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Física Aplicada
Prof. Márcio T. de Castro17/05/2017
Capítulo 03Conceitos Básicos sobre Mecânica
Técnico em Edificações
Mecânica
• Mecânica: ramo da física dedicado ao estudo do estado de repouso ou movimento de corpos sujeitos à ação de forças.
– Mecânica dos Corpos Rígidos
– Mecânica dos Corpos Deformáveis
– Mecânica dos Fluidos
Mecânica dos Corpos Rígidos
• Corpo Rígido: corpo (sólido) que não sofre deformações sob a ação de forças externas.
– Cinemática: descrição do movimento dos corpos sem se preocupar com suas causas.
– Dinâmica: investiga as causas e mudanças dos movimentos dos corpos.
– Estática: estudo das condições para que ocorra o repouso dos corpos.
Mecânica dos Corpos Deformáveis
• Corpo Deformável: corpo (sólido) que sob a ação de uma força tende a mudar de forma e tamanho.
– Resistência dos Materiais: estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e a intensidade das forças internas que atuam dentro do corpo.
– Ensaios Mecânicos Destrutivos: procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas.
Mecânica dos Fluidos
• Fluido: caracterizado como uma substância que não resistem a deformação e apresentam a capacidade de fluir (líquidos, gases e plasmas).
– Estática dos Fluidos: propriedades e leis físicas que regem os fluidos livres da ação de forças externas.
– Dinâmica dos Fluidos: comportamento dos fluidos no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa.
Referencial• Referencial: é um corpo (ou um conjunto de
corpos) em relação ao qual são definidas as posições de outros corpos.
8
Mecânica
• Ponto Material (ou partícula): se as dimensões do corpo forem irrelevantes na situação em estudo.
• Corpo Extenso: as dimensões do corpo influenciam o fenômeno estudado.
Movimento e Repouso• Movimento: quando um
corpo muda de posição com o tempo de acordo com um determinado referencial.
• Repouso: quando um corpo não muda de posição com o tempo.
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Trajetória• Trajetória: é a linha geométrica descrita pelos corpos
ao longo do movimento, em relação a um referencial (em repouso, a trajetória reduz-se a um ponto).
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Posição• Posição (�): é a grandeza vetorial que
determina a posição de um corpo na trajetória, levando em conta a distância com relação à origem dos espaços.
– Unidade (SI): metro (m).
12
Velocidade• Velocidade (�): é a grandeza vetorial que
determina a taxa de variação da posição por unidade de tempo.
– Unidade (SI): metro por segundo (m/s).
13
Aceleração• Aceleração (�): é a grandeza vetorial que
mede a taxa de variação da velocidade por unidade de tempo.
– Unidade (SI): metro por segundo ao quadrado (m/s²).
14
Movimento• Movimento Acelerado: o módulo da
velocidade é sempre crescente com o passar do tempo.
• Movimento Retardado: o módulo da velocidade é sempre decrescente com o passar do tempo.
• Movimento Uniforme: o módulo da velocidade é constante com o passar do tempo.
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Queda Livre• Queda Livre: movimento uniformemente
acelerado (aceleração constante) de queda dos corpos no vácuo, ou no ar quando a resistência do ar é desprezível.
• Aceleração da gravidade (�): grandeza quemede a aceleração do corpo em queda livre.
– Terra: g ≈ 10 m/s².
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Força• Força: é uma grandeza vetorial de interações
entre pelo menos dois corpos que podeprovocar efeitos variados, como aceleração,giros e/ou deformações.– Unidade de Força (SI): newton (N)
Força Resultante• Força Resultante (�� ): soma de todas as
forças que agem sobre um corpo.
�� = �� + � +⋯+ ��
Força Resultante• Forças de mesma direção e mesmo sentido:
– Módulo:
– Direção: mesma direção das forças
– Sentido: mesmo sentido das forças
• Exemplo:
1 2RF F F= +
Força Resultante• Forças de mesma direção e sentidos opostos:
– Módulo:
– Direção: mesma direção das forças
– Sentido: sentido da força de maior módulo
• Exemplo:
1 2RF F F= −1 2
Se F F>
Força Resultante• Forças Concorrentes (direções diferentes):
– Módulo: soma dos componentes em x e y
– Direção e Sentido: regra do paralelogramo
• Exemplo:
22
1
1
2
2
600.cos30 522
600.sin 30 300
400.cos 45 280
400.sin 45 280
x
y
x
y
F N
F N
F N
F N
= ° =
= ° =
= − ° = −
= ° =
522 280 242
300 280 580
Rx
Ry
F N
F N
= − =
= + =
Solos• Solo: é um conjunto de partículas sólidas que
deixam espaços vazios entre si, sendo que estes vazios podem estar preenchidos com água e/ou gases (normalmente o ar).
24
Fluido• Fluido: substância que se deforma
continuamente quando submetida a uma tensão, não importante o quão pequena possa ser essa tensão.
• Exemplos: líquidos, gases, plasmas e, de certa maneira, os sólidos plásticos.
• Propriedades Principais: não resistir a deformação e capacidade de fluir (tomar a forma de seus recipientes).
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Massa X Peso• Massa (m): representa uma quantidade absoluta que independe
da posição do corpo e pode ser interpretada como a resistência que um corpo oferece a mudanças em seu movimento de translação.– Unidade (SI): quilograma (kg).
• Peso ( ): força exercida sobre um corpo pela atração gravitacional.
– Unidade (SI): newton (N).
26
.P m g=
Volume• Volume (V): é a quantidade de espaço
ocupada pelo corpo.
– Unidade (SI): metro cúbico (m³).
28
Massa Específica• Massa Específica (ρ): representa a relação
entre a massa m de uma determinada substância e o volume V ocupado por ela.
– Unidade (SI): quilograma por metro cubico (kg/m³).
29
m
Vρ =
Flutuação• ρfluido > ρcorpo: corpo flutua na superfície do
fluido.
• ρfluido = ρcorpo : corpo fica em equilíbrio com o fluido.
• ρfluido < ρcorpo : corpo afunda.
31
Peso Específico• Peso Específico (γ): representa a relação
entre o peso P de uma determinada substância e o volume V ocupado por ela.
– Unidade (SI): newton por metro cubico (N/m³).
32
P
Vγ =
.gγ ρ=
Peso Específico Relativo• Peso Específico Relativo (γ): representa a
relação entre o peso específico da substância e o peso específico da água.
33
2
r
H O
γγ
γ=
Massa Específica• Peso Específico Relativo do Solo Seco:
34
Solo Peso Específico
Turfoso (é oriunda de matéria orgânica depositada nas
várzeas dos rios)
0,20 a 0,40
Humífero (feito em grande parte de humus)
0,75 a 1,00
Argiloso (feito por grãos de areia muito pequenos e bem
mais compactados)
1,00 a 1,25
Arenoso (grãos entre 2 mm e 0,075 mm, formados por
cristais de quartzo e oxido de ferro)
1,25 a 1,40
Massa Específica• Exemplo: sabendo-se que 12560 kg de massa de tipo
de solo ocupa completamente um reservatório cilíndrico de raio 1 m e altura de 4m, determine a massa específica e o peso específico deste solo (considere g = 10 m/s², π = 3,14 e γH2O = 10000 N/m³).
35
2
3,14.1².4
12,56 ³
V r h
V
V m
π=
=
=
12560
12,56
1000 / ³
m
V
kg m
ρ
ρ
ρ
=
=
=
.
1000.10
10000 / ³
g
N m
γ ρ
γ
γ
=
=
=
2
10000
10000
1
r
H O
r
r
γγ
γ
γ
γ
=
=
=
Pressão• Pressão Média (Pm): relação entre a força
aplicada e a área dessa superfície.
– Unidade (SI): pascal (Pa)
– Utilidade: para diminuir a pressão exercida sobre uma superfície, pode-se diminuir a força aplicada ou aumentar a área de contato.
36
m
FP
A=
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