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Física Geral e Experimental I Aula 02 Os direitos desta obra foram cedidos à Universidade Nove de Julho Este material é parte integrante da disciplina, oferecida pela UNINOVE. O acesso às atividades, conteúdos multimídia e interativo, encontros virtuais, fóruns de discussão e a comunicação com o professor devem ser feitos diretamente no ambiente virtual de aprendizagem UNINOVE. Uso consciente do papel. Cause boa impressão, imprima menos. Aula 02: Introdução à cinemática: referencial, trajetória, posição e deslocamento Objetivo: Nesta aula, o aluno irá conhecer as divisões da Física e terá uma introdução à Cinemática Escalar. Grafia das unidades A Física pode ser dividida em vários ramos de estudo, sendo um dos mais importantes a Mecânica, que é dividida em Estática, Cinemática e Dinâmica: Estática: é o estudo dos objetos que se encontram em repouso quando as forças que nele atuam estão em equilíbrio. Cinemática: área da Mecânica que se preocupa em descrever os movimentos sem qualquer referência às forças presentes. É o objeto de estudo dessa disciplina. Ao analisar o tempo de uma viagem, um motorista precisa apenas consultar o velocímetro, não é necessário saber nada sobre as forças envolvidas no movimento do carro. Dinâmica: é o estudo das causas de um movimento por meio da análise das forças que atuam em determinado objeto. A ligação com a Cinemática se estabelece por meio do estudo da aceleração. O comportamento do brinquedo representado na fotografia a seguir só pode ser entendido com o estudo da Dinâmica e de seus conceitos. Cinemática escalar A Cinemática Escalar estuda o movimento de uma partícula em uma linha reta. Uma partícula é qualquer objeto cujas dimensões são desprezíveis em relação ao sistema estudado. Por exemplo: um elefante ao lado de um homem não é uma partícula, mas no estudo das migrações eles podem ser considerados partículas em movimento. Posição, deslocamento e velocidade Da experiência diária, percebe-se que o movimento é uma mudança na posição de um corpo. Se um motorista viaja de São Paulo a Campinas, ele pode perceber que a sua posição altera-se enquanto ele se move. Caso ele se mova com uma velocidade de 60 km/h, quanto tempo ele precisará para chegar a Campinas? Essa é uma típica questão da cinemática. Posição A definição da posição de uma partícula começa com a escolha de um ponto a partir do qual a distância é medida. Esse é o ponto chamado origem. Escolhe-se uma direção como sendo positiva (normalmente à direita da origem) e a outra como sendo negativa. A posição da partícula é representada por “S” ou “x”. Exemplo: uma pessoa mora em uma casa e trabalha em uma indústria (como representado no esquema a seguir). A casa situa-se a uma distância de 30 km de um ponto definido como origem, e a fábrica está a 40 km desse ponto. A casa situa-se à esquerda da origem, e assim tem sua posição definida como negativa; já a fábrica é positiva. Tem-se então: Scasa = -30 km e Sfábrica = 40 km Deslocamento O deslocamento de um corpo é definido pela diferença entre suas posições final e inicial em um dado movimento. Em Física, sempre que temos uma variação de uma grandeza entre os valores inicial e final, ela é representada por meio da letra grega delta (∆). O deslocamento então é definido como: Exemplo: usando a situação anterior (casa e fábrica), podemos calcular vários deslocamentos. a) pela manhã, o nosso indivíduo vai da sua casa para o trabalho: b) no final do expediente ele retorna à sua casa: c) considerando o dia todo, ele sai da sua casa pela manhã e retorna à noite: O deslocamento apresenta algumas diferenças importantes dos conceitos que são usados cotidianamente: O deslocamento pode ser negativo (quando um objeto move-se em sentido contrário àquele definido como positivo). O deslocamento pode ser nulo (mesmo que o corpo tenha se movido); no item (c) o nosso indivíduo andou 140 km, mas seu deslocamento foi zero. O deslocamento é diferente de distância, nos itens (a) e (b) a distância é 70 km, e no item (c) 140 km. Velocidade O conceito de velocidade está intimamente ligado ao deslocamento efetuado por um corpo. Como a velocidade de um corpo pode mudar durante seu percurso, define-se a velocidade média (saiba mais sobre o assunto ao final da aula): tΔ SΔ =vm Onde ∆t é o tempo em que se realizou o deslocamento. Pelo Sistema Internacional de Unidades, a unidade para a velocidade é o m/s, mas, nos movimentos cotidianos costuma-se utilizar o km/h. A conversão pode ser feita facilmente: Para transformar de km/h para m/s, deve-se dividir por 3,6, e de m/s para km/h, multiplicar. De um modo sintético: E o exemplo do item anterior pode ser retomado para o cálculo das velocidades. Para isso, os tempos devem ser definidos. Exemplo: a) para ir da sua casa ao trabalho o nosso já citado indivíduo gastou um tempo de 1,5 h: b) na volta para sua residência, ele demorou 2 h: c) e em todo o seu dia (ida e volta): As velocidades podem ser positivas ou negativas; quando uma velocidade é positiva, o móvel desloca-se no mesmo sentido que se considera positivo (no caso para a direita) e o negativo retrata um movimento para a esquerda. Antigamente, usavam-se os sinais das velocidades para classificar os movimentos: i. Movimento progressivo: aquele que tem velocidade positiva (v > 0), retrata um movimento no mesmo sentido que o definido como positivo. ii. Movimento retrógrado: apresenta uma velocidade negativa (v < 0) e retrata um objeto movendo-se em sentido contrário ao positivo. Essa divisão é comum apenas em publicações voltadas ao Ensino Médio. O exemplo (c) costuma gerar dúvidas; apesar de o indivíduo ter trafegado por 140 km, a sua velocidade é zero. Fisicamente, sempre que um objeto inicia e termina o seu movimento no mesmo ponto, a sua velocidade média é definida como zero. Saiba Mais: Velocidade média: É a velocidade constante que um corpo deveria ter para percorrer determinado deslocamento no tempo considerado. Velocidade é zero: Algumas vezes, é conveniente utilizar a Velocidade Média Trivial, ou Velocidade Média de Percurso, que é a distância percorrida dividida pelo tempo: No caso do item (c), do exemplo t d v REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6022: Informação e documentação – Referências – Elaboração. Rio de Janeiro, 2002. BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES. The Internacional System of Units. 8. ed. Paris, 2006. CUTNELL, J.; JOHNSON, K. Física. v. 1. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 2006. INMETRO. Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia. 4. ed. Rio de Janeiro, 2005. INMETRO. 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