Física I

Aula 01: Grandezas Físicas; Sistemas de Unidades; Vetores


Os vetores podem ser multiplicados de três maneiras. Entretanto o que chamamos de multiplicação de vetores não é, em geral, uma simples multiplicação algébrica.

Multiplicação de um vetor por um escalar

Se um vetor for multiplicado por um escalar, o resultado é um novo vetor, que conserva a mesma direção e sentido anteriores, mas o módulo é alterado pelo valor do escalar.

Multiplicação de um vetor A por um escalar a:

a) O módulo do novo vetor é o que resulta da multiplicação do módulo de x pelo módulo de A.

b) A direção do novo vetor é a mesma do vetor A.

c) O sentido é o mesmo de A se a for positivo; sentido oposto se a for negativo.


Produto de vetores

Existem dois modos de se fazer o produto de dois vetores:

Produto Escalar

O produto escalar de dois vetores é representado por definido como:

onde é o ângulo entre os dois vetores.

O módulo do produto escalar é o produto dos módulos dos 2 vetores, vezes o cosseno do ângulo entre eles.

O produto escalar pode ser escrito em termos das componentes dos vetores. Considerando os vetores no plano x-y:

Os vetores unitários , têm módulo igual a 1 e são orientados ao longo dos eixos x e y, respectivamente, então você pode usar a definição do produto escalar entre dois vetores:



Interpretação geométrica do produto escalar

As direções dos dois vetores formam um ângulo .

Você pode decompor o vetor, B, por exemplo, ao longo da direção do vetor A.

O produto escalar pode ser interpretado geometricamente como o produto do módulo de um dos vetores pelo módulo da projeção do outro vetor ao longo da direção do primeiro.

O resultado do produto do produto escalar é um escalar.

Produto Vetorial

O produto vetorial de dois vetores representado por , é um vetor cujo módulo é definido como:

onde é o menor dos ângulos entra as direções dos dois vetores.

O módulo do produto vetorial é o produto dos módulos dos 2 vetores, vezes o seno do ângulo entre eles.

O produto vetorial também pode ser escrito na forma de um determinante:

A direção do vetor resultante do produto vetorial é determinada usando-se a regra da mão direita mostrada na figura abaixo:

Fonte

O resultado do produto do produto vetorial é um vetor e a ordem da multiplicação dos vetores é muito importante.

O produto do produto vetorial não é comutativo, isto é:


Para você ir treinando na resolução dos exercícios, comece tentando resolver estes exemplos a seguir. Tente antes de ver a solução do problema.

Exemplo 01

Dados os vetores abaixo, faça o produto escalar entre os vetores:

Solução do Exemplo 1


Mostre, usando esses vetores, que o produto escalar é comutativo.

Exemplo 02

O vetor do EXEMPLO 1 tem somente componentes , ou seja, componentes x e y, ao passo que tem componentes .

Isto significa que é perpendicular a ? ;

Solução do Exemplo 2

Exemplo 03

Dados os vetores abaixo, faça o produto vetorial entre os vetores:



Solução do Exemplo 3


Mostre, usando esses vetores, que o produto vetorial NÃO é comutativo.

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Multimídia

Visualize graficamente vetores e suas componentes, assim como suas projeções nos planos cartesianos, na simulação acessado através do endereço URL.

Leia as instruções sobre como manipular a simulação no texto que pode ser lido noLink.

Estesite mostra uma simulação interessante da soma de vetores pelo método do paralelogramo.


Aplicações no cotidiano

Para que você não fique achando que um vetor é apenas uma seta e que não tem nenhuma utilidade prática, veja aqui quantos exemplos de aplicações de vetores você pode encontrar no seu dia-a-dia:

No carro

Quando um carro não pega é necessário empurrá-lo com a ajuda de várias pessoas. Naturalmente todos vão empurrar na mesma direção. Este é um exemplo de soma de forças (vetores) com a mesma direção e sentido.

Em casa

Quantas vezes precisamos empurrar um móvel relativamente pesado de um lugar para outro, sem a ajuda de outras pessoas. Dificilmente se consegue acertar a direção de uma vez e vamos fazendo um zigue-zague (vetores em várias direções) até chegar à posição final.

Na estrada

Para viajar de uma cidade a outra de carro, ou de ônibus, é necessário seguir por ruas e estradas com orientações variadas até chegar ao destino final.

Levantamento objetos

Para duas pessoas carregarem um cesto pesado, elas devem compor forças adequadamente.

Na construção civil

Um bate-estacas é um equipamento utilizado para enterrar estacas, pilares que servirão de bases para construções. Basicamente é um peso muito grande que é levantado através de uma roldana e quando se encontra em uma altura entre dez a quinze metros, é solto. Assim vai afundando um pilar em golpes sucessivos. Cada vez vai aplicando uma força na direção normal.

No esporte

Em qualquer esporte, direcionar uma bola a um determinado lugar é uma demonstração de composição de vetores. O peso da bola não é desprezível. Em cada instante, a velocidade da bola vai depender da impulsão dada pelo atleta e da velocidade de queda por causa da força peso.

Ícone - Observação

Leitura complementar

Sugerimos algumas referências que possam complementar seus conhecimentos. Por exemplo, aprenda sobre produto vetorial, operação entre dois vetores que é bastante utilizada no estudo sobre rotação de corpos rígidos.

Cursos em hipertexto:

Animações/Simulaçõe on-line:

Ícone - Observação

Atividade de Portfólio

Agora chegou a hora de você se exercitar.

Segundo Thomas Alva Edison o Gênio é 1% de inspiração e 99% de transpiração.

Então mãos à obra!

Acesse a lista de exercícios-Aula 1

Mas lembre-se que os problemas propostos neste portfólio devem ser resolvidos por você. Você deve se esforçar ao máximo para obter a solução dos problemas por seus próprios meios. Isso não invalida o estudo em grupo, que é uma coisa muito diferente de copiar a solução dos exercícios do colega. Aliás, essa não é uma atitude inteligente. Na hora da prova você não poderá contar com essa "facilidade" não é?

Responsável: Prof. Humberto de Andrade Carmona

Universidade Federal do Ceará - Instituto UFC Virtual