Movimento Circular Uniforme v1 2 Movimento Circular Uniforme v8 v7 v2 v6 v3 v5 v1 = v2 = v3 = ... = v8 v4 mas v1 v2 v3 ... v8 Período (T) : tempo para que ocorra uma volta completa. Período e Frequência unidades: segundo (SI), minutos, horas, etc 3 Frequência (f) : número de voltas na unidade de tempo. unidades: voltas por segundo Hertz (HZ) (SI) rotações por minuto (rpm) Exemplo1 Um ponto na periferia de um disco numa vitrola dá 495 voltas em 15 minutos. Determine, em minutos e rpm, o período e a frequência deste movimento. 495 voltas ----- 15 minutos 1 volta ----- T minutos 15 1 T= = minutos 495 33 495 voltas ----- 15 minutos f ----- 1 minuto 495 f= = 33 rpm 15 Exemplo2 Período e Frequência Calcule o período e a frequência, em segundos e hertz, do movimento da garrafinha localizada no ponteiro dos segundos do relógio ao lado. 4 1 volta ----- 60 segundos 1 volta ----- T segundos T = 60 segundos 1 volta ----- 60 segundos f ----- 1 segundo 1 f= Hz 60 Observação 1 T f Exemplo3 Período e Frequência Uma das atrações típicas do circo é o equilibrista sobre monociclo. 5 O raio da roda do monociclo utilizado é igual a 20cm, e o movimento do equilibrista é retilíneo. O equilibrista percorre, no início de sua apresentação, uma distância de 24 metros. Determine o número de pedaladas, por segundo, necessárias para que ele percorra essa distância em 30s, considerando o movimento uniforme. L comprimento da roda L 2 R 2 .0, 2 0, 4 metros 24 30s 0, 4 T 1 1 0, 4 .30 f f 2 pedaladas / segundo T 0,5s T 0,5 24 t +t v d v Velocidade tangencial, linear ou escalar R 6 R t logo, Observações: d V t numa volta completa, tem-se: d 2 R e t T 2 R V T 1) unidades: m/s (SI) 2) 2 R 1 V , mas T , logo V 2 R f T f Velocidade tangencial, linear ou escalar Exemplo 7 (Fuvest) Um farol marítimo projeta um facho de luz contínuo, enquanto gira em torno do seu eixo à razão de 10 rotações por minuto. Um navio, com o costado perpendicular ao facho, está parado a 6km do farol. Com que velocidade um raio luminoso varre o costado do navio? a) 60 m/s b) 60 km/s c) 6,3 km/s X d) 630 m/s e) 1,0 km/s 10rotações 10rotações 1 f Hz min uto 60segundos 6 1 V 2 Rf 2 3,14 6 6, 28km / s 6 V 6,3km / s s (em radianos) R O que é o radiano numa volta completa (360º), em qualquer circunferência, tem-se: 6, 28 rad 2 rad (graus) (radianos) 360º 2 180º 90º 60º 45º 30º 8 2 3 4 6 v t +t t Velocidade angular v R R t 2 e t T logo, Observações: 2 T 1) unidades: rad/s (SI) 2 1 2) , mas T , logo T f 9 numa volta completa, tem-se: 2 f Velocidade angular Exemplo 1 10 (Uel) Um ciclista percorre uma pista circular de raio igual a 20m, fazendo um quarto de volta a cada 5,0s. Para esse movimento, a freqüência em Hz, e a velocidade angular em rad/s são, respectivamente a) 0,05 e /5 b) 0,05 e /10 X c) 0,25 e /5 d) 4,0 e /5 e) 4,0 e /10 1 volta ---- 5s 4 f ---- 1s 1 f 0, 05 Hz 20 2 2 f T 2 .0, 05 10 significa que a cada segundo o ciclista varre um ângulo de 18º. rad/s Velocidade angular Exemplo 2 11 (Uel) Um antigo relógio de bolso tem a forma mostrada na figura a seguir, com o ponteiro dos segundos separado dos outros dois. A velocidade angular do ponteiro dos segundos, cujo comprimento é 0,50cm, em rad/s, e a velocidade linear de um ponto na extremidade de tal ponteiro, em cm/s, são respectivamente, iguais a a) 2 e b) 2 e 4 c) /30 e /15 d) /30 e /60 X e) /60 e 2 Tsegundos 60s 2 2 rad / s T 60 30 2 R 2 .0,50 V cm / s T 60 60 Relação entre V e 2 R V T 12 V R 2 T Exemplo ( PUC-RIO) Um ciclista pedala em uma trajetória circular de raio R = 5 m, com a velocidade de translação v = 150 m/min. A velocidade angular do ciclista em rad/min é: a) 60 b) 50 c) 40 d) 30 e) 20 V V .R R 150 30 rad / min 5 No MCU, tem-se: aR aC at A aceleração no M.C.U. 13 v1 v8 v7 ac ac ac ac v6 ac ac ac v5 v2 ac at = 0 ac 0 v3 v4 at = 0, porque em um movimento uniforme o (módulo) valor da velocidade não varia. t +t 2 v v 14 A aceleração centrípeta V aC R ac ac ac então, t mas V R ( R) ac R aC 2 R 2 Exemplo 1 Aceleração centrípeta 15 Um móvel realiza um movimento circular e uniforme, com velocidade de 5 m/s. Sendo a aceleração centrípeta igual a 10 m/s2, determine o raio de sua trajetória. V2 52 25 aC 10 R R 2,5m R R 10 Exemplo 2 (FEI) Uma automóvel realiza uma curva de raio 20m com velocidade constante de 72km/h. Qual é a sua aceleração durante a curva? a) 0 m/s2 b) 5 m/s2 c) 10 m/s2 d) 20 m/s2 X e) 3,6 m/s2 V 72km / h 20m / s V2 202 aC aC aC 20m / s 2 R 20 1º Caso : caso da bicicleta ou engrenagem de relógio Acoplamento de polias, roldanas, engrenagens, discos, etc. 1 16 2 2 1 V1 = V2 Conseqüentemente: 1 > 2 f1 > f2 T1 < T2 ac1 > ac2 Acoplamento de polias, roldanas, engrenagens, discos, etc. 17 (vídeo 1) Acoplamento de polias, roldanas, engrenagens, discos, etc. 18 (vídeo 2) Acoplamento de polias, roldanas, engrenagens, discos, etc. 2º Caso : polias coaxiais 19 1 2 1 2 1 = 2 Conseqüentemente: V1 < V2 f1 = f2 T1 = T2 ac1 < ac2 Velocidade angular Exemplo 1 As polias indicadas na figura se movimentam em rotação uniforme, ligadas por um eixo fixo. Sabendo que a velocidade angular da polia A é 8 rad/s e que o Raio de A é 80 cm e o Raio de B é 40 cm, calcule: a) A velocidade escalar de um ponto da periferia da polia B; VB VB A B como V=.R A 8 RB 0, 40 VB 8 .0, 40 VB 3,2 m / s VB 10,1 m / s b) A aceleração centrípeta de um ponto da periferia da polia A. aC .R aC 8 .0,8 aC 64. 2 .0,8 2 20 aC 51, 2. 2 m / s 2 2 Velocidade angular Exemplo 2 21 Duas polias de raios a e b estão acopladas entre si por meio de uma correia, como mostra a figura adiante. A polia maior, de raio a, gira em torno de seu eixo levando um tempo T para completar uma volta. Supondo que não haja deslizamento entre as polias e a correia, calcule: a) O módulo V da velocidade do ponto P da correia. 2 a VP VA VB VP T b) O tempo t que a polia menor leva para dar uma volta completa. 2 a 2 b b VA VB t T T t a Velocidade angular Exemplo 3 22 (PUCRS) Um motor aciona o eixo 1, imprimindo a este uma velocidade angular constante de módulo w . As polias B e C estão ligadas através de uma correia e as polias A e B estão ligadas por um eixo. Com relação aos sistema, podemos afirmar que as velocidades periféricas tangenciais de módulo v e angulares de módulo w de cada polia são a) vB > vC b) vB = vC X c) vB = vC d) vB < vC e) vB < vC ewB=wA ewB=wA e wB>wA e wB>wA e wB=wA Velocidade angular Exemplo 4 23 Para dar o efeito da saia rodada, o figurinista da escola de samba coloca sob as saias das baianas uma armação formada por três tubos plásticos, paralelos e em forma de bambolês, com raios aproximadamente iguais a r• 1 = 0,50 m, r2 = 0,75 m e r3 = 1,20 m. Pode-se afirmar que, quando a baiana roda, a relação entre as velocidades angulares () respectivas aos bambolês 1, 2 e 3 é a) 1 •> 2 > 3. b) 1 < 2 < 3. c) 1 = 2 = 3. X d) 1 •= 2 > 3. e) 1 •> 2 = 3. Velocidade angular Exemplo 5 24 (UFPE) A polia A' de raio r‘A=12cm é concêntrica à polia A, de raio rA=30cm , e está rigidamente presa a ela. A polia A é acoplada a uma terceira polia B de raio rB=20cm pela correia C, conforme indicado na figura. Qual deve ser o raio da polia B', concêntrica a B e rigidamente presa a ela, de modo que A' e B' possam ser conectadas por uma outra correia C', sem que ocorra deslizamento das correias? VB VB ' B B ' RB RB ' VB VB ' 1 VB ' RBVB 20 RB ' 20 VA VA ' A A' RA RA ' VA VA ' 2 VA ' VA 30 12 5 2 1 VA ' VB ' VA RBVB 5 20 40 VA VB RB 8cm 5