Física
Cinemática: estudo dos movimentos
Ao estudar os movimentos dos corpos, nos deparamos com um conceito muito importante para um primeiro entendimento geral do assunto, a famosa trajetória.
A trajetória do corpo é algo relativo, e é nisso que muitos alunos acabam perdendo pontos. Imagine, por exemplo, o clássico exemplo da lâmpada que cai do teto de um trem em movimento. Para um observador dentro do trem, a trajetória da lâmpada é retilínea, de cima pra baixo. Já para um observador que está fora do trem, a trajetória descrita pela lâmpada é a de uma curva. Portanto, a forma da trajetória de um movimento depende do referencial adotado.
Dependendo do sentido que dermos para a trajetória do nosso movimento, é possível classificá-lo como progressivo ou retrógrado. No caso do movimento progressivo, o móvel se desloca no mesmo sentido da trajetória. Já no movimento retrógrado, o móvel se desloca no sentido contrário ao determinado para a trajetória.
Lembre-se também que o marco de determinada trajetória não significa, necessariamente, quanto o móvel andou. O marco 100 Km de uma estrada não significa nada em relação a quanto um veículo andou. Se você souber, porém, que tal veículo partiu do marco 40 Km da mesma estrada, poderá inferir que a distância percorrida foi de 60 Km.
A trajetória do corpo é algo relativo, e é nisso que muitos alunos acabam perdendo pontos. Imagine, por exemplo, o clássico exemplo da lâmpada que cai do teto de um trem em movimento. Para um observador dentro do trem, a trajetória da lâmpada é retilínea, de cima pra baixo. Já para um observador que está fora do trem, a trajetória descrita pela lâmpada é a de uma curva. Portanto, a forma da trajetória de um movimento depende do referencial adotado.
Dependendo do sentido que dermos para a trajetória do nosso movimento, é possível classificá-lo como progressivo ou retrógrado. No caso do movimento progressivo, o móvel se desloca no mesmo sentido da trajetória. Já no movimento retrógrado, o móvel se desloca no sentido contrário ao determinado para a trajetória.
Lembre-se também que o marco de determinada trajetória não significa, necessariamente, quanto o móvel andou. O marco 100 Km de uma estrada não significa nada em relação a quanto um veículo andou. Se você souber, porém, que tal veículo partiu do marco 40 Km da mesma estrada, poderá inferir que a distância percorrida foi de 60 Km.
Referencial, ponto material e trajetória
Ao iniciar o estudo da Cinemática (estuda os movimentos sem se preocupar com suas causas, levando em conta apenas velocidade, tempo e distância em um determinado trajeto), normalmente o primeiro tópico estudado na Mecânica Clássica, porta de entrada para o conteúdo de Física do Ensino Médio, é importante que tenhamos bem definidas as ideias de referencial, ponto material e trajetória.
Partícula e corpo
Um mesmo corpo pode ser considerado um ponto material ou um corpo extenso. Essa diferença se dá a partir do contexto ao qual nos referirmos. Por exemplo, um carro de 4 m de comprimento em um trajeto de 20 m, certamente será considerado um corpo extenso, pois suas dimensões influenciam no resultado dos cálculos. Esse mesmo carro, no entanto, será considerado um ponto material (ou uma partícula) em um percurso de 200 km, sendo suas dimensões, nesse caso, desprezíveis.
Referencial
O movimento de um corpo, visto por um observador, depende do referencial no qual o observador está situado. Um exemplo clássico é o da lâmpada que cai do teto de um trem em moimento. Para um observador dentro do trem, o movimento da lâmpada é, obviamente, linear. Porém, para um observador em repouso observando o movimento do trem se movimentar, a trajetória descrita pela lâmpada será a de uma parábola.
Um exemplo interessante é o que relaciona o movimento dos corpos no sistema solar. Muitos afirmam categoricamente que os cientistas que um dia disseram que o Sol girava ao redor da Terra estavam redondamente enganados. Bem, levando em consideração o que eles efetivamente pensavam, podemos realmente afirmar que eles estavam errados. Porém, não devemos nos esquecer da ideia do referencial ao comentar também essa questão do heliocentrismo. Para o referencial no Sol, realmente é a Terra que gira ao redor de tal estrela, porém, para o referencial na Terra, o sol é que gira em torno do planeta. É o movimento aparente que vemos todos os dias.
Trajetória
A última mas não menos importante ideia da mecânica clássica é a de trajetória. Isso significa que devemos atribuir valores ao percurso estudado. Se considerarmos a trajetória positiva da esquerda para a direita, então teremos que a velocidade dos corpos será sempre positiva quando estes estiverem se movendo para a direita e será sempre negativa quando eles estiverem se movendo para a esquerda.
Não se esqueça, por fim, que velocidade negativa não significa desaceleração. Velocidade negativa significa, simplesmente, que o móvel está se movendo contra o sentido atribuído á trajetória, podendo ser esse movimento acelerado, retardado ou mesmo constante
Partícula e corpo
Um mesmo corpo pode ser considerado um ponto material ou um corpo extenso. Essa diferença se dá a partir do contexto ao qual nos referirmos. Por exemplo, um carro de 4 m de comprimento em um trajeto de 20 m, certamente será considerado um corpo extenso, pois suas dimensões influenciam no resultado dos cálculos. Esse mesmo carro, no entanto, será considerado um ponto material (ou uma partícula) em um percurso de 200 km, sendo suas dimensões, nesse caso, desprezíveis.
Referencial
O movimento de um corpo, visto por um observador, depende do referencial no qual o observador está situado. Um exemplo clássico é o da lâmpada que cai do teto de um trem em moimento. Para um observador dentro do trem, o movimento da lâmpada é, obviamente, linear. Porém, para um observador em repouso observando o movimento do trem se movimentar, a trajetória descrita pela lâmpada será a de uma parábola.
Um exemplo interessante é o que relaciona o movimento dos corpos no sistema solar. Muitos afirmam categoricamente que os cientistas que um dia disseram que o Sol girava ao redor da Terra estavam redondamente enganados. Bem, levando em consideração o que eles efetivamente pensavam, podemos realmente afirmar que eles estavam errados. Porém, não devemos nos esquecer da ideia do referencial ao comentar também essa questão do heliocentrismo. Para o referencial no Sol, realmente é a Terra que gira ao redor de tal estrela, porém, para o referencial na Terra, o sol é que gira em torno do planeta. É o movimento aparente que vemos todos os dias.
Trajetória
A última mas não menos importante ideia da mecânica clássica é a de trajetória. Isso significa que devemos atribuir valores ao percurso estudado. Se considerarmos a trajetória positiva da esquerda para a direita, então teremos que a velocidade dos corpos será sempre positiva quando estes estiverem se movendo para a direita e será sempre negativa quando eles estiverem se movendo para a esquerda.
Não se esqueça, por fim, que velocidade negativa não significa desaceleração. Velocidade negativa significa, simplesmente, que o móvel está se movendo contra o sentido atribuído á trajetória, podendo ser esse movimento acelerado, retardado ou mesmo constante
Movimento uniformemente variado
No MUV temos quatro equações de destaque, que serão usadas em todos os exercícios sobre o tema em qualquer prova que você fizer.
A primeira é a equação da velocidade, que temos por:
"A velocidade final do móvel é igual à soma da velocidade inicial com o produto entre a aceleração e o tempo do percurso que vai de v0 à v".
A segunda é a equação horária, dada por:
"O espaço final do móvel é igual à soma entre o espaço inicial, o produto entre a velocidade inicial e o tempo do percurso e o produto da aceleração pelo quadrado do tempo de percurso divido por dois".
E a última, a equação de Torricelli:
"O quadrado da velocidade final é igual à soma entre o quadrado da velocidade inicial e o produto do dobro da aceleração pelo deslocamento".
v = v0 + a . t
"A velocidade final do móvel é igual à soma da velocidade inicial com o produto entre a aceleração e o tempo do percurso que vai de v0 à v".
A segunda é a equação horária, dada por:
S = S0 + v0 . t + a . t²/2
"O espaço final do móvel é igual à soma entre o espaço inicial, o produto entre a velocidade inicial e o tempo do percurso e o produto da aceleração pelo quadrado do tempo de percurso divido por dois".
E a última, a equação de Torricelli:
v² = v0² + 2 . a . (S - S0)
"O quadrado da velocidade final é igual à soma entre o quadrado da velocidade inicial e o produto do dobro da aceleração pelo deslocamento".
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Movimento uniforme
Os exercícios em geral costumam falar de velocidade escalar média. Pra entender isso basta imaginarmos a situação em que um carro parte do repouso até atingir determinada velocidade. Para que não tenhamos o trabalho de calcular a velocidade em cada mínimo intervalo de tempo (o que se caracterizaria velocidade escalar instantânea), pegamos o tempo total gasto no percurso, a distância total percorrida e, com isso, calculamos a velocidade média em tal percurso.
Para entender essa ideia, vamos a um exercício:
Resposta: Em primeiro lugar, temos que ter um ponto de referência. No caso, o melhor a se fazer é colocar o ponto de referência na traseira do trem, imaginando o momento em que o mesmo começa a entrar no túnel. Com isso, o ponto de referência, para atravessar todo o túnel, andaria por 40 m (extensão do próprio trem) mais os 160 m do túnel.
O nosso ponto de referência andou, no geral, 200 m. Como o tempo gasto foi de 10 s, tem-se que:
v = s / t
v = 200 / 10
v = 20 m/s
O que devemos guardar do movimento uniforme é sua função (equação) horária:
Vamos a um outro exemplo para entender a utilização da equação horária do movimento uniforme:
Resposta: Como o movimento é uniforme, devemos usar a equação horária dada por S = S0 + v . t.
Sendo o movimento progressivo, o móvel caminha no sentido positivo da trajetória, a velocidade será positiva e a função horária poderá ser dada por S = 15 + 5 . t
Caso o movimento seja retrógrado, o móvel estará caminhando de modo contrário à determinação positiva da trajetória, sua velocidade será negativa, e sua função horária seráS = 15 - 5 . t
1 - Um trem de 40 m de comprimento demora 10 s para atravessar um túnel de 160 m de extensão. Determine a velocidade escalar média da carreta no percurso.
Resposta: Em primeiro lugar, temos que ter um ponto de referência. No caso, o melhor a se fazer é colocar o ponto de referência na traseira do trem, imaginando o momento em que o mesmo começa a entrar no túnel. Com isso, o ponto de referência, para atravessar todo o túnel, andaria por 40 m (extensão do próprio trem) mais os 160 m do túnel.
O nosso ponto de referência andou, no geral, 200 m. Como o tempo gasto foi de 10 s, tem-se que:
v = s / t
v = 200 / 10
v = 20 m/s
O que devemos guardar do movimento uniforme é sua função (equação) horária:
S = S0 + v . t
Vamos a um outro exemplo para entender a utilização da equação horária do movimento uniforme:
2 - No instante t = 0 s um móvel se encontra a +15 m do marco zero, possuindo movimento uniforme com velocidade escalar de 5 m/s. Determine a função horária do movimento:
a) admitindo-o progressivo
b) admitindo-o retrógrado
Resposta: Como o movimento é uniforme, devemos usar a equação horária dada por S = S0 + v . t.
Sendo o movimento progressivo, o móvel caminha no sentido positivo da trajetória, a velocidade será positiva e a função horária poderá ser dada por S = 15 + 5 . t
Caso o movimento seja retrógrado, o móvel estará caminhando de modo contrário à determinação positiva da trajetória, sua velocidade será negativa, e sua função horária seráS = 15 - 5 . t
Propagação do calor: condução, convecção e irradiação
Condução: a energia se propaga através da agitação molecular de um corpo sem, no entanto, as partes desse corpo sofrerem deslocamento. Para que ocorra a condução, é necessária a existência de um meio material.
Ex: barra de metal sendo aquecida.
Convecção: a energia se propaga através do transporte de matéria, com as partes do meio sofrendo deslocamento, obviamente.
Ex: água sendo aquecida.
Irradiação: a propagação da energia é feita através das ondas eletromagnéticas, não necessitando, portanto, de um meio material para ocorrer.
Ex: calor do Sol que chega à Terra.
Segue-se uma interessante ilustração, que mostra como esses três processos podem estar mais presentes e próximos do que podemos imaginar. Em um fogão à lenha, por exemplo, o calor do fogo, por irradiação, aquece a chaleira que, por convecção, aquece uniformemente a água em seu interior. Caso haja uma panela na qual o cabo seja feito de um material com boa condutibilidade térmica, haverá entre a parte da panela sobre o fogão e o cabo dela, o processo da condução.
Ex: barra de metal sendo aquecida.
Convecção: a energia se propaga através do transporte de matéria, com as partes do meio sofrendo deslocamento, obviamente.
Ex: água sendo aquecida.
Irradiação: a propagação da energia é feita através das ondas eletromagnéticas, não necessitando, portanto, de um meio material para ocorrer.
Ex: calor do Sol que chega à Terra.
Segue-se uma interessante ilustração, que mostra como esses três processos podem estar mais presentes e próximos do que podemos imaginar. Em um fogão à lenha, por exemplo, o calor do fogo, por irradiação, aquece a chaleira que, por convecção, aquece uniformemente a água em seu interior. Caso haja uma panela na qual o cabo seja feito de um material com boa condutibilidade térmica, haverá entre a parte da panela sobre o fogão e o cabo dela, o processo da condução.
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