Aprenda os conceitos básicos de mecânica cinemática

6 de fevereiro de 2024

A mecânica cinemática compreende os estudos sobre o momento em que o corpo inicia um movimento, sem levar em conta o motivo que o causou. Dentro dessa temática, são analisados diversos critérios, como velocidade, velocidade média, movimento uniforme e movimento uniforme variado. A seguir, confira uma breve explicação sobre cada um desses pontos.

Velocidade

A velocidade do corpo é a relação entre o deslocamento em determinado tempo. Pode ser considerada a grandeza que mede a rapidez de deslocamento de um corpo. É uma grandeza vetorial, ou seja, tem um módulo (valor numérico), uma direção (vertical, horizontal…) e um sentido (para frente, para cima, para direita, para o norte…).

As unidades de velocidade comumente adotadas são m/s (metro por segundo) ou km/h (quilômetro por hora). No Sistema Internacional (SI), 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, dado pela seguinte relação:

Daí tiramos o fator de conversão: m/s = 3,6 km/h.

Velocidade Média (Vm)

A velocidade média indica o quão rápido um objeto se desloca em um intervalo de tempo médio (Δt). Ela é dada pela seguinte razão:

Vm = Δs / Δt

Onde: Vm = Velocidade Média

Δs = Espaço do deslocamento (posição final – posição inicial ou s final – s inicial)

Δt = Intervalo de tempo (tempo final – tempo inicial ou t final – t inicial)

Exemplo: Um carro se desloca de São Paulo/Capital até São Simão. Sabendo que a distância entre as duas cidades é de 300 km e que o percurso iniciou às 7 horas da manhã e terminou ao meio-dia, calcule a velocidade média do carro durante a viagem:

Δs = posição final – posição inicial

Δs = (300 km) – (0 km)

Δs = 300 km.

Δt = tempo final – tempo inicial

Δt = (12 h) – (7 h)

Δt = 5 h

Movimento Uniforme (MU)

Quando um móvel se desloca com uma velocidade constante, dizemos que este móvel está em um movimento uniforme (MU). A equação horária do espaço (s) pode ser demonstrada a partir da fórmula de velocidade média: s final = s inicial + v. Δt

Exemplo: Um tiro é disparado contra um alvo preso a uma grande parede capaz de refletir o som. O eco do disparo é ouvido 2,5 segundos depois do momento do golpe. Considerando a velocidade do som, que é 340 m/s, qual deve ser a distância entre o atirador e a parede?

Dados: Δt = 2,5 s e Vm = 340 m/s

Aplicamos a equação horária do espaço (s final – s inicial + v. Δt), mas o eco só será ouvido quando o som ir e voltar da parede. Então s final = 2S. Não confunda o “S” que simboliza o deslocamento do espaço do “s” que simboliza o espaço/tempo.

Movimento progressivo

Quando um corpo se desloca em um sentido que coincide com a orientação da trajetória, ou seja, para frente: v > 0 e Δs > 0.

Movimento retrógrado

Quando um corpo se desloca em um sentido contrário ao sentido da orientação da trajetória, ou seja, para trás: v < 0 e Δs < 0.

Velocidade relativa

É a velocidade de um móvel em relação a outro móvel referencial.

Movimento retilíneo uniforme (MRU)

Um corpo se desloca com velocidade constante em trajetória reta. Variações de espaços iguais em intervalos de tempos iguais.

Movimento Uniformemente Variado (MUV)

É um movimento em que há variação de velocidade, ou seja, o móvel sofre aceleração (α) à medida que o tempo passa. Se essa variação de velocidade for sempre igual em intervalos de tempos iguais, então dizemos que este é um Movimento Uniformemente Variado/Acelerado, ou seja, tem aceleração constante e diferente de zero. A aceleração (α) média pode ser entendida a razão da variação da velocidade (ΔV) pela variação do tempo (Δt).

Movimento acelerado

O valor da aceleração possui o mesmo sinal de velocidade. α e v possuem o mesmo sinal. A velocidade aumenta.

Movimento retardado

O valor da aceleração possui sinal contrário ao da velocidade. α e v possuem sinais contrários. A velocidade diminui.

Com a equação horária da posição MUV podemos fazer previsões de como o movimento se comportará em um valor de tempo qualquer.

S = S₀ + V₀ * t + (1/2) * α * t²

Onde: S = posição final do corpo

S₀ = posição inicial do corpo

V₀ = velocidade inicial do corpo

α = aceleração

t = tempo

Equação de Torricelli

É usada quando se conhece apenas os valores da velocidade e da distância percorrida.

Exemplo: Uma bala que se move a uma velocidade escalar de 200 m/s, ao penetrar em um bloco de madeira fixo sobre um muro, é desacelerada até parar. Qual é o tempo que a bala levou em movimento dentro do bloco, se a distância total percorrida em seu interior foi igual a 10 cm?

Observação: Apesar de o problema pedir o tempo que a bala levou, para qualquer uma das funções horárias, precisamos ter a aceleração. Devemos usar a Equação de Torricelli para calculá-la.