Introdução à Cinemática - Física

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FÍSICA
Conceitos
O que é Física
Pra que serve
Ramos de estudo
3
Física é um termo com origem no Grego “physis” que significa “natureza”. É a ciência que estuda as leis que regem os fenômenos naturais suscetíveis de serem examinados pela observação experimentação.
como a chuva, as tempestade, os movimentos, a gravidade, a luz o som e etc.
Definição
 Grandezas e medidas
3
4
O que vamos estudar?
 Grandezas e medidas
4
5
 Grandezas e medidas
5
Física, 1º Ano
Cinemática
Cinemática: É a parte da mecânica que estuda os movimentos dos corpos ou partículas sem se levar em conta o que os causou. 
 
Vamos estudar os movimentos dos corpos e para isso precisamos de alguns conceitos tais como:
I- Ponto Material
 São corpos de dimensões desprezíveis comparadas com outras dimensões dentro do fenômeno observado. Chamaremos um ponto material de móvel.
Por exemplo:
1-Uma formiga em relação a uma calçada. 
 
Capacidade
6
2- Um caminhão em relação a um campo de futebol:
Física, 1º Ano
Cinemática
II- Corpo Extenso
São corpos cujas dimensões não podem ser desprezadas comparadas com outras dimensões dentro do fenômeno observado.
 Por exemplo:
1- Uma formiga em relação a uma pequena pedra.
 
2-Um caminhão em relação a uma pequena rua
 
Física, 1º Ano
Cinemática
Atenção!! Observe que ser ponto material ou corpo extenso depende do referencial de observação 
II- Trajetória
É o caminho percorrido pelo móvel. Para definir uma trajetória é preciso um ponto de partida para a observação, chamado de marco zero da observação. Toda trajetória depende do referencial adotado.
Física, 1º Ano
Cinemática
Física, 1º Ano
Cinemática
Atenção!! Observe que: quem estiver dentro do avião verá o objeto cair em linha reta e, quem estiver na Terra verá um arco de parábola.
IV- Posição
 É a localização do móvel na trajetória, medida em relação a um ponto que será a origem dos espaços. Representaremos a posição, usando a letra x. 
 
 0 10 20 35 X(km)
 
 Posição 1 igual 10km ( x1 = 10 km )
Posição 2 igual 35km ( x2 = 35 km )
 
Física, 1º Ano
Cinemática
V- Deslocamento
 
É a variação da posição do móvel em um referido intervalo de tempo. Representado por X.
 
X = X – X0
Onde X é a posição final e X0 a posição inicial.
Física, 1º Ano
Cinemática
X = X – X0
Exemplo:
 
 
  0 10 20 35 X(km)
 
 X = X – X0
X = 35- 10 = 25 km
 
  
 Velocidade escalar média
A razão entre o deslocamento sofrido pelo móvel em um dado intervalo de tempo chamamos de velocidade escalar média e representamos pela equação abaixo.
 
0 x0 x 
Vm = X
 t
Hora do Simulador 
Velocidade media (arame)
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Movimento Retilíneo e Uniforme
MRU
Um corpo realiza MRU quando sua velocidade é constante e diferente de zero.
0 x0 x 
A função horária que representa o movimento é dada por:
X = X0 + V.t 
TIPOS DE MOVIMENTO RETILÍNIO UNIFORME 
Física, 1º Ano
Cinemática
1- MOVIMENTO PROGRESSIVO: É AQUELE CUJO DESLOCAMENTO DO MÓVEL SE DÁ NO SENTIDO DA ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA.
 x0 x 
 X AUMENTA NO DECORRER DO TEMPO E V > O
Física, 1º Ano
Cinemática
2- MOVIMENTO RETRÓGRADO: É AQUELE CUJO DESLOCAMENTO DO MÓVEL SE DÁ NO SENTIDO CONTRÁRIO AO DA ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA.
 x x0
 X DIMINUI NO DECORRER DO TEMPO E V < O
Aceleração Escalar Média
Física, 1º Ano
Cinemática
Considere um automóvel, movimentando-se sobre uma trajetória retilínea, onde Xo é a posição inicial ocupada pelo automóvel, que possui uma velocidade inicial V0. Após um certo instante posterior t, o automóvel encontra-se sobre uma posição final X, mas com uma velocidade final V, tal que V  V0, conforme a figura.
V0
V
 Xo 
 X 
TIPOS DE MOVIMENTO RETILÍNIO VARIADO 
Física, 1º Ano
Cinemática
1-Movimento Acelerado
	Quando a aceleração atua no mesmo sentido da velocidade, o corpo sofre um aumento no valor absoluto de sua velocidade no decorrer do tempo, logo o movimento é acelerado.
2-Movimento retardado
	Um movimento é denominado retardado, quando o módulo da velocidade diminui no decorrer do tempo, ou seja, quando a aceleração e a velocidade têm sentidos opostos.
Física, 1º Ano
Cinemática
Atenção! Acelerado: o Módulo da velocidade aumenta no decorrer do tempo.
Retardado: o Módulo da velocidade diminui no decorrer do tempo.
 
III- Movimento de Queda Livre
A queda livre é o movimento de um objeto que se desloca livremente, unicamente sob a influência da gravidade. 
Não depende do movimento inicial dos objetos:
Deixado cair do repouso
Atirado para baixo
Atirado para cima
 Mecânica 
III- Movimento de Queda Livre
Quem tinha razão acerca da queda dos graves? 
Galileu
Aristóteles
?
 Mecânica 
III- Movimento de Queda Livre
Galileu, o primeiro físico moderno, estudou a queda dos corpos
Refutou as hipóteses de Aristóteles
 Mecânica 
III- Movimento de Queda Livre
 Mecânica 
Experimento 
 Mecânica 
Papel chamex
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FORÇA
O que é isso mesmo?
 Mecânica 
	Qualquer agente capaz de produzir num corpo uma aceleração e/ou uma deformação.
Força
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do Ensino Fundamental
 Mecânica 
Onde estão as Forças?
	Elas estão presentes em todas as situações cotidianas. Até mesmo onde você nem imagina. Sempre há um tipo de força envolvida num fenômeno.
do Ensino Fundamental
 Mecânica 
	Instrumento utilizado para medir força.
Dinamômetro
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Imagem: Briain / Domínio Público
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do Ensino Fundamental
 Mecânica 
Classificação das Forças
Forças de Contato: São forças que surgem no contato de dois corpos.
Ex.: Quando puxamos/empurramos um corpo.
Imagem: Oleg Alexandrov / Domínio Público
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do Ensino Fundamental
 Mecânica 
Forças de Campo: São forças que atuam a distância, dispensando o contato.
Ex.: Ímã e um metal; o satélite e a Terra.
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do Ensino Fundamental
 Mecânica 
Força peso ...
Mas, antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
Por que os astronautas parecem flutuar quando estão no espaço?
Massa e Peso são a mesma coisa?
Por que, quem está do outro lado do mundo, não “cai para baixo”?
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 Mecânica 
“Todos nós estamos “presos ao chão” por causa da existência de uma Força de Atração do Campo Gravitacional da Terra que nos puxa, na vertical, para baixo, com a aceleração gravitacional... O Peso é uma força de campo que atua no campo gravitacional de um corpo celeste, que tem sempre o sentido de aproximar o objeto que está sendo atraído para o centro desse corpo”.
KAZUHITO, Yamamoto. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Saraiva. 2010.
Sendo m a intensidade da massa do objeto e g, a da aceleração da gravidade, seu peso é determinado pelo Princípio Fundamental da Dinâmica.
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 Mecânica 
DINÂMICA
 Mecânica 
 Grandezas e medidas
Vamos começaresse estudo fazendo algumas perguntas ...
Por que, quando um ônibus freia ou acelera, somos “empurrados” para frente ou para trás?
Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
Por que precisamos utilizar o cinto de segurança quando estamos no carro?
Como é possível retirar um papel debaixo de uma garrafa sem tirá-la do lugar?
Por que não é possível uma pessoa se erguer puxando o seu próprio cabelo?
do Ensino Fundamental
As Leis de Newton
	As Leis de Newton são Leis que determinam como a ação das Forças influenciam no estado de movimento dos corpos.
do Ensino Fundamental
	Trouxe grande contribuição para a humanidade com seu estudo nas mais diversas áreas da Ciência, principalmente em Física e Matemática.
Isaac Newton
	Nascido em 1642, mesmo ano da morte do Físico Galileu Galilei, em Woolsthorpe, Lincolnshire, localizada na Inglaterra. Além de Física e Matemática, ele estudou Filosofia, Astronomia, Astrologia, Alquimia, Teologia, entre outras Ciências.
Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
do Ensino Fundamental
O Binômio de Newton
A criação e o desenvolvimento dos Cálculos Diferencial e Integral
O estudo sobre os Fenômenos Ópticos que possibilitaram a elaboração da teoria sobre a cor dos corpos
O estudo das Leis dos movimentos (As Leis de Newton - as quais estudaremos agora)
O desenvolvimento da Lei da Gravitação Universal
Dentre os muitos trabalhos que Isaac Newton elaborou, podemos citar:
Imagem: LadyofHats / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
Imagem: Suidroot / GNU Free Documentation License
Imagem: KSmrq / GNU Free Documentation License
do Ensino Fundamental
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Sir Isaac Newton 1642 – 1727 
Principia Mathematica Philosophiae Naturalis. 
As Leis da Dinâmica
Imagem: Isaac Newton / Jan Arkesteijn / Domínio Público
Imagem: Aushulz / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.0 Genérica
do Ensino Fundamental
1ª Lei de Newton: LEI DA INÉRCIA
	“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas sobre ele”.
(Isaac Newton - Principia)
Imagem: NASA / Domínio Público
do Ensino Fundamental
	Segundo Aristóteles, o movimento de um corpo não é um estado natural. Para que ele ocorra, é necessária a ação de uma força.
	Segundo Galileu, inércia consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter velocidade constante.
Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.)
Galileu (1564 d.C. – 1642 d.C.)
Imagem: Sting / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 2.5 Genérica
Imagem: Justus Sustermans (1597–1681) / Domínio Público
do Ensino Fundamental
Inércia
	A INÉRCIA consiste na tendência natural que os corpos possuem em manter sua velocidade constante (Manter o seu estado de equilíbrio – Repouso ou M.R.U.).
A grandeza física que mede a quantidade de inércia de um corpo se chama MASSA. 
do Ensino Fundamental
Algumas situações em que a Lei da Inércia aparece
Imagem: BrokenSphere / GNU Free Documentation License
Imagem: Munsterbusiness.ie / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
do Ensino Fundamental
A importância do cinto de segurança
	Num choque frontal, os ocupantes de um carro, por causa da Inércia, tendem a continuar em movimento, em relação à pista e podem, eventualmente, se chocar contra o para-brisa, o volante. O cinto de segurança tem a finalidade de, nessas situações, aplicar força ao corpo do passageiro, diminuindo a sua velocidade.
Imagem: Gerdbrendel / GNU Free Documentation License
do Ensino Fundamental
Força é o agente que altera a velocidade do corpo, vencendo assim a tendência natural de manter seu estado de equilíbrio (INÉRCIA).
De acordo com a Lei da Inércia... 
Todo corpo em equilíbrio mantém, por inércia, sua velocidade constante.
do Ensino Fundamental
Referenciais Inerciais
	A primeira lei de Newton não faz distinção entre um corpo estar em repouso ou em movimento uniforme (velocidade constante). O fato de o corpo estar em um ou em outro estado depende do referencial (sistema de coordenadas) em que o corpo é observado. 
	Em relação a mim, o pacote está em repouso, pois suas coordenadas permanecem constantes em relação ao referencial. Assim, segundo a 1ª lei de Newton, ele tende a permanecer em repouso, a não ser que alguma força atue e modifique seu estado.
	Ei! Aquele pacote que está em cima da mesa está em movimento, pois suas coordenadas estão mudando em relação a esse referencial adotado. 
do Ensino Fundamental
Referencial Inercial
O referencial só é considerado INERCIAL se estiver em EQUILÍBRIO, ou seja, não possuir aceleração, quer dizer, ou está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU).
As Leis de Newton somente são válidas para referenciais inerciais!
Quando os movimentos tiverem grande duração e se exigir precisão, adotar-se-á como referencial inercial o "referencial estelar", que se utiliza de estrelas cujas posições têm sido consideradas invariáveis durante anos de observação (“estrelas fixas no céu”).
Imagem: Smiley.toerist / GNU Free Documentation License
Imagem: G. Hüdepohl/ESO / European Southern Observatory / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
do Ensino Fundamental
2ª Lei de Newton:
“Princípio Fundamental da Dinâmica”
“A mudança do estado de movimento de um corpo é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela força foi imprimida” 
(Isaac Newton - Principia)
Imagem: Ryan Child / U.S. Navy / Domínio Público
m=1kg
F= 1N
a= 1 m/s²
A força de 1N aplicada em um corpo de 1kg provoca aceleração de 1m/s²
do Ensino Fundamental
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	Percebemos que Massa e Aceleração são grandezas inversamente proporcionais
	 A força que a mão exerce acelera a caixa		A força que a mão exerce acelera a caixa	
	Duas vezes a força produz uma aceleração duas vezes maior		A mesma força sobre uma massa duas vezes maior causa metade da aceleração	
	Duas vezes a força sobre uma massa duas vezes maior produz a mesma aceleração original		Sobre uma massa três vezes maior, causa um terço da aceleração original	
do Ensino Fundamental
Hora do Simulador 
SIMULADOR DAS FORCAS
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3ª Lei de Newton:
LEI DA AÇÃO E REAÇÃO
“A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas”.
(Isaac Newton - Principia)
1. O par ação/reação nunca se equilibra, pois as forças atuam em corpos diferentes.
Observações:
2. O par aparece instantaneamente, então qualquer uma das forças pode ser ação ou reação. 
do Ensino Fundamental
Alguns exemplos de Ação e Reação
Imagem: Danielle / GNU Free Documentation License
Imagem: Andre Engels / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Imagem: Nasser Akabab / GNU Free Documentation License
do Ensino Fundamental
	Um patinador encostado a uma parede ganha impulso, isto é, ele se acelera ao "empurrar" uma parede com as mãos. O resultado da reação da parede é uma força que o habilita a qualquer aceleração.
	Ao empurrarmos um carro colocando-o em movimento, aplicamos uma força sobre ele. A força de reação do carro está no sentido oposto ao da força aplicada.
	Ao chutarmos uma bola, os nossos pés aplicam uma força sobre ela. A força de reação da bola age sobre o pé do jogador. O pé experimenta um movimento de recuo. Experimente chutar uma bola leve e outra pesada, para comparar a reação da bola sobre o seu pé.
	Os motoristas usam um pequeno martelo de madeira para testar a pressão dos pneus do caminhão. Ao batermos no pneu, exercemos uma força sobre este. A força de reação do pneu faz o martelo inverter o sentido do movimento. O motorista sente o retorno e sabe quando o pneu está bom.
Imagem: Jacinta Quesada / Domínio Público
Imagem: Rulesfan / Domínio Público
Imagem: icegianna / Domínio Público
do Ensino Fundamental
ENERGIA CINÉTICA E POTENCIAL
Energia cinética
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.brO automóvel em movimento, a criança que corre e a pedra a rolar têm energia cinética.
Qualquer corpo em movimento possui energia cinética!
Formas fundamentais de energia
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
As diferentes designações atribuídas à energia correspondem apenas a duas formas fundamentais de energia:
 Energia cinética que está associada ao movimento.
Esta é a energia que associamos ao vento, à água em movimento, à corrente elétrica no circuito, ao som e à agitação das partículas do ar junto de um aquecedor.
 Energia potencial que corresponde à energia armazenada em condições de poder ser utilizada.
Esta é a energia acumulada numa bateria, nos alimentos e nos combustíveis.
A energia cinética depende de quê?
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
Se duas pedras, com a mesma massa, forem atiradas contra uma parede com velocidades diferentes, qual provocará mais danos?
A pedra que provoca maior estrago é a que possui maior velocidade porque tem uma energia cinética maior.
A energia cinética depende de quê?
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
Se duas pedras, de massas diferentes, forem atiradas contra uma parede com a mesma velocidade, qual provocará maior estrago?
A pedra que provoca maior estrago é a que possui maior massa porque tem uma energia cinética maior.
Energia potencial
O boneco dentro da caixa tem energia armazenada. Esta energia manifesta-se quando o boneco salta e designa-se por energia potencial elástica.
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
PEDRA “ENERGIZADA”
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
Energia potencial
O alpinista possui energia armazenada pelo fato de estar a ser atraído pela Terra. Essa energia que não se está a manifestar mas que pode vir a manifestar-se se cair, designa-se por energia potencial gravitacional.
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
A energia potencial gravítica depende de quê?
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
Se deixarmos cair uma pedra, em qual dos três níveis vai causar maior estrago?
A pedra produz mais estragos quando cai do nível 3 porque como cai de uma altura maior tem uma energia potencial gravítica maior.
A energia potencial gravitacional depende de quê?
Professor Antenor email:antenordfte@yahoo.com.br
Se deixarmos cair duas pedras de massas diferentes mas da mesma altura, qual vai causar maior estrago?
A pedra de maior massa produz mais estragos porque tem uma energia potencial gravítica maior.
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