Dinâmica

A dinâmica se preocupa em estudar as causas dos movimentos. Ela é um ramo da mecânica clássica. Uma de suas bases são as três leis de Newton.

A dinâmica é um dos principais campos da Física Clássica, especificamente, ela faz parte da mecânica. Essa área estuda as causas dos movimentos dos corpos, sejam eles em ambientes idealizados ou não. Dessa forma, veja o que é, os temas de estudo e as principais fórmulas.

Índice do conteúdo:

O que é a dinâmica

Dinâmica é a área da mecânica que se encarrega de estudar as causas dos movimentos. Para isso, é necessário analisar cada tipo de movimento e descrevê-los de acordo com as forças que os originam.

Os conceitos dessa área da física são estudados pelo ser humano há muito tempo. Ou seja, conhecer os movimentos e suas causas são tópicos que intrigam a humanidade desde a antiguidade. Contudo, para a Ciência clássica, dois cientistas merecem destaque, são eles: Galileu Galilei e Isaac Newton.

Temas da dinâmica

Quando as causas de um movimento são consideradas, pode-se dizer que seu estudo faz parte dos temas da dinâmica. Então, é possível resumir os tópicos de estudo dessa área em três principais:

  • Leis de Newton: as leis de Newton compõem a maneira atualmente aceita pela comunidade científica para descrever os movimentos dos corpos. Apesar disso, elas dependem da posição do referencial adotado;
  • Gravitação universal: esse tópico se encarrega de estudar os movimentos dos corpos celestes. Os principais conceitos dessa área são: a lei da gravitação de Newton e as leis de Kepler para o movimento planetário;
  • Energia mecânica: as transformações energéticas são um ponto muito importante para toda a Ciência. Nesse caso, as transformações relacionadas à energia dizem respeito às mudanças e dissipações de energia cinética e potencial.

Cada um desses temas pode se dividir em subtemas cada vez mais específicos. Porém, a partir de suas fórmulas principais é possível abranger praticamente todas as especificidades dessa área da Física.

Fórmulas da dinâmica

As principais fórmulas dessa área da física são aquelas que correspondem aos temas estudados por ela. Veja a seguir quais são elas:

Força resultante

Essa relação matemática é a segunda lei de Newton e é conhecida como o princípio fundamental da dinâmica. Essa equação estabelece uma relação de proporção entre a força resultante sobre um corpo em movimento em relação ao um referencial e sua aceleração. Matematicamente:

Em que:

  • FR: força resultante (N)
  • m: massa (kg)
  • a: aceleração (m/s2)
  • Note que, a força resultante e a aceleração são diretamente proporcionais. Ou seja, para uma massa constante, quanto maior for a aceleração, maior será a força resultante sobre o corpo.

    Princípio da ação e reação

    Esse princípio também é conhecido como a terceira lei de Newton. De maneira qualitativa, ele afirma que, para toda ação entre dois corpos, há uma reação de mesma intensidade e direção, porém, com sentido oposto. É importante ressaltar que essa interação, deve acontecer na linha reta que une os dois corpos. Dessa forma, analiticamente ela é:

    Em que:

  • FAB: força que o corpo A faz sobre o corpo B (N)
  • FBA: força que o corpo B faz sobre o corpo A (N)
  • Em alguns casos, há a quebra de simetria e os corpos interagentes não obedecem ao princípio da ação e reação. Por exemplo, quando se estuda a força de interação entre dois elementos de corrente infinitesimais. Contudo, como uma maneira de salvar as aparências e manter uma teoria, assume-se que esse fato é corrigido com outro conceito físico.

    Lei da Gravitação de Newton

    Quanto há a interação entre dois corpos celestes, a força de interação entre eles é dada pela lei da Gravitação de Newton. Essa lei, assim como a terceira lei de Newton, deve estar orientada em uma linha reta que une os dois corpos. Matematicamente, ela é da forma:

    Em que:

  • FG: força gravitacional (N)
  • G: constante da gravitação universal (6,67 x 10-11 Nm²/kg²)
  • m1: massa do corpo 1 (kg)
  • m2: massa do corpo 2 (kg)
  • r: distância entre os centros de massa dos dois corpos interagentes (m)
  • Essa lei física foi desenvolvida pensando na interação da distância pura entre os dois corpos. Ou seja, não é necessário considerar um campo gravitacional, que é um ente matemático, mediando a interação. Afinal, não é possível um ente puramente matemático interagir com a matéria.

    Terceira lei de Kepler

    As demais leis de Kepler para o movimento planetário são qualitativas. Ou seja, são uma descrição dos movimentos. Assim, não necessariamente, elas dependem de descrições matemáticas. Contudo, a terceira lei de Kepler estabelece uma relação de proporção entre os períodos de órbita e o raio médio de uma órbita planetária. Ou seja:

    Em que:

  • T: período orbital (unidade de tempo)
  • R: raio médio da órbita (unidade de distância)
  • Nesse caso, as unidades de medida podem variar conforme a situação considerada.

    Energia cinética

    Quando um corpo está em movimento, há uma energia associada a ele. Essa é a energia cinética, ou seja, é a energia do movimento. Ela depende da massa do corpo e de sua velocidade. Dessa forma:

    Em que:

  • EC: Energia cinética (J)
  • m: massa do corpo (kg)
  • v: velocidade do corpo (m/s)
  • Note que a energia cinética e a velocidade são diretamente proporcionais. Isso significa que, quanto maior for a velocidade, maior será a energia cinética, desde que a massa seja constante.

    Energia potencial

    Quando o corpo está a uma certa altura do solo e está na iminência de entrar em movimento, ele possui energia potencial. Ou seja, ele tem a possibilidade de entrar em movimento. Essa relação é da forma:

    Em que:

  • EP: energia potencial (J)
  • m: massa do corpo (kg)
  • g aceleração gravitacional (m/s2)
  • h altura em relação ao solo (m)
  • A energia potencial está relacionada com o fato do corpo poder entrar em movimento. Então, quanto maior for a sua altura em relação ao solo, maior será sua energia potencial.

    Energia mecânica

    Em um sistema ideal e isolado, as únicas energias que interagem com um corpo em movimento são as energias potencial e cinética. Dessa forma, a energia mecânica é dada pela soma das duas energias. Isto é, por ser uma soma, todos os termos possuem a mesma unidade de medida.

    Além disso, caso hajam forças dissipativas atuando sobre o corpo, deve-se considerar a energia associada a essas forças. Nesse caso, as dissipações de energia devem ser subtraídas da energia mecânica total.

    Vídeos sobre dinâmica

    Compreender a dinâmica requer muito tempo. Afinal, são diversos temas em uma área só da mecânica. Confira os vídeos abaixo para aprofundar os conhecimentos em cada um dos tópicos da dinâmica:

    Conceitos fundamentais da dinâmica

    O professor Marcelo Boaro explica os conceitos básicos da dinâmica. Para isso, o professor dá a definição de força, força resultante e mais tópicos importantes. Ao longo da videoaula, o docente dá exemplos e resolve um exercício de aplicação.

    As três leis de Newton

    As três leis de Newton são as bases da mecânica clássica, por isso compreender cada uma delas é fundamental para entender a mecânica. O divulgador científico Pedro Loos explica cada uma dessas leis com exemplos e uma introdução histórica resumida sobre o assunto.

    Experimentos sobre energia cinética

    A energia cinética é a forma de energia mais simples possível. Desse modo, os professores Gil Marques e Claudio Furukawa realizam experimentos sobre a energia cinética. Durante as realizações experimentais, os docentes explicam os conceitos da cinética e das transformações de energia.

    Estudar um tema extenso requer tempo, dedicação e paciência. Por exemplo, deve-se dedicar um bom tempo dos estudos para compreender todos os temas da dinâmica clássica. Então, aproveite e revise as suas bases, as leis de Newton.

    Referências

    Física I: Mecânica – YOUNG, H. D. et al.n (2016)
    Física: Volume 1 – HALLIDAY, D. et al. (2008)
    Curso de Física Básica: Volume 1 – NUSSENZVEIG, H. D. (2014)

    Hugo Shigueo Tanaka
    Por Hugo Shigueo Tanaka

    Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

    Como referenciar este conteúdo

    Tanaka, Hugo Shigueo. Dinâmica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/dinamica. Acesso em: 22 de October de 2021.

    Exercícios resolvidos

    1. [Fuvest]

    Considere as seguintes afirmações:
    I. Uma pessoa em um trampolim é lançada para o alto. No ponto mais alto de sua trajetória, sua aceleração será nula, o que dá a sensação de “gravidade zero”.
    II. A resultante das forças agindo sobre um carro andando em uma estrada em linha reta a uma velocidade constante tem módulo diferente de zero.
    III. As forças peso e normal atuando sobre um livro em repouso em cima de uma mesa horizontal formam um par de ação-reação.

    De acordo com as Leis de Newton:

    a) Somente as afirmações I e II são corretas.
    b) Somente as afirmações I e III são corretas.
    c) Somente as afirmações II e III são corretas.
    d) Todas as afirmações são corretas.
    e) Nenhuma das afirmações está correta.

    Alternativa correta: E

    Analisando as afirmações:
    I – Falsa. No ponto mais alto da trajetória a velocidade é nula, a aceleração é igual à gravidade (não nula).
    II – Falsa. Um movimento retilíneo uniforme implica em aceleração nula. Logo, a força resultante também é nula.
    III – Falsa. O par ação-reação consiste em um par de forças na mesma direção e sentidos opostos trocados por corpos distintos.

    2. [PUC]

    Não realiza trabalho:

    a) a força de resistência do ar;

    b) a força peso de um corpo em queda livre;

    c) a força centrípeta em um movimento circular uniforme;

    d) a força de atrito durante a frenagem de um veículo;

    e) a tensão no cabo que mantém um elevador em movimento uniforme.

    Alternativa correta: C

    A força que não realiza trabalho é a centrípeta, pois é perpendicular ao movimento.

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