Como os vetores de deslocamento e de força aplicada se comparam entre si?
Passo 1
Então, a gente tem uma pergunta que quer saber como os vetores de deslocamento e de força aplicada se comparam. Basicamente, vamos falar sobre o que são esses vetores e como eles se relacionam. Para isso, vamos precisar entender os conceitos de vetor de deslocamento e vetor de força, além de como eles interagem em situações físicas.
Passo 2
Primeiro, vamos definir o vetor de deslocamento. Deslocamento é a mudança de posição de um objeto. Ele é representado por um vetor que tem magnitude (quanto o objeto se moveu) e direção (para onde o objeto se moveu). Por exemplo, se você caminha 5 metros para o norte, o vetor de deslocamento tem magnitude 5 metros e direção norte.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre o vetor de força aplicada. Força é qualquer ação que pode mudar o estado de movimento de um objeto. Ela também é representada por um vetor, que tem magnitude (quão forte é a força) e direção (para onde a força está sendo aplicada). Por exemplo, empurrar uma caixa com uma força de 10 Newtons para a direita.
Passo 4
Para comparar os dois vetores, a gente observa que ambos têm magnitude e direção, o que os caracteriza como vetores. A principal diferença está no que eles representam: o vetor de deslocamento mostra como o objeto se moveu, enquanto o vetor de força mostra a ação que está sendo aplicada para mover ou mudar o movimento do objeto.
Passo 5
Outra forma de comparar é ver como eles interagem na realização de trabalho. O trabalho realizado por uma força é calculado pelo produto escalar entre o vetor força (
) e o vetor deslocamento (
):
onde
é o ângulo entre os vetores força e deslocamento. Isso mostra que a direção relativa entre os dois vetores influencia diretamente no trabalho realizado.
Resposta
Em resumo, os vetores de deslocamento e de força aplicada são ambos vetores que possuem magnitude e direção, mas representam conceitos diferentes: o vetor de deslocamento descreve como um objeto se move, enquanto o vetor de força aplicada descreve a ação que está causando ou alterando esse movimento. Além disso, a interação entre esses vetores determina o trabalho realizado pela força.
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Explore diferentes tipos de molas alterando a constante da mola nos valores:
e
.
Qual é a diferença entre elas, qual é mais grossa? Qual é mais fina, qual é mais difícil (em termos de força aplicada) de esticar/comprimir?
Qual é a diferença entre elas, qual é mais grossa? Qual é mais fina, qual é mais difícil (em termos de força aplicada) de esticar/comprimir?
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e a constante elástica da mola é
. A deformação (compressão) na mola é
. Será que ele vai conseguir atingir a altura da janela de Mariazinha? Caso contrário, discuta como o dispositivo deveria ser alterado para que ele consiga alcançar a altura desejada. Lembre-se que a alteração do projeto deve considerar a relação custo-benefício.
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Usaremos diferentes molas com constantes elásticas. Para cada constante, altere a força aplicada e registre o quanto a mola se estica ou se comprime na tabela abaixo.
Para variar a força, você pode usar qualquer passo que desejar, por exemplo, de 15 N a 15 N . Obtenha pelo menos 6 dados, certificando-se de obter quantidades iguais de dados de força positiva e negativa.
A tabela abaixo é um exemplo para uma constante elástica de . Escolha dois valores diferentes para essa variável e complete sua própria tabela com seus dados e observações.
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Usaremos diferentes molas com constantes elásticas. Para cada constante, altere a força aplicada e registre o quanto a mola se estica ou se comprime na tabela abaixo.
Para variar a força, você pode usar qualquer passo que desejar, por exemplo, de 15 N a 15 N . Obtenha pelo menos 6 dados, certificando-se de obter quantidades iguais de dados de força positiva e negativa.
A tabela abaixo é um exemplo para uma constante elástica de
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Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | |||||||
15 | -15 | Compressão | -0.150 | |||||||
10 | -10 | Compressão | -0.100 | |||||||
5 | -5 | Compressão | -0.050 | |||||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | |||||||
-5 | 5 | Alongamento | 0.050 | |||||||
-10 | 10 | Alongamento | 0.100 | |||||||
-15 | 15 | Alongamento | 0.150 | |||||||
Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
Força aplicada (N) |
|
Deslocamento (m) | |||||||
0 | 0 | Nenhum | 0 | |||||||
Constante elástica da mola
|
||||||||||
|
|
|
Deslocamento
|
|||||||
0 | 0 | 0 | ||||||||
Como os vetores da força aplicada e da força da mola (também chamada de força restauradora) se comparam?