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6 Introdução à cinemática e ao movimento uniforme (MU) Conceitos básicos � Ponto material: corpo cujas dimensões são desprezíveis se comparadas com os espaços percorridos. � Corpo extenso: corpo cujas dimensões não podem ser desprezadas quando comparadas com os espaços percorridos. � Trajetória: linha formada por todos os pontos que representam a cada instante as posições do corpo analisado. � Espaço s: posição de um corpo em determina- do instante sobre uma trajetória. � Variação do espaço Ds: distância percorrida por um corpo em relação a um referencial. Se no instante t 0 a posição do corpo é s 0 e no ins- tante t a posição é s, a variação do espaço entre essas posições é dada por: Ds 5 s 2 s 0 . � Deslocamento __ › d : é uma grandeza vetorial, isto é, representada por um vetor. Este vetor parte do ponto de origem (s 0 ) no instante (t 0 ) e ter- mina no ponto de chegada (s) no instante (t). � Velocidade: grandeza que quantifica a rapidez com a qual um corpo se move. � Velocidade escalar média v m : razão entre a variação do espaço e o intervalo de tempo ne- cessário para que isso ocorra. A expressão ma- temática que a define é: v m 5 Ds ___ Dt No SI, a unidade da velocidade escalar média é: [v] 5 m/s. � Velocidade escalar instantânea: valor assumido pela velocidade escalar média em determinado instante, sem necessidade de orientação. Movimento uniforme (MU) Um corpo está em movimento uniforme (MU) quando a velocidade escalar instantânea é constante. Neste caso, a velocidade escalar média coincide com a instantânea. No movimento uniforme (MU), a velocidade escalar instantânea é constante e coincide com o valor da velocidade escalar média. v 5 v m 5 Ds ___ Dt Quando v . 0, o movimento é progressivo (a favor da orientação positiva da trajetória). Quando v , 0, o movimento é retrógrado (contra a orientação positiva da trajetória). Função horária do MU s 5 s 0 1 v ? t com v Þ 0 Gráficos do MU Espaço em função do tempo (s 3 t) A função horária é uma função do 1o grau. Graficamente, é uma reta não paralela ao eixo dos tempos. s0 s t0 v . 0 s0 s t0 v , 0 Velocidade em função do tempo (v 3 t) A velocidade escalar é uma função constante. O gráfico da função que relaciona a velocidade ao tempo é uma reta paralela ao eixo dos tempos. v t0 v . 0 t v 0 v , 0 TCF_VU_LA_CADERNO_REVISAO_006A011.indd 6 27/02/14 11:12 12 Movimento uniformemente variado (MUV) No movimento uniformemente variado (MUV), a velocidade escalar instantânea varia com o tempo. � Aceleração escalar média: é uma grandeza que indica a variação da velocidade escalar em certo intervalo de tempo. a m 5 Dv ___ Dt 5 v 2 v 0 ______ t 2 t 0 � Aceleração escalar instantânea: é a grandeza que indica a aceleração de um corpo em cada instante do movimento. Quando a aceleração escalar instantânea é igual em todos os instantes, ela coincide com a ace- leração escalar média em qualquer intervalo de tempo e o movimento é denominado movi- mento uniformemente variado (MUV). a 5 a m 5 Dv ___ Dt 5 v 2 v 0 ______ t 2 t 0 Quando v . 0 e a . 0 ou v , 0 e a , 0, o mo- vimento é acelerado – o modulo da velocidade escalar aumenta ao longo do tempo. Quando v . 0 e a , 0 ou v , 0 e a . 0, o mo- vimento é retardado – o módulo da velocidade escalar diminui ao longo do tempo. No SI, a unidade da aceleração escalar média é [a m ] 5 m/s2. Funções horárias do MUV � Aceleração: a 5 constante, a Þ 0 � Velocidade: v 5 v 0 1 a ? t � Espaço: s 5 s 0 1 v 0 ? t 1 1 __ 2 ? a ? t2 Equação de Torricelli v2 5 v2 0 1 2 ? a ? Ds Gráficos do MUV Espaço em função do tempo (s 3 t) A função horária do MUV é uma função do 2o grau. Graficamente, é uma parábola com a con- cavidade voltada para cima quando a aceleração escalar é positiva (a . 0) e, `com a concavidade voltada para baixo quando a aceleração escalar é negativa (a , 0). 0 tempo espaço v , 0 retardado v . 0 acelerado a . 0 (A) Vértice (v 5 0) 0 tempo espaço retardado v . 0 acelerado v , 0 (B) Vértice (v 5 0) a , 0 As coordenadas do vértice da parábola indicam o instante e a posição em que ocorre a mudança de sentido do movimento. Nesse instante a velo- cidade é nula. Velocidade em função do tempo (v 3 t) A função da velocidade é uma função do 1o grau. A representação gráfica é uma reta não paralela ao eixo dos tempos. 0 v 5 0 a . 0 t v0 v Movimento acelerado Movimento retardado 0 v 5 0 a , 0 t v0 v Movimento retardado Movimento acelerado Aceleração em função do tempo (a 3 t) A função da aceleração é uma função constante. O gráfico é uma reta paralela ao eixo dos tempos. a t0 a t0 16 Cinemática vetorial Grandezas escalares Uma grandeza escalar é definida unicamente por sua intensidade. A intensidade de uma gran- deza escalar é um número acompanhado de uma unidade de medida. Massa, temperatura e tempo são alguns exemplos de grandezas escalares. Grandezas vetoriais Uma grandeza vetorial é definida por sua inten- sidade, direção e sentido. Exemplos de grandezas vetoriais: deslocamento, velocidade e força. A representação de uma grandeza vetorial é feita por um vetor. Ponta da seta: sentido do vetor. Reta-suporte: direção do vetor. Tamanho da seta: intensidade ou módulo do vetor. Descrição da grandeza vetorial Intensidade ou módulo: ___ › A ou ___ › A . Grandeza vetorial A: Direção: reta de suporte. Sentido: ponta da seta. Soma de vetores � Vetores colineares: ____ › B ____ › A ___ › S 5 ____ › A 1 ____ › B O módulo do vetor soma é: S 5 A 1 B ___ › B ___ › A ___ › S 5 ____ › A 2 ____ › B O módulo do vetor soma é: S 5 A 2 B � Vetores concorrentes: u ___ › B ____ › A ___ › S 5 ____ › A 1 ____ › B ___ › S O módulo do vetor soma é: S2 5 A2 1 B2 1 2 ? A ? B ? cos u Decomposição de vetores Indicamos por ___ › C x e ___ › C y os vetores componentes do vetor ___ › C nos eixos x e y do plano cartesiano. O módulo dos vetores componentes em função do ângulo u é: \01_t_0005_TEF1_M14 u y x ____ › C ____ › C x ____ › C y Cx 5 C ? cos u Cy 5 C ? sen u Queda livre e lançamento vertical para cima A queda livre e o lançamento vertical são mo- vimentos verticais, próximos à superfície terres- tre, sob a ação exclusiva da gravidade (a ação do ar é desprezada). Trata-se de movimentos unifor- memente variados, pois a aceleração se mantém constante (aceleração da gravidade g). Queda livre Na queda livre o corpo é abandonado de uma altura h da superfície, com velocidade inicial nula ( v0 5 0 ) . O movimento é acelerado, pois o módu- lo da velocidade escalar do corpo aumenta. O cor- po atinge o solo com velocidade v Þ 0. TCF_VU_LA_CADERNO_REVISAO_016A023.indd 16 27/02/14 11:14