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CINEMÁTICA M O V I M E N T O U N I F O R M E ( M U ) SEMANA 1 MOVIMENTO UNIFORME (MU) O movimento uniforme ocorre quando um corpo percorre distância iguais em intervalos de tempos iguais. MOVIMENTO PROGRESSIVO E RETRÓGRADO • O movimento é chamado progressivo quando o móvel caminha a favor da orientação positiva. • O movimento é chamado retrógrado quando o móvel caminha contra a orientação positiva da trajetória. MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME (MRU) Note que no movimento uniforme (MU) a trajetória percorrido pelo corpo pode ter diversas formas (reta, circular, curvilínea, etc.), desde que o corpo permaneça com velocidade constante. No movimento retilíneo uniforme (MRU) o corpo está sob velocidade constante, contudo, a trajetória percorrida pelo corpo é em linha reta, por isso, o nome retilíneo. FUNÇÃO HORÁRIA (MU) A função horária do movimento uniforme. Por meio dela, podemos localizar, em qualquer instante, um móvel que se movimenta com velocidade constante, desde que saibamos seu espaço inicial e a sua velocidade. Fórmula da função horária. No movimento uniforme a velocidade média terá o mesmo valor da velocidade em cada instante (velocidade instantânea), pois seu valor é sempre igual. Sendo: v: velocidade do movimento uniforme (m/s) vm: velocidade média (m/s) Δs: deslocamento (posição final - posição inicial) (m) Δt: intervalo de tempo (s) Experimento: https://youtu.be/TR5Di0xfuis EXERCÍCIO RESOLVIDO (UNESP - 2018) Juliana pratica corridas e consegue correr 5,0 km em meia hora. Seu próximo desafio é participar da corrida de São Silvestre, cujo percurso é de 15 km. Como é uma distância maior do que a que está acostumada a correr, seu instrutor orientou que diminuísse sua velocidade média habitual em 40% durante a nova prova. Se seguir a orientação de seu instrutor, Juliana completará a corrida de São Silvestre em a) 2 h 40 min b) 3 h 00 min c) 2 h 15 min d) 2 h 30 min e) 1 h 52 min RESOLUÇÃO Alternativa correta: d) 2h 30 min Sabemos que na corrida de São Silvestre ela irá diminuir sua velocidade média habitual em 40%. Então, o primeiro cálculo será descobrir essa velocidade. Para isso, vamos usar a fórmula: Como 40% de 10 é igual a 4, temos que sua velocidade será: v = 10 - 4 = 6 km/h EXERCÍCIOS 1) Um veículo move-se com velocidade constante de 36 km/h. Ao seu lado, um outro veículo trafega com velocidade constante de 54 km/h. Assinale a alternativa que indica qual será a distância, em km, entre esses veículos após um intervalo de tempo de 5 minutos. a) 5,0 km b) 2,0 km c) 1,5 km d) 3,0 km e) 18 km 2) Um trem necessita completar uma viagem de 400 km em um tempo máximo de 4h, movendo-se a 80 km/h. Após 30 minutos de viagem, o trem quebra e fica parado por 30 minutos. Determine a velocidade média que o trem precisará desenvolver no restante do trajeto para chegar a tempo em seu destino. a) 100 km/h b) 120 km/h c) 160 km/h d) 90 km/h e) 70 km/h SEMANA 2 MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO O Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV) é aquele que é realizado em linha reta, por isso é chamado de retilíneo. Além disso, apresenta variação de velocidade sempre nos mesmos intervalos de tempo. Uma vez que varia da mesma forma, o que revela constância, o movimento é chamado de uniformemente variado. A média da aceleração é igual a sua variação ocorrida em determinados intervalos de tempo, o que é conhecido como aceleração instantânea. a = Δv / Δt→ a = V - Vo / t - to → a = V - Vo / t Desses cálculos, resulta a fórmula de MRUV: V = Vo + a. t Onde, v: velocidade (m/s) vo: velocidade inicial (m/s) a: aceleração (m/s2) t: tempo (s) MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO O Movimento Retilíneo Uniformemente Acelerado ocorre quando um corpo cuja velocidade aumenta sempre na mesma proporção ao longo do tempo, aceleração constante positiva. Exemplo disso é ligar uma moto que está estacionada (velocidade inicial 0) e começar um percurso. A moto vai ganhando velocidade de forma constante, até atingir o limite que pretende (velocidade diferente e distante de zero). MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE RETARDADO O Movimento Retilíneo Uniformemente Retardado ocorre quando um corpo em movimento reduz a sua velocidade de forma constante ao longo do tempo. Neste caso a aceleração constante terá sinal negativo. Exemplo disso é uma moto que está em movimento (velocidade diferente e distante de zero) e que têm de desacelerar quando se depara com um grande congestionamento. Seu motorista poderá reduzir a velocidade de forma constante até chegar a zero. Experimento: https://youtu.be/l4cjrCCFF38 EXERCÍCIO RESOLVIDO Uma partícula em movimento retilíneo movimenta-se de acordo com a equação v = 10 + 3t, com o espaço em metros e o tempo em segundos. Determine para essa partícula: a) A velocidade inicial b) A aceleração c) A velocidade quando t=5s e t= 10s RESOLUÇÃO a) Para encontrar o valor da velocidade inicial, devemos comparar a equação acima com a função horária da velocidade: V = vo + at V = 10 + 3t A partir dessa comparação, vemos que o termo que substituiu a velocidade inicial (v 0) da fórmula é o número 10. Portanto, podemos concluir que v0 = 10 m/s b) Comparando novamente as equações, vemos que o que substitui a aceleração (a) na equação é o número 3. Portanto, a = 3 m/s 2 c) Quando t = 5s v = 10 + 3.5 v = 10 + 15 v = 25 m/s Quando t = 10 s v = 10 + 3.10 v = 10 + 30 v = 40 m/s EXERCÍCIOS 1) Um ponto material parte do repouso em movimento uniformemente variado e, após percorrer 12 m, está animado de uma velocidade escalar de 6,0 m/s. A aceleração escalar do ponto material, em m/s, vale: a) 1,5 b) 1,0 c) 2,5 d) 2,0 e) n.d.a. 2) Uma pedra é lançada do décimo andar de um prédio com velocidade inicial de 5m/s. Sendo a altura nesse ponto igual a 30 m e a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2, a velocidade da pedra ao atingir o chão é: a) 5 m/s b) 25 m/s c) 50 m/s d) 30 m/s e) 10 m/s SEMANA 3 GRÁFICOS DO MOVIMENTO UNIFORME A função horária do movimento uniforme é uma função do 1º grau. Desta forma, seu gráfico será uma reta cuja inclinação será igual ao valor da velocidade. Podemos ainda, representar o gráfico da velocidade em função do tempo. Este gráfico será o da função constante, pois a velocidade apresenta o mesmo valor ao longo do tempo. Em um gráfico da velocidade em função do tempo a área da curva representa a distância percorrida no movimento. Essa propriedade simplifica o cálculo da distância a partir do gráfico da velocidade. Equação de 1º Grau (S= S0 + v.t) Equação (D = v . T) • 1º caso [reta vermelha] – movimento acelerado • 2º caso [reta azul] –movimento retardado • 3º caso [reta amarela] –movimento uniforme Equação Velocidade variável em função do tempo através da equação: Distância varia em função do tempo com a equação: EXERCÍCIO RESOLVIDO Um observador percebe que um veículo, inicialmente a uma distância de 30 m, afasta se com velocidade constante de 90 km/h. Em relação a esse movimento, responda: a) Qual é a classificação do movimento desse veículo? Explique. b) Determine a função horária da posição desse veículo em unidades do SI. c) Em qual instante de tempo esse veículo estará na posição 80 m? RESOLUÇÃO a) Como o veículo afasta-se de seu observador, o seu movimento é progressivo. Além disso, como sua velocidade é constante, trata-se de um movimento uniforme e progressivo. b) Para determinarmos a função horária do movimento, precisamos ler o exercício e identificar algumas grandezas, como posição inicial e velocidade. Ao fazê-lo, é possível perceber que a trajetória do veículo foi iniciada na posição 30 m, logo, S0 = 30 m. Já a sua velocidade, de 90 km/h, precisa ser expressa no SI. Para isso, basta dividi-la pelo fator 3,6, portanto, v = 25 m/s. c) Podemos calcular o instante em que o veículo passará pela posição S =80 m substituindo esse número na fórmula encontrada acima. Veja: EXERCÍCIOS 1) No instante de tempo t0, um corpo encontra-se na posição 3 m com relação a um sistema de referência, movendo-se com uma velocidade de 10 m/s. A alternativa que representa corretamente a função horária da posição desse móvel é: a) S = 3 + 10t b) S =10 + 3t c) S = 3t + 5t² d) S = 10t + 3t² 2) Analise o gráfico a seguir e assinale a alternativa que indica corretamente o tipo de movimento representado. a) movimento positivo. b) movimento uniforme e progressivo. c) movimento uniforme e retrógrado. d) movimento uniformemente retardado. e) movimento uniformemente acelerado. SEMANA 4 MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME (MCU) Movimento circular uniforme (MCU) é aquele em que uma partícula move-se ao longo de uma trajetória circular de raio constante. Nesse tipo de movimento, tanto a velocidade escalar quanto a velocidade angular são constantes, mas o movimento é acelerado, uma vez que nesse tipo de trajetória é necessário que haja uma aceleração, a qual aponta na direção do raio, sempre com sentido ao centro da curva, chamada de aceleração centrípeta. Uma vez que a trajetória percorrida no MCU é circular, o espaço percorrido (ΔS) pela partícula pode ser calculado a partir de um arco de circunferência, de modo que uma volta completa tenha comprimento igual a 2πR, em que R representa o módulo do raio dessa circunferência. A velocidade escalar v do movimento circular uniforme, por sua vez, é calculada pela razão entre o espaço percorrido (ΔS) e o intervalo de tempo (Δt), assim como mostramos a seguir: È possível separar as grandezas angulares das grandezas espaciais. Fazendo isso, obtém-se outra fórmula para a velocidade escalar. Tal fórmula mostra que o módulo da velocidade escalar em que a partícula move-se pode ser calculado a partir do produto entre a velocidade angular (ω) e o raio da trajetória (R). A velocidade angular comumente é chamada de frequência angular e também de pulsação. Sua unidade de medida é o radiano por segundo (rad/s). Duas importantes grandezas para os movimentos circulares: frequência (f) e período (T). A frequência, cuja unidade de medida também é o Hz, indica a quantidade de rotações que uma partícula realiza a cada segundo, enquanto o período indica o tempo necessário para essa partícula percorrer uma volta completa. Dessa maneira, frequência e período são grandezas inversamente proporcionais e relacionadas entre si. ACELERAÇÃO CENTRÍPETA NO (MCU) A aceleração centrípeta é aquela que aponta sempre para o centro da curva realizada por uma partícula em movimento circular. Essa aceleração pode ser produzida por uma tração, força de atrito, força magnética, entre outras. A fórmula utilizada para calcular o módulo da aceleração centrípeta de uma partícula em MCU é a seguinte: Experimento: https://youtu.be/QXhxDyG0C24 EXERCÍCIO RESOLVIDO Um corpo em MCU consegue realizar 480 voltas no tempo de 120 segundos em torno de uma circunferência de raio 0,5 m. De acordo com essas informações, determine: a) frequência e período. b) velocidade angular e velocidade escalar. RESOLUÇÃO Respostas corretas: 4 rps e 0,25 s. a) A frequência (f) do movimento é dada em unidade de tempo de acordo com a divisão do número de voltas pelo tempo gasto para executá-las. O período (T) representa o intervalo de tempo para que o movimento se repita. Período e frequência são grandezas inversamente proporcionais. A relação entre elas é estabelecida através da fórmula: b) Respostas corretas: 8 rad/s e 4 m/s. O primeiro passo para responder essa questão é calcular a velocidade angular do corpo. A velocidade escalar e angular são relacionadas a partir da fórmula a seguir. EXERCÍCIOS 1) (Unifor) Um carrossel gira uniformemente, efetuando uma rotação completa a cada 4,0 segundos. Cada cavalo executa movimento circular uniforme com frequência em rps (rotação por segundo) igual a: a) 8,0 b) 4,0 c) 2,0 d) 0,5 e) 0,25 2) (UMC) Numa pista circular horizontal, de raio igual a 2 km, um automóvel se movimenta com velocidade escalar constante, cujo módulo é igual a 72 km/h. Determine o módulo da aceleração centrípeta do automóvel, em m/s2. REFERÊNCIAS GOUVEIA, Rosimar. Movimento Uniforme. TodaMateria. Disponível em: < https://www.todamateria.com.br/movimento-uniforme/ > .Acesso em:15 mai. 2021. GOUVEIA, Rosimar. Movimento Retilíneo uniformemente Variado. TodaMateria. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/movimento-retilineo-uniformemente-variado/>. Acesso em: 15 mai. 2021. MARTINHO, Tiago. Movimento retilíneo uniforme variado. CFQ para todos. Disponível em:<http://cfqparatodos.blogspot.com/2014/03/movimento-retilineo-uniforme-variado.html>. Acesso em: 16 mai. 2021. HELERBROCK, Rafael. Gráficos do MUV. UOL. Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimento-uniforme.htm>. Acesso em: 17 mai. 2021. HELERBROCK, Rafael. Movimento circular uniforme (MCU). UOL. Disponível em:<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/movimento-circular-uniforme-mcu.htm>. Acesso em: 17 mai. 2021. JUNIOR, Francisco Ramalho; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os fundamentos da física 1: mecânica. 09. ed. São Paulo: Moderna, 2007.P . 14-32. https://www.todamateria.com.br/movimento-uniforme/ https://www.todamateria.com.br/movimento-retilineo-uniformemente-variado/ http://cfqparatodos.blogspot.com/2014/03/movimento-retilineo-uniforme-variado.html https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimento-uniforme.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/movimento-circular-uniforme-mcu.htm
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