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Nesta aula, vamos explorar como descrever matematicamente o movimento dos corpos e entender as grandezas físicas que o caracterizam, com base no que aprendemos nas aulas anteriores.
Na última aula, vimos que, na ausência de uma força resultante, um objeto em repouso continua em repouso e um objeto em movimento mantém sua velocidade constante em linha reta. Destacamos que, em uma superfície perfeitamente lisa, um corpo tende a continuar em seu estado de movimento, a menos que uma força externa atue sobre ele. Esse princípio está diretamente ligado à importância do uso do cinto de segurança, como veremos no vídeo a seguir, que traz um exemplo do nosso cotidiano ilustrando esse conceito.
Agora, para entendermos melhor o movimento, precisamos definir algumas grandezas físicas que nos ajudam a descrevê-lo. Antes de falarmos sobre velocidade, vamos entender melhor o que significa deslocamento, espaço percorrido e o tempo necessário para percorrê-lo. A partir daí, avançaremos para os conceitos de velocidade escalar média, velocidade instantânea e aceleração média escalar.Vamos juntos nessa jornada pelo estudo do movimento!
Deslocamento escalar e tempo
Considere uma pista de caminhada, coforme o desenho abaixo:
Para orientar os pedestres, estabelecemos um ponto de referência como marco zero (0 metro). A partir desse ponto, registramos as posições ao longo da pista, permitindo que os pedestres se guiem pelas marcações indicadas ao longo do trajeto. Agora considere a ilustração a seguir:
O deslocamento escalar (S) indica a variação da posição de um corpo em relação ao ponto inicial. Para calculá-lo, subtraímos a posição final da posição inicial:
Na imagem acima, S = 2000 m - 0 = 2000 m . Note que deslocamento escalar é diferente de distância percorrida, já que a distância percorrida (d) é a soma dos 3000 m percorridos até as 9h30 com os 1000 m percorridos entre 9h30 e 9h40. Assim, temos:
d = 3000 m +1000 m = 4000 m
Quanto ao tempo necessário para percorrer o caminho descrito no exemplo é de:
T = 40 min = 40 . 60 s = 2400 s
Lembre-se que cada minuto tem 60 segundos, portanto, para encontrarmos a variação de tempo em segundos, basta multiplicar 40 por sessenta segundos, pois, 1 minuto = 60 segundos. Além disso, o sinal do deslocamento escalar permite dizer se o movimento é progressivo ou retrógrado.
Velocidade escalar média
Ao associarmos os instantes de tempo a cada posição ocupada pelo pedestre, podemos calcular a velocidade média. Basicamente, a velocidade escalar média indica quanto espaço é percorrido por unidade de tempo. Sua definição matemática é:
Vamos considerar a imagem a seguir, já mostrada antes:
Portanto, a partir do exemplo dado, a velocidade média escalar resulta em:
Aceleração escalar média
A aceleração escalar média () indica o quanto a velocidade escalar de um objeto varia por unidade de tempo.
Matematicamente, é definida como:
No SI, a = m/s². Note que aqui é a velocidade num dado instante de tempo, isto é, a velocidade instantânea.
Exemplo: Um automóvel acelera até 30m/s a partir do repouso em um intervalo de 3 segundos. Qual é a aceleração média escalar desse automóvel?
Velocidade média instantânea
No velocímetro de um carro, a velocidade raramente se mantém constante. Ao observarmos o ponteiro do velocímetro, temos a noção de velocidade instantânea. Podemos defini-la como a velocidade de um objeto em um instante específico.
Ela é semelhante à velocidade escalar média, mas considerando intervalos de tempo cada vez menores, tendendo a zero.
