FÍSICA APLI FÍSICA APLICADA CADA A ENGENHARIA CIVIL
Introdução
A física, considerada como sendo a mais básica das ciências, estuda a
comportamento e estrutura da matéria. Com base nessas informações, o presente trabalho tem por objetivo apresentar a utilização da física na engenharia civil, abordando alguns conteúdos indispensáveis a qualquer profissional do ramo da construção civil.
Introdução
A física, considerada como sendo a mais básica das ciências, estuda a
comportamento e estrutura da matéria. Com base nessas informações, o presente trabalho tem por objetivo apresentar a utilização da física na engenharia civil, abordando alguns conteúdos indispensáveis a qualquer profissional do ramo da construção civil.
Sistema de Unidades
Para o Engenheiro Civil é fundamental ter uma noção das grandezas com que lida, saber o que significam e o que valem as unidade utilizadas para as quantificar e com a experiência adquirir sensibilidade para os valores das unidade e associar esses valores com a sua materializaçã materializaçãoo na realidade.
Na física mecânica as grandezas físicas fundamentais são: comprimento (L), tempo (T), massa (M) e temperatura (θ).
M massa L comprimento T tempo Formam o sistema MLT, o qual é a base do sistema internacional (SI).
As unidades de medida das grandezas físicas fundamentais no sistema internacional de pesos e medidas (S.I.) são: Quilograma (kg) massa; Metro (m) comprimento; Segundo (s) tempo.
COMPRIMENTO Os valores “mensuráveis” da grandeza comprimento (na unidade do nosso
sistema) são atualmente de pelo menos 41 ordens de grandeza
Massa
Os valores “mensuráveis” da grandeza massa (na unidade do nosso sistema) são atualmente de pelo menos 84 ordens de grandeza.
Tempo Os valores “mensuráveis” da grandeza tempo (na unidade do nosso sistema)
são atualmente de pelo menos 61 ordens de grandeza.
Unidades Derivadas do Sistema Absoluto.
Para determinar as grandezas físicas fundamentais envolvidas na grandeza física derivada velocidade, substitui-se na equação os símbolos das grandezas físicas fundamentais, obtendo-se.
Para a aceleração, que se define como a variação da velocidade em ordem ao tempo, obtém-se.
Substituindo na equação os símbolos das unidades fundamentais, vem.
A força é definida pela segunda lei de Newton:
E as respectivas grandezas físicas fundamentais são:
De um modo geral as grandezas físicas fundamentais de uma grandeza derivada X são. [ X ] = Mα Lβ T γ Em que a, b e g são as dimensões da grandeza. Quando α=β=γ= 0 a grandeza diz-se adimensional, como por exemplo a densidade relativa e um ângulo. O quadro seguinte apresenta as dimensões das grandezas mais correntes da Física Mecânica, no sistema MLT. ×
×
Conversão de Unidades:
A conversão de unidades de um sistema para outro é feita facilmente se as quantidades são expressas como uma função das unidades fundamentais de massa, comprimento, tempo e temperatura.
Condições Básicas (Equilíbrio)
* Baseadas nas Três Leis de Newton - 1ª Lei de Newton Ex: Quando o foguete espacial fica livre de ações gravitacionais significativas do resto do universo, seus motores são desligados, porém através da inércia, o foguete espacial mantém sua velocidade constante.
2ª Lei de Newton
Ex: Se o carrinho do supermercado estiver vazio, é muito fácil fazê-lo correr. Mas se o carrinho estiver cheio, você tem que se esforçar muito para fazê-lo andar.
3ª Lei de Newton
Ex: Para se deslocar, o nadador empurra a água para trás, e, esta por sua vez, o empurra para frente.
Equilíbrio Estático
Na física clássica, define-se equilíbrio estático como o arranjo de forças atuantes sobre determinado corpo em repouso de modo que a resultante dessas forças tenha módulo igual a zero.
Ponte, Exemplo de
Equilíbrio estático de um ponto material
Ponto material é um objeto cujas dimensões não são importantes no estudo do movimento. Para um corpo ser mantido em equilíbrio estático basta que as forças atuantes sobre ele se cancelem, ou seja, que a força resultante seja igual a zero.
Equilíbrio de um corpo extenso
Corpo extenso é aquele cujas dimensões são consideráveis nos cálculos, esse corpo encontra-se em equilíbrio quando se encontra ao mesmo tempo em equilíbrio de rotação e translação. A condição é que a soma algébrica dos momentos das forças do sistema, em relação a um polo arbitrário deve ser nula. Isto é:
Centro de Gravidade
O centro de gravidade ou baricentro de um corpo é a posição onde pode ser considerada a aplicação da força de gravidade resultante equivalente de todo o corpo.
Em um sólido regular e homogêneo, o baricentro coincide com o centro geométrico do objeto.
Determinação experimental do centro de gravidade:
Observações: Um corpo está em equilíbrio estável quando, forçado a deslocar-se de sua posição, retorna naturalmente a ela. Esse tipo de equilíbrio ocorrerá enquanto a vertical que passa por seu baricentro cair dentro da superfície de apoio desse corpo.
Estruturas Parte resistente de uma construção ou de uma máquina, objeto ou peça isolada, cuja função básica é o transporte de esforços. Estrutura:
genérico para forças, momentos e tensões. a) Esforços externos: Provenientes do meio exterior a.1) Ativos: Independem de outros a.2) Reativos: Só existem quando a estrutura está sob carregamento ativo. b) Esforços internos: Existem quando a estrutura está sob carregamento; são solicitações em seus vários pontos no transporte de esforços externos.
Esforços: Tratamento
Classificação das Estruturas
As estruturas podem ser classificadas de várias maneiras:
Estruturas de bloco As três dimensões são da mesma ordem de grandeza. Ex.: blocos de fundação.
Estruturas de superfície. Duas dimensões são muito maiores que a terceira. Ex.: Lajes.
Estruturas Reticuladas: É composta por barras.
Barra: Elemento estrutural onde uma das dimensões é muito maior que as outras duas. Ex.: vigas e pilares.
Estruturas Hipostáticas
Não são estáveis, não possuem equilíbrio estático, tendo por isso algum movimento não restringido. De modo geral, estas estruturas possuem um número de reações de apoio inferior ao número de equações de equilíbrio estático.
Estruturas Isostáticas
Estas estruturas tem o numero de reações estritamente necessário para impedir qualquer movimento. As reações estão eficazmente de forma a restringir os possíveis movimentos da estrutura. Define-se em: Estruturas em que o número de reações é igual ao número de equações de equilíbrio da estática; Estruturas em que o número de equações é superior ao de equilíbrio da estática tornadas isostáticas mediante a liberação criteriosa de ligações entre os possíveis corpos da estrutura global.
Estruturas Hiperestáticas
Estas estruturas tem o numero de reações superior ao estritamente necessário para impedir qualquer movimento.
O grau de hiperestaticidade é igual ao número de ligações que podem ser suprimidas de forma a que a estrutura se torne isostática.
Forças Distribuídas
Para analisar um corpo isolado, é necessário substituir a ação mecânica que sobre ele exerce o meio que o rodeia por elementos a que chamamos forças. Conforme se exerçam pontualmente ou em regiões de dimensões não desprezáveis, as forças podem ainda ser classificadas respectivamente como forças concentradas ou forças distribuídas.
são aplicadas de forma distribuída sobre o volume do corpo, em todos os pontos do mesmo. Dentre essa força existe outras como a Força centrífuga, força eletromagnética, força gravitacional. A força distribuídas linearmente para efeito de cálculo, são forças supostamente distribuídas sobre uma linha, pelo fato de agirem sobre faixa muito estreita da superfície do corpo. A força volumétrica
que são as reações de apoio e a sua natureza depende do tipo de apoio. As forças de ligação interiores são exercidas entre as várias partes da estrutura. As ligações interiores entre as barras podem ser contínuas ou articuladas. No caso mais geral da ligação entre barras, podemos ter ligações articuladas ou ligações contínuas. As estruturas articuladas influencia nessas forças por meio dos métodos dos nós e das seções. Onde temos as treliças que são estruturas articuladas com barras retas e com as cargas aplicadas nos nós. Há, dois métodos de análise: Forças de ligação exteriores
