Adição e subtração de vetores - Como calcular o vetor resultante

O Físico
6 Feb 201911:46

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

00:00

🔢 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.

05:01

📏 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.

10:03

📐 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

A vector is a quantity that has both magnitude and direction. In the video, the concept of a vector is fundamental as the lesson revolves around adding and subtracting vectors. For example, vectors A, B, and C are used in the demonstration to find the resultant vector through different methods, such as the polygon rule and parallelogram rule.

💡Resultant Vector

The resultant vector is the vector that represents the combined effect of two or more vectors. In the video, the resultant vector is often the sum of vectors A, B, and C. The video shows how to calculate the resultant using geometric methods, such as starting at the origin of one vector and ending at the destination of the last vector.

💡Polygon Rule

The polygon rule is a graphical method used to add vectors. It involves placing vectors head-to-tail in sequence, and the resultant vector is drawn from the starting point to the endpoint of the final vector. The video demonstrates this method by drawing three vectors (A, B, and C) and showing how to determine the resultant vector using this rule.

💡Parallelogram Rule

The parallelogram rule is another graphical method for adding vectors, where two vectors are drawn from a common point, and the resultant vector is represented by the diagonal of the parallelogram formed. The video illustrates this concept by showing how to draw parallel lines to each vector and where the diagonals intersect to find the resultant vector.

💡Vector Addition

Vector addition is the process of combining two or more vectors to find their resultant. The video explains this by showing how to add vectors A, B, and C both graphically and through calculations. For example, the addition of vectors A and B results in a new vector X, and the sum is visually represented in diagrams.

💡Vector Subtraction

Vector subtraction involves finding the difference between two vectors, which is equivalent to adding one vector to the negative of another. In the video, the difference between vectors A and B is represented by vector Y, where B is reversed in direction to form -B. The resultant vector shows the change from A to B.

💡Magnitude

The magnitude of a vector refers to its length or size, often representing quantities like force or displacement. The video frequently calculates the magnitude of vectors, such as when the magnitude of vector X is found to be 5 meters after using the Pythagorean theorem on a right triangle formed by two vectors.

💡Pythagorean Theorem

The Pythagorean theorem is a mathematical formula used to calculate the length of the hypotenuse of a right triangle. In the video, this theorem is applied to determine the magnitude of the resultant vector in cases where vectors form a right-angled triangle. For example, the theorem is used when adding two perpendicular vectors with lengths of 3 and 4 units, resulting in a resultant vector of 5 units.

💡Cosine Rule

The cosine rule is used to find the magnitude of the resultant vector when the angle between two vectors is not 90 degrees. The video introduces this rule in situations where the vectors form an angle, such as when vectors A and B make a 60-degree angle, and the magnitude of the resultant vector is calculated using the cosine of the angle.

💡Force

Force is a vector quantity that describes the push or pull on an object and is measured in Newtons. In the video, forces are represented by vectors, and the resultant force is calculated using vector addition. For example, a vector with a magnitude of 7 Newtons is combined with another vector of 8 Newtons, and their resultant force is found through the parallelogram rule.

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

play00:00

o Olá vamos dar início a nossa tem que

play00:03

ser aula sobre vetores e hoje nós

play00:04

falaremos sobre adição e subtração de

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grandeza do tipo vetorial para começar a

play00:09

falar mesmo sobre a regra do polígono é

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o desenho aqui três vetores A B e C eu

play00:16

quero descobrir quem é o vetor soma

play00:18

vetor s = a + b mais cedo procedimento é

play00:23

bem tranquilo primeira coisa que nós

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precisamos fazer é desenhar o vetor A

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então vou desenhar o Vitor ar quando

play00:32

terminar o vetor a eu desenho o vetor B

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em seguida eu vou desenhar o vetor se

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ela já vou começar desenhando aqui no

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nosso vetorzinho a ele é vertical para

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cima esse daqui é o nosso vetor quando

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você termina o vetor a você inicia o

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desenho do vetor B portanto tá aqui o

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retorno B

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e na horizontal e para finalizar um

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pouco desenhar o vetor C A

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o p o vetor resultante que eu estou

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chamando DS vai ser aquele começa em ar

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na origem de ar e termina no destino do

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vetor sei dessa forma o vetor soma que

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eu vou fazer de vermelho para

play01:21

diferenciar vai ser esse daqui ó

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e esse é o nosso vídeo é esse que é

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igual a soma de ar mais lhe mais cedo eu

play01:30

fiz mais uns casos aqui para que nós

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possamos treinar dessa vez eu vou pedir

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não só a soma como também a diferença de

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2 e todo o problema então disse

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determine o vetor soma eu estou chamando

play01:43

de x

play01:45

e onde X é a soma do vetor a com um

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pessoa B E também o vetor diferença que

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nesse caso eu estou chamando de y onde Y

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é a menos o vetor B nos seguintes casos

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então tem o caso um que é esse eu caso

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dois que é esse aqui embaixo vamos

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começar pelo caso um eu vou descobrir

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primeiramente quem é o vetor x a soma de

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A e B tá na seguinte formatação cada

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quadradinho desse daqui do nosso papel

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ele vale um metro para que nós possamos

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também além de trabalhar com direção e

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sentido calcular o módulo do vetor

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resultante tão cada quadradinho e

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dimensão de um metro por 1 metro

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conforme combinamos agora pouco

play02:31

procedimento é padrão você começa

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desenho nuveto ar tá ele vem aqui deixa

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eu desenhar quando terminar o vetor você

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desenhe o vetor B sair daqui até nosso

play02:43

vetorzinho lá

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e cujo o módulo é igual a 4 metros Olha

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o tamanho Zinho aqui um dois três quatro

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e esse daqui é o nosso Vitor B

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e hoje o mundo dele é igual a 3M o vetor

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a + b é o vetor que começa em ar e

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termina e b então vou fazer aqui embaixo

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para não poluir muito o desenho

play03:12

e comecem a e termina em B esse daqui a

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nossa vetou soma que eu estou chamando

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de x

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se você acha que o moro de x ou seja o

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tamanho de x = 4 metros mais três meses

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que é igual a sétima e como é que tá o

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selo vetor diferença mesmo procedimento

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primeiro você desenvolver o ar tá ele

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vem aqui te desejar e agora nós vamos

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desenhar o vetor - B Observe que ele tem

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a mesma direção que o vetor B mesmo modo

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porém o sentido essa contrário devido ao

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sinal Zinho negativo esse daqui é um

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vetor - B

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o desenho do vetor - B embaixo do vetor

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a deixa eu colocar com o nome a e esse

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aqui é o botãozinho Eu desenhei ele aqui

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embaixo para facilitar nosso

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entendimento mas na verdade eu ver pelo

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menos bem você deve desenhar ele em cima

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do vetor ar ele tá na mesma horizontal

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Então é isso aqui seria o vetor com você

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para pagar para deixar mais com ela para

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a gente então quem será o vetor a menos

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B é o Victor que comecem e terminem o

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certo nesse caso o módulo do vetor y é

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igual apenas 50 o que você andou 4

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metros para a direita e depois

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retrocedeu 3M portanto do ponto de

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partida para o seu ponto de destino Você

play04:42

só mandou um metro Daí o motivo do modo

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de isso é igual ao e vamos ver se

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segundo casa agora Observe que os

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leitores eles têm uma angulação

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diferente não está na vertical e o outro

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canal e como então será objeto soma eo

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vento

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em casa nesse caso vamos começar a

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calcular no Factor X que a soma de A + B

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procedimento primeiro desenho ver tô ar

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bom e quando termina o vento a você

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desenvolver tô aí

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E o Vitor a + b é o vetor que começa em

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ar e termina em b conforme mostrado no

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desenho esse daqui é o nosso vetor soma

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que eu estou chamando e fiz pergunta

play05:23

vocês como é que agente faz para

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calcular agora um módulo tamanho DX

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Observe que nesse caso nós temos a

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formação de um triângulo retângulo onde

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nós sabemos o valor dos dois catetos

play05:33

esse daqui vale quatro e esse aqui Vale

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3 e eu quero descobrir qual é o valor da

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hipotenusa portanto não utilizar o

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teorema de Pitágoras x ao quadrado = 4

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ao quadrado + 3 ao quadrado x ao

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quadrado vai ser igual a 16 + 9 x ao

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quadrado = 25 x = raiz quadrada 5x = 5

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metros Esse é um modo que vejamos agora

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como é que seria a diferença de a e b

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o mesmo procedimento primeiro desenho

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ver o ar está Ele é bem ao terminal

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virtual Você vai desenhar agora quem o

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vetor menos bem Observe que ele tem

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sentido diferente é esse daqui o vetor

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menos ver e o vetor a menos bem com a

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nossa vetor diferença que estamos

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chamando de y é o vetor que comecem a e

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termina em B também vai ser dado por

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isso colocando os nomes aqui eu tenho

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feito ar aqui eu tenho vetor menos e

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esse aqui é o nosso vetor Y é o que eu

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tô diferença como você pode ver o módulo

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de Y também fale cinco metros uma vez

play06:50

que esse triângulo tem catetos iguais a

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um triângulo afetou os fios também outra

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regra chamada de regra do paralelogramo

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nesse caso você desenha o vetor a e o

play07:01

vetor B origens coincidentes conforme eu

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vou representar aqui

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e esse é o vetor a

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Oi e esse é o retorno para determinar o

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vetor resultante nós vamos traçar uma

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reta paralela ao ver tô ar e agora eu

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vou traçar uma reta paralela ao vetor

play07:20

mesmo Observe que essas retas paralelas

play07:22

eles se encontram nesse ponto o vetor

play07:25

resultante vai ser aquele que parte da

play07:27

origem comum de A e B e termina no

play07:30

encontro das retas paralelas esse é o

play07:33

nosso vetor sono é igual ao vetor a mais

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o vetor de Observe que tanto faz você

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utilizar a regra do paralelogramo Como

play07:43

utilizar a regra do polígono e para

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finalizarmos Vamos aprender a calcular o

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módulo da som ou subtração de dois

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vetores quando eles formarem um ângulo

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qualquer como é esse caso aqui que eu

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chamei de anos viu Alpha obter aqui

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nessa situação não dá para você aplicar

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o teorema de Pitágoras porque ele não

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forma um triângulo retângulo como a

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gente tinha visto por causa anterior

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Observe nesse caso aqui ó

play08:08

e nós temos a formação de um triângulo

play08:11

retângulo e aí sim você pode aplicar o

play08:14

teorema de Pitágoras então para esse

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tipo de problema nós temos a seguinte

play08:18

regrinha quando você quiser calcular a

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soma do vetor o ar com o bebê você vai

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utilizar essa fórmula Zinho aqui essa ao

play08:28

quadrado = ao quadrado mais B ao

play08:32

quadrado Mas duas vezes a vezes B vezes

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o cosseno do ângulo formado entre eles

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que no caso ali é Alpha Em contrapartida

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Quando você quiser calcular o vetor

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diferença a menos que você vai utilizar

play08:47

essa expressão aqui embaixo de ao

play08:51

quadrado = ao quadrado mais B ao

play08:54

quadrado menos observo sinal duas vezes

play08:57

a fez bebê ele ficou sinto algum formado

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entre eles ajudam na fixação é só você

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lembrar que na soma esse sinalzinho ele

play09:04

vai ser positivo e na diferença esses

play09:08

o que será negativa para exemplificar

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vamos dizer que nessa situação aqui em

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cima o vetor A e B representam forças e

play09:19

digamos então que o módulo do vetor a

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seja igual a 7 Newton janke Nilton a

play09:27

unidade de força e o módulo do vetor B

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seja igual a 8 mil tons digamos também

play09:33

que o ângulo Alfa entre a e b seja de

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60° pergunta Qual é o módulo do vetor

play09:38

resultante ou resolver esse problema

play09:41

utilizando a regra do paralelogramo

play09:43

então eu vou desenhar primeiro uma reta

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paralela o vetor B tá ela vem aqui e

play09:49

agora eu vou desenhar uma reta paralela

play09:50

ao retornar

play09:52

e o vetor resultante é aquele que parte

play09:55

da origem comum de A e B e termina não

play09:58

encontro das retas paralelas conforme

play10:00

representado aqui no nosso problema

play10:02

chamar é esse Beetle DF uma vez que nós

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estamos trabalhando com força então aqui

play10:08

é a força resultante Portanto quero

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descobrir quem é o módulo Thief como

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esse problema trata da adição de dois

play10:17

vetores eu vou utilizar essa nossa

play10:20

fórmula aqui embaixo dessa forma eu

play10:22

tenho que é ficar o quadrado vai ser

play10:24

igual ao módulo de ao quadrado 7 ao

play10:28

quadrado mas o módulo de B ao quadrado

play10:32

lá na mas Observe o sinalzinho duas

play10:37

vezes a que vale 7

play10:40

às vezes Bic Vale 8:00 x o cosseno do

play10:46

ângulo formado entre eles que não casa

play10:48

que é 60° eu tenho então quê efe ao

play10:52

quadrado vai ser igual a 49 mais 64 mais

play10:59

duas vezes 7 14 x 8 112 vezes o por seno

play11:05

de 60 Lembrando que cosseno de 60 = 0,5

play11:12

portanto vezes 0,5 F ao quadrado vai ser

play11:18

igual a 49 mais 64 mais 56 daí eu tenho

play11:26

que é fiel ao quadrado = 169

play11:31

e logo F vai ser igual à raiz quadrada e

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169 eu tenho que F = 13 mil a nossa aula

play11:42

de exercícios eu vou fazer mais

play11:44

problemas utilizando essa metodologia

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