CINEMÁTICA

Observamos ao nosso redor um mundo em movimento. Podemos notar os carros se locomovendo, as pessoas andando, um objeto que cai e mais uma série de exemplos que poderiam ser citados. O interessante é saber que uma boa parte dessas situações podem ser descritas e que - se o movimento de um objeto mantiver uma certa regularidade - poderemos saber o que ocorreu antes e o que vai acontecer depois. Quando fazemos a descrição do movimento sem nos preocupar com as suas causas estamos entrando em uma área da física conhecida como cinemática.

Referencial

Em uma viagem de carro você observa o velocímetro e ele indica 100 km/h. Ao mesmo tempo o seu veículo está ultrapassando um caminhão cujo velocímetro indica 80 km/h. Será que o caminhoneiro irá observar o seu carro também a 100 km/h?

A resposta dessa pergunta vem do conceito de referencial, que pode ser considerado como um marco ou ponto de referência usado para definir a posição de outros objetos. Os velocímetros são fabricados para registrar velocidades em relação a um referencial fixo na Terra, ou seja, o automóvel está a 100 km/h em relação à Terra.

Para o caminhoneiro que está em movimento, ele não verá o seu automóvel a 100 km/h, mas a 20 km/h, ou seja, a velocidade do seu carro menos a velocidade do caminhão. Se você e o caminhão estivessem em sentidos opostos, qual seria a sua velocidade em relação ao caminhão?

Um referencial adotado não altera somente a noção de velocidade, mas pode alterar a noção de repouso e movimento. Considere o seguinte exemplo: Você está sentado em um ônibus. Se adotarmos como referencial o ônibus, você está em repouso, mas se o referencial for um observador em um ponto fixo da Terra, você estará em movimento.

Trajetória

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Outra grandeza que pode ser alterada pela adoção de referenciais é a trajetória. A trajetória pode ser considerada como o conjunto dos pontos percorridos por um móvel, como por exemplo, quando se faz um risco com giz em uma lousa, os pontos percorridos pelo giz ficarão marcados e definirão a sua trajetória.

Como dissemos, a trajetória pode mudar com a mudança de referencial. Considere que você está novamente sentado em um ônibus. Nesse instante, ele está em uma trajetória retilínea e com velocidade constante. De repente, uma lâmpada presa ao teto cai. Para você, que está no ônibus, a trajetória descrita pela lâmpada será retilínea. Porém, para um observador externo e em repouso em relação a Terra, a trajetória será um arco de parábola.

Espaço

No estudo do movimento, além da trajetória, é importante localizar a posição do móvel. Quando você está viajando em uma estrada, de quilômetro em quilômetro, encontra-se uma placa indicando a quilometragem. O valor dessa placa mostra a que distância você se encontra do marco zero dessa estrada, ou seja, a sua posição em relação à origem da trajetória.

Por exemplo, a Rodovia dos Imigrantes, que liga a cidade de São Paulo à baixada santista, tem as suas quilometragens marcadas em relação ao marco zero da cidade de São Paulo que se encontra na Praça da Sé. Em outras palavras, quando você está no quilômetro 50 da rodovia, isso significa que você está a 50 km da Praça da Sé. Podemos, então, definir espaço como sendo a distância entre um ponto na trajetória e a sua origem, e serve para indicar a posição do móvel.

O conceito de velocidade e velocidade média

Para entender o conceito de velocidade, imagine novamente você em um carro a 100 km/h em uma agradável viagem de férias. O que essa indicação significa? Significa que se seu o automóvel mantiver essa velocidade, ele percorrerá 100 km a cada intervalo de tempo de uma hora, ou seja, a velocidade é uma grandeza que mostra o quanto um móvel percorre em um determinado intervalo de tempo.

Agora, é muito pouco provável que, em um longo intervalo de tempo, você consiga manter sempre essa mesma velocidade constante. Se mencionarmos o trânsito urbano, isso se torna uma tarefa praticamente impossível. Dessa situação podemos entender o conceito de velocidade média. Tome como exemplo a locução de uma corrida de Fórmula 1. É comum ouvirmos o locutor dizer que determinado carro teve, durante uma volta, a velocidade média de, por exemplo, 170 km/h. Isso não significa que o carro manteve essa velocidade durante toda a volta. Esse número mostra o valor da velocidade que melhor representa todas as velocidades que ele teve durante essa volta.

Para efetuar o cálculo da velocidade média, considere um móvel que se locomove em uma trajetória como ilustrado na figura abaixo.

   No espaço inicial S₀, é acionado o relógio e se registra o tempo inicial t₀. Mais à frente, quando esse mesmo móvel passar pelo espaço final S, novamente se observa o relógio e anota-se o tempo final t. De posse desses dados é possível calcular o deslocamento escalar do móvel, que será o espaço final menos o espaço inicial, e o intervalo de tempo decorrido, que será o tempo final menos o tempo inicial.

   A velocidade escalar média é definida como sendo o deslocamento escalar dividido pelo intervalo de tempo gasto pelo móvel.

As unidades mais usadas para velocidade são o m/s, que é a unidade do Sistema Internacional, e o km/h, que é a unidade usada no nosso dia a dia. Elas podem ser convertidas se usarmos a seguinte relação.

Aceleração escalar e aceleração escalar média

Aprendemos no nosso cotidiano que a velocidade não é uma grandeza que obrigatoriamente tem valor constante, ela pode variar a sua intensidade em um grande número de casos. Por exemplo, quando um ciclista inicia o movimento de uma bicicleta, ele necessariamente a tira do repouso e pedala até atingir a velocidade desejada, e assim dizemos que ele imprimiu uma aceleração a bicicleta. Note que a aceleração é uma grandeza que está intimamente ligada à variação de velocidade.

Desse modo a aceleração escalar média pode ser definida como a variação de velocidade do móvel dividido pelo intervalo de tempo necessário para essa variação, ou seja:

A unidade de aceleração vem da divisão entre a unidade de velocidade pela unidade de tempo. Utilizando as unidades do Sistema Internacional, teremos a seguinte unidade para a aceleração:

Classificação dos Movimentos

Para que seja possível classificar o movimento, primeiramente é importante entender o conceito de trajetória orientada. É muito comum encontrarmos trajetórias orientadas no nosso dia-a-dia, basta observar a sua rua. As casas possuem uma numeração e o sentido da sua rua é o sentido crescente da numeração das casas. Então, uma trajetória orientada é uma trajetória com uma origem e um sentido que é indicado pela ordem crescente das indicações das posições.

Um primeiro critério a ser adotado é quanto ao sentido do movimento, afinal um móvel pode estar se locomovendo a favor do sentido da trajetória ou contra o sentido da trajetória. Quando um móvel está se locomovendo a favor da trajetória, dizemos que ele executa um movimento progressivo, que é caracterizado pelo deslocamento escalar (

) positivo ou por uma velocidade positiva.

Por outro lado, quando um móvel se locomove contra o sentido da trajetória, define-se esse movimento como movimento retrógrado ou regressivo, que é caracterizado pelo deslocamento escalar (

) negativo ou por uma velocidade negativa.

O outro critério adotado para a classificação dos movimentos, é quanto à intensidade da velocidade. Quando a intensidade da velocidade do móvel aumenta, esse móvel está executando um movimento acelerado e as suas características estão apresentadas na figura abaixo.

    Se a intensidade da velocidade do móvel diminuir, o mesmo estará executando um movimento conhecido por movimento retardado, e as suas características estão demonstradas na figura abaixo. Paulo... - Veja mais em https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/cinematica-1-entenda-o-que-sao-velocidade-e-aceleracao-escalar-media.htm?cmpid=copiaecola

Paulo Augusto Bisquolo, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação

VIDA E OBRA ISAAC NEWTON

Isaac Newton (1642-1727) foi um cientista inglês. Descobriu a "Lei da Gravitação Universal". É considerado um dos maiores estudiosos da história da humanidade. Publicou diversos trabalhos sobre mecânica, astronomia, física, química, matemática e alquimia. Há também escritos seus sobre teologia.

Isaac Newton nasceu em Woolsthorpe, uma pequena aldeia da Inglaterra, no dia 25 de dezembro de 1642. Nasceu prematuro e logo ficou órfão de pai. Com dois anos foi morar com sua avó. Desde cedo manifestava interesse por atividades manuais. Ainda criança, fez um moinho de vento, que funcionava, e um quadrante solar de pedra, que se acha hoje na Sociedade Real de Londres.

Com 18 anos foi aceito no Trinity College, da Universidade de Cambridge. Passou quatro anos em Cambridge e recebeu seu grau de Bacharel em Artes, em 1665. Tornou-se amigo do Professor Isaac Barrow, que o estimulou a desenvolver suas aptidões matemáticas. Durante dezoito meses a universidade ficou fechada, em consequência de uma epidemia de peste bubônica, que assolou a Inglaterra e matou um décimo da população.

Isaac Newton teve que voltar para a casa, e nesse período, fez as descobertas mais importantes para a ciência: desenvolveu as leis básicas do movimento, estudou os corpos celestes, descobriu a lei fundamental da gravidade, inventou os métodos de cálculo diferencial e integral, e estabeleceu os alicerces de suas grandes descobertas ópticas. Em 1667, voltou para a universidade e tornou-se professor de Matemática, sucedendo o professor Isaac Barrow.

Isaac Newton Passou o resto de sua vida científica ampliando suas descobertas. Dedicou-se à pesquisa dos raios luminosos. Chegou à conclusão que a luz é o resultado do veloz movimento de uma infinidade de minúsculas partículas emitidas por um corpo luminoso. Ao mesmo tempo descobriu que a luz branca resulta da mistura das sete cores básicas. Inventou um novo sistema matemático de cálculo infinitesimal, aperfeiçoou a fabricação de espelhos e lentes, fabricou o primeiro telescópio refletor, descobriu as leis que regem os fenômenos das marés, numa época que as atividades econômicas dependiam da navegação marítima.

Em 1684, o famoso astrônomo Edmund Halley visitou Newton a fim de debater as teorias de Kepler, sobre os movimentos planetários. Halley comprovou que Newton elaborara detalhadamente uma das mais fundamentais de todas as leis, a "Lei de Gravitação Universal”: “Dois corpos se atraem com força proporcional às suas massas e a sua proximidade”. Não é só a Terra que puxa para seu centro a maçã da árvore, mas também a maçã puxa a terra. Essa lei aplica-se a todos os planetas.

Isaac Newton estabeleceu três “leis do movimento”, ou “Leis de Newton”. A primeira lei diz que “um corpo em repouso permanece em repouso se não é forçado a mudar, um corpo que se move continuará a mover-se com a mesma velocidade e no mesmo sentido, se não for forçado a mudar”. A segunda lei “mostra que a quantidade de força pode ser medida por uma proporção de mudança observada no movimento”. Essa proporção é o que se chama de aceleração e refere-se à rapidez do aumento ou da diminuição da velocidade. A terceira lei diz que “toda ação causa uma reação, e que a ação e a reação são iguais e opostas”.

Isaac Newton fez previsões para o fim do mundo baseadas nas escrituras bíblicas, especialmente, no livro de Daniel, e que o acontecimento seria no ano de 2060, do calendário gregoriano. Em 1699 a rainha Ana nomeou-o diretor da Casa da Moeda. Em 1703 foi eleito presidente da Sociedade Real, que congregava os mais célebres pensadores da época, tornando-se vitalício. Foi sócio correspondente da Academia Francesa de Ciências. Em 1705, a rainha lhe concede o título de "Sir". Foi o primeiro cientista a receber tal honraria.

Isaac Newton faleceu em Londres, no dia 20 de março de 1727. Seu funeral foi grandioso. Seis nobres membros do Parlamento inglês carregaram seu ataúde, até a Abadia de Westminster, onde repousa até hoje seus restos mortais. Em sua homenagem foi erguida em Cambridge, uma estátua com os dizeres: "Ultrapassou os humanos pelo poder de seu pensamento".

fonte:  https://www.ebiografia.com/isaac_newton/

Isaac Newton propôs as leis que descrevem o comportamento dos corpos em movimento.

Galileu deixou várias contribuições científicas para a humanidade, como a difusão do modelo heliocêntrico de Copérnico e a invenção de alguns tipos de lunetas. Algumas de suas descobertas serviram de referência para que Isaac Newton criasse as bases da mecânica com três leis fundamentais.

Inércia

Inércia é a tendência que os corpos apresentam de permanecer no seu estado de equilíbrio, em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme.

Podemos perceber essa tendência quando observamos uma pessoa que está em pé dentro de um ônibus. Caso o motorista pise no acelerador, fazendo com que o ônibus arranque, o passageiro que está em pé, por inércia, tende a continuar parado em relação ao solo terrestre.

Agora, como o ônibus está em movimento, se o motorista frear, a tendência do passageiro é continuar em movimento em relação ao solo terrestre, fato este que não acontece por estar se segurando na barra de apoio do ônibus.
 

Primeira Lei de Newton

Também conhecida como a lei da inércia, trata a respeito das condições de equilíbrio das partículas. Uma partícula pode ou não receber a ação de várias forças. Se a soma vetorial desses vetores-força for nula, dizemos que a partícula está em equilíbrio.

Massa: é a medida quantitativa da inércia de um determinado corpo. Então, quanto maior a massa de um corpo, maior vai ser a dificuldade para vencer a inércia desse corpo.

Segunda Lei de Newton

Na segunda lei, Newton analisou a relação que existe entre a força aplicada em um corpo e a mudança na velocidade que ele sofre. Após realizar várias experiências, Newton constatou que algo sempre ocorria.

A variação da velocidade sofrida por um corpo é diretamente proporcional à resultante das forças nele aplicadas.

Então, quando há variação de velocidade, em um determinado intervalo de tempo, encontramos a aceleração desse corpo.

F_r = m.a – força resultante é igual ao produto da massa pela aceleração.

As unidades, no SI, são:

Força (F_r): N (newton);

Massa (m): kg;

Aceleração (a): m/s²

Terceira Lei de Newton

Vamos agora considerar uma mesa bem lisa. Sobre ela temos um bloco de ferro e um ímã bem próximos um ao outro, como mostra a figura abaixo.

Mantendo o ímã fixo, se abandonarmos o bloco de ferro, ele será atraído pelo ímã, deslocando-se para a esquerda.

Mantendo o ferro fixo, se abandonarmos o ímã, ele será atraído pelo ferro, deslocando-se para a direita.
 

Ao analisar casos parecidos com esse que citamos, Newton enunciou a terceira lei, que também é conhecida como lei da ação e reação. De acordo com Newton, não existe força que seja capaz de agir sozinha, pois, para cada força considerada ação, existe outra chamada de reação.

Temos que lembrar que as forças de ação e reação ocorrem sempre em corpos distintos e por isso não se anulam mutuamente.

Por Domiciano Marques
Graduado em Física

APRESENTAÇÃO TRABALHO

ENERGIA E TRABALHO DE UMA FORÇA

Não existe uma definição do que é energia, mas sabemos que a sua existência possibilita a execução de trabalho. A energia armazenada nos alimentos, por exemplo, faz com que os órgãos do corpo de uma pessoa funcionem corretamente. Os combustíveis fazem com que os veículos automotores se locomovam. Da mesma forma, a energia elétrica produzida pela bateria faz com que os elétrons dos fios condutores de energia se locomovam.

Ao falar de energia é de extrema importância ressaltar o Princípio de Conservação da Energia. Princípio este que, segundo Lavoisier, diz: “Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.

De forma a exemplificar conversões de energia de um modo geral, consideremos uma mola relaxada (figura 1), ou seja, uma mola que não está esticada. Veja:

Para comprimir a mola é necessário um gasto de energia. Assim, aplica-se uma força em uma de suas extremidades, de forma que a mesma se contraia. Dizemos que ao se aplicar a força sobre a mola há a realização de um trabalho. Este trabalho corresponde à energia transferida da pessoa para a mola. A figura 2 representa a mola já comprimida e com uma trava no carrinho, impedindo que o mesmo se liberte.

A mola comprimida armazena energia. Essa energia, porém, só pode ser manifestada ao se retirar a trava do carrinho. A energia armazenada na mola é denominada de Energia Potencial Elástica. Potencial porque pode se manifestar e elástica porque está em um corpo elástico deformado.

Agora, observando a figura 3, percebemos que o carrinho se libertou. Ao ser retirada a trava, a energia potencial que estava armazenada na mola se manifestou, fazendo com que o carrinho adquirisse movimento. Novamente temos a realização de trabalho. Agora esse trabalho corresponde à energia transferida da mola para o carrinho. A energia que o carrinho adquiriu é denominada de Energia Cinética.

Energia Cinética: é a energia que está relacionada ao movimento dos corpos.

Energia Potencial (gravitacional, elástica, elétrica, etc.): é a energia que um corpo possui em relação à posição particular que ele ocupa.

Na ausência de atrito, a energia mecânica total de um sistema se conserva, havendo apenas a transformação de energia potencial em energia cinética e vice-versa. Veja:

E_mec= E_c + E_p

É de grande importância deixar bem claro que o trabalho e as formas de energia são grandezas escalares.

Trabalho de uma força

Trabalho é a medida da energia que é transferida para um corpo, em razão da aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. Em Física, trabalho é normalmente representado por W(que vem do inglês work) ou mais usada a letra grega tau.

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Para calcular o trabalho de uma força é importante ressaltar que ele pode ser:

Trabalho de uma força constante e paralela ao deslocamento: é calculado quando se tem a força sendo aplicada no mesmo sentido do deslocamento. Pode ser calculado da seguinte forma:

Como o ângulo entre a força e o deslocamento é zero faz com que o cosseno deste ângulo seja igual a 1, tornando a expressão equivalente à:

Onde D é o deslocamento sofrido pelo corpo.

Trabalho de uma força constante e não paralela ao deslocamento:

Quando temos a aplicação da força constante e não paralela, como no esquema acima, calculamos o trabalho da seguinte forma:

 

Onde ? é o ângulo formado entre a força e o deslocamento sofrido pelo corpo.

No SI (Sistema Internacional de Unidades) o trabalho é dado em joule, que é representado pela letra (J) e a força é dada em newton (N). Essa unidade é uma homenagem ao físico britânico James Prescott Joule. No sistema CGS, a unidade de trabalho é o erg= dina x centímetro.

Por Marco Aurélio da Silva
Equipe Brasil Escola