Estudar dinâmica, conceito frequente na física, é compreender a movimentação dos corpos no espaço, a relação da gravidade sobre os corpos, as forças necessárias para o deslocamento das massas, além do entendimento básico do diagrama de forças exercidas sobre todos corpos a todo tempo, que permite ficar parado ou em movimento.
Os conceitos da dinâmica são, principalmente, referentes às Leis de Newton que são a base para o desenvolvimento de diversos dispositivos, como automóveis, polias, empilhadeiras e até grandes embarcações.
Continue lendo este artigo e entenda alguns detalhes importantes sobre dinâmica, qual sua definição específica dentro da física e como ela se aplica de forma prática no cotidiano. Ainda, acompanhe a aplicação do conhecimento para a resolução de uma questão de vestibular, com comentários realizados por professores especialistas do Estratégia Vestibulares.
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O que é dinâmica?
Juntamente com a cinemática e com a estática, a dinâmica é parte do estudo da mecânica dos corpos. Diante disso, a dinâmica é especializada em compreender a movimentação dos corpos, principalmente para entender quais os fatores que causam o deslocamento de um corpo no espaço e, consequentemente, quais elementos podem interferir nessa mobilidade.
Além de entender os pontos de partida para cada movimento, a dinâmica também busca entender a trajetória do objeto no espaço, quais elementos impulsionam para que o deslocamento se mantenha e quais os fatores que levam à parada dele.
Dentro da mecânica, a cinemática é responsável por descrever a trajetória dos corpos por meio de cálculos que relacionam distância percorrida, intervalos de tempo, velocidade e aceleração. Já a estática busca compreender quais fatores físicos atuam sobre um corpo para que ele permaneça em repouso.
A dinâmica, por fim, é responsável por compreender por meio de fórmulas e diagramas vetoriais como as forças atuam sobre um corpo para retirá-lo de um estado de repouso para iniciar um movimento e perpetuá-lo.
Leis de Newton
Os princípios que regem o estudo da dinâmica são as três Leis de Newton, ao observar a relação entre corpos, o repouso e a inércia, Newton propiciou compreender como se originam os movimentos e também como está o diagrama de forças sobre um corpo que se move em velocidade constante, por exemplo. Abaixo, conheça essas leis postuladas por Isaac Newton no século XVII.
Primeira Lei de Newton: princípio da inércia
A Primeira Lei proposta por Isaac Newton trata sobre a inércia do corpo e é enunciada como “todo corpo continua em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (com velocidade constante) até que haja forças atuando sobre ele para modificar esse estado”.
Com isso, o pesquisador propõe que o conjunto de forças que atuam sobre um corpo estão em equilíbrio quando essa massa está em repouso no espaço ou se movimentando com velocidade constante. Ou seja, não há ação de uma força resultante que altere esses estados (FR = 0).
Entretanto, quando uma força atua sobre esse corpo de maneira que não haja mais um equilíbrio perfeito entre os vetores, então nasce uma força resultante que inicia o movimento de um corpo em repouso ou altera a velocidade de um corpo em movimento retilíneo uniforme (FR ≠ 0).
Segunda Lei de Newton: princípio fundamental da dinâmica
Conforme a resultante das forças seja diferente de zero, inicia-se o movimento do corpo e, como a dinâmica estuda exatamente a movimentação das massas, então a Segunda Lei de Newton também como princípio fundamental da dinâmica.
Ao observar essa lei na vida real, Newton percebeu que o movimento adquirido pelo corpo é proporcional à força aplicada (FR) sobre ele. Além disso, essa resultante é o produto entre a massa do corpo e sua aceleração no espaço, conforme a fórmula apresentada a seguir:
FR = m.a
[F] = N (newton)
Por meio dessa lei, evidencia-se que, para uma mesma aceleração, quanto maior a massa do corpo, maior será a força resultante sobre ele. Por exemplo, para dois corpos, um com massa mA= 1kg e outro de massa mB = 3kg, que caem verticalmente apenas sobre a ação da gravidade, g=10 m/s2, as forças resultantes serão:
Corpo A: FR = 1.10 = 10 N
Corpo B: FR = 3.10 = 30 N
Terceira Lei de Newton: princípio da ação e reação
A Terceira Lei de Newton versa sobre a interação entre dois corpos diferentes no espaço. Em seus estudos o inglês notou que, quando um corpo realiza uma ação sobre o outro, há uma reação imediata de mesma intensidade e sentido oposto.
Lembre-se que força é uma grandeza vetorial, que possui intensidade, direção e sentido. Assim, quando um corpo (A) entrar em contato com o outro (B) por uma força de FAB =10 N, na direção horizontal e sentido para a esquerda, o outro responderá imprimindo sobre B outra vetor de força FBA = 10N, também na direção horizontal, mas com sentido para a direita. Veja na imagem, que representa um jogo comum ao redor do mundo, o cabo de guerra, que tem como base esse princípio de Newton:
Conservação de energia e Trabalho
Quando ocorre movimentação de corpos, há também uma relação de energia trocada entre eles, que pode ser alterada conforme a aceleração da gravidade, velocidade do movimento, propriedades de um objeto elástico e muito mais.
Como esses elementos interferem sobre o início e manutenção de deslocamento do objeto, a dinâmica também estuda a energia, que pode ser dividida em energia de translação (Ecinética) e energia que pode se transformar em movimento, que é chamada de potencial (Epotencial). Diante disso foi postulado que a energia mecânica total em um objeto é dada por:
Emecânica = Ecinética + Epotencial
À medida que uma força é aplicada sobre um objeto e ocorre o deslocamento dele sobre o espaço, existe uma transferência de energia, que é chamada de Trabalho (𝝉), cuja fórmula é: 𝝉 = F.d, quando o eixo de deslocamento é o mesmo eixo de deslocamento do objeto.
Aplicação dos conceitos de dinâmica
Os conceitos postulados por Newton e desenvolvidos por outros estudiosos da área são úteis para a criação de diversos dispositivos do dia a dia, que facilitam a vida humana, produção de energia, funcionamento de automóveis, entre outros exemplos.
As polias, por exemplo, partem dos princípios newtonianos e permitem que objetos grandes, pesados, sejam transportados com facilidade por poucos seres humanos, simplesmente pela distribuição das forças nos dispositivos de rolagem. A imagem abaixo, por exemplo, demonstra que por meio de 4 polias instaladas, é possível mover um objeto que tem um peso de 80N apenas exercendo uma força de 10N.
Questões sobre conceitos de dinâmica
Enem (2012)
Durante uma faxina, a mãe pediu que o filho a ajudasse, deslocando um móvel para mudá-lo de lugar. Para escapar da tarefa, o filho disse ter aprendido na escola que não poderia puxar o móvel, pois a Terceira Lei de Newton define que se puxar o móvel, o móvel o puxará igualmente de volta, e assim não conseguirá exercer uma força que possa colocá-lo em movimento.
Qual argumento a mãe utilizará para apontar o erro de interpretação do garoto?
A) A força de ação é aquela exercida pelo garoto.
B) A força resultante sobre o móvel é sempre nula.
C) As forças que o chão exerce sobre o garoto se anulam.
D) A força de ação é um pouco maior que a força de reação.
E) O par de forças de ação e reação não atua em um mesmo corpo.
Alternativa correta: E.
Enem (2018)
Para que se faça a reciclagem das latas de alumínio são necessárias algumas ações, dentre elas:
1) recolher as latas e separá-las de outros materiais diferentes do alumínio por catação;
2) colocar as latas em uma máquina que separa as mais leves das mais pesadas por meio de um intenso jato de ar;
3) retirar, por ação magnética, os objetos restantes que contêm ferro em sua composição.
As ações indicadas possuem em comum o fato de
A) exigirem o fornecimento de calor.
B) fazerem uso da energia luminosa.
C) necessitarem da ação humana direta.
D) serem relacionadas a uma corrente elétrica.
E) ocorrerem sob a realização de trabalho de uma força.
Alternativa correta: E.
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