Cinemática

Entenda aqui o conceito de cinemática, a área da física que estuda os movimentos dos corpos.

O movimento está presente de várias formas no nosso cotidiano, desde uma simples formiga se movendo até o movimento complexo da Terra.

A área da física que estuda os movimentos dos corpos é conhecida como cinemática.

A seguir, estudaremos tanto a cinemática escalar quanto a vetorial e entenderemos o que cada uma delas aborda.

Cinemática escalar

A cinemática escalar estuda o movimento de um corpo considerando apenas os valores de suas grandezas físicas.

Assim, não queremos saber em qual direção ou sentido uma formiga está se movendo, mas apenas qual é o valor da sua velocidade ou a distância que ela percorreu em um determinado tempo.

Cinemática vetorial

Quando olhamos para o céu, podemos observar várias estrelas. Podemos simplesmente apontá-las no céu com a ponta de um dos nosso dedos.

Quando fazemos isso, estamos apontando em uma determinada direção e sentido. Além disso, a estrela estará a uma certa distância de nós.

Portanto, podemos representar essas informações por um vetor. Assim, a cinemática vetorial estuda o movimento dos corpos também, porém de uma forma tridimensional, diferentemente da cinemática escalar.

Diferença entre cinemática e dinâmica

Em resumo, a cinemática estuda o movimento dos corpos de tal forma que não relaciona os motivos pelos quais esse movimento aconteceu, se mantém ou suas alterações.

Por outro lado, a dinâmica estuda as causas do movimento e as consequências dessas causas, ou seja, a força. Entramos aqui nas leis de Newton e em vários outros aspectos.

Conceitos básicos da cinemática

Podemos encontrar várias características de um movimento e alguns conceitos. Dessa forma, vamos entender mais sobre isso.

Móvel

De um modo geral, todo corpo que é objeto de estudos da cinemática recebe o nome de móvel.

Desta forma, um móvel pode ser um grão de areia se movendo com o vento ou um ciclista andando pela cidade.

Porém, um móvel pode ser definido como ponto material ou corpo extenso.

Ponto material

Consideramos um móvel como ponto material quando a dimensão desse móvel pode ser desprezada em relação às distâncias envolvidas no movimento.

Dessa forma, alguns exemplos de ponto material são: um avião sobrevoando o oceano Atlântico de Londres a Nova York, um automóvel em longas viagens por uma rodovia, etc.

Corpo extenso

Consideramos um móvel como corpo extenso sempre que suas dimensões interferirem no estudo de um fenômeno, ou seja, que o objeto não seja pequeno o suficiente em relação ao referencial para que suas dimensões sejam desprezadas.

Como exemplo, podemos citar um trem em relação a um túnel.

Referencial

A localização de um móvel só é conhecida quando adotamos um referencial, geralmente utilizando um outro móvel ou um corpo parado.

Suponha que Ana, Carol e Calos estão participando de uma maratona. Ana está a 5km de distância de Carol mas está a 10km de Carlos.

Essa diferença na distância entre eles se deu pelo fato de que adotamos primeiramente Carol como referencial e depois Carlos.

Em suma, a definição de um referencial é a seguinte:

Referencial é o corpo ou sistema físico (conjunto observável de corpos) em relação ao qual se realizam as observações, as descrições e as formulações de leis físicas. Por exemplo, as posições e as velocidades dos móveis dependem do referencial adotado.

Movimento e repouso

De acordo com o que foi apresenta até o momento, podemos pensar na seguinte pergunta: Quais condições podemos afirmar que um corpo está em movimento ou em repouso?

Primeiramente, isso vai depender do referencial adotado para verificarmos se o móvel está ou não em movimento.

Assim, suponha uma pessoa viajando em um ônibus. Se adotarmos a estrada como referencial, a pessoa estará em movimento, juntamente com o ônibus.

Por outro lado, se tomarmos o ônibus como referencial, essa pessoa estará em repouso, pois não terá velocidade e nem deslocamento em relação ao ônibus.

Logo, podemos definir movimento e repouso da seguinte forma:

Movimento é o fenômeno físico no qual um móvel muda de posição, com o passar do tempo, em relação a um referencial adotado.

Repouso é o fenômeno físico no qual um móvel mantém a mesma posição, no decorrer do tempo, em relação a determinado referencial.

Trajetória

Conforme um corpo se movimenta em relação a um dado referencial, ele acaba deixando “rastros” por onde passou.

Se unirmos todos esses “rastros”, saberemos qual foi a trajetória desse corpo.

Porém, essa trajetória pode mudar dependendo do referencial adotado. Um exemplo clássico é uma bola caindo no interior de um ônibus em movimento.

Tomando assim esse exemplo, se uma pessoa estiver dentro desse ônibus ela irá observar a bola caindo em linha reta.

Porém, se uma pessoa do lado de fora do ônibus observar essa bolinha, a trajetória seria uma parábola.

Fórmulas

Por fim, vamos entender as equações que regem a cinemática.

Velocidade média

Sendo,

vm = velocidade média

Δ d = distância percorrida

Δ t = intervalo de tempo

Dessa forma, a velocidade média tem como unidade no Sistema Internacional de Medidas o m/s (metro por segundo).

Aceleração média

Sendo,

am = aceleração média

Δ vm = velocidade média

Δ t = intervalo de tempo

Assim, a aceleração média possui como unidade de medida, no SI, o m/s2 (metro por segundo ao quadrado).

Referências

Kazuhito Yamamoto, Física para o ensino médio, vol. 1 : mecânica;

Wilson Carron, As faces da física.

Guilherme Santana da Silva
Por Guilherme Santana da Silva

Graduando no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica a vida religiosa, a pratica do mountain bike, a tocar bateria, dar atenção a família e a cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.

Exercícios resolvidos

1. [IFPR - 2018]

Um veículo trafega a 108 km/h em uma autoestrada, onde a velocidade máxima permitida é 110 km/h. Ao tocar o telefone celular do condutor, imprudentemente ele desvia sua atenção para o aparelho ao longo de 4s. A distância percorrida pelo veículo durante os 4 s em que se movimentou sem a atenção do condutor, em m, foi igual a:

a) 132.
b) 146.
c) 168.
d) 120.

Considerando que a velocidade do veículo permaneceu constante durante os 4s, usaremos a equação da velocidade média escalar:

vm = Δ s/Δ t

Antes de substituir os valores, precisamos transformar a unidade da velocidade de km/h para m/s. Para isso, basta dividir por 3,6:

v = 108 : 3,6 = 30 m/s

Substituindo os valores, encontramos:

Δ S = 30 . 4 = 120 m

A resposta correta é a alternativa d.

2. [UEL-PR]

Em 1984, o navegador Amyr Klink atravessou o Oceano Atlântico em um barco a remo, percorrendo a distância de, aproximadamente, 7000 km em 100 dias. Nessa tarefa, sua velocidade média foi, em km/h, igual a:

a) 1,4

b) 2,9

c) 6,0

d) 7,0

e) 70

Temos que 1 dia = 24 h, logo 100 dias = 2400h

Como vm = Δ s/Δ t, podemos dizer que vm = 7000 km/ 2400h, então: vm = 2,9 km/h

A resposta correta é a alternativa b.

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