Diagrama de corpo livre
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O que é um diagrama de corpo livre?
A Diagrama de corpo livre, Diagrama corporal isolado ou diagrama forças, é um esquema em que as forças que atuam em um corpo são representadas por flechas.
Você deve incluir no diagrama todas as forças que agem no objeto e, como é uma magnitude do vetor, a seta é responsável por indicar sua direção e seu significado, enquanto o comprimento dela fornece uma idéia de o módulo ou intensidade.
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Na Figura 1, temos um exemplo de um diagrama de corpo livre que vamos analisar.
A situação é a seguinte: um semáforo que pendura no resto de alguns cabos (Figura 1A). Nele duas forças Act, uma é a que a Terra exercita, que é o peso. No diagrama, é indicado como Fg e age verticalmente para baixo.
A outra força é a tensão na corda vertical, chamada T3 E isso vai vertical para cima, segurando o semáforo e impedindo que ele vá para o chão.
Quando um problema tem mais de um objeto, é necessário desenhar um diagrama para cada um separadamente.
O nó entre as cordas inclinadas e a corda que mantém o semáforo é considerada um objeto específico e seu diagrama de corpo livre está na Figura 1C. Observe que para o nó, a tensão T3 é direcionado para baixo.
É importante observar que no diagrama do corpo livre as forças que o objeto exerce sobre outros corpos não deve aparecer, mas apenas aqueles que agem sobre ele.
Exemplos de diagrama de corpo livre
O diagrama do corpo livre permite a aplicação das leis de Newton e, com eles, determine o estado de movimento ou restante do objeto em que as forças ato. No caso do semáforo mostrado, podemos determinar o valor das tensões nos cabos que sujeitam o semáforo, conhecido o peso disso.
Pode atendê -lo: cargas mortas: características, cálculo, exemplosDepois que esses dados são conhecidos, os cabos adequados são selecionados para pendurar o semáforo e que cumprem sua função sem colapso.
Os diagramas do corpo livres servem para descrever várias situações cotidianas, como estas:
Uma pessoa assistindo a um tronco ou contêiner
É muito comum que as pessoas tenham que transferir objetos pesados, como o contêiner na figura. Para isso, eles devem exercer uma força F No recipiente, que neste exemplo é horizontal e à direita, que é a direção do movimento.
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Mas essa não é a única força que age sobre ele, há também o normal n, Exerorado pela superfície plana da plataforma com rodas. E finalmente é o peso disso: Fg, direcionado verticalmente para baixo.
Normal é uma força que surge enquanto duas superfícies estejam em contato e sempre perpendicularmente à superfície que a exerce. Nesse caso, a plataforma da roda exerce uma normal no recipiente.
Um bloco que desliza através de um avião inclinado
Algumas mesas têm uma mesa ligeiramente inclinada para tornar as anotações mais confortáveis e lidas. Ele também tem slot A-Lapiz, mas todos colocamos o lápis na mesa fora do slot e vimos como ele desliza sobre a mesa.
O que as forças agem no lápis?
O mesmo que atua no bloco mostrado no seguinte diagrama de corpo livre:
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O normal FN É a força que a superfície da tabela exerce no lápis ou no bloco suportado. Ao contrário do exemplo anterior, o normal não é vertical, mas inclinado. Lembre -se de que o normal é a força exercida pela tabela no bloco e é perpendicular. À medida que a tabela é inclinada, o normal também.
Pode servir a você: Primeiro Equilíbrio Condição: Explicação, Exemplos, ExercíciosComo sempre o peso Fg É vertical, indiferente da inclinação do sistema.
E finalmente temos uma nova força de atuação, que é o atrito cinético Ffr Entre a mesa e o lápis ou bloco. O atrito também é uma força de contato, mas, diferentemente do normal, é uma força tangencial (paralela) à superfície. Observe também que é sempre direcionado ao contrário do movimento.
A máquina Atwood
A máquina Atwood é uma máquina simples que consiste em uma polia clara e sem atrito no trilho, através do qual uma corda leve e não extensível passa.
Dois objetos de massa são pendurados do mesmo1 e m2. Quando um dos objetos sobe, o outro desce, como mostrado na Figura 4:
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Como existem dois objetos, um diagrama de corpo livre é feito separadamente. Para ambos os objetos, existem apenas duas forças: a tensão na corda T e os respectivos pesos.
Na figura, cada peso é expresso diretamente como o produto da massa por aceleração. Por sua vez, a tensão é sempre direcionada verticalmente ao longo da corda tensionada.
Exercício resolvido
Aplique as leis de Newton para determinar a aceleração com a qual as massas da máquina Atwood mostradas na seção anterior movem.
Solução
A segunda lei de Newton estabelece que a soma das forças é igual ao produto da massa por aceleração.
A convenção de sinais em cada massa pode ser diferente, por isso tomaremos como um senso positivo de que do movimento, conforme indicado pelo gráfico, a primeira massa aumenta e o segundo desce.
Pode atendê -lo: ondas superficiais: características, tipos e exemplosEm alguns problemas, a afirmação não fornece informações, então os sinais devem.
-Para massa 1 (upload):
T - m1g = m1para
-Para massa 2 (baixa):
-T + m2g = m2para
Ambas as equações formam um sistema de equações lineares de duas incógnitas, como a tensão aparece com um sinal diferente em cada equação, simplesmente os adicionamos termo ao termo e a tensão é cancelada:
m2G - m1g = m1A + m2para
a = m2G - m1G / (M1 + m2)
Referências
- Bauer, w. 2011. Física para engenharia e ciências. Volume 1. Mc Graw Hill.
- Giancoli, d. 2006. Física: Princípios com aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
- Serway, r., Vulle, c. 2011. Física da faculdade. 9na ed. Cengage Learning.
- Tipler, p. (2006) Física para ciência e tecnologia. 5ª ed. Volume 1. Editorial revertido.
- Tiptens, p. 2011. Física: conceitos e aplicações. 7ª edição. McGraw Hill