo, os nossos pés exercerão uma pressão maior sobre a balança – que registrará um peso superior ao medido com a balança no chão (figura a, ao lado).

Num elevador descendo acelerado, sentiremos a gravidade mais fraca. (figura b, abaixo).

Atenção


Balança ou Dinamômetro ?I. Em Repouso ou M.R.U.

N = P = m.g

Leitura da “balança” = NORMAL = PESO

II. Sobe em Movimento Acelerado = Desce Retardado

N > P FR = m.aelev. N – P = m.aelev. N – m.g = m.aelev. N = m(g + aelev.)

Leitura da “balança” AUMENTA

III. Sobe em Movimento Retardado = Desce Acelerado

N < P FR = m.aelev. P – N = m.aelev. m.g – N = m.aelev. N = m(g – aelev.)

Leitura da “balança” DIMINUIIV. Queda Livre aelev. = g

N = m(g – aelev.) N = 0

IMPONDERABILIDADE

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Numa conferência em Kyoto em 1922, Einstein descreveu um momento de inspiração que teve em 1907: “Encontrava-me sentado no gabinete de patentes em Berna, quando, de repente, me ocorreu um pensamento: se uma pessoa cair livremente, não sentirá o seu próprio peso. Fiquei surpreso. Esse simples pensamento causou-me uma profunda impressão. Levou-me a elaborar a teoria da gravitação.”

Imponderabilidade

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Dom

ínio

Púb

licoVamos

Exercitar?


Exemplo 01(PUC-RIO 2008) Um balão de ar quente, de massa desprezível, é capaz de levantar uma carga de 100 kg mantendo durante a subida uma velocidade constante de 5,0 m/s. Considerando a aceleração da gravidade igual a 10 m/s², a força que a gravidade exerce (peso) no sistema (balão + carga), em Newtons, é:

A) 50B) 100C) 250D) 500E) 1000

ResoluçãoSabemos que: P = m.g P = 100.10

Logo: P = 1000 N

Resposta: E)


Na Terra, num local em que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2, um corpo pesa 98 N. Esse corpo é, então levado para a Lua, onde a aceleração da gravidade vale 1,6 m/s2. Determine a massa e o peso desse corpo na Lua.

Exemplo 02

ResoluçãoSabemos que: P = m.g Na Terra: 98 = mT.9,8

Logo: mTerra = 10 kg = mLua

Então: P = m.g Na Lua: PLua = 10.1,6

Logo: PLua = 16 N


Complete as frases abaixo, usando as palavras que se seguem: menor/massa/maior/gravidade/peso/ocupa

Matéria é tudo que _____________ lugar no espaço.A ____________ é a quantidade de matéria que um corpo possui.E o peso depende da ação da _______________.Quanto maior for a força da gravidade, _____________ é o peso de um corpo.Mas quanto menor for a força da gravidade, menor é o ___________ de um corpo.

Exemplo 03

ocupamassa

gravidademaior

peso


Como o caminhão está em repouso, a força resultante que atua sobre ele é nula.

1 2 3P N N N

10.000 20.000 30.000P

60.000P N

Exemplo 04 Resolução

�⃗�𝑅=0⃗N1N2

N3

P

A partir desse procedimento é possível concluir que o peso do caminhão é de:

a) 20.000Nb) 25.000Nc) 30.000Nd) 50.000Ne) 60.000N

Fuvest-SPNa pesagem de uma caminhão, no posto fiscal de uma estrada, são utilizadas três balanças. Sobre cada balança, são posicionadas todas as rodas de uma mesmo eixo. As balanças indicam 30.000 N, 20.000 N 3 10.000 N


F 37° FX

FY

A força FX é a única que pode contribuir para alterar a leitura da balança. Vamos calcular o valor de FX.

Exemplo 05(Unifesp) Suponha que um comerciante inescrupuloso aumente o valor assinalado pela sua balança, empurrando sorrateiramente o prato para baixo com uma força F de módulo 5,0 N, na direção e sentido indicados na figura.

ResoluçãoFazendo a decomposição da força, temos que:

Com essa prática ele consegue fazer que uma mercadoria de massa 1,5 kg seja medida por essa balança como se tivesse massa de: 88.88

37ºF

Dados: sen 37º = 0,60; cos 37º = 0,80 g = 10m/s².

a) 3,0kg d) 1,8kgb) 2,4kg e) 1,7kgc) 2,1 kg


37 XFsenF

37XF F sen

A leitura da balança será influenciada pela ação da força peso P da mercadoria e da força FX, pois ambas atuam na vertical para baixo. É claro que essas duas forças darão origem a um peso aparente.

Aparente XP P F

Para um peso aparente de 18 N e uma aceleração da gravidade de 10 m/s2, a massa aparente registrada na balança será:

18 10Aparentem

Resposta: LETRA D

𝐹 𝑥=3,0𝑁

𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1,5 ∙10+3,0

𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1,8𝑘𝑔

= 18 N

𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑚 .𝑔+𝐹 𝑥

𝑃 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 .𝑔

𝑚𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒=1810

FÍSICA, 1º Ano do Ensino MédioPrincípio Fundamental da Dinâmica

a) A leitura da balança, 650N, é o valor da força normal que ela exerce sobre o idoso. A direção é vertical e o sentido é para cima.

b) O peso do idoso pode ser calculado pela relação:

P m g 68 10P

680P NParte da força que o idoso exerce sobre a balança é aliviada pelo apoio exercido pela bengala no chão. O módulo da força que a bengala exerce sobre o idoso pode ser calculado da seguinte forma:

bengalaP N F 680 650 bengalaF

30bengalaF N

Vertical para cima

Exemplo 06UFRJUma pessoa idosa, de 68kg, ao se pesar, o faz apoiada em sua bengala como mostra a figura:

Com a pessoa em repouso a leitura da balança é de 650N. Considere g=10 m/s².

a) Calcule o módulo da força que a balança exerce sobre a pessoa e determine a direção e o sentido.b) Supondo que a força exercida pela bengala sobre a pessoa seja vertical, calcule o seu módulo e determine o seu sentido.


ExtrasVÍDEO DO YOUTUBEGravidadeLink: http://www.youtube.com/watch?v=hEMnT5P2agI SIMULAÇÃOUma Questão de GravidadeLink: http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_fis_questaogravidade.htm

EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOSO problema do elevador (Numa régua plástica)Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_05.asp Sem peso!Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_81.asp Acelerações maiores que 'g' - a bola e o copo (Paradoxo da queda livre)Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_51.asp CURIOSIDADESBesouro Rinoceronte – Um mito da NaturezaLink: http://dietasuave.wordpress.com/2011/04/10/curiosidades-besouro-rinoceronte/ Como as formigas conseguem carregar tanto peso?Link: http://www.vocesabia.net/ciencia/como-as-formigas-conseguem-carregar-tanto-peso/ Microgravidade e os Efeitos da Microgravidade sobre o homemLink: http://www.virtual.unifesp.br/unifesp/bio40/microgravidade/paginas/introducao.html LISTA DE EXERCÍCIOSSala de FísicaLink: http://www.geocities.ws/saladefisica8/dinamica/peso.html

http://www.youtube.com/watch?v=hEMnT5P2agI

http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_fis_questaogravidade.htm

http://www.labvirt.fe.usp.br/simulacoes/fisica/sim_fis_questaogravidade.htm

http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_05.asp



http://dietasuave.wordpress.com/2011/04/10/curiosidades-besouro-rinoceronte/

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Obrigado pela Atenção!


Bibliografia• BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed.

Vol. 01. São Paulo: Editora FTD, 2010.• GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Ática,

2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 01. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 01. São

Paulo: Editora Scipione, 2011.• <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 07/06/2012.• <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 07/06/2012.

http://educar.sc.usp.br/

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http://pt.wikipedia.org/

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2 NASA / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronaut-

EVA.jpg12/09/2012

3 Oleg Alexandrov / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Simple_harmonic_oscillator.gif

12/09/2012

5 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_Head.jpg?uselang=pt-br

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7a Namtoagaowen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HK_Wong_Chuk_Hang_%E5%8C%85%E7%8E%89%E5%89%9B%E6%B8%B8%E6%B3%B3%E6%B1%A0_Pao_Yue_Kong_Swimming_Pool_31_Weighing_scale_May-2012.JPG

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7b Evan Bench / Creative Commons Attribution 2.0 Generic

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scale_at_Buttes_Chaumont.jpg

12/09/2012

8a Lilly_M / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_balance_scales-02.jpg

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8b Berthold Werner / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weighing_scale_BW_2012-01-14_16-27-08_12_18.jpg

12/09/2012

8c Rohgoyal / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CottonBales.jpg

12/09/2012

9 Stannered / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Incline.svg 12/09/2012

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11a Evan Bench / Creative Commons Attribution

2.0 Generichttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scale_at_Buttes_Chaumont.jpg

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11b Berthold Werner / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weighing_scale_BW_2012-01-14_16-27-08_12_18.jpg

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15 Shane Hollar / US Navy / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SWCC_Freefalling.jpg

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16 Oren Jack Turner, Princeton, N.J. / Domínio Público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_Head.jpg?uselang=pt-br

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