Cinemática- física

Introdução à Cinemática

Geralmente quando vamos fazer o estudo inicial de alguma disciplina, primeiramente procuramos saber do que ela trata, ou seja, qual a finalidade daquela matéria para nossas vidas, etc. Dessa forma, você pode estar se perguntando “Mas, afinal, o que é Física?”. Bem, uma forma cômoda de responder essa pergunta seria afirmamos: “Caro aluno, tudo o que você estudou até agora faz parte da Física”. A fim de completarmos essa afirmação, vamos a outra simples resposta:

“A Física estuda a natureza do Universo.”

A primeira parte da Física Clássica é denominada Mecânica. Esta é a parte da Física que estuda o movimento dos corpos, ou seja, é esta parte que procura responder questões como: o que é movimento? Como fazer para alterar o movimento de um corpo?, etc. Os objetos de estudo da Mecânica são divididos em cinemática, dinâmica e estática. Nosso objeto de estudo a princípio é a cinemática, que é a parte da Física que estuda o movimento de um corpo sem se preocupar com a causa desse movimento.

Movimento e Repouso

O que significa dizer que “um corpo está em movimento”? Em nossas experiências diárias não vemos dificuldades para responder essa pergunta. Se virmos, por exemplo, um poste na rua, diremos que ele está em repouso. Mas se virmos uma pessoa andando na rua, diremos que ela está em movimento. Segundo a Física, os conceitos de movimento e repouso são relativos, pois, para tal definição, devemos levar em consideração um referencial. Nesse caso, a definição correta de movimento e repouso é:

Um corpo estará em movimento sempre que mudar de posição, no decorrer do tempo, em relação a um referencial adotado; e em repouso, sempre que sua posição se mantiver a mesma (constante) no decorrer do tempo em relação ao referencial que foi adotado.

Referencial

Com a finalidade de tornar mais precisa a análise dos movimentos, podemos usar como referencial um sistema de coordenadas cartesianas, que provavelmente você viu nas aulas de Matemática. Adotando o sistema cartesiano, definimos referencial como sendo aquilo que serve de guia ou base.

Ponto material

Vamos considerar um trem de 200 m de comprimento e uma pessoa, ambos atravessando a mesma ponte de 800 m. O tamanho do pedestre é muito pequeno, comparado ao comprimento da ponte, portanto, analisando o movimento do pedestre, podemos desprezar seu tamanho, ou seja, suas dimensões, e considerá-lo como um ponto material. Portanto, definimos ponto material como sendo todo corpo cujas dimensões podem ser desprezadas em relação às distâncias que envolvem este corpo.

Móvel

Em Física dizemos móvel para qualquer corpo que muda de posição no decorrer do tempo, em relação a um determinado referencial adotado.

Trajetória

Trajetória nada mais é do que a linha formada por todos os pontos ocupados sucessivamente por um móvel. Exemplo: o rastro deixado no céu por um avião representa um caminho, ou seja, representa uma trajetória sendo descrita pelo avião.

Espaço

Espaço é definido com sendo a medida do comprimento da trajetória do corpo em movimento (móvel).

Deslocamento escalar

Deslocamento escalar é a medida da variação do espaço percorrido pelo móvel em um determinado intervalo de tempo.

CINEMÁTICA

Velocidade

A velocidade de um corpo é dada pela relação entre o deslocamento de um corpo em determinado tempo. Pode ser considerada a grandeza que mede o quão rápido um corpo se desloca.

A análise da velocidade se divide em dois principais tópicos: Velocidade Média e Velocidade Instantânea. É considerada uma grandeza vetorial, ou seja, tem um módulo (valor numérico), uma direção (Ex.: vertical, horizontal,...) e um sentido (Ex.: para frente, para cima, ...). Porém, para problemas elementares, onde há deslocamento apenas em uma direção, o chamado movimento unidimensional, convém tratá-la como um grandeza escalar (com apenar valor numérico).

As unidades de velocidade comumente adotadas são:

  m/s (metro por segundo);

  km/h (quilômetro por hora);

No Sistema Internacional (S.I.), 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, que é dada pela seguinte relação:

A partir daí, é possível extrair o seguinte fator de conversão:

Velocidade Média

Indica o quão rápido um objeto se desloca em um intervalo de tempo médio e é dada pela seguinte razão:

Onde:

   = Velocidade Média
  = Intervalo do deslocamento [posição final – posição inicial ( )]
  = Intervalo de tempo [tempo final – tempo inicial ( )]

Por exemplo:
Um carro se desloca de Florianópolis – SC a Curitiba – PR. Sabendo que a distância entre as duas cidades é de 300 km e que o percurso iniciou as 7 horas e terminou ao meio dia, calcule a velocidade média do carro durante a viagem:

  = (posição final) – (posição inicial)
  = (300 km) – (0 km)
  = 300 km
E que:
  = (tempo final) – (tempo inicial)
  = (12 h) – (7h)
  = 5 h

Então:

Mas, se você quiser saber qual a velocidade em m/s, basta dividir este resultado por 3,6 e terá:

Velocidade Instantânea

Sabendo o conceito de velocidade média, você pode se perguntar: “Mas o automóvel precisa andar todo o percurso a uma velocidade de 60km/h?”

A resposta é não, pois a velocidade média calcula a média da velocidade durante o percurso (embora não seja uma média ponderada, como por exemplo, as médias de uma prova).

Então, a velocidade que o velocímetro do carro mostra é a Velocidade Instantânea do carro, ou seja, a velocidade que o carro está no exato momento em que se olha para o velocímetro.

A velocidade instantânea de um móvel será encontrada quando se considerar um intervalo de tempo ( ) infinitamente pequeno, ou seja, quando o intervalo de tempo tender a zero ( ).