Alexandrova Zinaida Vasilievna, professora de física e ciência da computação
Instituição educacional: Escola secundária MBOU nº 5, Pechenga, região de Murmansk
Item: física
Aula : 9º ano
Tópico da lição : Movimento de um corpo em um círculo com um módulo de velocidade constante
O objetivo da lição:
dar uma ideia de movimento curvilíneo, introduzir os conceitos de frequência, período, velocidade angular, aceleração centrípeta e força centrípeta.
Lições objetivas:
Educacional:
Repetir os tipos de movimento mecânico, introduzir novos conceitos: movimento circular, aceleração centrípeta, período, frequência;
Revelar na prática a relação do período, frequência e aceleração centrípeta com o raio de circulação;
Use equipamentos de laboratório educacional para resolver problemas práticos.
Educacional :
Desenvolver a capacidade de aplicar os conhecimentos teóricos à resolução de problemas específicos;
Desenvolver uma cultura de pensamento lógico;
Desenvolver o interesse pelo assunto; atividade cognitiva na preparação e condução de um experimento.
Educacional :
Formar uma visão de mundo no processo de estudar física e argumentar suas conclusões, cultivar independência, precisão;
Cultivar uma cultura comunicativa e informativa dos alunos
Equipamento de aula:
computador, projetor, tela, apresentação para a aulaMovimento de um corpo em um círculo, impressão de cartões com tarefas;
bola de tênis, peteca de badminton, carro de brinquedo, bola em uma corda, tripé;
conjuntos para o experimento: cronômetro, tripé com embreagem e pé, bola em um fio, régua.
Forma de organização do treinamento: frontal, individual, grupal.
Tipo de aula: estudo e consolidação primária do conhecimento.
Apoio pedagógico e metodológico: Física. 9º ano Livro didático. Peryshkin A.V., Gutnik E.M. 14ª ed., ester. - M.: Abetarda, 2012
Tempo de implementação da lição : 45 minutos
1. Editor no qual o recurso multimídia é feito:EMPower Point
2. Tipo de recurso multimídia: apresentação visual de material educacional por meio de gatilhos, vídeo embutido e teste interativo.
Plano de aula
Organizando o tempo. Motivação para atividades de aprendizagem.
Atualização de conhecimentos básicos.
Aprender novos materiais.
Conversa sobre questões;
Solução de problemas;
Realização de trabalhos práticos de investigação.
Resumindo a lição.
durante as aulas
Etapas da lição
Implementação temporária
Organizando o tempo. Motivação para atividades de aprendizagem.
diapositivo 1. ( Verificando a prontidão para a aula, anunciando o tópico e os objetivos da aula.)
Professor. Hoje na lição você aprenderá o que é aceleração quando um corpo se move uniformemente em um círculo e como determiná-la.
2 minutos
Atualização de conhecimentos básicos.
Slide 2.
Fditado físico:
Mudança na posição do corpo no espaço ao longo do tempo.(Movimento)
Uma quantidade física medida em metros.(Mover)
Quantidade vetorial física que caracteriza a velocidade do movimento.(Velocidade)
A unidade básica de comprimento em física.(Metro)
Uma quantidade física cujas unidades são ano, dia, hora.(Tempo)
Uma quantidade vetorial física que pode ser medida usando um instrumento acelerômetro.(Aceleração)
Comprimento da trajetória. (Caminho)
unidades de aceleração(EM 2 ).
(Realização de ditado com posterior verificação, autoavaliação do trabalho pelos alunos)
5 minutos
Aprender novos materiais.
Slide 3.
Professor. Muitas vezes observamos tal movimento de um corpo em que sua trajetória é um círculo. Movendo-se ao longo do círculo, por exemplo, o ponto do aro da roda durante sua rotação, os pontos das partes rotativas das máquinas-ferramentas, o final do ponteiro do relógio.
Demonstrações de experiências 1. A queda de uma bola de tênis, o voo de uma peteca de badminton, o movimento de um carrinho de brinquedo, as vibrações de uma bola em um fio preso a um tripé. O que esses movimentos têm em comum e como eles diferem na aparência?(Respostas dos alunos)
Professor. O movimento retilíneo é um movimento cuja trajetória é uma linha reta, curvilínea é uma curva. Dê exemplos de movimentos retilíneos e curvilíneos que você encontrou em sua vida.(Respostas dos alunos)
O movimento de um corpo em um círculo éum caso especial de movimento curvilíneo.
Qualquer curva pode ser representada como uma soma de arcos de círculosraio diferente (ou igual).
O movimento curvilíneo é um movimento que ocorre ao longo de arcos de círculos.
Vamos apresentar algumas características do movimento curvilíneo.
diapositivo 4. (Assista vídeo " speed.avi" link no slide)
Movimento curvilíneo com velocidade de módulo constante. Movimento com aceleração, tk. velocidade muda de direção.
diapositivo 5 . (Assista vídeo “Dependência da aceleração centrípeta do raio e da velocidade. avi » a partir do link no slide)
diapositivo 6. A direção dos vetores velocidade e aceleração.
(trabalhando com materiais de slides e análise de desenhos, uso racional de efeitos de animação embutidos em elementos de desenho, Fig 1.)
Figura 1.
Slide 7.
Quando um corpo se move uniformemente ao longo de um círculo, o vetor aceleração é sempre perpendicular ao vetor velocidade, que é direcionado tangencialmente ao círculo.
Um corpo se move em um círculo, desde que que o vetor velocidade linear é perpendicular ao vetor aceleração centrípeta.
diapositivo 8. (trabalhando com ilustrações e materiais de slides)
aceleração centrípeta - a aceleração com que o corpo se move em um círculo com uma velocidade de módulo constante é sempre direcionada ao longo do raio do círculo para o centro.
a c =
diapositivo 9.
Ao se mover em círculo, o corpo retornará ao seu ponto original após um certo período de tempo. O movimento circular é periódico.
Período de circulação - este é um período de tempoT , durante o qual o corpo (ponto) faz uma revolução em torno da circunferência.
Unidade de período -segundo
Velocidade é o número de revoluções completas por unidade de tempo.
[ ] = com -1 = Hz
unidade de frequência
Mensagem do aluno 1. Um período é uma quantidade frequentemente encontrada na natureza, na ciência e na tecnologia. A terra gira em torno de seu eixo, o período médio dessa rotação é de 24 horas; uma revolução completa da Terra em torno do Sol leva cerca de 365,26 dias; a hélice do helicóptero tem um período médio de rotação de 0,15 a 0,3 s; o período de circulação sanguínea em uma pessoa é de aproximadamente 21 a 22 s.
Mensagem do aluno 2. A frequência é medida com instrumentos especiais - tacômetros.
A velocidade de rotação dos dispositivos técnicos: o rotor da turbina a gás gira a uma frequência de 200 a 300 1/s; Uma bala disparada de um fuzil de assalto Kalashnikov gira com uma frequência de 3000 1/s.
diapositivo 10. Relação entre período e frequência:
Se no tempo t o corpo fez N revoluções completas, então o período da revolução é igual a:
Período e frequência são quantidades recíprocas: a frequência é inversamente proporcional ao período e o período é inversamente proporcional à frequência
Diapositivo 11. A velocidade de rotação do corpo é caracterizada pela velocidade angular.
Velocidade angular(frequência cíclica) -
número de revoluções por unidade de tempo, expresso em radianos.
Velocidade angular - o ângulo de rotação pelo qual um ponto gira no tempot.
A velocidade angular é medida em rad/s.
diapositivo 12. (Assista vídeo "Caminho e deslocamento em movimento curvilíneo.avi" link no slide)
diapositivo 13 . Cinemática do movimento circular.
Professor. Com movimento uniforme em um círculo, o módulo de sua velocidade não muda. Mas a velocidade é uma quantidade vetorial e é caracterizada não apenas por um valor numérico, mas também por uma direção. Com movimento uniforme em um círculo, a direção do vetor velocidade muda o tempo todo. Portanto, esse movimento uniforme é acelerado.
Velocidade da linha: ;
As velocidades linear e angular estão relacionadas pela relação:
Aceleração centrípeta: ;
Velocidade angular: ;
diapositivo 14. (trabalhando com ilustrações no slide)
A direção do vetor velocidade.Linear (velocidade instantânea) é sempre direcionado tangencialmente à trajetória traçada até o seu ponto onde atualmente se encontra o corpo físico considerado.
O vetor velocidade é direcionado tangencialmente ao círculo descrito.
O movimento uniforme de um corpo em um círculo é um movimento com aceleração. Com um movimento uniforme do corpo ao redor do círculo, as quantidades υ e ω permanecem inalteradas. Nesse caso, ao mover, apenas a direção do vetor muda.
diapositivo 15. Força centrípeta.
A força que mantém um corpo em rotação em um círculo e é direcionada para o centro de rotação é chamada de força centrípeta.
Para obter uma fórmula para calcular a magnitude da força centrípeta, deve-se usar a segunda lei de Newton, que é aplicável a qualquer movimento curvilíneo.
Substituindo na fórmula valor da aceleração centrípetaa c = , obtemos a fórmula da força centrípeta:
F=
Da primeira fórmula pode-se ver que na mesma velocidade, quanto menor o raio do círculo, maior a força centrípeta. Assim, nas curvas da estrada em um corpo em movimento (trem, carro, bicicleta), quanto maior a força que deve atuar em direção ao centro de curvatura, mais íngreme é a curva, ou seja, menor o raio de curvatura.
A força centrípeta depende da velocidade linear: com o aumento da velocidade, ela aumenta. É bem conhecido de todos os skatistas, esquiadores e ciclistas: quanto mais rápido você se move, mais difícil é fazer uma curva. Os motoristas sabem muito bem como é perigoso fazer curvas fechadas em alta velocidade.
diapositivo 16.
Tabela resumida de quantidades físicas que caracterizam o movimento curvilíneo(análise de dependências entre quantidades e fórmulas)
Slides 17, 18, 19. Exemplos de movimento circular.
Rotundas nas estradas. O movimento dos satélites ao redor da Terra.
diapositivo 20. Atrações, carrosséis.
Mensagem do aluno 3. Na Idade Média, os torneios de justas eram chamados de carrosséis (a palavra então tinha um gênero masculino). Mais tarde, no século 18, para se preparar para os torneios, em vez de lutar com adversários reais, passaram a usar uma plataforma giratória, protótipo de um moderno carrossel de entretenimento, que então aparecia nas feiras da cidade.
Na Rússia, o primeiro carrossel foi construído em 16 de junho de 1766 em frente ao Palácio de Inverno. O carrossel consistia em quatro quadrilhas: eslava, romana, indiana, turca. A segunda vez o carrossel foi construído no mesmo local, no mesmo ano em 11 de julho. Uma descrição detalhada desses carrosséis é fornecida no jornal St. Petersburg Vedomosti de 1766.
Carrossel, comum em pátios na época soviética. O carrossel pode ser acionado tanto por um motor (geralmente elétrico), quanto pelas forças dos próprios giradores, que, antes de se sentarem no carrossel, o giram. Esses carrosséis, que precisam ser girados pelos próprios pilotos, costumam ser instalados em playgrounds infantis.
Além das atrações, os carrosséis são frequentemente referidos como outros mecanismos com comportamento semelhante - por exemplo, em linhas automatizadas para engarrafar bebidas, embalar materiais a granel ou imprimir produtos.
Num sentido figurado, um carrossel é uma série de objetos ou eventos que mudam rapidamente.
18 minutos
Consolidação de novos materiais. Aplicação de conhecimentos e habilidades em uma nova situação.
Professor. Hoje nesta aula conhecemos a descrição do movimento curvilíneo, com novos conceitos e novas grandezas físicas.
Conversa sobre:
O que é um período? O que é frequência? Como essas quantidades estão relacionadas? Em que unidades são medidos? Como podem ser identificados?
O que é velocidade angular? Em que unidades é medido? Como pode ser calculado?
O que é chamado de velocidade angular? Qual é a unidade de velocidade angular?
Como as velocidades angulares e lineares do movimento de um corpo estão relacionadas?
Qual é a direção da aceleração centrípeta? Que fórmula é usada para calculá-lo?
Slide 21.
Exercício 1. Preencha a tabela resolvendo os problemas de acordo com os dados iniciais (Fig. 2), depois verificaremos as respostas. (Os alunos trabalham de forma independente com a mesa, é necessário preparar uma impressão da mesa para cada aluno com antecedência)
Figura 2
diapositivo 22. Tarefa 2.(oralmente)
Preste atenção aos efeitos de animação da imagem. Compare as características do movimento uniforme das bolas azuis e vermelhas. (Trabalhando com a ilustração no slide).
diapositivo 23. Tarefa 3.(oralmente)
As rodas dos modos de transporte apresentados fazem um número igual de revoluções ao mesmo tempo. Compare suas acelerações centrípetas.(Trabalhando com materiais de slides)
(Trabalho em grupo, realizando um experimento, há uma impressão das instruções para realizar um experimento em cada mesa)
Equipamento: um cronômetro, uma régua, uma bola presa a um fio, um tripé com embreagem e um pé.
Alvo: pesquisardependência do período, frequência e aceleração do raio de rotação.
Plano de trabalho
Medirtempo t é 10 revoluções completas de movimento rotacional e raio R de rotação de uma bola fixada em um fio em um tripé.
Calcularperíodo T e frequência, velocidade de rotação, aceleração centrípeta Escreva os resultados na forma de um problema.
Mudarraio de rotação (comprimento do fio), repita o experimento mais 1 vez, tentando manter a mesma velocidade,colocando no esforço.
Faça uma conclusãosobre a dependência do período, frequência e aceleração do raio de rotação (quanto menor o raio de rotação, menor o período de revolução e maior o valor da frequência).
Diapositivos 24-29.
Trabalho frontal com teste interativo.
É necessário escolher uma resposta entre três possíveis, se a resposta correta foi escolhida, ela permanece no slide, e o indicador verde começa a piscar, as respostas incorretas desaparecem.
O corpo se move em um círculo com uma velocidade de módulo constante. Como sua aceleração centrípeta mudará quando o raio do círculo diminuir 3 vezes?
Na centrífuga da máquina de lavar, a roupa durante o ciclo de centrifugação se move em um círculo com velocidade de módulo constante no plano horizontal. Qual é a direção de seu vetor aceleração?
O patinador se move a uma velocidade de 10 m/s em um círculo com um raio de 20 m. Determine sua aceleração centrípeta.
Para onde está direcionada a aceleração do corpo quando ele se move ao longo de um círculo com velocidade constante em valor absoluto?
Um ponto material se move ao longo de um círculo com uma velocidade de módulo constante. Como o módulo de sua aceleração centrípeta mudará se a velocidade do ponto for triplicada?
A roda de um carro faz 20 rotações em 10 segundos. Determine o período de rotação da roda?
diapositivo 30. Solução de problemas(trabalho independente se houver tempo na aula)
Opção 1.
Com que período um carrossel com um raio de 6,4 m deve girar para que a aceleração centrípeta de uma pessoa no carrossel seja de 10 m/s 2 ?
Na arena do circo, um cavalo galopa com tal velocidade que dá 2 voltas em 1 minuto. O raio da arena é de 6,5 m. Determine o período e a frequência de rotação, velocidade e aceleração centrípeta.
Opção 2.
Frequência de rotação do carrossel 0,05 s -1 . Uma pessoa girando em um carrossel está a uma distância de 4 m do eixo de rotação. Determine a aceleração centrípeta da pessoa, o período de revolução e a velocidade angular do carrossel.
A ponta do aro de uma roda de bicicleta dá uma volta em 2 s. O raio da roda é de 35 cm Qual é a aceleração centrípeta do ponto do aro da roda?
18 minutos
Resumindo a lição.
Classificação. Reflexão.
Slide 31 .
D/z: p. 18-19, Exercício 18 (2.4).
http:// www. padrão. ws/ ensino médio/ física/ lar/ laboratório/ labGraphic. gif
Nesta lição, vamos considerar o movimento curvilíneo, ou seja, o movimento uniforme de um corpo em um círculo. Aprenderemos o que é velocidade linear, aceleração centrípeta quando um corpo se move em um círculo. Também introduzimos quantidades que caracterizam o movimento rotacional (período de rotação, frequência de rotação, velocidade angular) e conectamos essas quantidades entre si.
Por movimento uniforme em um círculo entende-se que o corpo gira no mesmo ângulo por qualquer período de tempo idêntico (ver Fig. 6).
Arroz. 6. Movimento circular uniforme
Ou seja, o módulo da velocidade instantânea não muda:
Essa velocidade é chamada linear.
Embora o módulo da velocidade não mude, a direção da velocidade muda continuamente. Considere os vetores velocidade nos pontos A E B(ver Fig. 7). Eles são direcionados em direções diferentes, portanto não são iguais. Se subtraído da velocidade no ponto B velocidade pontual A, obtemos um vetor .
Arroz. 7. Vetores de velocidade
A razão entre a mudança na velocidade () e o tempo durante o qual essa mudança ocorreu () é a aceleração.
Portanto, qualquer movimento curvilíneo é acelerado.
Se considerarmos o triângulo de velocidade obtido na Figura 7, então com um arranjo muito próximo de pontos A E B entre si, o ângulo (α) entre os vetores de velocidade será próximo de zero:
Sabe-se também que este triângulo é isósceles, portanto os módulos das velocidades são iguais (movimento uniforme):
Portanto, ambos os ângulos na base deste triângulo estão indefinidamente próximos de:
Isso significa que a aceleração direcionada ao longo do vetor é, na verdade, perpendicular à tangente. Sabe-se que uma linha em um círculo perpendicular a uma tangente é um raio, então a aceleração é direcionada ao longo do raio em direção ao centro do círculo. Essa aceleração é chamada centrípeta.
A Figura 8 mostra o triângulo de velocidades discutido anteriormente e um triângulo isósceles (dois lados são os raios de um círculo). Esses triângulos são semelhantes, pois possuem ângulos iguais formados por retas mutuamente perpendiculares (o raio, como o vetor, é perpendicular à tangente).
Arroz. 8. Ilustração para a derivação da fórmula de aceleração centrípeta
segmento de linha ABé mover(). Estamos considerando o movimento circular uniforme, então:
Substituímos a expressão resultante por AB na fórmula de semelhança de triângulos:
Os conceitos de "velocidade linear", "aceleração", "coordenada" não são suficientes para descrever o movimento ao longo de uma trajetória curva. Portanto, é necessário introduzir quantidades que caracterizam o movimento rotacional.
1. O período de rotação (T ) é chamado o tempo de uma revolução completa. É medido em unidades SI em segundos.
Exemplos de períodos: A Terra gira em torno de seu eixo em 24 horas (), e em torno do Sol - em 1 ano ().
Fórmula para calcular o período:
onde é o tempo total de rotação; - número de revoluções.
2. Frequência de rotação (n ) - o número de revoluções que o corpo faz por unidade de tempo. É medido em unidades SI em segundos recíprocos.
Fórmula para encontrar a frequência:
onde é o tempo total de rotação; - número de revoluções
A frequência e o período são inversamente proporcionais:
3. velocidade angular () chamado a relação entre a mudança no ângulo em que o corpo girou e o tempo durante o qual ocorreu esse giro. É medido em unidades SI em radianos divididos por segundos.
Fórmula para encontrar a velocidade angular:
onde é a mudança no ângulo; é o tempo que levou para a virada acontecer.
1. Movimento uniforme em um círculo
2. Velocidade angular do movimento rotacional.
3.Período de rotação.
4.Frequência de rotação.
5. Relação entre velocidade linear e velocidade angular.
6. Aceleração centrípeta.
7. Movimento igualmente variável em um círculo.
8. Aceleração angular em movimento uniforme em um círculo.
9. Aceleração tangencial.
10. A lei do movimento uniformemente acelerado em um círculo.
11. Velocidade angular média em movimento uniformemente acelerado em um círculo.
12. Fórmulas que estabelecem a relação entre a velocidade angular, a aceleração angular e o ângulo de rotação no movimento circular uniformemente acelerado.
1.Movimento circular uniforme- movimento, no qual um ponto material passa por segmentos iguais de um arco circular em intervalos de tempo iguais, ou seja, um ponto se move ao longo de um círculo com uma velocidade de módulo constante. Nesse caso, a velocidade é igual à razão entre o arco do círculo percorrido pelo ponto e o tempo do movimento, ou seja,
e é chamada de velocidade linear do movimento em um círculo.
Como no movimento curvilíneo, o vetor velocidade é direcionado tangencialmente ao círculo na direção do movimento (Fig.25).
2. Velocidade angular em movimento circular uniformeé a razão entre o ângulo de rotação do raio e o tempo de rotação:
No movimento circular uniforme, a velocidade angular é constante. No sistema SI, a velocidade angular é medida em (rad/s). Um radiano - rad é um ângulo central que subtende um arco de um círculo com um comprimento igual ao raio. Um ângulo completo contém um radiano, ou seja, em uma revolução, o raio gira por um ângulo de radianos.
3. Período de rotação- o intervalo de tempo T, durante o qual o ponto material faz uma revolução completa. No sistema SI, o período é medido em segundos.
4. Frequência de rotaçãoé o número de revoluções por segundo. No sistema SI, a frequência é medida em hertz (1 Hz = 1). Um hertz é a frequência na qual uma revolução é feita em um segundo. É fácil imaginar que
Se no tempo t o ponto faz n revoluções ao redor do círculo, então .
Conhecendo o período e a frequência de rotação, a velocidade angular pode ser calculada pela fórmula:
5 Relação entre velocidade linear e velocidade angular. O comprimento do arco de um círculo é onde o ângulo central, expresso em radianos, subtendendo o arco é o raio do círculo. Agora escrevemos a velocidade linear na forma
Muitas vezes é conveniente usar fórmulas: ou A velocidade angular costuma ser chamada de frequência cíclica e a frequência é chamada de frequência linear.
6. aceleração centrípeta. No movimento uniforme ao longo de um círculo, o módulo de velocidade permanece inalterado e sua direção muda constantemente (Fig. 26). Isso significa que um corpo que se move uniformemente em um círculo experimenta uma aceleração direcionada para o centro e é chamada de aceleração centrípeta.
Deixe um caminho igual ao arco de um círculo passar por um período de tempo. Movemos o vetor , deixando-o paralelo a si mesmo, de modo que seu início coincida com o início do vetor no ponto B. O módulo de variação da velocidade é , e o módulo da aceleração centrípeta é
Na Fig. 26, os triângulos AOB e DVS são isósceles e os ângulos nos vértices O e B são iguais, assim como os ângulos com lados perpendiculares entre si AO e OB, o que significa que os triângulos AOB e DVS são semelhantes. Portanto, se isto é, o intervalo de tempo assume valores arbitrariamente pequenos, então o arco pode ser considerado aproximadamente igual à corda AB, ou seja, . Portanto, podemos escrever Considerando que VD= , ОА=R obtemos Multiplicando ambas as partes da última igualdade por , obteremos ainda a expressão para o módulo da aceleração centrípeta em movimento uniforme em um círculo: . Dado que obtemos duas fórmulas usadas com frequência:
Assim, no movimento uniforme ao longo de um círculo, a aceleração centrípeta é constante em valor absoluto.
É fácil descobrir que no limite em , ângulo . Isso significa que os ângulos na base do DS do triângulo ICE tendem ao valor , e o vetor de mudança de velocidade torna-se perpendicular ao vetor de velocidade , ou seja, direcionado ao longo do raio em direção ao centro do círculo.
7. Movimento circular uniforme- movimento em um círculo, no qual, por intervalos de tempo iguais, a velocidade angular muda na mesma quantidade.
8. Aceleração angular em movimento circular uniformeé a razão entre a mudança na velocidade angular e o intervalo de tempo durante o qual essa mudança ocorreu, ou seja,
onde o valor inicial da velocidade angular, o valor final da velocidade angular, aceleração angular, no sistema SI é medido em. Da última igualdade obtemos fórmulas para calcular a velocidade angular
E se .
Multiplicando ambas as partes dessas igualdades por e levando em conta que , é a aceleração tangencial, ou seja, aceleração direcionada tangencialmente ao círculo, obtemos fórmulas para calcular a velocidade linear:
E se .
9. aceleração tangencialé numericamente igual à mudança na velocidade por unidade de tempo e é direcionado ao longo da tangente ao círculo. Se >0, >0, então o movimento é uniformemente acelerado. Se<0 и <0 – движение.
10. Lei do movimento uniformemente acelerado em um círculo. O caminho percorrido ao longo do círculo no tempo em movimento uniformemente acelerado é calculado pela fórmula:
Substituindo aqui , , reduzindo por , obtemos a lei do movimento uniformemente acelerado em um círculo:
Ou se .
Se o movimento for desacelerado uniformemente, ou seja,<0, то
11.Aceleração total em movimento circular uniformemente acelerado. No movimento circular uniformemente acelerado, a aceleração centrípeta aumenta com o tempo, porque devido à aceleração tangencial, a velocidade linear aumenta. Muitas vezes, a aceleração centrípeta é chamada de normal e denotada como . Já que a aceleração total no momento é determinada pelo teorema de Pitágoras (Fig. 27).
12. Velocidade angular média em movimento uniformemente acelerado em um círculo. A velocidade linear média em movimento uniformemente acelerado em um círculo é igual a . Substituindo aqui e reduzindo por temos
Se então .
12. Fórmulas que estabelecem a relação entre a velocidade angular, a aceleração angular e o ângulo de rotação no movimento circular uniformemente acelerado.
Substituindo na fórmula as quantidades , , , ,
e reduzindo por , obtemos
Aula - 4. Dinâmica.
1. Dinâmica
2. Interação de corpos.
3. Inércia. O princípio da inércia.
4. Primeira lei de Newton.
5. Ponto de material grátis.
6. Referencial inercial.
7. Referencial não inercial.
8. Princípio da relatividade de Galileu.
9. Transformações galileanas.
11. Adição de forças.
13. Densidade das substâncias.
14. Centro de massa.
15. Segunda lei de Newton.
16. Unidade de medida de força.
17. Terceira lei de Newton
1. Dinâmica existe um ramo da mecânica que estuda o movimento mecânico, dependendo das forças que causam uma mudança nesse movimento.
2.Interações corporais. Os corpos podem interagir tanto com contato direto quanto à distância através de um tipo especial de matéria chamado campo físico.
Por exemplo, todos os corpos são atraídos entre si e essa atração é realizada por meio de um campo gravitacional, e as forças de atração são chamadas de gravitacionais.
Corpos que carregam uma carga elétrica interagem através de um campo elétrico. As correntes elétricas interagem através de um campo magnético. Essas forças são chamadas de eletromagnéticas.
Partículas elementares interagem através de campos nucleares e essas forças são chamadas de nucleares.
3.Inércia. No século IV. BC e. O filósofo grego Aristóteles argumentou que a causa do movimento de um corpo é uma força agindo de outro corpo ou corpos. Ao mesmo tempo, de acordo com o movimento de Aristóteles, uma força constante confere uma velocidade constante ao corpo e, com o término da força, o movimento para.
No século 16 O físico italiano Galileo Galilei, realizando experimentos com corpos rolando em um plano inclinado e com corpos em queda, mostrou que uma força constante (neste caso, o peso do corpo) confere aceleração ao corpo.
Assim, com base em experimentos, Galileu mostrou que a força é a causa da aceleração dos corpos. Vamos apresentar o raciocínio de Galileu. Deixe uma bola muito lisa rolar em um plano horizontal suave. Se nada interferir na bola, ela pode rolar indefinidamente. Se, no caminho da bola, uma fina camada de areia for derramada, ela vai parar muito em breve, porque. a força de atrito da areia agiu sobre ela.
Assim, Galileu chegou à formulação do princípio da inércia, segundo o qual um corpo material mantém um estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme se forças externas não agem sobre ele. Freqüentemente, essa propriedade da matéria é chamada de inércia, e o movimento de um corpo sem influências externas é chamado de inércia.
4. primeira lei de newton. Em 1687, com base no princípio da inércia de Galileu, Newton formulou a primeira lei da dinâmica - a primeira lei de Newton:
Um ponto material (corpo) está em estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme se nenhum outro corpo agir sobre ele, ou se as forças que atuam de outros corpos estiverem equilibradas, ou seja, compensado.
5.ponto de material grátis- um ponto material, que não é afetado por outros corpos. Às vezes eles dizem - um ponto material isolado.
6. Sistema de Referência Inercial (ISO)- um sistema de referência, em relação ao qual um ponto material isolado se move em linha reta e uniformemente, ou está em repouso.
Qualquer quadro de referência que se move de maneira uniforme e retilínea em relação ao ISO é inercial,
Aqui está mais uma formulação da primeira lei de Newton: Existem referenciais, em relação aos quais um ponto material livre se move em linha reta e uniformemente, ou está em repouso. Esses referenciais são chamados inerciais. Freqüentemente, a primeira lei de Newton é chamada de lei da inércia.
A primeira lei de Newton também pode receber a seguinte formulação: qualquer corpo material resiste a uma mudança em sua velocidade. Essa propriedade da matéria é chamada de inércia.
Encontramos a manifestação dessa lei todos os dias no transporte urbano. Quando o ônibus ganha velocidade bruscamente, somos pressionados contra o encosto do assento. Quando o ônibus diminui a velocidade, nosso corpo derrapa na direção do ônibus.
7. referencial não inercial - um quadro de referência que se move de maneira não uniforme em relação ao ISO.
Um corpo que, em relação a ISO, está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Em relação a um referencial não inercial, ele se move de maneira não uniforme.
Qualquer referencial rotativo é um referencial não inercial, pois neste sistema, o corpo experimenta aceleração centrípeta.
Não existem órgãos na natureza e na tecnologia que possam servir como ISO. Por exemplo, a Terra gira em torno de seu eixo e qualquer corpo em sua superfície experimenta aceleração centrípeta. No entanto, para períodos de tempo bastante curtos, o sistema de referência associado à superfície da Terra pode ser considerado, em alguma aproximação, o ISO.
8.Princípio da relatividade de Galileu. ISO pode ser sal que você gosta muito. Portanto, surge a pergunta: como os mesmos fenômenos mecânicos aparecem em diferentes ISOs? É possível, usando fenômenos mecânicos, detectar o movimento do IFR em que são observados.
A resposta a essas perguntas é dada pelo princípio da relatividade da mecânica clássica, descoberto por Galileu.
O significado do princípio da relatividade da mecânica clássica é a afirmação: todos os fenômenos mecânicos procedem exatamente da mesma maneira em todos os referenciais inerciais.
Este princípio também pode ser formulado da seguinte forma: todas as leis da mecânica clássica são expressas pelas mesmas fórmulas matemáticas. Em outras palavras, nenhum experimento mecânico nos ajudará a detectar o movimento do ISO. Isso significa que tentar detectar o movimento do ISO não tem sentido.
Encontramos a manifestação do princípio da relatividade enquanto viajávamos de trem. No momento em que nosso trem para na estação, e o trem que estava parado na linha vizinha começa a se mover lentamente, nos primeiros momentos parece-nos que nosso trem está se movendo. Mas também acontece o contrário, quando nosso trem vai ganhando velocidade gradativamente, parece-nos que o trem vizinho começou a se mover.
No exemplo acima, o princípio da relatividade se manifesta em pequenos intervalos de tempo. Com o aumento da velocidade, começamos a sentir choques e balanços do carro, ou seja, nosso referencial torna-se não inercial.
Portanto, a tentativa de detectar o movimento do ISO não tem sentido. Portanto, é absolutamente indiferente qual IFR é considerado fixo e qual é móvel.
9. transformações galileanas. Sejam dois IFRs e movam-se um em relação ao outro com uma velocidade . De acordo com o princípio da relatividade, podemos supor que o IFR K é imóvel e o IFR se move relativamente a uma velocidade de . Para simplificar, assumimos que os eixos de coordenadas correspondentes dos sistemas e são paralelos, e os eixos e coincidem. Deixe os sistemas coincidirem no horário de início e o movimento ocorra ao longo dos eixos e , ou seja, (Fig.28)
11. Adição de forças. Se duas forças são aplicadas a uma partícula, a força resultante é igual ao seu vetor, ou seja, diagonais de um paralelogramo construído sobre vetores e (Fig. 29).
A mesma regra ao decompor uma determinada força em dois componentes da força. Para fazer isso, no vetor de uma determinada força, como na diagonal, é construído um paralelogramo, cujos lados coincidem com a direção dos componentes das forças aplicadas à partícula dada.
Se várias forças são aplicadas à partícula, a força resultante é igual à soma geométrica de todas as forças:
12.Peso. A experiência tem mostrado que a relação entre o módulo de força e o módulo de aceleração, que esta força confere a um corpo, é um valor constante para um dado corpo e é chamada de massa do corpo:
Da última igualdade segue-se que quanto maior a massa do corpo, maior a força que deve ser aplicada para alterar sua velocidade. Portanto, quanto maior a massa do corpo, mais inerte ele é, ou seja, massa é uma medida da inércia dos corpos. A massa definida dessa maneira é chamada de massa inercial.
No sistema SI, a massa é medida em quilogramas (kg). Um quilograma é a massa de água destilada no volume de um decímetro cúbico tomada a uma temperatura
13. Densidade da matéria- a massa de uma substância contida em uma unidade de volume ou a razão entre a massa de um corpo e seu volume
A densidade é medida em () no sistema SI. Conhecendo a densidade do corpo e seu volume, você pode calcular sua massa usando a fórmula. Conhecendo a densidade e a massa do corpo, seu volume é calculado pela fórmula.
14.Centro de massa- um ponto do corpo que tem a propriedade de que se a direção da força passa por este ponto, o corpo se move translacionalmente. Se a direção da ação não passa pelo centro de massa, o corpo se move enquanto gira simultaneamente em torno de seu centro de massa.
15. segunda lei de newton. Em ISO, a soma das forças que atuam sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração que lhe é transmitida por essa força
16.unidade de força. No sistema SI, a força é medida em newtons. Um newton (n) é a força que, atuando sobre um corpo de massa de um quilograma, lhe confere uma aceleração. É por isso .
17. terceira lei de newton. As forças com que dois corpos agem um sobre o outro são iguais em magnitude, opostas em direção e agem ao longo de uma linha reta que liga esses corpos.
Como a velocidade linear muda uniformemente de direção, o movimento ao longo do círculo não pode ser chamado de uniforme, é uniformemente acelerado.
Velocidade angular
Escolha um ponto no círculo 1 . Vamos construir um raio. Por uma unidade de tempo, o ponto se moverá para o ponto 2 . Neste caso, o raio descreve o ângulo. A velocidade angular é numericamente igual ao ângulo de rotação do raio por unidade de tempo.
Período e frequência
Período de rotação Té o tempo que o corpo leva para fazer uma revolução.
RPM é o número de rotações por segundo.
A frequência e o período estão relacionados pela relação
Relação com a velocidade angular
Velocidade da linha
Cada ponto no círculo se move em alguma velocidade. Essa velocidade é chamada linear. A direção do vetor velocidade linear sempre coincide com a tangente ao círculo. Por exemplo, faíscas sob um moedor se movem, repetindo a direção da velocidade instantânea.
Considere um ponto em um círculo que faz uma revolução, o tempo gasto - este é o período T.O caminho que o ponto percorre é a circunferência do círculo.
aceleração centrípeta
Ao se mover ao longo de um círculo, o vetor aceleração é sempre perpendicular ao vetor velocidade, direcionado ao centro do círculo.
Usando as fórmulas anteriores, podemos derivar as seguintes relações
Os pontos situados na mesma linha reta que partem do centro do círculo (por exemplo, podem ser pontos situados no raio da roda) terão as mesmas velocidades angulares, período e frequência. Ou seja, eles vão girar da mesma forma, mas com velocidades lineares diferentes. Quanto mais longe o ponto estiver do centro, mais rápido ele se moverá.
A lei da adição de velocidades também é válida para o movimento rotacional. Se o movimento de um corpo ou referencial não for uniforme, então a lei se aplica às velocidades instantâneas. Por exemplo, a velocidade de uma pessoa caminhando ao longo da borda de um carrossel em rotação é igual à soma vetorial da velocidade linear de rotação da borda do carrossel e a velocidade da pessoa.
A Terra participa de dois movimentos rotacionais principais: diário (em torno de seu eixo) e orbital (em torno do Sol). O período de rotação da Terra em torno do Sol é de 1 ano ou 365 dias. A Terra gira em torno de seu eixo de oeste para leste, o período dessa rotação é de 1 dia ou 24 horas. Latitude é o ângulo entre o plano do equador e a direção do centro da Terra até um ponto em sua superfície.
De acordo com a segunda lei de Newton, a causa de qualquer aceleração é uma força. Se um corpo em movimento experimenta aceleração centrípeta, a natureza das forças que causam essa aceleração pode ser diferente. Por exemplo, se um corpo se move em círculo sobre uma corda amarrada a ele, então a força atuante é a força elástica.
Se um corpo apoiado em um disco gira junto com o disco em torno de seu eixo, essa força é a força de atrito. Se a força deixar de atuar, o corpo continuará a se mover em linha reta
Considere o movimento de um ponto em um círculo de A para B. A velocidade linear é igual a
Agora vamos passar para um sistema fixo conectado à terra. A aceleração total do ponto A permanecerá a mesma tanto em valor absoluto quanto em direção, pois a aceleração não muda ao passar de um referencial inercial para outro. Do ponto de vista de um observador estacionário, a trajetória do ponto A não é mais um círculo, mas uma curva mais complexa (ciclóide), ao longo da qual o ponto se move de maneira desigual.
