Conceitos Fundamentais da Mecânica
A finalidade da mecânica, em física, é o estudo dos movimentos dos corpos. A parte da mecânica que estuda os movimentos dos corpos sem se preocupar com o que causou o movimento é a cinemática.
Nesse resumo veremos alguns conceitos e grandezas da cinemática.
Movimento
Será que quando estamos em uma escada rolante sem darmos um passo sequer estamos parados ou em movimento?
Se adotarmos como referencial uma pessoa na mesma escada estamos parados, mas se adotarmos com referencial uma outra pessoa pessoa parada num andar, estamos em movimento.
Portanto, um corpo está em movimento quando sua posição muda durante um intervalo de tempo em relação a um referencial e está parado se sua posição é a mesma durante um intervalo de tempo em relação ao referencial.
Para você pensar!
Em relação ao Sol, tudo que está em nosso planeta está em movimento, não está?
Ponto Material
Na natureza não existe um corpo sem dimensões, isto é, sem tamanho; entretanto, o conceito de ponto material é muito útil. Um corpo pode ser considerado um ponto material quando seu tamanho não interfere no estudo do seu movimento; para isto ele não precisa ser pequeno.
Você já reparou que o tamanho de um avião é milhares de vezes menor que a distância que ele percorre? Podemos então considera-lo um ponto material para representa-lo e estudar seus movimentos.
Trajetória
Quando um corpo está em movimento é chamado de móvel; portanto, um móvel ocupa várias posições no decorrer do tempo, isto é, num certo instante ele ocupa uma posição, no instante seguinte, ele ocupa outra posição, e assim por diante. O conjunto de todas as posições ocupadas pelo móvel durante um certo intervalo de tempo é chamado de trajetória.
Os movimentos podem ser classificados de acordo com a trajetória: movimento retilíneo, seu sua trajetória for uma linha reta, movimento curvilíneo, se sua trajetória for circular, elíptica ou parabólica.
Posição
A posição de um móvel sobre uma trajetória conhecida depende da origem e da orientação da trajetória. Assim, cada posição ocupada na trajetória fica determinada por um número que indica sua distância até a origem.
Veja que a posição P2 é um número positivo e a posição P1, é um número negativo, e que para o móvel ir de P2 até P3 seu deslocamento foi de 20m, isto é,
P3 - P2 = 20m
{ P3 é o espaço final
onde
{ P2 é o espaço inicial
Portanto, deslocamento ou variação do espaço (Δs) é a diferença entre o espaço final Sf e o espaço inicial Si.
Δs = Sf - Si
Velocidade Média
Quando viajamos em um carro de uma cidade a outra, a velocidade do carro varia, mas podemos calcular a velocidade média do carro.
Supondo que tenha percorrido entre uma cidade a outra uma distancia de 150 km em 2h, sua velocidade média será:
Vm = ΔS
Δt
{ ΔS é o deslocamento
onde
{ Δt é o tempo gasto
Portanto: Vm = 150 = 75 km/h
2
Aceleração
am = 2,5 m/s²
a = Δv
Δt
{ Δv é a variação da velocidade
onde
{ Δt é o tempo gasto
Unidades
É muito importante mantermos uma coerência entre as unidades, isto é, não podemos misturar unidades. Se adotarmos o metro (m) como unidade de comprimento, temos de transformar todos os comprimentos do problema para metro.
Para a cinemática, as grandezas fundamentais são duas: comprimento e tempo.
No SI (Sistema Internacional)
comprimento → metro (m)
tempo → segundo (s)
velocidade → metro/segundo (m/s)
aceleração → metro/segundo ao quadrado (m/s²)
No CGS (Centímetro, Grama, Segundo)
comprimento → centímetro (cm)
tempo → segundo (s)
velocidade → centímetro/segundo (cm/s)
aceleração → centímetro/segundo ao quadrado (cm/s²)
Obs.: Nunca deixe de colocar unidade nas suas respostas.
Então, se você encontrar unidade de comprimento ou tempo que não convêm para o seu problema, é preciso transforma-las.
Veja os exemplos:
• 3,50km é igual a 3500m, pois 1km é igual a 1000m, então andamos três casas para a direita.
• 28m é igual a 2800cm, pois 1m é igual a 100cm, então andamos duas casas para a direita.
• 10min é igual a 600 segundos, pois 1 minuto é igual a 60s, então multiplicamos o número de minutos dado por 60.
• 2,5 horas é igual 9000 segundos, pois 1h tem 3600s, então temos de multiplicar o número de horas dado por 3600.
Agora transformando velocidade:
• 72 km/h para m/s
como: 72km é 72000m e 1h é 3600s
temos: 72km = 72000m = 20m/s
1h 3600s
Portanto, se temos uma velocidade em km/h e a queremos em m/s, basta dividir por 3,6.
Veja:
Movimento Retilíneo Uniforme
Quando um móvel percorre espaços iguais em tempos iguais, sua velocidade é constante.
O movimento pode ser classificado conforme sua velocidade; dizemos que é o movimento retilíneo uniforme (M.R.U) quando sua trajetória é uma linha reta e sua velocidade é constante. (Figura 1)
Se o movimento é a favor da trajetória, então a velocidade é positiva.
Movimento Retilíneo Uniformemente Variado
Na natureza, a maioria dos corpos em movimento estão em movimento do tipo variado, isto é, móvel percorre espaços iguais em tempos diferentes; então sua velocidade está variando, isto é, ele tem uma aceleração.
Quando a trajetória do móvel é uma linha reta e sua velocidade varia no decorrer do tempo, dizemos que o móvel está em movimento retilíneo uniformemente variado.
Se o móvel percorrer espaços iguais em tempos sucessivamente menores, então sua velocidade está aumentando, mas se o móvel percorrer espaços iguais em tempos sucessivamente maiores, sua velocidade está diminuindo.
Um movimento variado é chamado de acelerado quando a intensidade de sua velocidade aumenta, e é chamado de retardado quando a intensidade de sua velocidade diminui.
Queda Livre
Queda livre é um exemplo de movimento retilíneo uniformemente acelerado. Para conseguir esse movimento basta abandonar um corpo de uma certa altura e desprezar a resistência do ar, então o corpo cai na direção vertical e com aceleração da gravidade (g).
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