CONCEITO DE MOVIMENTO
Um corpo está em movimento quando a sua posição, em relação a um determinado corpo e referência, varia com o decorrer do tempo.
Cinemática escalar estuda os movimentos sem se preocupar com suas causas.
ESPAÇO PERCORRIDO
Espaço percorrido é definido como a medida do comprimento do percurso de um corpo em movimento. Essa medida costuma ser obtida entre duas referencias, como os marcos quilométricos de uma estrada.
Ex: Km
PONTO MATERIAL
Ponto material é todo corpo cujas dimensões não interferem no estudo de um determinado fenômeno.
Imagine uma pessoa caminhando e atravessando uma ponte de extensão 600 metros. O tamanho desta pessoa comparado ao tamanho da ponte é insignificante e então pode ser desprezado no equacionamento deste movimento. Logo, esta pessoa é considerada uma partícula ou um ponto material. (fig.1)
Imagine agora que por esta ponte passe uma estrada férrea e que uma composição de 300 metros de extensão vá atravessá-la. Para o equacionamento deste novo movimento, não poderemos desprezar o tamanho da composição. Logo, esta composição é considerada um corpo extenso. (fig.2)
REFERENCIAL REPOUSO E MOVIMENTO
Vamos imaginar a seguinte situação:
Uma pessoa A encontra-se dentro de um carro que anda para a direita, e outra pessoa B em pé, no acostamento.
Tomando a pessoa B como referência, verificamos que à distância entre ela e A varia (aumenta ou diminui) com o decorrer do tempo.
Então, neste caso, podemos dizer que a está em movimento em relação a B.
Supondo, agora, que B esteja junto ao carro, e tomando novamente B como referencia, verificamos que a distancia entre eles não varia com o tempo. Neste caso dizemos que A está em repouso em relação a B.
O corpo B, que tomamos como referência nos dois exemplos é denominada referencia. Para determinar se um objeto está em movimento ou está em repouso devemos adotar um referencial.
Adotando outro exemplo, considere agora uma pessoa em seu carro, trafegando em uma rua calma. Ao passar por um grupo de estudantes parados em um ponto de ônibus, começa uma discussão entre eles. Um dos estudantes afirma: "O motorista daquele carro está em movimento". Um outro colega se opõe à afirmação: "Não é o motorista que está em movimento e sim o seu carro". Um terceiro colega tenta aliviar a discussão explicando: "Se considerarmos o ponto de ônibus como referencial, tanto o motorista como o carro estão em movimento, mas se o referencial considerado for o volante do carro, ambos estão em repouso". Um corpo está em MOVIMENTO, quando a distância entre ele e o referencial adotado se altera; e, está em REPOUSO, quando a distância entre ele e o referencial adotado permanece constante. (fig.3)
TRAJETÓRIA
Trajetória é a linha determinada pelas diversas posições que um corpo ocupa no decorrer do tempo. A trajetória depende do referencial adotado.
Considere um carro passando por uma estrada coberta com uma fina camada de neve. As marcas dos pneus do carro determinam sua trajetória para aquele deslocamento.
Um exemplo clássico que nos permite afirmar que realmente a trajetória depende de um referencial é o de um avião que, em pleno vôo, abandona um corpo. Ao abandonar o corpo, um observador que se encontra lateralmente ao movimento verá uma trajetória com formato parabólico. Um outro observador, que se situa frontalmente ao movimento, verá uma trajetória retilínea. Então, para dois observadores (referenciais) diferentes, teremos duas trajetórias de formatos diferentes. (fig.4)
POSIÇÃO E DESLOCAMENTO
A posição de um corpo está vinculada a um ponto da trajetória que nomearemos "ORIGEM DOS ESPAÇOS" e que será o nosso referencial na determinação das posições (espaços). Na figura abaixo, os carros A e B estão a uma mesma distância da "ORIGEM" (MARCO ZERO), porém o A está à esquerda e o B à direita da origem. Note que, para definir a posição de um corpo na trajetória, o sinal positivo (+) e o sinal negativo (-) são muito importantes para identificar o lado em que se encontra o corpo em relação à "ORIGEM". (fig.5)
Δx = x - x0
A unidade de deslocamento é a mesma unidade de posição ou de comprimento - o metro
(m) - no SI.
ESPAÇO INICIAL (So) E DESLOCAMENTO ESCALAR
Espaço inicial é a posição ocupada pelo corpo quando este inicia o seu movimento.
Por exemplo, na figura anterior, se o tempo fosse “ZERO”, os espaços iniciais dos carros A e B seriam:
So A = -3km e So B = +3km
Deslocamento escalar é a diferença entre as posições ocupadas pelo corpo entre o início e o fim do movimento. (fig.6)
Sendo ΔS= S - S0
Logo:
ΔS = 3 - (-4) = 7km
A unidade de deslocamento é a mesma unidade de posição ou de comprimento – o metro (m) – no SI.
VELOCIDADE MÉDIA E VELOCIDADE INSTANTÂNEA
A velocidade media de um ponto material é, por definição, a razão entre o deslocamento Dx de um móvel e o intervalo de tempo Dt correspondente.
Assim:
logo:
As unidades de velocidade média são as mesmas que as da velocidade escalar média, uma vez que deslocamento e espaço percorrido tem a mesma dimensão (comprimento), são elas:
m/s ou km/h.
ACELERAÇÃO MÉDIA E INSTANTÂNEA
O conceito de aceleração está ligado a variação de velocidade sempre que a velocidade do ponto material varia, dizemos que esse ponto material foi acelerado.
Se a velocidade do ponto material em trajetória retilínea sofre a variação Δv.
No intervalo de tempo Δt, a aceleração media (am) e, por definição, a razão:
onde:
Δv = velocidade
Δt = tempo
Quando o ponto material em trajetória retilínea se move com velocidade constante, o seu movimento é retilíneo uniforme. Assim, estudar o movimento retilíneo uniforme (MRU) do ponto material se resume no estudo da variação da posição desse ponto material com o tempo.
A função horária das posições de um movimento é a formula matemática que fornece a posição do corpo no decorrer do tempo sobre uma determinada trajetória, ou seja:
S= s0 + vt
onde:
s = espaço
s0 = espaço inicial
v = velocidade
t = tempo