“A gravidade explica os movimentos dos
planetas, mas não pode explicar quem colocou os planetas em movimento. Deus
governa todas as coisas e sabe tudo que é ou que pode ser feito.”Isaac Newtonde explicar quem colocou os
FÍSICA
AULAS 1 E 2
ØCONCEITOS BÁSICOS DA CINEMÁTICA
- MECÂNICA
- Área da
Física que estuda os movimentos.
Foi dividida
em:
CINEMÁTICA: estuda o
movimento dos corpos sem enfocar sua causa, procurando investigar o que está
acontecendo durante esse movimento: posição, tempo, velocidade, etc.
DINÂMICA: procura investigar suas causas, ou seja, o
porquê de um movimento estar ocorrendo.
-O primeiro
cientista a se dedicar ao estudo da Mecânica foi Galileu Galilei , embora
Aristóteles (384 a.C.) filósofo grego, já tivesse feito algumas observações a
respeito dos movimentos dos astros e da queda de corpos.
-Seus estudos
tiveram continuidade com Isaac Newton, que por coincidência nasceu no ano da
morte do Galileu (1642-1727).
CINEMÁTICA:
É a parte da Física, dentro da
Mecânica, que estuda as consequências dos movimentos dos corpos, tais como deslocamento,
velocidade, aceleração e tempo gasto.
Para compreendermos essas consequências
precisamos, antes, conhecer alguns conceitos básicos. São eles:
- Móvel - Trajetória - Referencial - Ponto Material - Movimento - Corpo Extenso - Repouso - Posição e Deslocamento
MÓVEL:
É qualquer corpo que pode se movimentar
em relação a um referencial adotado. Por exemplo: um automóvel em relação à
Terra. É importante salientar que um móvel não é um objeto que efetivamente se
desloque, ou seja, que não esteja fixo no chão.
Fisicamente, qualquer coisa pode ser
considerada como móvel. Por exemplo: o prédio dessa escola está em movimento em
relação à Lua, portanto o prédio, apesar de estar fixo no solo, pode ser
considerado um móvel.
REFERENCIAL:
O estudo do movimento de um corpo
depende sempre do referencial escolhido. Chamamos de referencial a todo ponto
que adotamos como referência para estudar o movimento dos corpos. Podemos
associar esse ponto a um corpo ou local do espaço. Em princípio podemos adotar
qualquer referencial para descrever um movimento.
Para definirmos se um móvel está ou não
em movimento precisamos comparar sua posição com a posição de um referencial.
Não há como saber se um corpo está ou
não em movimento se não houver um ponto de referência para a comparação. Esse
ponto de referência é chamado simplesmente de referencial.
Por exemplo: a Terra está em movimento
em relação ao Sol (nesse caso, a Terra é o móvel e o Sol é o referencial
adotado).
Quando dois referenciais não aceleram
nem giram um em relação ao outro, são chamados de referenciais inerciais. Caso
contrário, serão chamados de referenciais não inerciais.
Quando a situação não especificar o
referencial a ser utilizado, considere sempre a Terra ou o solo. Por exemplo,
se em uma situação genérica for feita uma afirmação do tipo “um corpo se
movimenta com velocidade de 80 km/h”, considere que essa velocidade é medida em
relação à Terra ou ao solo.
MOVIMENTO E
REPOUSO:
Um corpo está em movimento quando sua posição mudar, com o
decorrer do tempo, em relação ao referencial adotado. Por exemplo: um carro com
velocidade de 80 km/h está em movimento em relação a um poste fixo na rua, pois
a posição do carro em relação ao poste varia com o passar do tempo.
Um corpo está em repouso quando sua posição não mudar, no
decorrer do tempo, em relação ao referencial adotado. Por exemplo: uma pessoa
sentada no banco de um veículo que se movimenta com velocidade de 80 km/h está
em repouso em relação ao banco em que está sentada, pois a sua posição não
varia em relação ao banco com o passar do tempo.
Observe que os conceitos de repouso e
de movimento são relativos a um referencial adotado. Note ainda que é possível
o mesmo objeto estar em repouso e em movimento ao mesmo tempo, basta
considerarmos referenciais diferentes.
Por exemplo: considere uma pessoa
sentada na poltrona de um avião que está em pleno vôo. Podemos dizer que a
pessoa está em repouso em relação às poltronas do avião, por outro lado,
podemos dizer também que ela está em movimento em relação ao solo.
PORTANTO, NÃO EXISTE MOVIMENTO OU REPOUSO ABSOLUTO.
TRAJETÓRIA
A trajetória mostra o caminho pelo qual
um móvel irá passar ou o caminho no qual ele passou à partir do momento em que
entrou em movimento em relação a um referencial.
Num mesmo movimento, adotando-se
referenciais diferentes podemos encontrar trajetórias diferentes.
Por exemplo: um avião em movimento
retilíneo e com velocidade constante abandona uma bomba. Desprezando-se o
efeito da resistência do ar, a trajetória dessa bomba será retilínea para um
observador localizado no interior do avião e parabólica para um observador em
repouso na Terra.
À medida que a bomba cai o avião se desloca para frente.
Assim, se uma pessoa dentro do avião olhar para baixo verá a bomba cair em
linha reta, ao passo que um observador parado no chão verá a bomba cair em
forma de um arco parabólico.
PONTO MATERIAL:
Um corpo é considerado como um ponto material quando as suas
dimensões forem desprezíveis em relação à sua trajetória ou ao local onde ele
se encontra.
CORPO
EXTENSO:
Um corpo é considerado como um corpo extenso quando as suas
dimensões não forem desprezíveis em relação à sua trajetória ou ao local onde
ele se encontra.
Por exemplo: um carro. Se o local de referência for a garagem
de sua casa, ele será um corpo extenso. Se o local de referência for a extensão
da rodovia Anhanguera, ele será um ponto material.
ESPAÇO OU POSIÇÃO (S):
Chamamos de posição ao local ocupado pelo corpo em relação a
um dado referencial, num dado instante.
É um número associado à posição do móvel na trajetória. Ele
não diz se o móvel está em movimento ou em repouso e nem quanto o móvel se
deslocou, ou mesmo se foi à favor ou contra a trajetória.
A única informação concreta dada pela
posição S de um móvel é, a que distância o móvel se encontra da origem dos
espaços naquele instante. A origem dos espaços é sempre dado por S = 0.
Se um veículo está no km 37 da Rodovia
Cândido Portinari, não sabemos em que sentido ele está se movendo ou mesmo se
ele está em movimento, pois ele pode inclusive estar parado.
A única informação real que a posição S
nos dá é de fato onde o veículo se encontra naquele exato momento. E essa
posição é sempre tomada com referência à origem da trajetória, ou seja, o marco
quilométrico zero (S = 0).
DESLOCAMENTO ESCALAR (DS):
O deslocamento escalar é a variação de posição sofrida por um
móvel sobre uma trajetória. Trata-se de uma simples comparação entre a posição
final e a posição inicial do móvel em um trajeto qualquer.
Para calcularmos o deslocamento escalar
de um móvel não nos preocupamos com o trajeto do móvel, ou seja, não nos
interessa por onde o móvel passou, só nos interessa o lugar onde ele começou
(posição inicial) e o lugar onde ele terminou (posição final).
O deslocamento escalar corresponde à diferença entre a
posição final e a posição inicial do móvel, no intervalo de tempo (pontos)
escolhido.
DESLOCAMENTO
ESCALAR (D
S):
DS = S – So
DS = Deslocamento escalar
S = Posição final do móvel
S0 = Posição
inicial do móvel
É importante ressaltar que deslocamento escalar e distância percorrida são
conceitos diferentes. Enquanto o deslocamento escalar é uma simples comparação
entre a posição inicial e a posição final, a distância percorrida é a soma de
todos os espaços percorridos pelo móvel.
Exemplo:
Considere a trajetória dada na figura abaixo. Em cada item a
seguir determine o deslocamento escalar e a distância percorrida:
Essa trajetória está numerada de um em um metro. A origem da
trajetória é o marco zero. A trajetória é orientada positivamente para a
direita. As posições dos pontos são as seguintes:
SA = – 7m SB = –
3m SC = 0
(está na origem)
SD = + 2m SE = +
6m
a) Trajeto ABD:
Nesse caso o móvel saiu da posição A,
foi até a posição B e em seguida dirigiu-se à posição D.
Deslocamento
Escalar:
DS =
S – S0 = SD – SA = 2 – ( – 7) = 9 m
Distância
Percorrida:
Entre A e B, o móvel andou 4m. Entre B
e D, andou 5m. Portanto: Distância percorrida = 9 m
b) Trajeto BED:
Nesse caso o móvel saiu da posição B,
foi até a posição E e em
seguida dirigiu-se à posição D.
Deslocamento
Escalar:
DS =
S – S0 = SD – SB = 2 – ( – 3) = 5 m
Distância
Percorrida:
Entre B e E, o móvel andou 9m. Entre E e D, andou 4m. Portanto: Distância
percorrida = 13 m
c) Trajeto EAB:
Nesse caso o móvel saiu da posição E,
foi até a posição A e em seguida dirigiu-se à posição B.
Deslocamento
Escalar:
DS =
S – S0 = SB – SE = – 3 – 6 = – 9 m
Distância
Percorrida:
Entre E e A, o móvel andou 13m. Entre A e B, andou 4m. Portanto:
Distância percorrida = 17 m
Nesse caso o móvel saiu da posição A, foi até a posição B e
em seguida dirigiu-se novamente à posição A.
Deslocamento
Escalar:
DS =
S – S0 = SA – SA = – 7 – (– 7) = 0 m
Distância
Percorrida:
Entre A e B, o móvel andou 4m. Entre B
e A, andou 4m. Portanto: Distância percorrida = 8 m
OBSERVAÇÕES
IMPORTANTES:
- O deslocamento escalar será positivo quando o móvel se
deslocar mais no sentido positivo do que no sentido negativo da trajetória;
- O deslocamento escalar será negativo
quando o móvel se deslocar mais no sentido negativo do que no sentido positivo
da trajetória;
- O deslocamento escalar será nulo em
duas situações: quando o móvel permanecer em repouso e quando ele retornar à
posição inicial;
- A distância percorrida somente será igual ao deslocamento
escalar em duas situações: quando o móvel permanecer em repouso e quando o
móvel caminhar somente no sentido positivo da trajetória, sem voltar.
VELOCIDADE
ESCALAR MÉDIA:
É a relação entre o deslocamento escalar e o tempo gasto na
sua realização. Pode ser dada em m/s, km/h, cm/s etc. A velocidade escalar
média não depende da forma da trajetória (retilínea ou curvilínea). Só depende
das condições no início e no final do movimento considerado, e do tempo gasto
na sua realização. Matematicamente podemos calcular a velocidade média pela
seguinte expressão:
Vm = Velocidade escalar média
DS = Deslocamento escalar
Dt = Tempo gasto
Observe que a velocidade escalar média é dada pela razão
entre o deslocamento escalar e o intervalo de tempo, e não como usamos no
cotidiano, fazendo a razão entre a distância efetivamente percorrida e o
intervalo de tempo.
Isso significa que a velocidade média pode ser positiva,
negativa ou mesmo nula, pois depende do valor do deslocamento escalar. Assim:
DS > 0, então Vm > 0. O móvel se desloca a favor da orientação da trajetória. Movimento
Progressivo.
DS < 0, então Vm < 0. O
móvel se desloca contra a orientação da trajetória. Movimento
Retrógrado
.
DS = 0, então Vm = 0. O móvel permaneceu parado ou o móvel se deslocou e retornou
ao ponto inicial.
IMPORTANTE:
No Sistema Internacional de Unidades (SI) a unidade de
velocidade é m/s (metros por segundo). Entretanto, estamos mais acostumados a
utilizar o km/h (quilômetros por hora). Então, é importante saber transformar
de uma unidade para a outra. Para fazer esta transformação adotamos a seguinte
regra:
Km/h
x 3,6
m/s
¸ 3,6
Por exemplo:
72 km/h = 20 m/s (dividir 72 por 3,6)
30 m/s = 108 km/h (multiplicar 30 por 3,6)
planetas em movimento. Deus
governa todas as coisas e sabe tudo que é ou que pode ser fei
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