A Cinemática é a parte da Mecânica que estuda os movimentos dos corpos e partículas sem se preocupar com as causas que dão origem ao movimento.
Seu estudo envolve a determinação de dada posição, a velocidade de um objeto e as demais propriedades referentes ao movimento que ele realiza.
A cinemática examina os movimentos dos corpos, sobretudo, os movimentos lineares e circulares. Eles são divididos em Movimento Retilíneo Uniforme (M.R.U) e Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (M.R.U.V). Para qualquer um dos problemas de cinemática, precisamos estar a par das variáveis Deslocamento (ΔS), Velocidade (V), Tempo (Δt), Aceleração (a).
Esses conceitos são fundamentais para compreender alguns fenômenos físicos, bem como para a resolução de problemas que envolvam fórmulas matemáticas.
Conceitos básicos de cinemática
A cinemática trabalha com conceitos de algumas variáveis que são necessários para a definição do movimento. Tempo, posição, trajetória e aceleração são alguns dos conceitos aplicados para a correta compreensão da cinemática.
Conheça esses conceitos e a fórmula matemática de alguns deles.
Referencial
Referencial é o conceito adotado como o ponto de partida. Trata-se do corpo a partir do qual a observação do fenômeno será feita. Uma análise cinemática somente poderá ser feita com a definição de um referencial.
Imagine um carro em movimento. Tomando como referencial a perspectiva do motorista, ele estará em repouso. Mas se o referencial for um ponto fixo de fora, o motorista estará em movimento juntamente com o carro.
Corpos
Os corpos são as matérias existentes dentro da análise. Um carro que realiza certa trajetória, por exemplo, é um corpo a ser considerado em uma observação cinemática. Os corpos podem ser materiais – quando suas dimensões não interferem na análise a ser realizada; ou extensos – quando suas dimensões interferem na análise e precisa ser incluída no cálculo.
Movimento e repouso
O movimento e repouso são conceitos relativos, pois eles dependem do referencial. Um corpo que está em movimento para um observador pode estar em repouso para o outro.
Tomemos como exemplo o movimento de rotação e translação realizado pela Terra. Se o Sol for tomado como referencial a Terra e tudo sobre sua superfície estará em movimento. Porém se o referencial for a Terra, podemos dizer que os tudo sobre sua superfície está em repouso.
Trajetória
Trata-se do caminho percorrido pelo corpo que se movimenta em relação ao referencial. Tal qual o conceito de movimento e repouso, o conceito de trajetória é relativo. Isso ocorre porque referenciais diferentes podem ter visões diferentes do mesmo movimento.
Imagine que um avião libere objetos durante o voo. Para quem observa a trajetória do solo a trajetória é curva, pois os objetos vão acompanhar a trajetória do avião. Já para quem está dentro do avião, a trajetória dos objetos é reta.
Desse modo, a trajetória é sequência de posições de um corpo em movimento no decorrer do tempo. Ou seja um corpo em movimento define sua trajetória com o passar do tempo.
As trajetórias podem ser de movimento retilíneo ou curvilíneo.
- Trajetória de movimento retilíneo – aquela que segue um caminho reto em relação à direção ou sentido.
- Trajetória de movimento curvilíneo – aquela que desenha uma curva durante sua realização.
Deslocamento
Deslocamento é a variação na posição de um objeto. Trata-se do espaço existente, em um intervalo de tempo definido, entre a posição inicial do corpo e sua posição final.
O deslocamento é definido como a variação na posição de um objeto. Ele pode ser definido matematicamente pela equação a seguir:
Caminho percorrido
Semelhante ao deslocamento, além de analisar a posição final e inicial, analisa também o espaço percorrido durante toda a trajetória.
Para entender a diferença entre caminho percorrido e deslocamento, imagine uma trajetória curvilínea.
Se em uma trajetória retilínea um corpo se desloca 1 km em uma hora, o caminho percorrido também é de 1km, pois a trajetória não apresenta variações. No entanto, em uma trajetória curvilínea para deslocamento semelhante o caminho percorrido terá sido maior, dependendo do desvio realizado.
Velocidade média
A velocidade Média é o cálculo entre a distância percorrida por um corpo e o tempo gasto para percorrê-la. O termo é utilizado pela cinemática para definir a divisão entre o caminho percorrido e o intervalo de tempo necessário para percorrer o caminho.
Geralmente, utiliza-se a medida de metros por segundo. Todavia, para escalas maiores, utiliza-se também a medida de quilômetros por hora.
A velocidade média pode ser definida matematicamente pela equação a seguir:
Velocidade escalar instantânea
A velocidade escalar instantânea pode ser explicada como sendo a velocidade escalar média para um intervalo de tempo extremamente pequeno, ou seja, o tempo próximo de zero. A velocidade escalar instantânea pode ser representada matematicamente pela seguinte fórmula:
Movimento Uniforme
No Movimento Uniforme (M.U.) a velocidade do corpo não sofre alteração durante toda a trajetória. Isso significa que a velocidade é constante, ou seja, tem sempre o mesmo valor durante todo o tempo em que o movimento está sendo analisado.
Movimento Uniformemente Variado (M.U.V)
No Movimento Uniformemente Variado ocorre variação da velocidade ou seja, surge uma grandeza física nesse movimento. Essa grandeza recebe o nome de Aceleração. No M.U.V. o deslocamento aumenta ou diminui conforme a alteração das variáveis.
Aceleração escalar média
A aceleração relaciona com a variação da velocidade de um corpo no decorrer do tempo. Assim, podemos definir aceleração escalar média de um corpo através da seguinte fórmula:
Aceleração escalar instantânea
A aceleração escalar instantânea é a aceleração escalar média para um tempo muito pequeno, tendendo a zero.