Cinemática é um ramo da física que estuda os movimentos dos corpos sem se preocupar com as forças causadoras desses. Ela é uma área fundamental para a compreensão de diversos fenômenos naturais e tecnológicos, além de ser essencial para o desenvolvimento de diversos campos de estudo, como a mecânica, a engenharia e a física médica.
Introdução à cinemática
A cinemática é responsável por estudar diversos aspectos do movimento, tais como posição, velocidade, aceleração e trajetória. Essas grandezas são determinantes para a descrição completa de um movimento e são utilizadas para a resolução de diversos problemas relacionados à dinâmica de sistemas mecânicos.
É importante citar que a cinemática é um dos pilares da física clássica, juntamente com a dinâmica e a termodinâmica. Ela se preocupa em descrever os movimentos dos corpos e suas características, sem se preocupar com as causas que os geram, como forças externas e atritos.
Conceitos da cinemática
Na cinemática são estudados diversos conceitos fundamentais, como referencial, movimento, repouso, trajetória, deslocamento, ponto material e corpo extenso:
- Referencial: é o conjunto de pontos que servem como referência para descrever um movimento. Ele pode ser fixo, quando não se move em relação ao ambiente, ou móvel, quando se move em relação ao ambiente;
- Movimento: o movimento é a mudança de posição de um objeto em relação a um referencial. Ele pode ser uniforme, quando a velocidade é constante, ou variado, quando a velocidade muda ao longo do tempo.
- Repouso: é a ausência de movimento.
- Trajetória: a linha formada pelo movimento de um corpo no espaço.
- Deslocamento: a variação de posição de um objeto em relação a um referencial. Ele pode ser positivo, quando o objeto se desloca na direção do eixo positivo do referencial, ou negativo, quando o objeto se desloca na direção do eixo negativo do referencial
- Ponto material: um corpo que ocupa um espaço muito pequeno e que não possui extensão.
- Corpo extenso: é um corpo que ocupa um espaço considerável e possui extensão.
Posição, velocidade e aceleração
A posição é uma das grandezas mais fundamentais para a cinemática, pois ela permite determinar onde o objeto se encontra em relação a um referencial. A posição é geralmente representada por um vetor posição, que indica a distância e a direção do objeto em relação ao ponto de origem do referencial.
Por sua vez, a velocidade é outra grandeza importante para a cinemática, pois ela representa a taxa de variação da posição em relação ao tempo. Ela é representada por um vetor velocidade, que indica a direção e a intensidade da velocidade do objeto.
A velocidade média é determinada pela razão entre a variação de posição e o intervalo de tempo, enquanto a velocidade instantânea é obtida pela derivada da posição em relação ao tempo.
Já a aceleração representa a taxa de variação da velocidade em relação ao tempo. Ela é representada por um vetor aceleração, que indica a direção e a intensidade da variação da velocidade do objeto. A aceleração média é determinada pela razão entre a variação de velocidade e o intervalo de tempo, enquanto a aceleração instantânea é obtida pela derivada da velocidade em relação ao tempo.
Trajetória e movimento retilíneo uniforme
A trajetória é o caminho que um objeto percorre durante o seu movimento.
Ela pode ser descrita de diversas maneiras, dependendo do referencial escolhido e das características do movimento. Por exemplo: a trajetória de um objeto em queda livre pode ser descrita como uma parábola, enquanto a trajetória de um satélite em órbita pode ser descrita como uma elipse.
Um tipo de movimento muito comum na cinemática é o movimento retilíneo uniforme (MRU), que ocorre quando a velocidade do objeto é constante ao longo do tempo.
Nesse caso, a trajetória é uma reta e a velocidade instantânea é igual à velocidade média. O MRU é utilizado como referência para a comparação de outros movimentos, como o movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV).
Movimento retilíneo uniformemente variado
No movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), a aceleração é constante e a velocidade varia uniformemente ao longo do tempo. Isso significa que a velocidade instantânea aumenta ou diminui em uma taxa constante, resultando em uma trajetória curva. A trajetória do MRUV é geralmente descrita como uma parábola.
A equação horária do MRUV é uma das mais importantes equações da cinemática, pois permite determinar a posição do objeto em qualquer instante de tempo, conhecendo a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração. Essa equação é dada por:
S = So + Vot + at²/2
Onde:
S é a posição final do objeto
So é a posição inicial do objeto
Vo é a velocidade inicial do objeto
t é o tempo decorrido
a é a aceleração do objeto
Essa equação pode ser utilizada para determinar diversas grandezas, como o tempo de queda de um objeto em queda livre, a distância percorrida por um carro em uma frenagem de emergência, etc.
SOUSA, Priscila. (29 de Março de 2023). Cinemática - O que é, conceito e definição. Conceito.de. https://conceito.de/cinematica