Adição e subtração de vetores - Como calcular o vetor resultante
Summary
TLDRThis lesson covers the concepts of vector addition and subtraction, using both the polygon and parallelogram rules. The instructor demonstrates how to calculate vector sums and differences through graphical representations, starting with simple vertical and horizontal vectors, and then more complex angled vectors. The lesson also introduces the Pythagorean theorem for right-angle triangles and a formula for calculating vector sums and differences when vectors form an arbitrary angle. Practical examples involving forces and real-world applications are provided, ensuring that learners can grasp the methodology effectively.
Takeaways
- 📐 The lesson covers the addition and subtraction of vector quantities, focusing on rules like the polygon and parallelogram methods.
- 📊 To calculate the sum of vectors, the 'polygon rule' is applied by drawing the vectors consecutively and connecting the origin to the endpoint.
- ➡️ Vector addition example: Three vectors A, B, and C are drawn, and the resulting vector S is the sum of A + B + C.
- 📏 Vector subtraction is achieved by reversing the direction of one vector and then applying the same rules as addition.
- 📉 Each small square in the diagrams represents a distance of 1 meter, making it possible to calculate both the direction and magnitude of vectors.
- 📐 Using the Pythagorean theorem is crucial when working with right-angled triangles formed by vectors to calculate the magnitude of the resultant vector.
- ✖️ For subtraction, the procedure is similar to addition but with the second vector reversed in direction.
- 📏 In cases where vectors form an angle (not a right triangle), the general vector formula involves cosine of the angle between them.
- 🔄 The 'parallelogram rule' allows calculating the resultant vector by constructing parallel lines and drawing the diagonal as the result.
- 🔢 Example of vector force calculation: When forces are represented as vectors, the formula involving cosine is used to compute the magnitude of the resultant force.
Q & A
What is the primary topic of the lesson?
-The lesson focuses on vectors, specifically the addition and subtraction of vector quantities using methods like the polygon rule and the parallelogram rule.
What is the first step in performing vector addition using the polygon rule?
-The first step is to draw the first vector (A) and, once that is completed, to draw the second vector (B) starting from the endpoint of the first vector.
How is the resultant vector defined in vector addition?
-The resultant vector (S) in vector addition is the vector that starts from the origin of the first vector and ends at the endpoint of the last vector in the sequence.
How is the magnitude of the resultant vector calculated when adding vectors?
-The magnitude of the resultant vector can be calculated by summing the magnitudes of the individual vectors, assuming they are in the same direction. In other cases, methods like the Pythagorean theorem or vector addition formulas may be used.
What happens to the direction of a vector when subtracting one vector from another?
-When subtracting a vector, the direction of the subtracted vector is reversed. This means it has the same magnitude as the original vector but points in the opposite direction.
How do you calculate the magnitude of the difference between two vectors?
-To calculate the magnitude of the difference between two vectors, you subtract the magnitude of one vector from the other if they are aligned. If they form an angle, you may need to apply the Pythagorean theorem or vector subtraction formulas.
In the lesson, what mathematical rule is applied when vectors form a right triangle?
-The Pythagorean theorem is applied when vectors form a right triangle to calculate the magnitude of the resultant vector (hypotenuse).
What is the parallelogram rule for vector addition?
-In the parallelogram rule, two vectors are drawn from the same origin. Then, parallel lines are drawn from the endpoints of each vector to form a parallelogram. The resultant vector is the diagonal of the parallelogram starting from the common origin.
How do you calculate the magnitude of the resultant vector when the vectors form an angle?
-When vectors form an angle, the magnitude of the resultant vector can be calculated using the formula: R² = A² + B² + 2AB * cos(θ), where θ is the angle between the vectors.
What formula is used when subtracting vectors that form an angle?
-When subtracting vectors that form an angle, the formula used is: R² = A² + B² - 2AB * cos(θ), where θ is the angle between the vectors.
In the example given, how is the resultant force calculated when two forces of 7 N and 8 N form an angle of 60°?
-The resultant force is calculated using the formula R² = A² + B² + 2AB * cos(θ). For forces of 7 N and 8 N with a 60° angle, the formula becomes: R² = 7² + 8² + 2(7)(8) * cos(60°), leading to a resultant force of 13 N.
Outlines
🔢 Introduction to Vector Addition and Subtraction
This paragraph introduces the lesson on vectors, specifically focusing on vector addition and subtraction. The instructor starts by explaining the 'polygon rule' for vector addition using three vectors (A, B, and C) as examples. To find the sum of these vectors, the procedure involves drawing vector A first, followed by B and then C. The resultant vector (S) is drawn from the origin of vector A to the endpoint of vector C. The instructor further illustrates the concept with a few examples, demonstrating both the vector sum and the difference. For subtraction, vectors are reversed, and the difference is calculated accordingly.
📏 Using the Pythagorean Theorem for Vector Calculation
This paragraph discusses using the Pythagorean theorem to calculate the magnitude of vectors. After drawing vectors A and B, the resultant vector (X) is formed. The values of the two vectors are given, creating a right triangle. The theorem is used to find the hypotenuse (vector sum), showing step-by-step calculations: X² = 4² + 3², resulting in X = 5 meters. The paragraph also explains the subtraction process (Y) by reversing vector B and finding the resultant. It highlights that this triangle also results in a 5-meter magnitude, showing that the rule works symmetrically for both addition and subtraction.
📐 Calculating the Resultant Using the Law of Cosines
This section explores vector addition and subtraction when vectors form an angle other than 90 degrees. Since the Pythagorean theorem is no longer applicable, the instructor introduces the Law of Cosines. For the sum, the formula is: S² = A² + B² + 2AB cos(α), where α is the angle between A and B. For subtraction, a similar formula is used, but with a minus sign instead of plus. The instructor provides a detailed example using force vectors: A = 7N, B = 8N, and α = 60°. The resultant force F is calculated step-by-step using the formula, yielding a final value of 13N.
Mindmap
Keywords
💡Vector
💡Resultant Vector
💡Polygon Rule
💡Parallelogram Rule
💡Vector Addition
💡Vector Subtraction
💡Magnitude
💡Pythagorean Theorem
💡Cosine Rule
💡Force
Highlights
Introduction to the lesson on vectors, focusing on addition and subtraction of vector quantities.
Explanation of the polygon rule for adding vectors, using vectors A, B, and C as an example.
Step-by-step illustration of how to draw vectors A, B, and C and calculate the resultant vector sum S = A + B + C.
Method for calculating the sum of two vectors by connecting them in sequence, showing how the resultant vector starts at the origin of A and ends at the destination of C.
Clarification of vector difference by showing how to calculate vector Y = A - B and explaining the role of vector direction in subtraction.
Use of unit squares (each representing 1 meter) to calculate the magnitude of resultant vectors and explain how direction and magnitude are visualized.
Detailed explanation of vector subtraction by reversing the direction of vector B when calculating A - B.
Explanation of how to calculate the magnitude of the resultant vector using the Pythagorean theorem when vectors form a right triangle.
Further clarification of vector addition and subtraction when vectors are not aligned vertically or horizontally, emphasizing geometric interpretation.
Introduction to the rule of the parallelogram for vector addition when vectors have coincident origins.
Explanation of how to draw parallel lines to the original vectors and determine the resultant vector using the parallelogram rule.
Introduction of the cosine rule for calculating vector magnitude when vectors form an arbitrary angle, emphasizing its use over the Pythagorean theorem for non-right triangles.
Demonstration of the cosine rule in the context of vectors representing forces, with a practical example involving vectors A and B.
Computation of the magnitude of the resultant force vector using the cosine rule with a given angle of 60° between the vectors.
Final summary of the lesson with a practical example and explanation of how to apply both the polygon rule and the parallelogram rule for vector addition and subtraction.
Transcripts
o Olá vamos dar início a nossa tem que
ser aula sobre vetores e hoje nós
falaremos sobre adição e subtração de
grandeza do tipo vetorial para começar a
falar mesmo sobre a regra do polígono é
o desenho aqui três vetores A B e C eu
quero descobrir quem é o vetor soma
vetor s = a + b mais cedo procedimento é
bem tranquilo primeira coisa que nós
precisamos fazer é desenhar o vetor A
então vou desenhar o Vitor ar quando
terminar o vetor a eu desenho o vetor B
em seguida eu vou desenhar o vetor se
ela já vou começar desenhando aqui no
nosso vetorzinho a ele é vertical para
cima esse daqui é o nosso vetor quando
você termina o vetor a você inicia o
desenho do vetor B portanto tá aqui o
retorno B
e na horizontal e para finalizar um
pouco desenhar o vetor C A
o p o vetor resultante que eu estou
chamando DS vai ser aquele começa em ar
na origem de ar e termina no destino do
vetor sei dessa forma o vetor soma que
eu vou fazer de vermelho para
diferenciar vai ser esse daqui ó
e esse é o nosso vídeo é esse que é
igual a soma de ar mais lhe mais cedo eu
fiz mais uns casos aqui para que nós
possamos treinar dessa vez eu vou pedir
não só a soma como também a diferença de
2 e todo o problema então disse
determine o vetor soma eu estou chamando
de x
e onde X é a soma do vetor a com um
pessoa B E também o vetor diferença que
nesse caso eu estou chamando de y onde Y
é a menos o vetor B nos seguintes casos
então tem o caso um que é esse eu caso
dois que é esse aqui embaixo vamos
começar pelo caso um eu vou descobrir
primeiramente quem é o vetor x a soma de
A e B tá na seguinte formatação cada
quadradinho desse daqui do nosso papel
ele vale um metro para que nós possamos
também além de trabalhar com direção e
sentido calcular o módulo do vetor
resultante tão cada quadradinho e
dimensão de um metro por 1 metro
conforme combinamos agora pouco
procedimento é padrão você começa
desenho nuveto ar tá ele vem aqui deixa
eu desenhar quando terminar o vetor você
desenhe o vetor B sair daqui até nosso
vetorzinho lá
e cujo o módulo é igual a 4 metros Olha
o tamanho Zinho aqui um dois três quatro
e esse daqui é o nosso Vitor B
e hoje o mundo dele é igual a 3M o vetor
a + b é o vetor que começa em ar e
termina e b então vou fazer aqui embaixo
para não poluir muito o desenho
e comecem a e termina em B esse daqui a
nossa vetou soma que eu estou chamando
de x
se você acha que o moro de x ou seja o
tamanho de x = 4 metros mais três meses
que é igual a sétima e como é que tá o
selo vetor diferença mesmo procedimento
primeiro você desenvolver o ar tá ele
vem aqui te desejar e agora nós vamos
desenhar o vetor - B Observe que ele tem
a mesma direção que o vetor B mesmo modo
porém o sentido essa contrário devido ao
sinal Zinho negativo esse daqui é um
vetor - B
o desenho do vetor - B embaixo do vetor
a deixa eu colocar com o nome a e esse
aqui é o botãozinho Eu desenhei ele aqui
embaixo para facilitar nosso
entendimento mas na verdade eu ver pelo
menos bem você deve desenhar ele em cima
do vetor ar ele tá na mesma horizontal
Então é isso aqui seria o vetor com você
para pagar para deixar mais com ela para
a gente então quem será o vetor a menos
B é o Victor que comecem e terminem o
certo nesse caso o módulo do vetor y é
igual apenas 50 o que você andou 4
metros para a direita e depois
retrocedeu 3M portanto do ponto de
partida para o seu ponto de destino Você
só mandou um metro Daí o motivo do modo
de isso é igual ao e vamos ver se
segundo casa agora Observe que os
leitores eles têm uma angulação
diferente não está na vertical e o outro
canal e como então será objeto soma eo
vento
em casa nesse caso vamos começar a
calcular no Factor X que a soma de A + B
procedimento primeiro desenho ver tô ar
bom e quando termina o vento a você
desenvolver tô aí
E o Vitor a + b é o vetor que começa em
ar e termina em b conforme mostrado no
desenho esse daqui é o nosso vetor soma
que eu estou chamando e fiz pergunta
vocês como é que agente faz para
calcular agora um módulo tamanho DX
Observe que nesse caso nós temos a
formação de um triângulo retângulo onde
nós sabemos o valor dos dois catetos
esse daqui vale quatro e esse aqui Vale
3 e eu quero descobrir qual é o valor da
hipotenusa portanto não utilizar o
teorema de Pitágoras x ao quadrado = 4
ao quadrado + 3 ao quadrado x ao
quadrado vai ser igual a 16 + 9 x ao
quadrado = 25 x = raiz quadrada 5x = 5
metros Esse é um modo que vejamos agora
como é que seria a diferença de a e b
o mesmo procedimento primeiro desenho
ver o ar está Ele é bem ao terminal
virtual Você vai desenhar agora quem o
vetor menos bem Observe que ele tem
sentido diferente é esse daqui o vetor
menos ver e o vetor a menos bem com a
nossa vetor diferença que estamos
chamando de y é o vetor que comecem a e
termina em B também vai ser dado por
isso colocando os nomes aqui eu tenho
feito ar aqui eu tenho vetor menos e
esse aqui é o nosso vetor Y é o que eu
tô diferença como você pode ver o módulo
de Y também fale cinco metros uma vez
que esse triângulo tem catetos iguais a
um triângulo afetou os fios também outra
regra chamada de regra do paralelogramo
nesse caso você desenha o vetor a e o
vetor B origens coincidentes conforme eu
vou representar aqui
e esse é o vetor a
Oi e esse é o retorno para determinar o
vetor resultante nós vamos traçar uma
reta paralela ao ver tô ar e agora eu
vou traçar uma reta paralela ao vetor
mesmo Observe que essas retas paralelas
eles se encontram nesse ponto o vetor
resultante vai ser aquele que parte da
origem comum de A e B e termina no
encontro das retas paralelas esse é o
nosso vetor sono é igual ao vetor a mais
o vetor de Observe que tanto faz você
utilizar a regra do paralelogramo Como
utilizar a regra do polígono e para
finalizarmos Vamos aprender a calcular o
módulo da som ou subtração de dois
vetores quando eles formarem um ângulo
qualquer como é esse caso aqui que eu
chamei de anos viu Alpha obter aqui
nessa situação não dá para você aplicar
o teorema de Pitágoras porque ele não
forma um triângulo retângulo como a
gente tinha visto por causa anterior
Observe nesse caso aqui ó
e nós temos a formação de um triângulo
retângulo e aí sim você pode aplicar o
teorema de Pitágoras então para esse
tipo de problema nós temos a seguinte
regrinha quando você quiser calcular a
soma do vetor o ar com o bebê você vai
utilizar essa fórmula Zinho aqui essa ao
quadrado = ao quadrado mais B ao
quadrado Mas duas vezes a vezes B vezes
o cosseno do ângulo formado entre eles
que no caso ali é Alpha Em contrapartida
Quando você quiser calcular o vetor
diferença a menos que você vai utilizar
essa expressão aqui embaixo de ao
quadrado = ao quadrado mais B ao
quadrado menos observo sinal duas vezes
a fez bebê ele ficou sinto algum formado
entre eles ajudam na fixação é só você
lembrar que na soma esse sinalzinho ele
vai ser positivo e na diferença esses
o que será negativa para exemplificar
vamos dizer que nessa situação aqui em
cima o vetor A e B representam forças e
digamos então que o módulo do vetor a
seja igual a 7 Newton janke Nilton a
unidade de força e o módulo do vetor B
seja igual a 8 mil tons digamos também
que o ângulo Alfa entre a e b seja de
60° pergunta Qual é o módulo do vetor
resultante ou resolver esse problema
utilizando a regra do paralelogramo
então eu vou desenhar primeiro uma reta
paralela o vetor B tá ela vem aqui e
agora eu vou desenhar uma reta paralela
ao retornar
e o vetor resultante é aquele que parte
da origem comum de A e B e termina não
encontro das retas paralelas conforme
representado aqui no nosso problema
chamar é esse Beetle DF uma vez que nós
estamos trabalhando com força então aqui
é a força resultante Portanto quero
descobrir quem é o módulo Thief como
esse problema trata da adição de dois
vetores eu vou utilizar essa nossa
fórmula aqui embaixo dessa forma eu
tenho que é ficar o quadrado vai ser
igual ao módulo de ao quadrado 7 ao
quadrado mas o módulo de B ao quadrado
lá na mas Observe o sinalzinho duas
vezes a que vale 7
às vezes Bic Vale 8:00 x o cosseno do
ângulo formado entre eles que não casa
que é 60° eu tenho então quê efe ao
quadrado vai ser igual a 49 mais 64 mais
duas vezes 7 14 x 8 112 vezes o por seno
de 60 Lembrando que cosseno de 60 = 0,5
portanto vezes 0,5 F ao quadrado vai ser
igual a 49 mais 64 mais 56 daí eu tenho
que é fiel ao quadrado = 169
e logo F vai ser igual à raiz quadrada e
169 eu tenho que F = 13 mil a nossa aula
de exercícios eu vou fazer mais
problemas utilizando essa metodologia
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