Cinemática
O que se estuda na cinemática?
A cinemática é a parte da Mecânica que procura descrever os movimentos, procurando determinar a posição a velocidade e aceleração de um corpo em cada instante.
No estudo da cinemática, procuramos descrever os movimentos sem nos preocuparmos com suas causas. Por exemplo: quando você faz uma viagem de carro, digamos que a velocidade média na rodovia seja de 80 km/h mas em determinada curva o carro ficou a 50 km/h e em outros momentos chegou a 90 km/h para fazer uma ultrapassagem. A causa de cada um desses efeitos não interessa para a cinemática, o estudo das causas é feito a partir das leis de Newton.
O que é uma partícula ou ponto material?
Quando estamos estudando o movimento de um corpo qualquer e suas dimensões são muito pequenas em comparação com as demais dimensões que participam do fenômeno, dizemos que esse corpo é uma partícula ou ponto material. Por exemplo: um ônibus que se desloca por 30 metros nesse caso ele não pode ser considerado uma partícula.
Se as dimensões de um corpo são relevantes no estudo de um determinado fenômeno ele é chamado de corpo extenso.
Resumindo, quando as dimensões não interferem no estudo de um determinado fenômeno chamamos de ponto material ou partícula, como um carro viajando em uma estrada, mas quando as dimensões são relevantes chamamos de corpo extenso, como um carro estacionando em uma vaga.
Trajetória
Lembra que foi dito no início que um dos objetivos da Cinemática é determinar a posição de um corpo em cada instante? Isso é chamado de trajetória.
Trajetória é o conjunto de posições sucessivas ocupadas por um móvel no decorrer do tempo.
As rodovias possuem um sistema de marcação quilométricas, cuja função é localizar os veículos que trafegam nela. O seu inicio é km 0. Assim a posição do carro parado na imagem abaixo é o km 90 mas não significa que o carro andou 90 km ele pode ter partido do km 40 e se deslocado até o km 90. Numa rodovia o marco quilométrico não indica o sentido do movimento dois carros com sentidos diferentes podem estar no km 90.
Numa trajetória escolhemos arbitrariamente um marco zero, a partir do qual medimos comprimentos que indicam a posição do móvel mas não fornecem nem o sentido nem a distância percorrida.
[imagem]
Na imagem acima o móvel A se encontra a 15 km do marco zero e o móvel B se encontra a 30 km.
Observe que um móvel pode encontrar-se de um lado ou de outro em relação ao marco zero, origem dos espaços, então é conveniente orientar a trajetória, adotando-se um sentido positivo. A medida algébrica que vai do marco zero à posição do móvel recebe o nome de espaço, indicado pela letra s.
[imagem]
Na figura acima o espaço do móvel A, independentemente do sentido do seu movimento, é \(S_{A} = +15\;km\) e o d C é \(S_{C} = -15\;km\)
Por que o movimento é relativo?
O que significa um corpo estar em movimento? Significa que a sua posição muda do decurso do tempo.
O movimento é relativo porque depende do referencial adotado. Neste caso o objeto cuja trajetória esta sendo observada é a bomba e nosso primeiro referencial é o avião e o segundo é a superfície da terra.
Imagine um trem que parte da estação para uma outra localidade, na estação há um observador fixo olhando para uma lâmpada dentro do trem. Para este observador lâmpada esta em movimento, mas para um observador dentro do trem (um passageiro) a lâmpada esta parada.
Quando mudamos o referencial observamos trajetórias diferentes, dependendo do referencial, para o mesmo movimento.
Um corpo qualquer pode estar em movimento ou repouso dependendo do referencial adotado. O corpo em relação ao qual identificamos se um móvel esta em movimento ou em repouso é chamado de referencial ou sistema de referencial. Quando usamos o homem na estação como referencial para a lâmpada, verificamos que ela esta em movimento. Quando usamos o homem dentro do trem como referencial, a lâmpada esta em repouso.
O movimento de um corpo, visto por um observador, depende do referencial no qual o observador está situado.
Assim podemos estabelecer que:
Um ponto material está em movimento em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, varia no decurso do tempo.
Um ponto material está em repouso em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, não varia no decurso do tempo.
A forma da trajetória também depende do referencial adotado. Considere o movimento de uma bomba sendo lançada de um avião, para quem esta dentro do avião o movimento da bomba é vertical, por outro lado, para um observador sobre a superfície da terra que vê a bomba caindo observa uma trajetória curva.
Exercícios:
1. Você esta viajando, sentado na poltrona de um ônibus, pela Rodovia dos Bandeirantes, que liga São Paulo a Campinas. Cite um referencial em relação ao qual você esta em repouso e outro referencial ao qual você esta em movimento.
2. Na foto ao lado você observa um avião reabastecendo outro em pleno voo. Pode-se afirmar que os aviões estão em repouso?
3. Um aluno, ao ler este livro, esta em sua sala de aula, sentado em uma cadeira. O aluno está em repouso ou em movimento? Explique.
4. Considere três objetos A, B e C. Analise a afirmativa abaixo e identifique se está certa ou errada: “Se A está em movimento em relação a B e B está em movimento em relação a C, então A está em movimento em relação a C”.
5. Um helicóptero sobe verticalmente em relação ao solo, com velocidade constante. Esboce a trajetória descrita pelo ponto P da periferia da hélice, em relação:
a) ao piloto do halicóptero;
b) a um observador parado no solo.
6. Um avião voa horizontalmente e com velocidade constante. No instante indicado na figura ao lado, o piloto aciona um dispositivo e deixa cair uma caixa com alimentos destinada a náufragos que se encontram numa ilha de difícil acesso. Despreze a resistência do ar. Qual é a trajetória descrita pela caixa em relação:
a) ao avião?
b) à Terra?
Referencias:
Os fundamentos da física / Francisco Ramalho Júnior, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Antônio de Toledo Soares. – 9. ed. rev. e ampl. – São Paulo: Moderna, 2007.
LUZ, Antônio Máximo Ribeiro da. ÁLVARES, Beatriz Alvarenga. Fisíca: ensino médio. São Paulo: Scipione, 2006.
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