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Sinopse:
Sendo a Física a mais fundamental das ciências da natureza, é nela que assenta a formação de base de qualquer curso superior de ciências ou de engenharia. A maioria destes cursos, nacionais ou internacionais, encontra-se estruturada de modo a que o primeiro contacto dos alunos com a Física ocorra numa disciplina de Mecânica elementar. Tal facto tem uma razão de ser; é na Mecânica que muitos dos conceitos e princípios fundamentais da Física têm a sua raiz. Conceitos e princípios estes que os alunos verão posteriormente, ao longo do seu percurso académico, estendidos e adaptados não só a outros ramos da Física que eventualmente venham a estudar, mas também às restantes disciplinas de ciências e engenharia que constituam o cerne dos seus cursos.
Este livro destina-se, precisamente, ao ensino de uma primeira disciplina de Mecânica de cursos de ciências ou de engenharia, tendo a sua génese na unidade curricular de “Mecânica Geral” que os autores têm vindo a leccionar no segundo semestre do primeiro ano da Licenciatura em Engenharia Química e Biológica do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL).
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Foi com enorme surpresa e grande satisfação que vimos a primeira edição deste livro esgotada decorrido apenas um ano do seu lançamento, em Fevereiro de 2013. Preparar esta segunda edição permitiu-nos rever o texto e, sobretudo, corrigir os vários erros, gralhas e frases menos claras que subsistiram na revisão das provas da primeira edição e que tanto nos irritaram. Ao longo destes últimos doze meses, foram vários os colegas e alunos que, generosa e atentamente, nos apontaram muitos desses erros. A todos eles aqui fica o nosso agradecimento. Mas não temos ilusões, eliminar todas as gralhas de um livro é tarefa hercúlea e quase impossível... Deste modo, todo e qualquer erro que venhamos a detectar após a impressão desta segunda edição será coligido numa errata que poderá ser consultada no endereço electrónico
http://www.fisica.isel.pt/PDF/Mecanica-uma-introducao/Errata-E2.pdf***
Tal como na primeira edição, a segunda edição do presente livro mantém a ortografia pré-acordo ortográfico.
[Os Autores]
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Ficheiros disponibilizados gratuitamente:
Prefácio (endereço: http://www.fisica.isel.pt/PDF/Mecanica-uma-introducao/Prefacio.pdf)
Capítulo 2 (endereço: http://www.fisica.isel.pt/PDF/Mecanica-uma-introducao/Capitulo2.pdf)
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RECENSÃO DO LIVRO «Mecânica: uma introdução» (Resumo)
… O livro em apreço é bastante completo abordando os assuntos da mecânica de um modo padrão, progredindo do conceptualmente mais fácil para o mais difícil: após a apresentação do cálculo vectorial, os autores tratam a cinemática do ponto, as leis de Newton, a dinâmica de uma partícula material, a dinâmica de um sistema de partículas, a dinâmica do corpo rígido e, finalmente, a relatividade restrita. …Gostei muito das secções com asterisco, aplicações
da mecânica muito interessantes, que num caso resultam de investigação pedagógica original dos autores (designadamente a que consta do artigo “Uma normal muito anormal” publicado na Gazeta de Física em 2000). Há aqui verdadeiras pérolas, que dificilmente se encontram noutro
lado. …
Recomendo portanto o novo manual, não só a alunos que estão a frequentar nas universidades ou politécnicos uma disciplina introdutória de Física, como, agora que houve uma ligeira alteração dos programas do secundário, aos professores de Física desse grau de ensino que queiram ter à mão um livro de referência sobre o sempre eterno tema da mecânica clássica e relativista. Os autores e a sua escola estão de parabéns por mais esta contribuição ao ensino da Física em Portugal.*********************************
Professor CARLOS FIOLHAIS / In Gazeta de Física, Vol. 38, Fasc. 1, Maio de 2015.
Índice:
Prefácio
Agradecimentos
Símbolos e abreviaturas
1. Grandezas e unidades: o Sistema Internacional de unidades. Conceitos fundamentais de cálculo vectorial
1.1. Noção de grandeza
1.2 Unidades
1.3. Sistemas de unidades. O Sistema Internacional de unidades (SI)
1.4. Conversões de unidades
1.5. Dimensões das grandezas
1.6. Grandezas escalares e grandezas vectoriais
1.7. Noção de vector
1.8. Sistema de coordenadas. Noção de base. Componentes de um vector
1.9. Representação de um vector no espaço cartesiano
1.9.1. Norma e versor de um vector
1.9.2. Vector definido por dois pontos do espaço
1.9.3. Decomposição de vectores nas suas componentes cartesianas
1.9.3.1. Caso bidimensional
1.9.3.2. Caso tridimensional
1.10. Operações com vectores
1.10.1. Adição e subtracção de vectores
1.10.2. Produto de um escalar por um vector
1.10.3. Produto interno ou escalar de vectores
1.10.4. Produto externo ou vectorial de vectores
Problemas
2. Cinemática do ponto material
2.1. Posição, trajectória e deslocamento
1.2.1. Equações paramétricas. Determinação da trajectória da partícula
2.2. Vector velocidade
2.3. Vector aceleração
2.4. Movimento rectilíneo no espaço unidimensional
2.4.1. Movimento rectilíneo e uniforme
2.4.2. Movimento rectilíneo uniformemente variado
2.5. Movimento rectilíneo nos espaços bi- e tridimensional
2.5.1. Movimento rectilíneo uniforme
2.5.2. Movimento rectilíneo uniformemente variado
2.6. Movimento curvilíneo
2.7. Movimento de projécteis
2.7.1. Movimento de um projéctil lançado na horizontal
2.7.2. Movimento de um projéctil lançado obliquamente da origem
2.7.3. Movimento de um projéctil lançado obliquamente de uma altura y0
2.7.4*. Movimento de um projéctil lançado por um ser humano
2.8. Movimento circular
2.8.1. Movimento circular uniforme
2.8.2. Movimento circular uniformemente variado
2.8.2.1. Semelhanças formais entre o m.r.u.v. e o m.c.u.v
2.9. Movimento harmónico simples
2.9.1. Relação entre o m.h.s. e o movimento circular uniforme
2.9.2. Representação gráfica de um m.h.s.
2.10. Movimento relativo
Problemas
3. Leis de Newton
3.1. As leis de Newton
3.1.1. A primeira lei de Newton ou lei da inércia
3.1.2. A segunda lei de Newton ou lei fundamental da dinâmica
3.1.3. A terceira lei de Newton ou lei da acção-reacção
3.2. Algumas forças
3.2.1. Peso ou força gravítica. A lei da gravitação universal de Newton
3.2.2. Tensão
3.2.2.1. Roldanas fixas e roldanas móveis
3.2.2.2. Forças de tensão em sistemas fora do equilíbrio
3.2.3. Força de reacção normal
3.2.4. Força elástica
3.2.5. Força de atrito
3.2.5.1. Força de atrito entre superfícies sólidas
3.2.5.2. Atrito em fluidos
3.3. Técnicas para aplicação das leis de Newton
3.4. Forças no movimento circular
3.4.1. Pêndulo cónico
3.4.2.* Carro que descreve uma curva, sem atrito ou com atrito
3.4.3. Pêndulo simples
3.5. Momentos de forças
3.5.1. Momento de uma força em relação a um ponto
3.5.2. Momento de uma força em relação a um eixo
3.5.3. Momento resultante
3.5.4. Lei da translação dos momentos
3.5.5. Momento de um binário
3.6. Estática dos corpos rígidos
3.6.1. Equivalência de sistemas de forças
Problemas
4. Dinâmica de uma partícula material
4.1. Momento linear e sua conservação
4.1.1. versus
4.2. Impulso de uma força
4.3. Momento angular e sua conservação
4.4. Trabalho e energia cinética
4.4.1. Trabalho de uma força constante no espaço unidimensional
4.4.2. Trabalho de uma força constante no espaço tridimensional
4.4.3. Trabalho de uma força variável
4.5. Forças conservativas e não conservativas
4.5.1. Trabalho da força gravítica
4.5.2. Trabalho da força elástica
4.5.3. Trabalho da força de atrito
4.6. Energia potencial
4.6.1. Energia potencial gravítica
4.6.2. Energia potencial elástica
4.6.3. Energia potencial; caso geral
4.7. Energia mecânica
4.7.1. Corpo em queda livre por acção da força gravítica
4.7.2. Corpo em movimento ascensional sob acção da força gravítica
4.7.3. Energia no movimento harmónico simples
4.8. A energia potencial gravítica revisitada
4.8.1. Velocidade de escape
4.9. Energia térmica. O princípio de conservação da energia total
4.10. Potência
4.11. Rendimento
Problemas
5. Dinâmica de um sistema de partículas materiais
5.1. Momento linear e sua conservação
5.2. Choques ou colisões
5.2.1. Choques unidimensionais
5.2.2. Choques bidimensionais
5.2.3. Porque é legítimo desprezar a força da gravidade no estudo das colisões?
5.3. Movimento de sistemas de massa variável
5.3.1. Movimento de sistemas com admissão de massa
5.3.2. Movimento de sistemas com ejecção de massa
5.3.2.1. Movimento de um foguete sob acção da gravidade
5.3.3. Movimento de sistemas com admissão e ejecção de massa
5.4. Centro de massa de um sistema de partículas materiais
5.5. Movimento relativamente ao centro de massa
5.6. Energia cinética translacional de um sistema de partículas materiais
5.7. Momento angular e sua conservação
Problemas
6. Dinâmica do corpo rígido
6.1. Definição de corpo rígido
6.2. Centro de massa de um corpo rígido
6.3. Movimento de um corpo rígido
6.4. Movimento de translação de um corpo rígido
6.5. Movimento de rotação de um corpo rígido
6.5.1. Carácter vectorial das grandezas cinemáticas angulares
6.5.2. Rotação em torno de um eixo. Momento de inércia
6.5.2.1. Momento angular de um corpo rígido. Momento de inércia
6.5.2.2. Eixos principais de inércia
6.5.2.3. Conservação do momento angular de um corpo rígido
6.5.3. Raio de giração
6.5.4. Algumas propriedades dos momentos de inércia
6.5.4.1. Aditividade dos momentos de inércia
6.5.4.2. Teorema dos eixos perpendiculares
6.5.4.3. Teorema de Steiner ou teorema dos eixos paralelos
6.5.5. Energia cinética de rotação
6.5.6. Pêndulo físico
6.5.7.* Como representar correctamente a reacção normal
6.5.7.1. O primeiro absurdo
6.5.7.2. O segundo absurdo
6.5.7.3. A solução do problema
6.5.7.4. A importância do princípio de conservação da energia
6.6. Rolamento
6.6.1. Relação entre a velocidade do centro de massa e a velocidade angular
6.6.2. Centro instantâneo de rotação. Energia cinética no rolamento
6.6.3. Dinâmica do rolamento
6.6.4.* Aplicação do rolamento: travagem de veículos e sistema ABS
6.7. Trabalho e energia no movimento de rotação. Potência
6.8. Analogias entre o movimento de translação e o movimento de rotação
Problemas
7. Relatividade Restrita
7.1. Referenciais de inércia e referenciais acelerados
7.2. Transformação de Galileu
7.3. A experiência de Michelson-Morley
7.4. Postulados de Einstein
7.5. Consequências dos postulados de Einstein
7.5.1. Simultaneidade relativa
7.5.2. Dilatação do tempo
7.5.3. Contracção dos comprimentos
7.6. Transformação de Lorentz
7.6.1. O invariante na transformação de Lorentz
7.7. Transformação das velocidades
7.8. Dinâmica relativista
7.8.1. Momento linear
7.8.2. Energia relativista
7.8.2.1. Energia cinética
7.8.2.2. Energia de repouso. Princípio de equivalência massa-energia
7.8.2.3. Energia total
7.8.2.4. Principio de conservação da massa-energia
7.8.2.5. Relações úteis entre o momento linear, a energia e a massa
7.8.3. Transformação de Lorentz para o momento linear e a energia
7.9. Colisões relativistas
7.10. Processos de fissão e fusão nuclear
7.10.1. Balanço energético em reacções nucleares
7.10.2. Processos de fissão ou cisão nuclear
7.10.3. Processos de fusão nuclear
7.10.4. Nucleossíntese
7.11. Validade da Mecânica clássica
Problemas
Apêndice 1. Constantes físicas fundamentais
Apêndice 2. Alguns dados astronómicos
Apêndice 3. Conversão de unidades
A3.1. O sistema CGS
A3.2. Outros factores de conversão
Apêndice 4. Alfabeto grego
Apêndice 5. Relações matemáticas
A5.1. Geometria
A5.2. Trigonometria
A.5.2.1. Funções trigonométricas
A.5.2.2. Identidades trigonométricas
A.5.2.3. Lei dos senos e lei dos co-senos
A5.3. Desenvolvimentos em série de Taylor
A5.4. Derivadas e primitivas
A.5.4.1. Derivadas e primitivas de funções elementares
A.5.4.2. Outras primitivas
A.5.4.3. Integração por partes
A5.5. Coordenadas polares, esféricas e cilíndricas
A.5.5.1. Coordenadas polares,
A.5.5.2. Coordenadas esféricas,
A.5.5.3. Coordenadas cilíndricas,
Bibliografia
Soluções dos problemas propostos
ERRATAS:
Errata à 2ª Edição (endereço: http://www.isel.pt/fisica/PDF/Mecanica-uma-introducao/Errata-E2.pdf)
Errata à 1ª Edição (endereço: http://www.isel.pt/fisica/PDF/Mecanica-uma-introducao/Errata-E1.pdf)
OS AUTORES:
ANTÓNIO JORGE SILVESTRE é licenciado em Física pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (1989) e doutorado em Física, especialidade Física da Matéria Condensada, pela mesma Universidade (1997). Foi assistente (1994-1997), professor auxiliar (1997) e professor associado (1998-2001) do Instituto Superior de Transportes e Comunicações. É, desde 2001, professor coordenador da Área Departamental de Física do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. É membro do Instituto de Ciência e Engenharia de Materiais e Superfície e investigador do Laboratório de Processamento de Superfícies por Laser do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. A sua actividade de investigação está actualmente centrada na produção e caracterização de óxidos de metais de transição com aplicação potencial em dispositivos de electrónica de spin e de materiais nanoestruturados.
PAULO IVO CORTEZ TEIXEIRA é licenciado (Universidade de Lisboa, 1987), mestre (Universidade de Lisboa, 1990), doutor (Universidade de Southampton, 1993) e agregado (Universidade de Lisboa, 2006) em Física. Fez pós-doutoramentos em Amesterdão (1993-1996), Cambridge (1996-1998), Leeds (1998-2000) e no Instituto Superior Técnico (2000-2001). Foi professor auxiliar na Faculdade de Engenharia da Universidade Católica (2001-2006) e é, desde 2006, professor adjunto com agregação da Área Departamental de Física do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa e investigador do Centro de Física Teórica e Computacional da Universidade de Lisboa. Faz teoria e modelação de vários sistemas do âmbito da matéria condensada mole (cristais líquidos, espumas, polímeros, elastómeros e colóides). Ocasionalmente traduz livros de divulgação científica. É um dos primeiros Outstanding Referees da Sociedade Americana de Física (2008).
Detalhes:
Ano: 2013
Capa: capa mole
Tipo: Livro
N. páginas: 426
Formato: 23x16
ISBN: 978-989-689-295-1
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