Este post aborda conceitos básicos, que além de válidos para o movimento bi e tridimensional, são essencialmente importantes para o estudo do movimento unidimensional:
- Deslocamento
- Velocidade
- Aceleração
Em física, todo movimento é uma alteração de posição de um corpo ou objeto com relação ao tempo e ao seu ponto de referência . O movimento é geralmente descrito em termos de:
- deslocamento
- direcção
- velocidade
- aceleração
- tempo
O movimento é passível de ser observado através da fixação de um quadro referencial a um corpo e da medição de sua mudança de posição em relação a este quadro de referência .
Um corpo que não se move ao longo do tempo com relação ao seu espaço é dito estar em repouso, sem movimento, imóvel, parado, ou ter posição constante (invariante no tempo).
O movimento de um corpo ou objeto não pode variar a menos que seja sobre ele imposta uma força, como descrito pela primeira lei de Newton.
Como não existe nenhum ponto de referência absoluto no universo, o movimento absoluto não pode ser determinado. Assim, tudo no universo pode ser considerado como estando em movimento. De modo ainda mais geral, o termo movimento significa uma mudança contínua na configuração de um sistema físico.
Deslocamento
O deslocamento de um corpo é meramente a medida de sua alteração de posicionamento no espaço, estamos pensando em quão longe de seu posicionamento original um objeto de deslocou quando nos referimos ao seu deslocamento. Porém o deslocamento de um corpo ou objeto depende inteiramente do tipo de deslocamento que estamos considerando:
Deslocamento Vetorial
Um deslocamento vetorial é a distância reta mais curta a partir da posição inicial para a de um ponto final P. Assim , é o comprimento de um caminho reto imaginário, tipicamente distinto do caminho efetivamente percorrida. Um deslocamento vetorial representa o comprimento e a direção de um caminho em linha reta imaginária.
Seta verde = Deslocamento Vetorial
Um vector de deslocamento expressa a posição de um ponto P no espaço em termos de deslocamento a partir de um ponto de referência arbitrário S (tipicamente a origem de um sistema de coordenadas). Ou seja, ele indica tanto a distância quanto a direção de um movimento imaginário ao longo de uma linha reta desde a posição de referência para a posição atual do ponto.
Para se obter o deslocamento vetorial tudo que se precisa são de 2 pontos:
- O inicial
- O final
Matematicamente, para encontrarmos o deslocamento vetorial de um movimento utilizamos:
Δx = X2 – X1
Onde:
- Δx = Diferença de posicionamento, ou Deslocamento
- X2 = Ponto final
- X1 = Ponto Inicial
- EXEMPLO 1:
-Se um rato percorre 500metros em linha reta (pobre rato…) para apanhar um pedaço de queijo, para encontrarmos o seu deslocamento vetorial teríamos:
- X2 = 500
- X1 = 0
Δx = 500 – 0
Δx = 500
Portanto o deslocamento vetorial do rato seria de 500 metros.
- EXEMPLO 2:
Não importa quais sejam os pontos considerados, tudo necessário para se determinar o deslocamento vetorial são 2 pontos.
-Se quiséssemos saber apenas o deslocamento ocorrido entre pontos internos da extensão completa da linha reta de 500m percorrida pelo rato no exemplo anterior, por exemplo: o deslocamento que o rato efetua entre metade da linha e 4/5 de seu comprimento, então teríamos:
- X2 = 400 (quatro quintos de 500)
- X1 = 250 (meio da reta)
Δx = 400 – 250
Δx = 150
Portanto o deslocamento desempenhado pelo rato no trajeto considerado é de 150 metros.
- EXEMPLO 3:
-Se o rato tivesse percorrido todo o trajeto da linha de 500 metros e retornado para seu ponto de início com seu delicioso queijo, então teríamos:
- X2 = 0
- X1 = 0
Δx = 0 – 0
Δx = 0
Portanto o rato não teria se deslocado vetorialmente.
Lembre-se, no deslocamento vetorial estamos considerando o quanto um objeto se moveu com relação a sua posição inicial, e para determinarmos isto tudo que precisamos são dos dois pontos considerados neste deslocamento.
Simples, não!? =)
Deslocamento Escalar
Enquanto o deslocamento vetorial é uma linha reta imaginário direcional entre dois pontos, o deslocamento escalar é a Distância percorrida entre eles. Seja ela qual for…
Na imagem abaixo, enquanto a seta verde representa o deslocamento vetorial, o caminho em azul representa a distância, que é em si mesma a definição do deslocamento escalar.
Caminho em Azul = Deslocamento Escalar
- Neste sentido, qual é o deslocamento que o planeta terra realiza no período de tempo de 1 ano?
Bem, existem duas respostas para esta pergunta:
- Vetorialmente = zero, desde que ela retorna para o mesmo ponto de onde partiu.
- Escalarmente = todo o comprimento de sua órbita em torno do sol, que é a distância que ela percorre em um ano.
Para apanhar o seu queijo a 500 metros de distância retilínea, o nosso rato poderia ter feito (como provavelmente faria…) um grande “zig-e-zag” até chegar ao queijo, ao invés de ir perfeitamente em linha reta até ele.
Neste caso, independente do tamanho de seu ” zig-e-zag”:
- Vetorialmente: Ele estaria de deslocando apenas os 500 metros entre a linha imaginária entre ele e o queijo.
Escalarmente, ele estaria se deslocando:
- Tanto quanto medir a extensão de seu zig-e-zag! …Se ele pouco inteligentemente perfazer um caminho cheio de voltas e curvas que perfaça 500Km para chegar a um ponto a 500 metros retílineos de distância de si, então 500 quilômetros será o seu deslocamento escalar. Porém vetorialmente ele terá ainda se deslocado apenas 500 metros…
Velocidade
A velocidade é a taxa de mudança da posição de um objecto, o que equivale a uma especificação da sua velocidade e direcção de movimento, por exemplo, 60 kmh para o norte.
Velocidade é um conceito muito importante em cinemática, o ramo da mecânica clássica que descreve o movimento dos corpos.
Velocidade Vetorial
A velocidade é uma grandeza física vetorial; tanto sua magnitude quanto direção são necessários para defini-la.
Enquanto que “7 metros por segundo” é uma grandeza escalar, “7 metros por segundo leste” é um vetor.
Se existir uma mudança de velocidade, direção, ou ambas, então o objeto possuí uma velocidade não constante e diz-se estar submetido a uma aceleração.
Velocidade Escalar
O valor absoluto escalar (magnitude) da velocidade é chamado de “rapidez”, uma quantidade que é medida em metros por segundo (m/s ou m·s−1) no sistema (métrico) SI.
Por exemplo, “7 metros por segundo” é uma grandeza escalar (e não um vetor).
Aceleração
Na física, a aceleração é a taxa pela qual a velocidade de um corpo se altera ao longo do tempo.
Tal como descrito por Segunda Lei de Newton , a aceleração é causada por uma força resultante; a força , como um vector, é igual ao produto da massa do objecto a ser acelerado (escalar) e aceleração (vector).
A unidade SI para a aceleração é o metro por segundo quadrado (m/s2).
Aceleração Vetorial
A velocidade e a aceleração são grandezas vetoriais, ou seja: com magnitude e direção.
Por exemplo, um objeto como um carro que começa a partir do repouso e, em seguida, viaja em linha reta a uma velocidade crescente, está sendo acelerado na direção da viagem ou do percurso.
Se a velocidade do veículo diminui , é usual e significativo falar de desaceleração; matematicamente é a aceleração na direção oposta à do movimento .
Aceleração Escalar
O equivalente a aceleração escalar seria sua magnitude sem consideração pela sua orientação.