Dinâmica

A dinâmica é uma área da Física responsável por investigar o que provoca o movimento dos corpos, em razão disso, o seu estudo é fundamental para diversas áreas, como a engenharia e a arquitetura. O físico Isaac Newton é considerado o pai da dinâmica, já que os seus estudos a respeito das leis de movimento propiciaram o desenvolvimento dessa área.

Leia também: Eletrodinâmica — o ramo da Física que estuda o movimento das cargas elétricas

Resumo sobre dinâmica

• A dinâmica é uma importante área da Física, mais especificamente da mecânica.

• Na dinâmica, estudamos as leis de Newton e os conceitos de força, trabalho, energia.

• Em relação à força, seus principais conceitos são a força resultante, a força normal, a força peso, a força de tração, a força elástica, a força de atrito e a força de arraste.

• Em relação à energia, seus principais conceitos são a energia mecânica, a energia cinética, a energia potencial gravitacional e a energia potencial elástica.

• Algumas das principais fórmulas da dinâmica são: força resultante, segunda lei de Newton, força peso, força elástica, força de atrito, força de arraste, trabalho, conservação da energia mecânica, teorema do trabalho da energia cinética, energia cinética, energia potencial elástica e energia potencial gravitacional.

O que é dinâmica na Física?

A dinâmica é uma importante área da Física, mais especificamente da mecânica, responsável por investigar o que provoca o movimento dos corpos, as leis de Newton e os conceitos de força, trabalho e energia. O físico Isaac Newton (1642-1727) é considerado o pai da área.

O que se estuda na dinâmica?

A dinâmica estuda o que causa o movimento dos corpos, introduzindo as leis de Newton, os conceitos de força, de trabalho e de energia. O estudo da dinâmica é de extrema importância, visto que os conhecimentos obtidos com base nela permitiram que usinas hidrelétricas, usinas eólicas e montanhas russas fossem desenvolvidas e que a queda dos corpos fosse compreedida. Além disso, a área forneceu embasamento para o estudo da resistência dos materiais e das estruturas, muito importante para a engenharia e a arquitetura.

Conceitos importantes da dinâmica

• Leis de Newton: conjuntos de leis que fundamentam a mecânica, abordando o princípio da inércia, o princípio fundamental da dinâmica e o princípio da ação e reação.

• Princípio da inércia: um corpo tende a ficar em repouso ou em movimento contínuo até que forças externas atuem sobre ele.

• Princípio fundamental da dinâmica: um corpo adquire aceleração quando empregamos uma força sobre ele.

• Princípio da ação e reação: ao empregar uma força em um corpo, ele responderá com uma força de reação.

• Força resultante: é a resultante do conjunto de forças aplicadas em um corpo.

• Força normal: é uma força de contato entre superfícies.

• Força peso: é uma força de campo exercida nos corpos devido à atração gravitacional.

• Força de tração: é a força aplicada aos corpos por meio dos cabos e fios.

• Força elástica: é uma força de contato contrária à força que está deformando o corpo elástico.

• Força de atrito: é uma força de contato entre superfícies não polidas que impede a continuação do deslocamento de um corpo.

• Força de arraste: é uma força de contato contrária ao deslocamento de um corpo em um fluido (gases ou líquidos).

• Trabalho: é o esforço realizado para deslocar um corpo.

• Energia mecânica: é o conjunto de energias adquiridas por um corpo.

• Energia cinética: é a energia adquirida pelo movimento de um corpo.

• Energia potencial elástica: é a energia adquirida pela deformação de um corpo elástico.

• Energia potencial gravitacional: é a energia adquirida pela variação de altura de um corpo.

Principais fórmulas da dinâmica

→ Força resultante

\(\sum {F}_{\text{R}} = 0 \)

• \({F}_{\text{R}} \) → força resultante, medida em Newton [N].

→ Segunda lei de Newton

\({F}_{\text{R}} = m \cdot a \)

• \({F}_{\text{R}} \) → força resultante, medida em Newton [N].

• m → massa do corpo, medida em quilogramas [kg].

• a → aceleração do corpo, medida em [\({m} / {{s} ^ {2}}\)].

→ Força peso

\(P = m \cdot g \)

• P → força peso, medida em Newton [N].

• m → massa do corpo, medida em quilogramas [kg].

• g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente \(10 {m} / {{s} ^ {2}}\).

→ Força elástica

\({F}_{\text{el}} = -k \cdot \Delta x \)

• \({F}_{\text{el}} \) → força elástica, medida em Newton [N].

• k → constante da mola, medida em [N/m].

• ∆ x → variação da deformação da mola (também chamada de elongação), medida em metros [m].

→ Força de atrito

\({f}_{\text{at}} = \mu \cdot N \)

• \({f}_{\text{at}} \) → força de atrito, medida em Newton [N].

• μ → coeficiente de atrito, podendo ser estático ou cinético.

• N → força normal, medida em Newton [N].

→ Força de arraste

\({F}_{a} = -\frac{1}{2} \cdot C \cdot \rho \cdot A \cdot {v}^2 \)

• \({F}_{a} \) → força de arraste, medida em Newton [N].

• C → coeficiente de arraste.

• ρ → densidade do fluido, medida em \(kg / m ³]\).

• A → área do corpo que resiste ao movimento do fluido, medida em \([ {m} ^ {2} ]\).

• v → velocidade do corpo, medida em [m/s].

→ Trabalho

\(W = {F}_{\text{R}} \cdot d \cdot \cos{\theta} \)

• W → trabalho, medido em Joule [J].

• \({F}_{\text{R}} \) → força resultante, medida em Newton [N].

• d → distância deslocada, medida em metros [m].

• θ → ângulo entre \(\vec{F} \ \text{e} \ d \), medido em graus.

→ Conservação da energia mecânica

\({E}_{\text{m antes}} = {E}_{\text{m depois}} \)

• \({E}_{\text{m antes}} \) → energia mecânica antes em um sistema, medida em Joule [J].

• \({E}_{\text{m depois}} \) → energia mecânica depois em um sistema, medida em Joule [J].

→ Teorema do trabalho e da energia cinética

\(W = \Delta {E}_{c} \)

• W → trabalho realizado sobre um corpo, medido em Joule [J].

• \(\Delta {E}_{c} \) → variação da energia cinética, medida em Joule [J].

→ Energia cinética

\({E}_{c} = \frac{m \cdot {v}^2}{2} \)

• \({E_c} \) → energia cinética, medida em Joule [J].

• m → massa, medida em quilograma [kg].

• v → velocidade, medida em [m/s].

→ Energia potencial elástica

\({E}_{\text{pel}} = \frac{k \cdot {x}^2}{2} \)

• \({E}_{\text{pel}} \) → energia potencial elástica, medida em Joule [J].

• k → constante da mola, medida em [N/m].

• x → elongação ou deformação da mola, medida em metros [m].

→ Energia potencial gravitacional

\({E}_{\text{pg}} = m \cdot g \cdot h \)

• \({E}_{\text{pg}} \) → energia potencial gravitacional, medida em Joule [J].

• m → massa, medida em quilograma [kg].

• g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente \(9,8 {m} / {{s} ^ {2}}\).

• h → altura, medida em metros [m].

Acesse também: Hidrodinâmica — o ramo da Física responsável pelo estudo do movimento dos fluidos

Exercícios resolvidos sobre dinâmica

Questão 1

(UEL) Um corpo de massa m é submetido a uma força resultante de módulo F, adquirindo aceleração a. A força resultante que se deve aplicar a um corpo de massa m/2 para que ele adquira aceleração 4a deve ter módulo:

A) F/2

B) F

C) 2F

D) 4F

E) 8F

Resolução:

Alternativa C

Calcularemos a força resultante por meio da fórmula da segunda lei de Newton:

\(F=m\cdot a\)

Quando modificamos a massa para metade e quadruplicamos a sua aceleração, a nova força resultante,\({F} ^ {'}\), passa a ser:

\(F' = \frac{m}{2} \cdot 4a \)

\(F' = \frac{4 \cdot m \cdot a}{2} \)

\(F' = 2 \cdot m \cdot a \)

Como a força resultante anterior era \(F=m\cdot a\), então temos que:

\(F'=2\cdot F\)

Assim, a nova força \({F} ^ {'}\) é o dobro da força inicial F.

Questão 2

(PUC) A respeito do conceito de inércia, pode-se dizer que:

A) inércia é uma força que mantém os objetos em repouso ou em movimento com velocidade constante.
B) inércia é uma força que leva todos os objetos ao repouso.
C) um objeto de grande massa tem mais inércia que um de pequena massa.
D) objetos que se movem rapidamente têm mais inércia que os que se movem lentamente.

Resolução:

Alternativa A

A primeira lei de Newton na dinâmica afirma que a inércia é a força que mantém os objetos em repouso ou em movimento com velocidade constante até que forças externas atuem sobre ele.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.