Aprenda os conceitos básicos de mecânica cinemática
Por EdiCase Educação
Publicado às 11/02/2024 14:44:22A mecânica cinemática compreende os estudos sobre o momento em que o corpo inicia um movimento, sem levar em conta o motivo que o causou. Dentro dessa temática, são analisados diversos critérios, como velocidade, velocidade média, movimento uniforme e movimento uniforme variado. A seguir, confira uma breve explicação sobre cada um desses pontos.
Velocidade
A velocidade do corpo é a relação entre o deslocamento em determinado tempo. Pode ser considerada a grandeza que mede a rapidez de deslocamento de um corpo. É uma grandeza vetorial, ou seja, tem um módulo (valor numérico), uma direção (vertical, horizontal…) e um sentido (para frente, para cima, para direita, para o norte…).
As unidades de velocidade comumente adotadas são m/s (metro por segundo) ou km/h (quilômetro por hora). No Sistema Internacional (SI), a unidade padrão de velocidade é o m/s. Por isso, é importante saber efetuar a conversão entre o km/h e o m/s, dado pela seguinte relação:
Daí tiramos o fator de conversão: m/s = 3,6 km/h.
Velocidade Média (Vm)
A velocidade média indica o quão rápido um objeto se desloca em um intervalo de tempo médio (Δt). Ela é dada pela seguinte razão:
Vm = Δs / Δt
Onde: Vm = Velocidade Média
Δs = Espaço do deslocamento (posição final – posição inicial ou s final – s inicial)
Δt = Intervalo de tempo (tempo final – tempo inicial ou t final – t inicial)
Exemplo: Um carro se desloca de São Paulo/Capital até São Simão. Sabendo que a distância entre as duas cidades é de 300 km e que o percurso iniciou às 7 horas da manhã e terminou ao meio-dia, calcule a velocidade média do carro durante a viagem:
Δs = posição final – posição inicial
Δs = (300 km) – (0 km)
Δs = 300 km.
Δt = tempo final – tempo inicial
Δt = (12 h) – (7 h)
Δt = 5 h
Movimento Uniforme (MU)
Quando um móvel se desloca com uma velocidade constante, dizemos que este móvel está em um movimento uniforme (MU). A equação horária do espaço (s) pode ser demonstrada a partir da fórmula de velocidade média: s final = s inicial + v. Δt
Exemplo: Um tiro é disparado contra um alvo preso a uma grande parede capaz de refletir o som. O eco do disparo é ouvido 2,5 segundos depois do momento do golpe. Considerando a velocidade do som, que é 340 m/s, qual deve ser a distância entre o atirador e a parede?
Dados: Δt = 2,5 s e Vm = 340 m/s
Aplicamos a equação horária do espaço (s final – s inicial + v. Δt), mas o eco só será ouvido quando o som ir e voltar da parede. Então s final = 2S. Não confunda o “S” que simboliza o deslocamento do espaço do “s” que simboliza o espaço/tempo.
Movimento progressivo
Quando um corpo se desloca em um sentido que coincide com a orientação da trajetória, ou seja, para frente: v > 0 e Δs > 0.
Movimento retrógrado
Quando um corpo se desloca em um sentido contrário ao sentido da orientação da trajetória, ou seja, para trás: v < 0 e Δs < 0.
Velocidade relativa
É a velocidade de um móvel em relação a outro móvel referencial.
Movimento retilíneo uniforme (MRU)
Um corpo se desloca com velocidade constante em trajetória reta. Variações de espaços iguais em intervalos de tempos iguais.
Movimento Uniformemente Variado (MUV)
É um movimento em que há variação de velocidade, ou seja, o móvel sofre aceleração (α) à medida que o tempo passa. Se essa variação de velocidade for sempre igual em intervalos de tempos iguais, então dizemos que este é um Movimento Uniformemente Variado/Acelerado, ou seja, tem aceleração constante e diferente de zero. A aceleração (α) média pode ser entendida a razão da variação da velocidade (ΔV) pela variação do tempo (Δt).
Movimento acelerado
O valor da aceleração possui o mesmo sinal de velocidade. α e v possuem o mesmo sinal. A velocidade aumenta.
Movimento retardado
O valor da aceleração possui sinal contrário ao da velocidade. α e v possuem sinais contrários. A velocidade diminui.
Com a equação horária da posição MUV podemos fazer previsões de como o movimento se comportará em um valor de tempo qualquer.
S = S₀ + V₀ * t + (1/2) * α * t²
Onde: S = posição final do corpo
S₀ = posição inicial do corpo
V₀ = velocidade inicial do corpo
α = aceleração
t = tempo
Equação de Torricelli
É usada quando se conhece apenas os valores da velocidade e da distância percorrida.
Exemplo: Uma bala que se move a uma velocidade escalar de 200 m/s, ao penetrar em um bloco de madeira fixo sobre um muro, é desacelerada até parar. Qual é o tempo que a bala levou em movimento dentro do bloco, se a distância total percorrida em seu interior foi igual a 10 cm?
Observação: Apesar de o problema pedir o tempo que a bala levou, para qualquer uma das funções horárias, precisamos ter a aceleração. Devemos usar a Equação de Torricelli para calculá-la.
As unidades foram passadas para o Sistema Internacional “SI” (10 cm = 0,1 m).
Agora, é possível calcular o tempo.
Por Tao Consult