Introdução à física/Cinemática/Movimento/Movimento de projéteis

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"... se um canhão horizontal, numa torre, atira paralelamente ao horizonte, não importa se a carga de pólvora é grande ou pequena, de forma que a bala caia a mil jardas ou a quatro mil ou a seis mil, todos estes tiros levam o mesmo tempo (para atingir o chão) e este tempo é igual ao que a bala levaria da boca do canhão até o solo se caísse diretamente para baixo sem qualquer impulso (i.e. em queda-livre)." Galileu Galilei

Imaginemos um projétil que é lançado com uma velocidade inicial vo que faz um ângulo θ com o eixo horizontal e descreve uma trajetória parabólica. Se chamarmos a componente horizontal do vetor velocidade inicial de vox e a componente vertical de voy então temos que:

vox=vocos⁡θ
voy=vosin⁡θ

vox é constante, logo, a aceleração no sentido do eixo x é nula. No sentido do eixo y o movimento é acelerado como a queda-livre, logo, a=−g. Sabendo disso, temos que:

vy=voy+aΔt⇒vy=vosin⁡θ−gΔt
vx=vox⇒vx=vocos⁡θ

E também:

y=yo+voyt+12at2⇒y=voyt−gt22⇒y=vosin⁡θt−gt22
x=vxt⇒x=voxt⇒x=vocos⁡θt

Desparametrizando o tempo (t) na última equação, temos que t=xvocos⁡θ. Substituindo em y:

y=vosin⁡θ(xvocos⁡θ)−g2(xvocos⁡θ)2 =tan⁡θ×x−gx22vo2cos2θ 

A altura máxima do projétil será alcançada no instânte tmax em que v_y é nulo. Logo

vy=vosin⁡θ−gt⇒tmax=vosin⁡θg
ymax=vo2sin2θ2g 

E como o movimento no eixo y é acelerado podemos dizer que

v2=vo2+2aΔy⇒vy=vo2sin2θ−2gΔy

Podemos também chamar de A o alcance do projétil; e sabendo que ele leva o dobro do tempo que leva até ymax para alcançar A

x=vocos⁡θt
A=vocos⁡θ×2vosin⁡θg
A=vo2gsin⁡2θ

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