22 de setembro de 2014
Movimento numa dimensão e gráficos posição, velocidade e aceleração tempo
15 de abril de 2010
Estudo do movimento: delta v = 0
Este é o segundo vídeo da popular série MythBusters do Discovery Channel que publico. O primeiro está aqui: Estudo do movimento: Qual cai primeiro, uma bala disparada na horizontal ou uma bala largada da mesma altura?
Desta vez os apresentadores propuseram-se verificar experimentalmente o que acontece quando de um carro que viaja a 60 mph é disparada uma bola também a 60 mph , mas em sentido contrário. Vejam o vídeo para terem a resposta.
Claro que isto não é nenhum mito. A dificuldade está em conseguir as condições certas para que a experiência seja bem sucedida.
Já tinha publicado outro post sobre o mesmo assunto. Pode lê-lo aqui: Aceleração e variação de velocidade.
13 de novembro de 2009
Aceleração e variação de velocidade
Este vídeo já tinha sido publicado no post Aceleração: variar ou não a velocidade, eis a questão!. Resolvi fazer-lhe novamente referência e aproveitei para colocá-lo no canal do Átomo e meio no Youtube.
Este pequeno vídeo mostra-nos o que é a variação de velocidade e a aceleração de uma forma bastante interessante.
Com o carro parado, a aceleração que o lançador imprime faz com que a bola varie o valor da sua velocidade de 0 km/h para 100 km/h (27,8 m/s).
Com o carro a deslocar-se a 100 km/h num sentido, o lançador volta a imprimir a mesma aceleração na bola (que também se está a deslocar a 100 km/h), mas agora a aceleração opõe-se ao movimento - tem sentido contrário ao da velocidade. O resultado é o que se verifica no vídeo, o valor da velocidade da bola passa de –100 km/h (atenção ao sinal de menos) para 0 km/h e a bola fica momentaneamente suspensa, caindo na vertical. Mesmo no final do vídeo, as repetições em câmara lenta mostram bem o que acontece.
Conclusão: pensar em grandezas vectoriais tem mais que se lhe diga do que pensar em grandezas escalares. Dar a devida atenção à direcção e ao sentido é fundamental.
8 de novembro de 2009
Estudo do movimento com recurso a simulações - 01
- Movimento a uma dimensão, na horizontal
A simulação seguinte (fonte) permite controlar os parâmetros posição, velocidade e aceleração de um corpo que se movimenta na horizontal. Após fixar os valores pretendidos e clicar no play, observe a forma como o corpo se move ao longo da sua trajectória e analise os gráficos posição-tempo, velocidade-tempo e aceleração-tempo. Após alguns ensaios e de reflectir sobre os gráficos traçados, sugiro que altere os valores, preveja e esboce os gráficos x(t), v(t) e a(t) e depois confirme as suas previsões iniciando a simulação.
- Movimento com velocidade constante vs aceleração constante
Nesta simulação (fonte) pode estudar o movimento de duas bolas. A azul não tem velocidade inicial, mas tem a aceleração que lhe atribuir. A vermelha tem uma velocidade constante. Explore a simulação, analise os gráficos de cada bola, faça previsões e teste-as. Se já tiver conhecimentos para isso, estabeleça as equações do movimento para cada um das bolas e calcule quando é que as bolas se encontram, o tempo que necessitam para chegar ao final, o tempo que necessitam para passar a metade do percurso, o tempo necessário para que a bola azul atinja a velocidade da vermelha, etc... Depois confirme os seus cálculos através da simulação.
- Movimento a uma dimensão, na vertical
A simulação seguinte (fonte) permite controlar os parâmetros posição, velocidade e aceleração de um corpo que se movimenta na vertical. Após fixar os valores pretendidos e clicar no play, observe a forma como o corpo se move ao longo da sua trajectória e analise os gráficos posição-tempo e velocidade-tempo. Após alguns ensaios e de reflectir sobre os gráficos traçados, sugiro que altere os valores, preveja e esboce os gráficos y(t) e v(t) e depois confirme as suas previsões iniciando a simulação. Experimente também modificar a resistência do ar e estude a forma como este parâmetro modifica o movimento.
- Movimento a duas dimensões: lançamento na horizontal
A simulação seguinte permite comparar o movimento de um objecto lançado na horizontal com o movimento de um outro largado da mesma altura. Os pontos marcados ao longo da trajectória são igualmente espaçados no tempo, o que permite concluir que ambos têm a mesma posição vertical durante a queda, donde têm a mesma velocidade vertical em cada instante, pelo que também deverão ter a mesma aceleração vertical. Com atenção também pode concluir que o movimento da bola azul na horizontal é uniforme.
A simulação seguinte permite estudar o lançamento na horizontal, mas também na vertical. Pode modificar a altura de lançamento e o ângulo de disparo. Se colocar o ângulo de disparo nos 90º ou nos -90º, pode estudar o movimento apenas na vertical.
A velocidade inicial não pode ser modificada, pelo que apenas poderá utilizar a simulação para prever tempos de queda e alcances (utilize as equações das posições - lei do movimento).
Explore as simulações e estou certo que ficará a saber mais sobre este tema. Caso necessite escreva um comentário.
9 de outubro de 2009
Estudo do movimento - 01
A descrição do movimento de um corpo faz-se indicando a sua localização em cada instante, sendo necessário medir o tempo e posições em relação a um ponto de referência. Para simplificar o problema e eliminar efeitos pouco relevantes para o que pretendemos descrever, o corpo pode ser representado por um ponto. [Sequências 1 e 2 na animação abaixo]
À medida que o corpo se move descreve uma trajectória. Na nossa descrição, o que pretendemos é indicar onde ele se encontra a cada momento. Assim a trajectória corresponde a uma função matemática que nos fornece para cada instante de tempo a posição do corpo. Em geral uma trajectória corresponde a uma sequência de conjuntos de quatro números (x, y, z, t). Cada um desses conjuntos inclui o instante de observação t e as três coordenadas x, y, z, da posição do objecto nesse instante. [Sequências 1 a 4 na animação abaixo]
Para evitar incompreensões desnecessárias é necessário saber distinguir claramente os conceitos de distância percorrida e de deslocamento. A próxima animação ajuda à clarificação.
[Sequência 1 na animação abaixo] Para indicar que a posição do corpo a cada instante é relativa ao ponto de referência O, costuma-se representá-la por um vector de posição , em que as componentes do vector são as coordenadas do objecto. A trajectória do corpo pode então ser representada por uma função r(t) que para cada instante t fornece o vector de posição.
[Sequência 2 na animação abaixo] A velocidade média corresponde ao vector
A velocidade é, portanto, uma grandeza vectorial, ou seja, tem uma direcção e um sentido associados. Para descrever o movimento do corpo temos de indicar o seu módulo, a direcção e sentido do movimento.
[Sequência 3 na animação abaixo] A velocidade instantânea no instante t corresponde ao vector (tangente à trajectória) quando t2 e t1 são instantes de tempo infinitamente próximos [Sequência 4 na animação abaixo]:
(esta expressão pode agora parecer complicada para muitos, mas quando terminarem a Matemática de 11º verão que é fácil)
Quando o corpo se deslocar segundo uma linha recta, tudo se simplifica pois basta-nos uma medição para saber onde ele se encontra. Trata-se de um movimento rectilíneo. Neste caso a posição, definida por uma única grandeza x, é uma função do tempo: x(t).
Para um movimento rectilíneo o módulo v da velocidade define-se por . Note-se que a alteração de sentido do movimento se traduz numa alteração de sinal da velocidade.
Ao longo da sua trajectória o corpo pode deslocar-se mais ou menos depressa. Quer isto dizer que distâncias equivalentes podem ser percorridas em menos ou mais tempo.
[Sequência 1 na animação abaixo] Tal como no caso da posição, também a velocidade é uma função do tempo. Para o movimento rectilíneo, a direcção não muda, mas pode mudar o sentido ou o módulo. O exemplo de movimento mais simples corresponde ao caso em que a velocidade do corpo é constante. Constante significa aqui que a velocidade não se altera em módulo, direcção ou sentido, ou seja, que o movimento é rectilíneo. Designa-se por isso de rectilíneo uniforme.
[Sequência 2 na animação abaixo] Quando a velocidade não é constante o movimento torna-se mais complexo. O caso mais simples que podemos encontrar nessas condições ocorre quando temos um movimento rectilíneo em que a velocidade se altera de forma constante e designa-se por uniformemente variado (se o módulo da velocidade aumentar é acelerado e se diminuir é retardado).
Essa taxa de variação designa-se por aceleração e é, tal como a velocidade, uma grandeza vectorial, isto é, tem uma direcção e sentido (a direcção e sentido da alteração da velocidade) e um módulo. Matematicamente o módulo a da aceleração define-se então por . Note-se que o aumento ou diminuição da velocidade se traduz numa alteração de sinal da aceleração (positivo para um aumento de velocidade e negativo para uma diminuição).
O conteúdo deste post foi adaptado de [1] e [2].
Brevemente seguir-se-ão outros artigos dando continuidade ao tema.
18 de janeiro de 2009
Problemas de Física
Estes problemas foram retirados de provas das Olimpíadas Regionais de Física. Estão relacionados com temas que foram abordados nas aulas do 9º ano e deixo-os aqui como desafio para os alunos interessados.1.1. Representa num gráfico a velocidade do carro em função do tempo desde o instante em que o automobilista avistou a árvore até parar.
1.2. Felizmente, o automobilista conseguiu imobilizar o carro a 4 m da árvore! Determina a distância a que o condutor estava quando avistou este obstáculo.
2. O TGV é o comboio de alta velocidade francês e é, até ao momento, o comboio de grande velocidade com maior sucesso na Europa.
A Isabel e o José Paulo, viajando de Paris para Bruxelas no TGV, tinham curiosidade de saber a que distância da estação o comboio começava a travar. Observaram no visor que o TGV seguia a 370 km/h. Utilizando o cronómetro do telemóvel, mediram para tempo de travagem 47,7 s. A que conclusão chegou o casal?
3. Já fora da estação de comboios, o casal alugou um automóvel. Seguiam com velocidade constante de módulo 90 km/h, numa estrada rectilínea, quando surgiu uma operação “stop”.
Um agente da polícia fez sinal de paragem, mas a Isabel, que ia ao volante e estava distraída, prosseguiu com a mesma velocidade. Após 6,0 s a polícia iniciou a perseguição com velocidade constante de módulo 108 km/h. Calcule:
3.1. O tempo que a polícia demorou até alcançar o veículo;
3.2. A distância a que os veículos se encontraram, a partir da posição da operação “stop”.
4. Um corredor de 100 m tem uma aceleração constante nos primeiros 3 s da sua corrida e atinge assim uma velocidade de 12 m/s que mantém até ao fim da corrida.
4.1. Trace o gráfico da velocidade em função do tempo que descreve os primeiros 7 s da corrida.
4.2. Recorrendo ao gráfico que traçou, determine a distância percorrida pelo corredor nos primeiros 3 s da corrida.
4.3. Determine o tempo que o corredor levou a percorrer os 100 m.
Para mais informação consulte a página das Olimpíadas de Física.
5 de janeiro de 2009
Forças de colisão
21 de dezembro de 2008
Mota em piloto automático, ou as leis da física em acção?
30 de novembro de 2008
Alunar: é mais difícil do que parece! Estudo das Leis de Newton com a ajuda de um simulador de alunagem.
Esta versão de um jogo de vídeo clássico simula rigorosamente o movimento real do módulo de alunagem, com a massa correcta, impulso, consumo de combustível e gravidade lunar.
Não é nada fácil de controlar mas, mesmo assim, o verdadeiro módulo é ainda mais difícil de manobrar.
Jogue, mas jogue pensando nas Leis de Newton. Dessa forma será mais fácil aprender a controlar o módulo.
Active a opção de mostrar vectores e repare que, como seria fácil de concluir, a verde aparece o vector velocidade e a vermelho e amarelo o vector força aplicada. Relacione as suas intensidades, direcções e sentidos e o controlo torna-se mais fácil. "Vemos" a Física em acção.
Já consegui 4 alunagens perfeitas (soft landings) em 4 locais distintos, antes do combustível terminar. À medida que forem descobrindo relações com a Física, podem deixar aqui comentários com essas mesmas "descobertas".
22 de novembro de 2008
Portugueses na próxima missão a Marte, forças, Newton e atrito. Qual a relação?
A próxima missão da ESA a Marte tem como objectivo recolher amostras do solo marciano, que posteriormente serão enviadas para a Terra. Durante a reentrada atmosférica, a sonda necessita de material resistente às altas temperaturas.
A empresa portuguesa que está com este projecto é detida pelo Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI) e pela empresa alemã HPS – High Performance Space Structure Systems, GmbH. (...) de momento “não existe tecnologia na Europa que permita proteger o veículo das temperaturas de reentrada. Nesse sentido vamos desenvolver alternativas diferentes, mas só uma é que vai ser seleccionada para desenvolvimento final e ensaios em túnel de vento de plasma”." Ler mais no Público online
Como é bom de ver, o título não implica a existência de astronautas portugueses, mas sim do envolvimento de conhecimento e tecnologia portugueses.
Os engenheiros e cientistas portugueses envolvidos estiveram, como muitos dos que frequentam este blogue actualmente estão, no ensino básico e secundário. O seu esforço compensou. Precisamos de muitos mais.
Desafios:
(Procure no blogue artigos anteriores sobre forças e atrito antes de responder. Leia, veja, pense. Pondere primeiro na sua resposta, pense "fisicamente" e consulte o manual ou outras fontes de informação)
1) Durante a reentrada atmosférica, a sonda necessita de material resistente às altas temperaturas. Por que razão? Relacione com o conceito de atrito?
2) Relacione a questão anterior com as 2ª e 3ª Leis de Newton.
3) Quais as forças aplicadas na sonda durante a sua reentrada? Aplicadas por "quem"?
4) Quais as forças que a sonda está aplicar durante a sua reentrada? Aplicadas em "quem"?
5) Caracterize o movimento da sonda durante a a sua reentrada.
20 de novembro de 2008
Estudo das forças: simulação
A seguinte aplicação (clique na imagem) possibilita estudar as forças e seus efeitos. Nota: Necessita de ter Java instalado no seu computador) A aplicação representa automaticamente o gráfico força(s)-tempo, aceleração-tempo, velocidade-tempo e posição-tempo.
Repare que, havendo atrito, não basta aplicar uma força qualquer para que haja imediatamente movimento. À medida que aumentamos a intensidade da força aplicada, enquanto esta for inferior à força de atrito máxima entre as superfícies, não haverá movimento pois a força aplicada será anulada pela força de atrito.
Sendo assim, se o corpo estiver inicialmente em repouso, apenas quando a força resultante deixar de ser nula é que passará a existir movimento.
2) Qual é, então, a força de atrito máxima entre a superfície e o arquivo?
3) Depois de entrar em movimento, qual a intensidade da força de atrito?
4) Com esta configuração, é mais fácil manter em movimento o arquivo ou fazer que o movimento de inicie?
5) Por quem e sobre quem, é aplicada a força vertical com a cor rosa?
6) Por quem e sobre quem, é aplicada a força vertical com a cor amarela?
7) As forças mencionadas em 5) e 6) formam um par acção-reacção? Justifica.
Bom trabalho.
11 de novembro de 2008
Aceleração: variar ou não a velocidade, eis a questão!
Desafio: Utilizar a Física para explicar o que aconteceu para a bola ter caído na vertical numa situação e na outra ter saído disparada a 100 km/h. Fale, por exemplo, da variação de velocidade ocorrida ocorrida em cada caso. Será igual? A aceleração foi diferente?
28 de outubro de 2008
Movimentos uniformemente variados: Viagem ao centro da Terra
25 de outubro de 2008
Estudo do movimento: Gráficos aceleração-tempo
2) Quando a velocidade aumentou, qual o sinal da componente horizontal da aceleração?
3) Quando a velocidade diminui, qual o sinal da componente horizontal da aceleração?
4) No dia-a-dia, o intervalo 5 corresponde a uma ____?______. Não significa que o autocarro está a "andar para trás", mas sim que está a deslocar-se mais ______?______.
5) Por que razão, mesmo sem ver o vídeo, é possível afirmar, pela análise do gráfico, que o autocarro nunca inverteu o sentido?
6) No gráfico v(t), a velocidade quando variou, foi de forma uniforme? Porquê?
7) Quanto ____?______ a inclinação da curva no gráfico v(t), ____?_____ a aceleração.
8) Anulada
9) Classifica, justificando, os movimentos nos intervalos 1 a 5.
10) Faz um cálculo, tão correcto quanto o gráfico te permita, do valor do deslocamento realizado pelo autocarro. Será igual à distância percorrida? Porquê?
Movimento rectilíneo uniformemente variado
Já a imagem à direita mostra-nos o que acontece quando largamos dois objectos de massas bastante diferentes da mesma altura e ao mesmo tempo.1- Caracteriza o movimento da bola no sentido ascendente.
2- Caracteriza o movimento da bola no sentido descendente.
3- No gráfico posição-tempo, o máximo da curva corresponde a que valor de velocidade?
4- A aceleração alguma vez mudou? Que nome damos a esta aceleração? Qual o seu valor (médio) no nosso planeta?
5- O tempo de queda da bola será influenciado pela sua massa? Consulta. Quem o afirmou ou, pelo menos, demonstrou primeiramente?
6- Neste caso, em que momento a componente vertical da velocidade passou a ter um valor negativo?
7- Relaciona a curvatura que o gráfico posição-tempo apresenta durante a subida, com o valor que, no mesmo instante, a componente vertical da velocidade tem.
8- Relaciona a curvatura que o gráfico posição-tempo apresenta durante a descida, com o valor que, no mesmo instante, a componente vertical da velocidade tem.
9 - Sendo assim, quanto mais _____?______ a curva do gráfico posição-tempo, ____?____ a velocidade com que a bola se desloca.
10 - Qual o valor do deslocamento? E da velocidade média?
11- Se, na questão anterior, tivesse perguntado os valores da distância percorrida e da rapidez média as respostas seriam iguais? Porquê?
20 de outubro de 2008
Movimentos variados
Estas imagens tentam demonstrar o modo como a posição varia com o tempo em movimentos variados. Neste tipo de fotografias, fotografia estroboscópica, o intervalo de tempo entre cada imagem é constante e no filme fica registado a posição em que, nesse momento, o corpo em movimento se encontrava.Questões (a lista poderá crescer): Responde no teu caderno e, quando tiveres as soluções, podes colocá-las aqui escrevendo um comentário. Antes de responderem ou colocarem questões leiam primeiro os comentários anteriores. Muitas vezes já foram correctamente respondidas e essas dúvidas esclarecidas. Não serão publicados respostas ou comentários sem identificação.
1- Caracteriza o movimento da bola da figura 1. Justifica.
2- Caracteriza o movimento do taco de golfe desde o início do movimento até colidir com a bola. O que observas na imagem que te permitiu concluir isso?
3- Caracteriza o movimento do taco de golfe desde o momento em que colide com a bola até que pára. O que observas na imagem que te permitiu concluir isso?
4- Na fotografia da bola que saltita, em que parte(s) da sua trajectória ela se desloca mais rapidamente? Justifica.
5- Que conversões de energia estão a ocorrer na fotografia 3?
19 de outubro de 2008
Estudo do movimento: Gráficos velocidade-tempo

1) Em que intervalo(s) o autocarro esteve parado? Justifica.
2) Em que intervalo(s) o autocarro se deslocou com movimento uniforme? Justifica.
3) Em que intervalo(s) o autocarro se deslocou com movimento variado? Justifica.
4) Podemos dizer que nesses intervalos a aceleração foi constante? Justifica.
5) Classifica então o movimento no(s) intervalo(s) que indicaste em 3. Justifica.
6) Em que intervalo o autocarro foi mais rápido?
7) Qual a relação ente o sinal da velocidade e o sentido do deslocamento?
8) Podemos afirmar que no intervalo 10 o autocarro estava a andar para trás? Porquê?
12 de outubro de 2008
Estudo do movimento: Gráficos posição-tempo
Questões: Responde no teu caderno e, quando tiveres as soluções, podes colocá-las aqui escrevendo um comentário. Antes de responderem ou colocarem questões leiam primeiro os comentários anteriores. Muitas vezes já foram correctamente respondidas e essas dúvidas esclarecidas.
1. Os valores de velocidade que surgem no vídeo dizem respeito a velocidades médias ou velocidades
instantâneas? Justifica.
2. Qual o valor do deslocamento e da distância?
3. Qual o valor da velocidade média? Justifica.
4. Calcula a rapidez média ao longo de todo o percurso.
5. Qual o significado de uma velocidade com valor positivo?
6. Qual o significado de uma velocidade com valor negativo?
7. Qual a relação entre a inclinação da curva do gráfico e o valor da velocidade?
8. Descreve o movimento nos intervalos 1 a 7.
9. O que aconteceu de diferente nos intervalos 6 e 10 para que o aspecto do gráfico seja tão diferente?
10. Em que intervalos há aceleração?
11. Descreve o movimento nos intervalos 8 a 11.
12. Como ficaria a curva no intervalo 8 se, a meio do percurso, o autocarro começasse a travar?
1 de outubro de 2008
A Física e o Atletismo
Nos Jogos Olímpicos de Pequim tiveram lugar inúmeras proezas atléticas extraordinárias. Duas foram protagonizadas pelo espantoso atleta jamaicano Usain Bolt que bateu o seu próprio recorde mundial dos 100 m com o tempo de 9,69 s e superou, ao realizar 19,30 s, o recorde mundial dos 200 m, que pertencia ao atleta dos estados unidos Michael Johnson desde 1996.
O etíope Haile Gebreselassie bateu o recorde do mundoO atleta, que conseguiu o 26º recorde do mundo da sua carreira, detinha já a melhor marca mundial nos 42,195 quilómetros, que bateu no ano passado na capital alemã, em 2h04:26s, quando retirou o recorde do mundo ao seu rival, o queniano Paul Tergat.da Maratona, hoje em Berlim, ao conseguir um tempo de 2h03:59s, tornando-se no primeiro homem do mundo a percorrer a distância em menos de 2h04min.
"Hoje foi tudo perfeito", exclamou o maratonista de 35 anos, à sua chegada à Porta de Brandebourg. "O tempo estava perfeito, a corrida foi perfeita e o público estava perfeito". "Parecia que estava a correr dentro de um estádio", acrescentou mais tarde, em conferência de imprensa.
James Kwambai ficou sem segundo lugar, com 2h05:36, e Charles Kamathi em terceiro, com 2h07:48. Irina Mikitenko, da Alemanha, venceu a prova feminina, com um tempo de 2h19:19.
Nos comentários: Apresente o resultado de forma mais simplificada, mas suficientemente completa para ser possível perceber o que foi feito.
1) Em que prova Usain Bolt correu com uma rapidez média superior?
2) Se tivesse corrido os 100 m com a rapidez média dos 200 m, com que tempo teria terminado os 100 m?
3) Na figura está apresentado uma representação à escala de uma pista de atletismo oficial. Nela estão representadas com a cor da bandeira jamaicana as posições de Bolt no início dos 100 m, 200 m e no final destas provas.
3.1) Qual o valor da distância percorrida em cada uma das provas?
3.2) Qual o valor do deslocamento na prova dos 100 m?
3.3) Qual o valor do deslocamento na prova dos 200 m? Explique como fez.
3.4) Represente na figura cada um dos deslocamentos referidos anteriormente.
3.5) Qual o valor da velocidade média em cada uma das provas?
4) Calcula a rapidez média com que Haile Gebreselassie realizou a maratona. Apresente os resultados em SI e também em km/h.
5) Se fosse humanamente possível realizar a prova da maratona com a mesma rapidez média com que foi realizada a prova dos 200 m, qual o tempo que demoraria? (Talvez um cyborg o consiga no futuro)
6) Nas condições da pergunta anterior, qual a distância de avanço com que terminaria o cyborg relativamente ao Haile Gebreselassie?


9) Qual é, aproximadamente, o valor do deslocamento?
10) Calcula a velocidade média com que Haile Gebreselassie realizou a maratona. Apresente os resultados em SI e também em km/h. Compara com o valor da rapidez média calculado anteriormente.
11) Com os dados apresentados na tabela, constrói em papel milimétrico o gráfico posição-tempo da prova de Haile Gebreselassie. Pensa bem que escala vais utilizar para cada um dos eixos. Considera que a rapidez foi constante em cada um dos intervalos.
12) Através da observação do gráfico que traçaste na questão anterior, justifica qual o intervalo em que o atleta foi mais rápido?




