Se observarmos as placas de ruas e estradas, algumas delas informam a velocidade com que os veículos devem trafegar nas vias. Mas como essa indicação é calculada?
Além da velocidade, tempo de corrida e espaço percorrido são outros dois termos muito comuns quando falamos em trânsito e também em pistas de atividades esportivas. Mas você sabe como obter os valores dessas variáveis?
Responderemos para você as questões que envolvem o assunto neste artigo, que apresenta um resumo da área da Física conhecida como cinemática, muito cobrada no Enem e vestibulares. Acompanhe a leitura!
A cinemática estuda o movimento dos corpos, indicando o deslocamento, a velocidade e a aceleração em cada instante. Porém, neste ramo da Física, não são consideradas a massa dos corpos nem as forças que são aplicadas sobre eles.
É possível, com base na cinemática, calcular a velocidade de um carro numa pista de corrida, saber quanto tempo falta para a chegada de um avião ao seu destino, identificar a aceleração média de um corredor durante um trajeto, entre outros exemplos.
A cinemática se divide em duas frentes: cinemática escalar e cinemática vetorial. A seguir, vamos conhecer as particularidades de cada uma.
A cinemática escalar é, geralmente, a primeira a ser aprendida, pois trata de movimentos que acontecem sem a necessidade de estimar a direção e o sentido. Em vista dessas condições, os cálculos se tornam mais simples.
Os conceitos que compreendem essa parte da cinemática são:
Já na cinemática vetorial, a direção e o sentido do movimento são considerados e, portanto, é preciso fazer uso dos vetores. Eles são os responsáveis por orientar os movimentos.
Em relação aos conceitos aprendidos, estes são, basicamente, os mesmos que os da cinemática escalar. Porém, os cálculos apresentam certas variações, já que incluem o deslocamento vetorial.
Essas duas áreas estudam o comportamento dos corpos em movimento. Porém, a diferença entre cinemática e dinâmica é que apenas a segunda considera a massa dos objetos e as forças que atuam sobre eles.
Assim, em exercícios de cinemática, os conceitos mais comuns são velocidade, deslocamento e aceleração. Já em exercícios de dinâmica, força, massa e aceleração são os elementos que se destacam.
Nesse sentido, a cinemática se preocupa em saber a velocidade média de um carro ou em quanto tempo dois ciclistas vão se encontrar, por exemplo. Já a dinâmica procura resolver questões como a força resultante que atua em um objeto ou a aceleração deste, levando em consideração a sua massa.
A partir de agora, nas próximas seções do artigo, vamos focar no estudo de cinemática escalar. Você aprenderá os conceitos e também as fórmulas para aplicar os cálculos.
Considere um corpo se movendo, como um carro, por exemplo. Ele se desloca em uma trajetória conhecida e sua posição inicial está indicada, a qual é definida como ‘O’. Digamos que ele se moveu de ‘O’ até o ponto ‘B’. Dessa forma, a trajetória entre o ponto de partida e o ponto onde o carro se encontra é conhecida como ‘espaço (S)’.
O ponto ‘0’ é denominado de origem dos espaços e o ‘espaço S’ é igual a zero. Nos demais pontos da trajetória, o espaço será positivo ou negativo, dependendo da orientação adotada para ela. A orientação adotada para o percurso chama-se ‘sentido da trajetória‘.
De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida do espaço é o metro (m).
Considere novamente o veículo do exemplo anterior. Se ele parte do ponto ‘S’ (posição de origem ou inicial) e, depois de um determinado período, chega ao ponto ‘S0’ (posição final), a variação do espaço, ou o deslocamento escalar (ΔS), no intervalo de tempo, é dado da seguinte maneira:
ΔS = S – S0
Dessa forma, quando o carro se move no sentido da trajetória, o deslocamento escalar vai ser maior que zero, pois a posição final é maior que a inicial. Porém, se o carro trafega no sentido oposto ao da trajetória, o deslocamento escalar vai ser menor que zero, pois a posição final é menor que a inicial.
Esse elemento indica a variação média do deslocamento em um certo intervalo de tempo (Δt). Por exemplo, se um cavalo começa a correr em ‘t1’ e só para em ‘t2’, o deslocamento do animal dividido pelo intervalo de tempo (t2 – t1) vai resultar na velocidade escalar média. Dessa forma, temos que:
vm = ΔS/Δt
Pelo SI, as unidades são:
Vamos praticar com um exemplo? Acompanhe:
Um atleta percorre 1.300 m em 210 segundos. Qual é a velocidade escalar média no trajeto?
Resolução:
O problema nos dá o deslocamento escalar e o intervalo de tempo. A partir disso, para a resolução, basta substituir os valores na fórmula e fazer o cálculo:
vm = ΔS/Δt
vm = 1300/210
vm = 6,2 m/s
Veja bem, isso não significa que, em toda a trajetória, o atleta correu nessa velocidade. Em determinados pontos, ele pode ter alcançado velocidade menor e, em outros, maior.
Por isso, dizemos que 6,2 m/s (metros por segundo) é a velocidade escalar média. Para saber a velocidade certa em um ponto específico da trajetória, é necessário conhecer a velocidade escalar instantânea.
Esse indicador está relacionado à variação média da velocidade em um período de tempo. Isso quer dizer que, se um automóvel possui uma aceleração escalar média de 2 m/s², a cada segundo, sua velocidade aumenta em 2 m/s.
Para calcular a aceleração escalar média, você precisará da seguinte fórmula:
am = Δv/Δt
Pelo SI, as unidades são:
O Movimento Uniforme (MU) acontece quando a velocidade escalar (v) é constante e diferente de zero. Sendo assim, não há aceleração.
Uma das fórmulas muito utilizadas para esse tipo de movimento, além das que já foram apresentadas sobre velocidade e deslocamento, é a equação horária do espaço:
S = S0 + v . t
Pelo SI, as unidades são:
O Movimento Uniformemente Variado (MUV) acontece quando a aceleração é constante e diferente de zero. Agora, diferente do MU, há a aceleração que faz com que as variações de velocidade escalar (Δv) sejam iguais em intervalos de tempo (Δt) iguais.
Sendo assim, temos a seguinte fórmula para a função horária da velocidade:
v = v0 + a . t
Pelo SI, as unidades são:
Já, para conseguir calcular o deslocamento, utilizamos a função horária do espaço:
S = S0 + v0 . t + (a . t²)/2
Pelo SI, as unidades são:
Perceba que essa fórmula é parecida com a da função horária do espaço do MU, porém esta possui a aceleração.
Portanto, a diferença de MU e MUV é que, o primeiro representa movimentos que não são acelerados. Já o segundo, os movimentos têm aceleração.
Ainda falando sobre MUV, quando o problema ou exercício não indica o tempo (t) é possível encontrar a velocidade final (v), a velocidade inicial (v0), o deslocamento (ΔS) ou a aceleração (a) por meio da fórmula de Torricelli:
v² = v0² + 2 . a . ΔS
Pelo SI, as unidades são:
Agora que você já entende o que é cinemática e conhece as principais aplicações da cinemática escalar, é hora de testar seus novos conhecimentos com a nossa lista de exercícios.
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