A Cinemática é a parte da Mecânica que estuda os movimentos sem que haja preocupação com suas origens. Alguns conceitos de Cinemática são muito importantes para a correta compreensão de fenômenos físicos e pleno entendimento da forma de se construir o raciocínio necessário para a resolução de problemas. Show
♦ Conceitos de cinemática: → Referencial: O referencial é o corpo a partir do qual as observações dos fenômenos são feitas. Como exemplo, podemos imaginar que os passageiros dentro de um carro, tomando o veículo por referencial, estarão em repouso; mas tomando um ponto fixo fora do carro, todos os passageiros estarão em movimento. → Movimento e repouso: A partir da concepção de referencial, podemos entender que movimento e repouso são conceitos relativos, pois o que está em movimento para um observador em determinado referencial pode estar em repouso para outro observador e vice-versa. Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) Se a Terra for tomada como referencial, podemos dizer que os prédios, as cidades, os países, tudo está em repouso. Porém, se o Sol for tomado por referencial, a Terra e tudo sobre a sua superfície possuem movimentos de rotação e translação. → Trajetória: é o caminho feito por um corpo que se movimenta em relação a um referencial. Esse conceito também é relativo, pois dois referenciais diferentes podem ter visões diferentes de um mesmo movimento. Imagine que uma aeronave libere uma carga com suprimentos em pleno voo. A imagem abaixo mostra as trajetórias da carga vistas por um observador dentro da aeronave e por alguém no solo. Para um passageiro na aeronave, a trajetória da carga é retilínea; mas para alguém no solo, a trajetória é uma curva, pois a carga acompanha a aeronave. Um referencial é o corpo ou lugar a partir do qual as observações de fenômenos diversos são feitas. Ao mudar o referencial, a percepção dos fenômenos também muda. O referencial pode ser entendido como o ponto de vista de um observador colocado em determinado lugar no espaço. Relação entre Movimento e Referencial Só podemos dizer que um objeto está em movimento ou não a partir de um referencial. É possível que um corpo esteja em movimento para um observador e parado para outro. O movimento e o repouso dependem do referencial! Relação entre Movimento e Trajetória O referencial também define o tipo de trajetória de objetos em movimento. Imagine que agora você está parado em uma rua qualquer quando vê um objeto caindo de um carro em movimento. A sua visão da trajetória feita pelo objeto é diferente da visão do motorista. Enquanto você vê um caminho em formato de parábola, o motorista vê o objeto caindo em linha reta. Referencial inercial Um referencial é denominado de inercial se para ele as leis de Newton forem válidas. Referenciais inerciais devem estar em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Se tomarmos o interior de uma aeronave no momento da aceleração da decolagem como referência para observação de fenômenos, as análises feitas estariam comprometidas, pois, em movimento acelerado ou de rotação, o referencial é considerado não inercial. O que define um movimentoA cinemática é o ramo da física que estuda o movimento dos corpos em geral – tanto de um atleta que corre, nada ou salta quanto de um foguete que deixa a superfície da Terra, ou de um corpo que circula em órbita do planeta. A cinemática não se preocupa com a causa do movimento, apenas com o movimento em si. Com ela somos capazes de determinar a posição, a velocidade e a aceleração do corpo no decorrer do tempo. Neste capítulo, você conhece os conceitos básicos com que lida a cinemática. REFERENCIALImagine que você esteja viajando em um trem. Você está em repouso ou em movimento? Se essa pergunta é feita a uma pessoa que se encontra parada ao lado da estrada de ferro, você está em movimento. Porém, se a mesma pergunta se dirige a outro passageiro do mesmo trem, você está em repouso. Ou seja, a noção de movimento ou repouso de certo objeto móvel não depende apenas do objeto, mas do corpo que adotamos como referência do movimento. Tal corpo que utilizamos para analisar se o móvel está ou não em movimento chamamos de referencial ou sistema de referência. Dizemos que um móvel qualquer está parado ou em repouso quando sua posição não varia em relação a determinado referencial. O objeto móvel está em movimento quando sua posição varia em relação a determinado referencial. Um mesmo objeto pode estar em repouso em relação a um referencial e em movimento em relação a outro. O termo “em relação”, repetido nas frases acima, indica que o movimento é relativo: suas medidas dependem dos referenciais adotados. DIMENSÕES DO CORPOO tamanho de um corpo em relação às demais dimensões envolvidas no movimento pode ser importante para os cálculos. Quando não podemos desprezar as dimensões do corpo em relação às demais dimensões, dizemos que esse é um corpo extenso. É o caso de um trem de 50 metros de comprimento que se desloca por 100 metros. Em outros casos, as dimensões do corpo estudado são tão menores que as demais dimensões envolvidas no movimento que podemos tratar o corpo como um ponto material. A Estação Espacial Internacional (ISS) é um exemplo de ponto material. A ISS é grande – tem cerca de 100 metros de ponta a ponta. Mas fica minúscula se comparada ao percurso de dezenas de milhares de quilômetros que faz em torno da Terra. O PONTUAL E O EXTENSO. A estação espacial é um ponto se comparada à sua trajetória ao redor da Terra. Já um automóvel que manobra em poucos metros não pode ter suas dimensões desprezadas.CENTRO DE MASSAPodemos explicar os movimentos de um corpo extenso e as forças que atuam sobre ele utilizando o conceito de centro de massa (CM) – o ponto no qual se considera que toda a massa do corpo esteja concentrada. O CM se movimenta como se todas as forças externas que atuam sobre o corpo fossem aplicadas sobre ele. No caso de um corpo rígido e homogêneo – ou seja, que não se deforma e que é constituído de um mesmo material e com a massa distribuída de maneira uniforme –, o CM coincide com o centro de gravidade (CG) – aquele no qual a força peso está concentrada. E, em corpos de formato regular, ambos coincidem com o centro geométrico. Veja: Uma folha de papel pode ser considerada um corpo bidimensional. Nesse caso, o CM e o CG ficam no centro geométrico do retângulo. Num corpo tridimensional, rígido e homogêneo, como um dado não viciado, o CM coincide com o CG, exatamente no centro do cubo. O CM pode estar fora do corpo e, ainda assim, coincidir com o CG. TRAJETÓRIADizer que o movimento de um corpo é relativo implica dizer que sua trajetória é relativa, ou seja, o caminho percorrido pelo corpo em determinado tipo de movimento depende do referencial adotado. Para estudar um corpo que descreve uma trajetória em relação a determinado referencial escolhemos uma origem, ou seja, um ponto a partir do qual as posições ocupadas pelo corpo serão registradas e contadas. Definimos, em seguida, um sentido para essa trajetória. Assim, podemos identificar o sentido em que as posições ocupadas pelo corpo crescem ou diminuem (veja o quadro Como a posição muda, ao lado). DESLOCAMENTO ESCALARAo se deslocar, um corpo assume diferentes posições ao longo da trajetória. Essa variação de posições é chamada deslocamento escalar (ΔS). A medida do deslocamento escalar é obtida pela diferença entre a posição final e a posição inicial de um corpo após percorrer um trecho qualquer. Matematicamente: Na figura Como a posição muda, ao lado, o objeto que parte do ponto B e ao final do percurso atinge o ponto C tem deslocamento escalar dado pela expressão: Mas, se o móvel partir do ponto C e atingir ao final da viagem o ponto A, seu deslocamento será de: Repare que o deslocamento, neste caso, é negativo. Isso indica que o percurso foi realizado no sentido contrário ao adotado como positivo na trajetória. TIPOS DE MOVIMENTOUm movimento é classificado conforme seu deslocamento ao longo da trajetória. Movimentos progressivos são aqueles nos quais o deslocamento se dá no sentido adotado como positivo na trajetória. Assim, num movimento progressivo, o deslocamento escalar de um corpo é positivo. Movimentos retrógrados são aqueles cujo deslocamento acontece no sentido inverso ao adotado como positivo na trajetória. Num movimento retrógrado, o deslocamento escalar de um corpo é negativo. VELOCIDADE ESCALAR MÉDIAÉ a razão entre o deslocamento escalar (∆S) descrito por um corpo e o intervalo de tempo (∆t) gasto nesse deslocamento. Ou seja, é a variação da posição ocupada por um corpo em determinada trajetória no decorrer do tempo. Matematicamente: Os corpos que descrevem movimentos progressivos apresentam velocidades positivas (v > 0), enquanto corpos que descrevem movimentos retrógrados apresentam velocidades negativas ACELERAÇÃO ESCALAR MÉDIAÉ a
medida da variação da velocidade do corpo em certo intervalo de tempo. Matematicamente: A aceleração de um móvel pode ser entendida como a velocidade com que varia a sua velocidade. No S.I., a unidade de medida utilizada para a aceleração é m/s2. GRANDEZAS ESCALARES E VETORIAISAlgumas grandezas necessitam apenas de seu valor absoluto para ser caracterizadas. São as grandezas escalares, como tempo, volume e massa. Outras grandezas exigem que sejam defnidos também sua direção e seu sentido. Essas são grandezas vetoriais – aquelas nas quais um vetor indica a intensidade, a direção e o sentido. São grandezas vetoriais a velocidade, a aceleração e a força, por exemplo. Veja abaixo como é indicada a velocidade de um objeto: Módulo é a medida pura do comprimento do vetor (indica a intensidade da velocidade) Direção é dada pela direção da reta suporte em que o vetor se encontra Sentido é definido pela ponta da seta SOMA DE VETORESAs grandezas escalares podem ser somadas algebricamente: num bolo, 1 kg de açúcar mais 2 kg de farinha resultam em 3 kg de ingredientes. Mas a soma vetorial precisa considerar, além do módulo, a direção e o sentido dos vetores. Existem dois métodos geométricos para a adição de vetores. O primeiro, o método da poligonal. Nele, a origem do segundo vetor coincide com a extremidade (ponta da fecha) do primeiro vetor. O vetor soma (ou resultante) é o vetor que fecha o polígono, com origem no mesmo ponto de origem do primeiro vetor. A mesma ideia pode ser usada para a soma de mais de dois vetores. Veja: O segundo método para somarmos vetores, dois a dois, é o do paralelogramo: fazemos coincidir as origens dos dois vetores e construímos um paralelogramo. O vetor soma é a diagonal do paralelogramo cuja origem coincide com a dos dois vetores. Veja: SOMA DE VETORESNesta trajetória, todas as posições são definidas a partir do ponto B, e o sentido adotado é da esquerda para a direita. Deslocamento escalar e distância percorrida são grandezas diferentes. Veja a comparação das duas para um objeto que sai do ponto A, segue até o ponto C e volta para o ponto B. A distância percorrida é a soma de todos os trechos percorridos, não importando o sentido da viagem. Então: CONVERSÃO DE ESCALASPara converter quilômetros por hora (km/h) em metros por segundo (m/s), basta transformar cada uma das unidades: – 1 km = 1 000 m – 1 hora tem 60 minutos, cada um deles com 60 segundos. Então, 1 h = 60 s . 60 s = 3 600 s Assim, Para transformar m/s em km/h, é só fazer o raciocínio inverso: Um automóvel parte de uma cidade localizada no quilômetro 100 de uma estrada, às 10 horas. E chega à cidade vizinha, no quilômetro 244, às 12 horas. A velocidade média do automóvel no trajeto percorrido foi de: Um objeto que apresenta uma aceleração de 2 m/s2 tem a intensidade de sua velocidade aumentada em 2 m/s a cada segundo. Já um objeto que apresenta uma aceleração negativa, por exemplo, –3 m/s2, tem a intensidade de sua velocidade diminuída em 3 m/s a cada segundo. O que significa dizer que o movimento ou repouso depende do referencial?Dizemos que um móvel qualquer está parado ou em repouso quando sua posição não varia em relação a determinado referencial. O objeto móvel está em movimento quando sua posição varia em relação a determinado referencial. Um mesmo objeto pode estar em repouso em relação a um referencial e em movimento em relação a outro.
Por que o movimento depende do referencial?Trata-se do corpo a partir do qual as observações de fenômenos são feitas. O movimento e o repouso dependem de um referencial. Um referencial é o corpo ou lugar a partir do qual as observações de fenômenos diversos são feitas. Ao mudar o referencial, a percepção dos fenômenos também muda.
O que significa dizer que um determinado evento físico depende do referencial?Quando escolhemos um observador para a determinação e identificação do estado de repouso ou movimento de um corpo, estamos estabelecendo o referencial ou o sistema de referências em que um evento será analisado. Conclui-se que movimento e repouso são relativos, ou seja, dependem do sistema de referência adotado.
Qual a relação do movimento com o referencial?Relação entre Movimento e Referencial
Só podemos dizer que um objeto está em movimento ou não a partir de um referencial. É possível que um corpo esteja em movimento para um observador e parado para outro. O movimento e o repouso dependem do referencial!
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