Cinemática: Conceitos e Definições (parte 1)

Cinemática – é a parte da mecânica que estuda os movimentos sem se preocupar com suas causas.

Ponto Material

Ponto material é todo corpo cujas dimensões não interferem no estudo de um determinado fenômeno.

Exemplo:

Consideramos um navio fazendo uma viajem do Rio de Janeiro até a Itália. Como as dimensões do navio (comprimento, largura e altura) são muito pequenas comparadas com a distância do Rio de Janeiro até a Itália, nesse movimento ele pode ter suas dimensões desprezadas. Nesse caso dizemos que o navio é um ponto material ou uma partícula.
Observamos que o ponto material tem massa; o que é desprezível é o seu tamanho comparado a dimensões bem maiores.

Corpo Extenso

Corpo extenso é todo corpo cujas dimensões interferem no estudo de determinado fenômeno.

Exemplo:

Suponhamos, agora, o mesmo navio entrando num porto.
Nesse caso, suas dimensões não podem ser desprezadas, quando comparadas com a largura e o comprimento do porto; então o navio é denominado um corpo extenso.

Repouso, movimento e referencial

Consideramos uma pessoa “A” dentro de um carro que anda para esquerda, e outra pessoa “B”, em pé, no acostamento. Tomando a pessoa “B” como referência, verificamos que a posição de “A” varia com o tempo. Nesse caso, dizemos que “A” está em movimento em relação à “B”.
Supondo, agora, que “B” esteja junto com “A” dentro do carro, e tomando novamente “B” como referência, verificamos que a posição de “A” não varia com o tempo. Nesse caso, dizemos que “A” está em repouso em relação à “B”.
O corpo “B”, que tomamos como referência nos dois exemplos, é denominado referencial. O referencial é indispensável para determinar a posição de um objeto e também necessário para verificar se um objeto se movimenta ou está em repouso.
Os conceitos de repouso e movimento são relativos, isto é, dependem do referencial adotado.

Trajetória

Chamamos de trajetória a linha determinada pelas diversas posições que um corpo ocupa no decorrer do tempo, em relação a um dado referencial.
A marca que uma bicicleta deixa na areia representa a sua trajetória. A trajetória depende do referencial adotado.

Exemplo:

Suponha um avião voando com velocidade constante. Se num certo instante ele abandonar uma caixa, ela cairá segundo uma trajetória vertical em relação às pessoas do avião. Porém, para um observador parado no solo, vendo de lado o avião, a trajetória da caixa será parabólica.

De acordo a trajetória, os movimentos recebem os seguintes nomes:

Movimento Retilíneo - A trajetória é uma reta;

Movimento Curvilíneo – A trajetória é uma curva

Localização de um corpo

Na trajetória escolhemos arbitrariamente um ponto “O” (marco zero), ao qual chamamos origem das posições, e orientamos a trajetória.
Para determinar a posição de um móvel sobre a trajetória, precisamos conhecer sua distância em relação ao marco zero.
A medida algébrica do arco de trajetória que vai do marco zero à posição do móvel é a posição escalar ou espaço.
Essas medidas algébricas indicam as posições dos corpos, mas não fornecem o sentido do movimento nem à distância percorrida pelos corpos.

Função horária das posições

Em muitos movimentos podemos determinar a posição do móvel sobre a trajetória em qualquer instante.
A função que relaciona a posição s com os correspondentes instantes t é denominada função horária das posições.
A função horária descreve o movimento indicando matematicamente como a posição varia com o tempo.

Exemplo:

S= 8+3t (t em segundos e s em metros)

Atribuindo valores a t, obtemos os correspondentes valores de s:

t (s) s (m)
0 8
1 11
2 14
3 17
4 20

O instante t=0, chamado origem dos tempos, corresponde ao instante em que o cronômetro é acionado, e a posição do móvel nesse instante é chamada posição inicial ou espaço inicial, sendo indicado por s^0. Nesse caso, s^0 = 8m. Note que as posições aumentam no decorrer do tempo.

Deslocamento escalar e distância percorrida

Considere um móvel em movimento sobre uma trajetória. Num certo intervalo de tempo (Δt) o móvel vai da posição inicial s^0 = 5m até a posição final s = 20m.
Chamamos de deslocamento escalar ou Δs a diferença entre a posição final (s) e a posição inicial (s^0).
Não devemos confundir o deslocamento escalar (Δs) com a distância percorrida (d). Apenas em movimentos em que não ocorre inversão de sentido, o deslocamento escalar e a distância percorrida têm valores numéricos iguais.