Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Mecânica → Movimento rotacional ↓


Torque e aceleração angular


O movimento rotacional é o movimento de objetos em torno de um centro de rotação ou um ponto fixo. Este conceito é central para entender a física de rodas, engrenagens e máquinas rotativas. Dois conceitos fundamentais no movimento rotacional são torque e aceleração angular. Essas ideias são semelhantes à força e à aceleração linear no movimento linear, mas se aplicam especificamente à rotação.

Torque:

Torque é uma medida de quanto uma força aplicada a um objeto gira esse objeto. Não é apenas a quantidade de força, mas também quão longe do eixo de rotação a força é aplicada. Você pode pensar no torque como o equivalente rotacional da força linear. O símbolo para torque é a letra grega tau (τ).

A fórmula para calcular o torque é:

τ = r × F × sen(θ)

Onde:

  • τ é o torque.
  • r é a distância do eixo de rotação ao ponto onde a força é aplicada (braço de alavanca).
  • F é a magnitude da força aplicada.
  • θ é o ângulo entre o vetor de força e o vetor do braço de alavanca.

Imagine que você está tentando abrir uma porta. Se você empurrar perto das dobradiças, é preciso mais esforço para abrir a porta do que se você empurrar perto da maçaneta. Isso ocorre porque o braço de alavanca (distância das dobradiças) é maior quando você empurra perto da maçaneta, o que produz mais torque.

DobradiçaPorta

Como mostrado no exemplo visual, aplicar força a uma porta longe das dobradiças produz mais torque, tornando mais fácil abri-la.

Aceleração angular

A aceleração angular é a taxa de variação da velocidade angular. Ela nos diz com que rapidez um objeto está acelerando ou desacelerando sua rotação. O símbolo para aceleração angular é a letra grega alfa (α).

A fórmula para aceleração angular é:

α = Δω / Δt

Onde:

  • Δω é a mudança na velocidade angular.
  • Δt é a mudança no tempo.

Assim como a aceleração nos diz como a velocidade muda no movimento linear, a aceleração angular nos diz como a velocidade angular muda no movimento rotacional. Por exemplo, quando você gira um pião, ele começa com uma alta velocidade angular. À medida que gira, ele gradualmente desacelera devido ao atrito. Essa mudança na velocidade angular é explicada pela aceleração angular.

Relação entre torque e aceleração angular

Torque e aceleração angular estão intimamente ligados através da segunda lei de Newton para rotação. Esta lei afirma que o torque líquido atuando sobre um objeto é igual ao produto de seu momento de inércia e sua aceleração angular. Isso pode ser escrito como:

τ = I × α

Onde:

  • τ é o torque líquido.
  • I é o momento de inércia, uma medida da resistência de um objeto a uma mudança em sua rotação.
  • α é a aceleração angular.

Basicamente, dado o mesmo torque, um objeto com maior momento de inércia terá aceleração mais lenta do que um objeto com menor momento de inércia.

Por exemplo, considere duas rodas do mesmo tamanho e formato, uma feita de borracha e a outra de aço. Quando o mesmo torque é aplicado a ambas, a roda de aço com maior momento de inércia terá uma aceleração angular menor do que a roda de borracha.

borrachaaço

O exemplo visual acima mostra duas rodas: uma roda de borracha e uma roda de aço. Aplicar o mesmo torque a ambas resulta em maior aceleração angular para a roda de borracha.

Exemplos para entender torque e aceleração angular

Exemplo 1: Virando uma chave inglesa

Um mecânico está usando uma chave inglesa para girar um parafuso. O mecânico aplica uma força de 50 N na extremidade de uma chave inglesa de 0,3 m de comprimento. O ângulo entre a força e o braço de alavanca é de 90 graus, tornando a força e o braço de alavanca perpendiculares.

Calcule o torque gerado.

τ = r × F × sen(θ) = 0.3 , m × 50 , N × sen(90°) = 15 , Ncdot m

O torque produzido é de 15 N m. Este torque ajuda a apertar ou afrouxar o parafuso.

Exemplo 2: Roda de bicicleta

Um ciclista aplica força nos pedais, o que faz com que a roda da bicicleta gire. Suponha que o momento de inércia da roda seja 0,5 kg·m², e o ciclista aplica um torque de 10 N·m. Qual é a aceleração angular da roda?

α = τ / I = 10 , Ncdot m / 0.5 , kgcdot m^2 = 20 , rad/s^2

A roda experimenta uma aceleração angular de 20 rad/s², que representa a rapidez com que o ciclista aumentou a velocidade de rotação da roda.

Exemplo 3: Disco giratório

Imagine um disco girando em uma mesa com uma velocidade angular constante. Se você colocar seu dedo na borda do disco para pará-lo, estará aplicando uma força contra seu movimento e produzindo torque. Essa ação altera a velocidade angular do disco, produzindo aceleração angular.

Se a velocidade angular inicial do disco for 10 radianos/s e ele parar em 5 segundos, qual é a aceleração angular?

A mudança na velocidade angular é:

Δω = 0 - 10 = -10 , rad/s

Assim, a aceleração angular é:

α = Δω / Δt = -10 , rad/s / 5 , s = -2 , rad/s^2

O sinal negativo indica que o disco está desacelerando.

Conclusão

Torque e aceleração angular são conceitos essenciais para entender o movimento rotacional. Torque é semelhante à força no movimento linear, enquanto a aceleração angular descreve a rapidez com que a velocidade de rotação de um objeto muda. Ao explorar situações do mundo real e usar esses princípios, podemos entender melhor a dinâmica rotacional que governa tudo, desde rodas giratórias até o movimento orbital. Compreender essas ideias não apenas enriquece nosso conhecimento de física, mas também melhora nossa capacidade de aplicar esses conceitos para resolver problemas práticos.


Grade 11 → 1.4.1


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (1.4)
Movimento rotacional
Próximo (1.4.2) →
Equilíbrio rotacional

Comentários 



Torque e aceleração angular

https://www.physicsflow.com/g11/1.4.1?pfal=pt