Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Engenharia Básica

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Esta atividade proporciona aos alunos conhecer de forma prática conteúdos estudados no semestre corrente e semestres anteriores, integrando as disciplinas do curso.

4. Desenvolvimento Teórico

Apresenta o princípio utilizado no mecanismo da locomotiva inercial, bemcomo os demais itens solicitados nas instruções para esse trabalho.

4.1. Referencial Inercial

É um sistema onde corpos livres não sofrem alterações no seu estado de movimento, a não ser que uma força externa haja sobre eles. Assim um referencial inercial só é caracterizado quando a primeira lei de Newton é válida sobre ele.

Uma das principais teorias de Newton diz: “Todo corpo persiste em seu estado de repouso, ou de movimento retilíneo e uniforme, a menos que seja compelido a modificar esse estado pela ação de forças impressas sobre ele. ” (Isaac Newton). Atribuindo um exemplo a isso, citamos o de dois corpos, onde ambos se movem em mesma velocidade e sentido. Se em algum momento houver uma variação de velocidade perpendicular a inicial, essa não interferirá na primeira. É importante ressaltar que o referencial de um dos corpos é sempre inercial em relação ao outro.

Quando nos deparamos com um objeto em movimento podemos adotar como referencial um observador, podendo ser ele uma partícula ou algum outro sistema. Esse observador se torna um observador inercial e o seu sistema de referência, chamamos de sistema inercial referencial. Indeterminados números de observadores inerciais são encontrados em movimento uniforme relativo, sendo assim, levando em consideração um corpo parado qualquer em relação a um observador inercial, podemos dizer que ele se encontra em movimento pelo ponto de vista de outros quaisquer observadores inerciais.

Concluindo, referencial inercial se refere a toda partícula que mantém seu estado inicial até que uma força externa atue sobre ela, ou seja, uma partícula em repouso permanecerá em repouso e uma partícula em movimento permanecerá em movimento mantendo sua velocidade constante, enquanto ela estiver isolada.

4.2. Composição de Movimento

Uma forma de se pensar a composição de movimentos (aqui é melhor falar em decomposição de movimentos) é pensar o movimento de um objeto como resultante de dois ou três outros movimentos retilíneos ao longo de eixos ortogonais. Por exemplo, no estudo do lançamento de projéteis, Galileu introduziu a decomposição do movimento em duas componentes, uma horizontal e uma vertical. Dois movimentos, descritos de uma forma simples em dois eixos ortogonais, podem reproduzir um comportamento relativamente complexo. A decomposição de movimentos é, assim, um artifício para equacionar alguns problemas em duas (no plano) ou três (no espaço) dimensões em termos de equações de uma dimensão em função do tempo.

Outra forma é o quando movimento de um objeto é pensado como resultante de dois movimentos tais como, por exemplo, quando dois sistemas de coordenadas estão em movimento relativo. Um primeiro movimento refere-se ao deslocamento de um objeto observado num determinado sistema de referência. O segundo movimento é aquele associado ao deslocamento desse sistema de coordenadas. Por exemplo, em alguns carrosséis de parques de diversão, os cavalos sobem e descem num eixo vertical. Por outro lado, o carrossel gira em relação ao parque. Num referencial fixo no carrossel, o cavalo realiza um movimento retilíneo, ora em uma direção ora na direção oposta. O carrossel realiza um movimento circular e uniforme com relação a um referencial fixo no parque de diversões. Neste referencial fixo no parque, um ponto do cavalo realiza um movimento semelhante a uma senóide numa superfície vertical, mas que se fecha como num cilindro.

Movimento Retilíneo é aquele movimento em que o corpo ou ponto material se desloca apenas em trajetórias retas. Para tanto, ou a velocidade se mantém constante ou a variação da velocidade dá-se somente em módulo, nunca em direção. A aceleração, se variar, também variará apenas em módulo e nunca em direção, e deverá orientar-se sempre em paralelo com a velocidade.Os movimentos retilíneos mais comumente estudados são o movimento retilíneo uniforme e o movimento retilíneo uniformemente variado.

Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV)

Já o movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), é o movimento em que o corpo sofre aceleração constante, mudando de velocidade num dado incremento ou decremento conhecido. Para que o movimento ainda seja retilíneo, a aceleração deve ter a mesma direção da velocidade. Caso a aceleração tenha o mesmo sentido da velocidade, o movimento pode ser chamado de movimento retilíneo uniformemente acelerado. Caso a aceleração tenha sentido contrário da velocidade, o movimento pode ser chamado de movimento retilíneo uniformemente retardado.

A queda livre dos corpos, em regiões próxima à Terra, é um movimento retilíneo uniformemente variado. Uma vez que nas proximidades da Terra o campo gravitacional pode ser considerado uniforme. O movimento retilíneo pode ainda variar sem uma ordem muito clara, quando a aceleração não for constante.

Movimento circular e uniforme (MCU)

Um corpo está em Movimento Curvilíneo Uniforme, se sua trajetória for descrita por um círculo com um "eixo de rotação" a uma distância R, e sua velocidade for constante, ou seja, a mesma em todos os pontos do percurso.No cotidiano, observamos muitos exemplos de MCU, como uma roda gigante, um carrossel ou as pás de um ventilador girando.

Embora a velocidade linear seja constante, ela sofre mudança de direção e sentido, logo existe uma aceleração, mas como esta aceleração não influencia no módulo da velocidade, chamamos de Aceleração Centrípeta

É importante salientar que no MCU (movimento circular uniforme) a força resultante não é nula. A força centrípeta dá a aceleração necessária para que o móvel mude sua direção sem mudar o módulo de sua velocidade. Porém, o vetor velocidade está constantemente mudando.

A velocidade vetorial tem o seu módulo constante, porque o movimento é uniforme.

4.3. Lançamento de Projéteis

Ao longo da história a humanidade foi se desenvolvendo, de tal maneira que uma das suas contribuições para a modernidade, foi o Lançamento de Projéteis que foi se aperfeiçoando com avanço