A cinemática é a área da física que estuda o movimento dos corpos sem levar em consideração a origem do movimento. Então, busca entender a velocidade e a aceleração empregada por eles durante seu deslocamento no espaço. Para isso, foram descritos conceitos e desenvolvidas fórmulas, que sintetizam o conhecimento físico e matemático sobre o tema.
Com as expressões matemáticas, é possível prever o posicionamento de um corpo no espaço depois de certo tempo de deslocamento, por exemplo. É útil também para compreender o encontro entre dois corpos em uma trajetória, bem como entender parte dos componentes físicos presentes em colisões.
No artigo abaixo, você encontra os conceitos essenciais da cinemática e as fórmulas mais estudadas nesse assunto. Além disso, todo esse conhecimento será utilizado para a resolução de uma questão vestibular de cinemática. Continue lendo!
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O que é cinemática?
Cinemática é um ramo da mecânica, uma área da física que se dedica ao estudo dos movimentos. Dentro da mecânica, existem três grandes vertentes:
- a dinâmica, que trata sobre o deslocamento desde sua origem;
- a estática, que estuda os corpos que estão estabilizados no espaço e como eles entram em movimento; e
- a cinemática, que estuda o movimento em relação às suas grandezas e referenciais, mas não considera as causas que originaram aquela trajetória.
Para compreender os deslocamentos de maneira abrangente, alguns conceitos importantes foram construídos em torno da cinemática. A posição do corpo no espaço, a velocidade com que se locomove, a aceleração observada e também a relação entre o tempo e essa mobilização.
Conceitos importantes da cinemática
Movimento
A definição de movimento é relativa, dependendo do ponto de vista do observador. Afinal, a Terra está em constante deslocamento em torno de seu próprio eixo e em torno do sol, então, tecnicamente, nenhum ser humano está parado no espaço.
Apesar disso, como todos estamos rodando com a mesma velocidade, ao observarmos outra pessoa parada em nossa frente, admitimos que ela esteja em repouso. Se a pessoa começa a se deslocar e se afastar, percebemos um movimento, já que houve alteração na distância entre um indivíduo e outro.
Nesse sentido, um corpo só estará em movimento quando sua posição entre ele e o observador estiver se alterando, com aumento ou diminuição da distância entre ambos.
Um bom exemplo, é um atleta corredor que leva uma garrafa d’água presa a sua cintura. Para ele, a garrafa está em repouso, porque não se afasta dele ao longo do tempo. Entretanto, para alguém que observa seu treinamento, a garrafa está mudando de posição constantemente, em movimento.
Referencial
Nesse sentido, o conceito de referencial é um dos mais relevantes para a cinemática. Essa definição aborda a relação entre a posição do observador e do corpo observado. É exatamente essa ideia que embasa as questões de movimento e repouso.
Se o referencial de observação for o motorista de um carro que está a 45 km/h podemos dizer que não há movimento entre ele e o veículo. Se, porém, o referencial for uma pessoa que observa a passagem do carro na calçada, há movimento do veículo e do motorista.
Trajetória, móvel e espaço percorrido
A trajetória de um corpo é o conjunto de posições que ele assumiu no espaço durante o movimento. Inclusive, como esse corpo se desloca, muitos dos livros de cinemática nomeiam essa entidade como um móvel — todo e qualquer corpo que altera sua posição no espaço ao longo do tempo.
O espaço percorrido, por sua vez, é a quantidade de unidades de medida que foram transitadas durante a trajetória, ou seja, a distância que o móvel andou.
Deslocamento (d)
Por outro lado, o deslocamento é uma grandeza vetorial, com módulo, direção e sentido. Ele representa a diferença entre as posições final e inicial do corpo durante o movimento.
Basicamente, esse conceito sintetiza qual a direção e quantidade de medida que o móvel teria que percorrer para chegar a determinado ponto, sem considerar um caminho específico. Por exemplo, para chegar de São Paulo à Lisboa, o deslocamento pode ser observado em um mapa, com uma simples seta.
Apesar disso, a verdadeira trajetória leva em consideração os aeroportos disponíveis, necessidade de alugar carro, se deslocar até a hospedagem e outras posições no espaço que não são mencionadas no deslocamento.
Inclusive, é possível que d=0, mesmo quando a trajetória tem mais de quilômetros. Se um carro sai da cidade A para a cidade B, que distam 150km uma da outra e, depois, volta para a cidade A, qual o espaço percorrido e o deslocamento observado?
O espaço percorrido é a soma das distâncias traçadas ao longo do trajeto:
A→B: 150 km
B→C: 150 km
150 + 150 = 300 km
Em relação ao deslocamento, porém, a posição inicial e final do móvel é a mesma, como se ele nunca tivesse saído dali. Então, nesse caso, o deslocamento é nulo (d=0).
Principais fórmulas de cinemática
Vm = ΔS/Δt
Vm = velocidade média (m/s)
ΔS = variação do espaço (m)
Δt = variação do tempo (s)
am = ΔV/Δt
am = aceleração média (m/s2)
ΔV = variação da velocidade (m/s)
Δt = variação do tempo (s)
S = S0 + V.Δt (Função horária da posição)
S = posição final (m)
S0 = posição inicial (m)
v = velocidade (m/s)
Δt = variação do tempo (s)
V = V0 + at (função horária da velocidade)
V = velocidade final (m/s)
V0 = velocidade inicial (m/s)
a = aceleração (m/s2)
t = tempo (s)
+ Veja também: Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV): o que é, fórmulas e conceitos
Movimento retilíneo uniforme (MRU): o que é, fórmulas e conceitos
Questão de vestibular sobre cinemática
(PUC-SP) A afirmação “todo movimento é relativo” significa que:
a) Todos os cálculos de velocidade são imprecisos.
b) Não existe movimento com velocidade constante.
c) A velocidade depende sempre de uma força.
d) A velocidade depende sempre de uma aceleração.
e) A descrição de qualquer movimento requer um referencial.
Os cálculos de velocidade não são imprecisos, mas oferecem um valor vetorial que indica a rapidez com que um móvel se desloca, em relação a certo referencial. A velocidade constante é possível, com os movimentos uniformes.
A velocidade nem sempre depende de uma força e a aceleração não aparece em deslocamentos em que V é constante. Assim, a alternativa E é a única correta, já que a existência de um referencial é imprescindível para a descrição de um movimento.
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