Física do balão de água
Você já viu um daqueles lançadores de balão d’água? Eles se parecem com um elástico gigante com alças em cada extremidade e um copo do tamanho de um balão de água no meio. Duas pessoas seguram cada extremidade, enquanto uma no meio segura um balão d’água e estica o elástico para trás. Quando essa pessoa o solta, o elástico empurra o balão para frente, atirando-o a uma distância muito boa.
Sempre me diverti tentando localizar meus amigos do outro lado do quintal. Eu não sabia na época, mas com um pouco de conhecimento de física, poderia ter atirado melhor. É tarde demais para mim, mas talvez eu possa ajudá-lo a molhar uma ou duas pessoas.
Movimento do projétil
Acredite ou não, esses balões de água são considerados projéteis. Simplificando, um projétil é qualquer objeto que recebe uma velocidade inicial e segue um caminho determinado inteiramente pela aceleração gravitacional. Independentemente de você estar lançando um balão, uma bola de beisebol ou uma flecha, todos os projéteis seguem um caminho muito previsível, o que os torna uma ótima ferramenta para estudar cinemática.
O movimento do projétil é um caminho previsível percorrido por um objeto que é influenciado apenas pela velocidade inicial de lançamento, ângulo de lançamento e aceleração devido à gravidade. Você pode experimentar de onde está sentado. Pegue um objeto e, com cuidado, jogue-o para longe de você. Ele vai subir à medida que voa para longe de você, atinge uma altura máxima e, em seguida, começa a cair no chão. Jogue mais alguns objetos enquanto faz isso. Contanto que você não esteja jogando pedaços de papel ou penas, a trajetória do projétil deve ser semelhante. Vamos tocar nesse conceito um pouco mais tarde.
Vamos abordar rapidamente alguns pontos-chave envolvidos no movimento do projétil. Primeiro, os projéteis seguem um caminho parabólico previsível, como este:
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Dependendo de quão forte ou alto você joga o projétil, o caminho pode ser alongado ou alto e íngreme, mas sempre terá uma forma parabólica.
No entanto, uma coisa a ter em mente: se você se deparar com uma pergunta sobre um objeto jogado para cima, ele não é considerado um projétil em movimento parabólico. Essas questões são melhor abordadas como problemas de queda livre em vez de problemas de movimento do projétil, mas qualquer uma das abordagens levará você à resposta correta. O movimento de queda livre é abordado em outro conjunto de lições.
Em segundo lugar, uma vez forçado a mover-se, o projétil só sofre a ação da gravidade, ignorando quaisquer impactos da resistência do ar. O movimento do projétil começa assim que o balão é liberado do lançador. O projétil recebe do lançador toda a velocidade que vai atingir na direção horizontal. Ele não continuará a acelerar horizontalmente pelo resto de seu movimento. Se o projétil estiver se movendo para a direita 5 m / s após ser lançado, ele ainda estará se movendo 5 m / s para a direita quando cair.
Na direção vertical, a gravidade influenciará o balão agindo para baixo sobre ele, puxando-o de volta ao solo. É por isso que o projétil vai desacelerar à medida que sobe e acelerar à medida que cai.
Nossa definição de movimento do projétil assume que a resistência do ar é insignificante. Isso significa que não podemos aplicá-lo a coisas como pedaços de papel e penas, onde a resistência do ar tem uma influência significativa.
Como lidar com problemas de movimento de projéteis
Então, o movimento do projétil se parece com a parábola acima, mas vamos olhar mais de perto. Lembre-se de que o objeto está viajando para cima e para baixo, mas também horizontalmente.
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Para resolver problemas de movimento de projéteis, precisamos dividir os movimentos verticais e horizontais e analisá-los separadamente. Isso pode parecer um pouco confuso neste ponto. Não se preocupe, na lição Problemas de prática de movimento do projétil, irei trabalhar na melhor maneira de dividir o movimento do projétil. Agora, tudo que você precisa saber é para dividir o movimento em movimentos verticais e horizontais, você precisa de um pouco de trigonometria e de nossos amigos, ‘As Cinco Grandes Equações Cinemáticas’, mostrados aqui:
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Neste ponto, tenho algumas sugestões. Em primeiro lugar, aprimore sua trigonometria. Você pode se surpreender com o quanto esqueceu. Depois de entender isso, confira a lição intitulada ‘Problemas de prática de movimento de projéteis’ para alguns problemas de prática semelhantes aos que você certamente verá em seus exames. Nessa lição, explicarei como seno, cosseno e ‘As Cinco Grandes Equações Cinemáticas’ se encaixam.
Resumo da lição
É hora de revisar.
Um projétil é qualquer objeto que recebe uma velocidade inicial e segue um caminho determinado inteiramente pela aceleração gravitacional. Uma vez lançado, o projétil sofre apenas a ação da força da gravidade para baixo, enquanto quaisquer impactos da resistência do ar são ignorados. Para resolver problemas de movimento de projéteis, você precisa dividir o movimento em componentes horizontais e verticais e analisá-los separadamente. Esta análise envolve cálculos usando as ‘Cinco Grandes Equações Cinemáticas’ e as relações trigonométricas de seno e cosseno.
Resultados de Aprendizagem
Revise esta lição para que você possa fazer o seguinte posteriormente:
- Avalie o seu conhecimento sobre o movimento do projétil e do projétil
- Explique as forças que atuam em um projétil
- Descreva de forma geral o que você precisa fazer para resolver os problemas de movimento do projétil