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js - livro - 15 - lancamento - obliquo, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Civil

Fisica lancamento obliquo

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2014

Compartilhado em 22/05/2014

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domingos-junior-14 🇧🇷

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Física com JavaScript
(c) 2010 Nelson Canzian da Silva - Depto de Física - UFSC
Versão Preliminar - Março de 2010
15 Lançamento Oblíquo
O lançamento oblíquo é um movimento bidimensional caracterizado por uma posição de
lançamento (xo, yo), um ângulo de lançamento θ com a horizontal e uma velocidade de
lançamento de módulo vo. O movimento na direção horizontal (direção x) é retilíneo
uniforme (MRU) e o movimento na direção vertical (direção y) é uniformemente variado
(MRUV) devido à força da gravidade. A equação de movimento para o lançamento oblíquo
pode ser escrita como:
r(t) = x(t) i + y(t) j
onde
x(t) = xo + vxo t
y(t) = yo + vyo t + ½ a t2
onde xo e yo são as coordenadas do ponto de lançamento, vxo = vo cosθ, vyo = vo sinθ as
componentes da velocidade inicial e a a aceleração, no caso a da gravidade.
A velocidade em qualquer instante é dada por
v(t) = vx(t) i + vy(t) j
onde
vx(t) = vxo
vy(t) = vyo + a t
O script abaixo calcula a posição e a velocidade do objeto desde o ponto de lançamento até o
momento em que toca o solo novamente.
exemplo-15-1.html
<script>
var xo = 0; // coordenada x de lançamento, em metros
var yo = 1; // coordenada y de lançamento, em metros
var vo = 10; // módulo da velocidade de lançamento, em m/s
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Física com JavaScript

(c) 2010 Nelson Canzian da Silva - Depto de Física - UFSC Versão Preliminar - Março de 2010

15 Lançamento Oblíquo

O lançamento oblíquo é um movimento bidimensional caracterizado por uma posição de

lançamento ( x o, y o), um ângulo de lançamento θ com a horizontal e uma velocidade de

lançamento de módulo v o. O movimento na direção horizontal (direção x ) é retilíneo

uniforme (MRU) e o movimento na direção vertical (direção y ) é uniformemente variado

(MRUV) devido à força da gravidade. A equação de movimento para o lançamento oblíquo

pode ser escrita como:

r ( t ) = x ( t ) i + y ( t ) j

onde

x ( t ) = x o + v xo t

y ( t ) = y o + v yo t + ½ a t^2

onde x o e y o são as coordenadas do ponto de lançamento, v xo = v o cosθ, v yo = v o sinθ as

componentes da velocidade inicial e a a aceleração, no caso a da gravidade.

A velocidade em qualquer instante é dada por

v ( t ) = v x( t ) i + v y( t ) j

onde

v x( t ) = v xo

v y( t ) = v yo + a t

O script abaixo calcula a posição e a velocidade do objeto desde o ponto de lançamento até o

momento em que toca o solo novamente.

exemplo-15-1.html

Resultado:

t(s) x(m) y(m) 0.00 0.00 1. 0.20 1.00 2. 0.40 2.00 3. 0.60 3.00 4. 0.80 4.00 4. 1.00 5.00 4. 1.20 6.00 4. 1.40 7.00 3. 1.60 8.00 2. 1.80 9.00 0. 2.00 10.00 -1.

Lembrando que v o x = v ocosθ e v o y = v osenθ, onde v o é o módulo da velocidade inicial, não é

difícil demonstrar que o alcance máximo da partícula na direção x é dado por:

x máx = (2 v o^2 / g ) · cosθ · senθ

A pergunta que queremos responder é: como o alcance máximo é afetado por pequenas

variações (incertezas) no ângulo de lançamento? Em outras palavras: imaginemos que o nosso

dispositivo lançador não permite que saibamos o ângulo de lançamento com precisão melhor

que ∆θ. Em quanto esta flutuação afeta o alcance? O efeito é o mesmo para todos os

ângulos?

A fórmula para o alcance x máx nos permite avaliar isto facilmente. Vamos supor um

lançamento a partir de x o = 0 e y o = 0, com velocidade v o = 10 m/s. Vamos supor que a

flutuação no ângulo de lançamento seja de ± 5°. Os alcances de disparos a 10°, 45° e 80° são,

respectivamente, 3,5 m, 10,2 m e 3,5 m. Para disparos a 5°, 40° e 85° os alcances são 1,8 m,

10,0 m e 1,8 m, respectivamente. Assim, uma variação de 5° nos extremos leva a uma

variação de 1,7 m no alcance (ou quase 100% do valor do alcance a 10° ou 80°), enquanto a

mesma variação de 5° em torno de 45° leva a uma variação de apenas 0,2 m (ou cerca de 2%

do valor do alcance a 45°). Apesar do alcance mudar com o valor da velocidade inicial, os

que é máximo quando θ = 0° e mínimo (na verdade nulo!) quando θ = 45°.

Em situações em que não é possível obter as equações de movimento, pode ser conveniente

simular o lançamento do objeto centenas de vezes "flutuando" aleatoriamente o ângulo de

lançamento e registrando o alcance em cada caso.

Exercícios

Modifique o script acima para que faça uma centena de lançamentos para ângulos em

torno de 10° com uma flutuação uniforme de ±5°, depois em torno de 20° com a

mesma flutuação e assim por diante, até 80°. A partir dos valores registrados, calcule o

desvio quadrático médio d rms (o índice "rms" remete a root mean square ), uma

medida frequentemente utilizada da dispersão de uma grandeza em torno do seu valor

médio:

d rms = (1/ ( ) · Σ i ( xix méd)

Você deve obter os seguintes resultados:

angulo rms alcance rms % 9.94 0.30 3.50 0.10 2. 20.2 0.28 6.64 0.08 1. 29.9 0.27 8.83 0.05 0. 40.0 0.29 10.0 0.02 0. 50.1 0.28 10.0 0.02 0. 59.8 0.27 8.86 0.05 0. 70.0 0.29 6.54 0.08 1. 79.7 0.29 3.59 0.10 2.

Note que o desvio quadrático médio associado ao ângulo é aproximadamente o mesmo

(cerca de 0,3°), enquanto o desvio quadrático médio associado ao alcance começa alto

para θ~10°, atinge um mínimo para θ~45° e volta a crescer na direção de θ~80°, como

antecipado pelos cálculos analíticos.

Uma solução seria declarar dois objetos Array para armazenar os valores do ângulo de

lançamento e do alcance para os ( lançamentos em torno de cada ângulo, pois só é

possível calcular o desvio quadrático médio após saber a média. Você também pode

utilizar três estruturas de repetição aninhadas: um laço for para varrer os ângulos de

referência (10°, 20°, ..., 80°); outro laço for para varrer os 100 lançamentos para cada

ângulo de referência e um laço do { ... } while (condição) que acompanha a

trajetória até o objeto atinja o chão.

Diminua e aumente o valor de ( e veja seu efeito sobre o desvio quadrático médio.

Faça um gráfico da dependência de d rms com (.

O que aconteceria com os desvios médios se não fossem quadráticos ( d = Σ i ( xi

x méd))?.