2: Cinemática
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Os objetos estão em movimento em todos os lugares que olhamos. Tudo, desde um jogo de tênis até uma sonda espacial sobrevoando o planeta Netuno, envolve movimento. Quando você está descansando, seu coração move o sangue pelas veias. E mesmo em objetos inanimados, há movimento contínuo nas vibrações dos átomos e moléculas. As perguntas sobre movimento são interessantes por si só: quanto tempo uma sonda espacial levará para chegar a Marte? Onde uma bola de futebol cairá se for lançada em um determinado ângulo? Mas uma compreensão do movimento também é fundamental para entender outros conceitos em física. Uma compreensão da aceleração, por exemplo, é crucial para o estudo da força. A cinemática é o ramo da mecânica clássica que descreve o movimento de pontos, corpos e sistemas de corpos sem considerar as massas desses objetos, nem as forças que podem ter causado o movimento.
- 2.0: Prelúdio da cinemática unidimensional
- Nosso estudo formal da física começa com a cinemática, que é definida como o estudo do movimento sem considerar suas causas. Na cinemática unidimensional e na cinemática bidimensional, estudaremos apenas o movimento de uma bola de futebol, por exemplo, sem nos preocupar com quais forças causam ou alteram seu movimento. Essas considerações vêm em outros capítulos. Neste capítulo, examinamos o tipo mais simples de movimento, ou seja, movimento ao longo de uma linha reta ou movimento unidimensional.
- 2.1: Deslocamento
- Cinemática é o estudo do movimento sem considerar suas causas. Neste capítulo, ele se limita ao movimento ao longo de uma linha reta, chamada movimento unidimensional. O deslocamento é a mudança na posição de um objeto.
- 2.2: Vetores, escalares e sistemas de coordenadas
- Um vetor é qualquer quantidade que tenha magnitude e direção. Um escalar é qualquer quantidade que tenha magnitude, mas sem direção. O deslocamento e a velocidade são vetores, enquanto a distância e a velocidade são escalares. No movimento unidimensional, a direção é especificada por um sinal de mais ou menos para significar esquerda ou direita, para cima ou para baixo e similares.
- 2.3: Tempo, velocidade e velocidade
- O movimento é mais do que a distância e o deslocamento. Perguntas como: “Quanto tempo dura uma corrida a pé?” e “Qual foi a velocidade do corredor?” não pode ser respondida sem a compreensão de outros conceitos. Nesta seção, adicionamos definições de tempo, velocidade e velocidade para expandir nossa descrição do movimento.
- 2.4: Aceleração
- Aceleração é a taxa na qual a velocidade muda. Em símbolos, a aceleração média é a= Δv/Δt. A unidade SI para aceleração é m/s². A aceleração é um vetor e, portanto, tem uma magnitude e uma direção. A aceleração pode ser causada por uma mudança na magnitude ou na direção da velocidade. A aceleração instantânea a é a aceleração em um instante específico no tempo. A desaceleração é uma aceleração com uma direção oposta à da velocidade.
- 2.5: Equações de movimento para aceleração constante em uma dimensão
- Talvez saibamos que quanto maior a aceleração de, digamos, um carro se afastando de um sinal de parada, maior o deslocamento em um determinado tempo. Mas não desenvolvemos uma equação específica que relacione aceleração e deslocamento. Nesta seção, desenvolvemos algumas equações convenientes para relações cinemáticas, partindo das definições de deslocamento, velocidade e aceleração já abordadas.
- 2.6: Fundamentos da solução de problemas para cinemática unidimensional
- A capacidade de aplicar princípios físicos amplos, geralmente representados por equações, a situações específicas é uma forma muito poderosa de conhecimento. É muito mais poderoso do que memorizar uma lista de fatos. As habilidades analíticas e de resolução de problemas podem ser aplicadas a novas situações, enquanto uma lista de fatos não pode ser feita por tempo suficiente para conter todas as circunstâncias possíveis. Essas habilidades analíticas são úteis tanto para resolver problemas neste texto quanto para aplicar a física.
- 2.7: Objetos caindo
- Um objeto em queda livre experimenta aceleração constante se a resistência do ar for insignificante. Na Terra, todos os objetos em queda livre têm uma aceleração devido à gravidade g, que tem uma média de g = 9,80 m/s2. Se a aceleração a deve ser tomada como +g ou −g é determinado pela sua escolha de sistema de coordenadas. Como a aceleração é constante, as equações cinemáticas acima podem ser aplicadas com o +g ou −g apropriado substituído por a. Para objetos em queda livre, up normalmente é considerado positivo.
- 2.8: Análise gráfica do movimento unidimensional
- Gráficos de movimento podem ser usados para analisar o movimento. As soluções gráficas produzem soluções idênticas aos métodos matemáticos para derivar equações de movimento. A inclinação de um gráfico de deslocamento x versus tempo t é velocidade v. A inclinação de um gráfico de velocidade v versus tempo t gráfico é aceleração a. Velocidade média, velocidade instantânea e aceleração podem ser obtidas analisando gráficos.
Miniatura: Cinemática de uma partícula clássica de massa\(m\), posição\(r\)\(v\), velocidade e aceleração\(a\). (Domínio público; Maschen).