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@profdaniiguimas IMPULSO O impulso é uma grandeza física usada para estudar as colisões sofridas por corpos sujeitos à ação de forças variáveis. Sua unidade é N.s (Newton vezes segundo) ou kg.m/s (quilograma vezes metro por segundo). O impulso relaciona a aplicação de uma força (considerando o tempo atuante) sobre um corpo com as características de seu movimento; O cálculo de impulso é muito simples. Basta aplicar a fórmula: I = F x Δt • I – impulso dado na unidade do sistema internacional por N (newton) x s (segundos); • F – força de aplicação sobre o objeto mensurada em N; • Δt – variação do tempo de aplicação da força sobre o corpo dado em s. Usos cotidianos do impulso Pode parecer que não, mas o impulso é utilizado cotidianamente para diminuir o módulo da força exercida sobre um corpo durante as colisões. Confira alguns exemplos práticos de aplicação do conceito de impulso: • Atualmente, os para-choques presentes nos veículos são feitos de materiais elásticos. Durante uma batida, esses para-choques sofrem grandes deformações até o veículo parar completamente. Isso aumenta o tempo da batida, diminuindo, assim, o módulo da força média exercida sobre o automóvel. Dessa forma, os passageiros no interior do veículo sofrerão menos com a desaceleração. • Quando um boxeador prepara-se para receber um golpe do qual não conseguiu desviar-se, ele desloca seu rosto para trás, aumentando o tempo de contato do golpe, diminuindo, assim, a força exercida sobre ele. • Ao pularmos de qualquer altura, é comum cairmos com as pernas esticadas e dobrarmos os joelhos até chegarmos no chão. Isso faz com que o tempo de contato com o solo aumente e a força média exercida na queda diminua. QUANTIDADE DE MOVIMENTO A quantidade de movimento associa a massa do objeto com a sua velocidade de deslocamento, essas duas grandezas podem ser relacionadas de uma forma direta, como demonstraremos agora no teorema do impulso. Cálculo da quantidade de movimento Representada pela letra “Q”, a quantidade de movimento de um objeto pode ser calculada pela fórmula Q = m x V, em que: • Q – quantidade de movimento dada no sistema internacional em kg x m/s; • m – massa do corpo em questão dada em quilogramas kg; • V – velocidade do objeto medida sempre em metros por segundo m/s. Teorema do impulso O teorema do impulso determina que o impulso I de um objeto pode ser dado pela diferença entre a sua quantidade de movimento final pela quantidade de movimento inicial. Desta forma, de acordo com o teorema do impulso, I = Q2 – Q1, em que: Highlight Highlight Highlight @profdaniiguimas • I – impulso do corpo dado em N x s; • Q1 – quantidade de movimento inicial do corpo, dada em kg x m/s; • Q2 – quantidade de movimento final do corpo, dada em kg x m/s. • m – massa (kg) • vF – velocidade final (m/s) • vi – velocidade inicial (m/s) Gráfico para cálculo do impulso de uma força variável É comum encontrarmos exercícios que envolvam forças variáveis. Nesses casos, podemos determinar o impulso exercido sobre um corpo por meio da área do gráfico da força pelo intervalo de tempo de aplicação dessa força: Legenda: FF – força final (N) Fi - força inicial (N) ti – instante inicial (s) tF – instante final (s) Choque Na Física clássica, há 3 tipos de colisões mecânicas: colisão inelástica; colisão parcialmente inelástica e colisão perfeitamente elástica. Colisão inelástica É o tipo de colisão em que os corpos após o choque seguem juntos, ou seja, ambos com a mesma velocidade. Além disso, neste tipo de choque, a energia cinética do sistema diminui, uma vez que há dissipação energética durante o choque (atrito, som etc.). Colisão parcialmente inelástica Já neste choque, após a colisão os corpos se movimentam separadamente, com diferentes velocidades. Vale destacar também que há perda de energia cinética, isto é, a energia cinética inicial é maior que a energia cinética final do sistema. Colisão perfeitamente elástica Por fim, temos a colisão perfeitamente elástica, a qual é caracterizada pelos corpos seguirem separados após o choque, mas o conjunto não perde energia cinética durante a colisão. Coeficiente de restituição Dado pela letra “e”, o coeficiente de restituição é um número (que não carrega nenhuma unidade) que está relacionado com a quantidade de energia dissipada durante a colisão. Desta forma, para o cálculo do coeficiente de restituição, devemos aplicar a fórmula e = Vf/Va, em que: • e – coeficiente de restituição; https://www.stoodi.com.br/blog/2019/04/09/pendulo-de-newton-como-funciona/ https://www.stoodi.com.br/blog/2019/08/29/energia-cinetica/ Highlight Highlight @profdaniiguimas • Vf – velocidade de afastamento entre os corpos; • Va – velocidade de aproximação entre os corpos. ATIVIDADE 1) Calcule o módulo do impulso exercido pelo motor de um veículo de 800 kg que acelera de uma velocidade inicial de 20 m/s até 30 m/s. 2) Uma força de 120,0 N é aplicada em uma pequena bolinha de tênis de 0,050 kg por uma raquete durante um intervalo de tempo igual a 0,01 s. Sabendo que a bolinha movia-se no sentido direita-esquerda e, imediatamente antes de tocar a raquete, encontrava-se com velocidade de 15 m/s, calcule: a) O módulo do impulso exercido sobre a bola. b) A velocidade final da bola. 3) Após o chute para a cobrança de uma penalidade máxima, uma bola de futebol de massa igual 0,40 kg sai com velocidade igual a 24 m/s. O tempo de contato entre o pé do jogador e a bola é de 3,0.10-2 s. a) Qual é a quantidade de movimento adquirida pela bola com o chute? b) Qual é a força média aplicada pelo pé do jogador sobre a bola? 4) Uma partícula recebe um impulso externo de uma força segundo o gráfico apresentado abaixo: 5) Sobre uma partícula de 8 kg, movendo-se a 25m/s, passa a atuar uma força constante de intensidade 2,0 x 102N durante 3s no mesmo sentido do movimento. Determine a quantidade de movimento desta partícula após o término da ação da força. 6) Um garoto de massa 30 kg está parado sobre uma grande plataforma de massa 120 kg também em repouso em uma superfície de gelo. Ele começa a correr horizontalmente para a direita, e um observador, fora da plataforma, mede que sua velocidade é de 2,0 m/s. Sabendo que não há atrito entre a plataforma e a superfície de gelo, a velocidade com que a plataforma se desloca para a esquerda, para esse observador, é, em m/s: a) 1,0 @profdaniiguimas b) 2,0 c) 0,5 d) 8,0 e) 4,0 7) Um brinquedo consiste em um fole acoplado a um tubo plástico horizontal que se encaixa na traseira de um carrinho, inicialmente em repouso. Quando uma criança pisa no fole, comprimindo-o até o final, o ar expelido impulsiona o carrinho. Considere que a massa do carrinho seja de 300 g, que o tempo necessário para que a criança comprima completamente o fole seja de 0,2 s e que, ao final desse intervalo de tempo, o carrinho adquira uma velocidade de 8 m/s. Admitindo desprezíveis todas as forças de resistência ao movimento do carrinho, o módulo da força média (FMÉD) aplicada pelo ar expelido pelo tubo sobre o carrinho, nesse intervalo de tempo, é igual a: 8) Uma força de 5000 N é aplicada a um objeto de forma indefinida, produzindo um impulso de módulo 1000 N.s. Sabendo que a força é horizontal e para a direita, determine o tempo de contato da força sobre o corpo e a direção do impulso. a) 0,2 s e horizontal para a direita b) 0,4 s horizontal para a esquerda c) 0,2 s horizontal para a esquerda d) 0,6 s vertical para cima e) 0,5 horizontal para a direita 9) O airbag e o cinto de segurança são itens de segurança presentes em todos os carros novos fabricados no Brasil. Utilizando os conceitos da Primeira Lei de Newton, de impulso de uma força e variação da quantidade de movimento, analise as proposições. I. O airbag aumenta o impulso da força média atuante sobre o ocupante do carro na colisão com o painel,aumentando a quantidade de movimento do ocupante. II. O airbag aumenta o tempo da colisão do ocupante do carro com o painel, diminuindo assim a força média atuante sobre ele mesmo na colisão. III. O cinto de segurança impede que o ocupante do carro, em uma colisão, continue se deslocando com um movimento retilíneo uniforme. IV. O cinto de segurança desacelera o ocupante do carro em uma colisão, aumentando a quantidade de movimento do ocupante. Assinale a alternativa correta: a) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são verdadeiras. Vamos analisar cada uma das alternativas: 10) Calcule, em kg.m/s, o módulo da variação de momento linear da bola entre os instantes logo após e logo antes de ser golpeada pela raquete. Dado: considere a massa da bola de tênis igual a 50 g. a) 1,5 b) 5,4 c) 54 d) 1500 e) 5400 11) Considere uma esfera muito pequena de massa igual a 1 kg deslocando-se a uma velocidade de 2 m/s sem girar durante 3 s. Nesse intervalo de tempo, o momento linear dessa partícula é: @profdaniiguimas a) 2 kg.m/s b) 3 s c) 6 kg.m/s d) 6 m 12) O gráfico a seguir representa a variação da intensidade da força F em função do tempo: Calcule o impulso da força no intervalo de 15s. 13) A intensidade (módulo) da resultante das forças que atuam num corpo, inicialmente em repouso, varia como mostra o gráfico. Durante todo o intervalo de tempo considerado, o sentido e a direção dessa resultante permanecem inalterados. Nessas condições, a quantidade de movimento, em kg.m/s (ou N.s), adquirida pelo corpo é: a) 8. b) 15. c) 16. d) 20. e) 24. 14) Um garoto de massa 30 kg está parado sobre uma grande plataforma de massa 120 kg também em repouso em uma superfície de gelo. Ele começa a correr horizontalmente para a direita, e um observador, fora da plataforma, mede que sua velocidade é de 2,0 m/s. Sabendo que não há atrito entre a plataforma e a superfície de gelo, a velocidade com que a plataforma se desloca para a esquerda, para esse observador, é, em m/s: a) 1,0 b) 2,0 c) 0,5 d) 8,0 e) 4,0