Física: Cinemática

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Cinemática

Ramo da mecânica clássica que estuda o movimento dos corpos sem se preocupar com as causas que o originam.

Ponto material

Corpo cujas dimensões não interferem no estudo do movimento em um determinado contexto.

Corpo extenso

Corpo cujas dimensões são relevantes e não podem ser desprezadas na análise do movimento.

Referencial

Corpo ou sistema de eixos adotado como base para determinar se outro corpo está em repouso ou em movimento.

Trajetória

Linha geométrica descrita pelas sucessivas posições ocupadas por um corpo em relação a um referencial.

Posição (espaço s)

Coordenada que localiza o móvel ao longo de uma trajetória em determinado instante de tempo.

Deslocamento escalar (Δs)

Diferença entre a posição final e a inicial de um móvel: Δs = s - s₀.

Distância percorrida

Soma de todas as distâncias efetivamente percorridas pelo móvel ao longo da trajetória, sempre positiva.

Intervalo de tempo (Δt)

Diferença entre o instante final e o instante inicial: Δt = t - t₀.

Velocidade escalar média (Vm)

Razão entre o deslocamento escalar e o intervalo de tempo gasto: Vm = Δs / Δt.

Conversão de km/h para m/s

Divide-se o valor da velocidade por 3,6.

Conversão de m/s para km/h

Multiplica-se o valor da velocidade por 3,6.

Velocidade escalar instantânea

Velocidade de um corpo em um instante de tempo específico, dada pelo limite de Δs/Δt quando Δt tende a zero.

Movimento progressivo

Movimento no qual o corpo se desloca no mesmo sentido positivo da trajetória (v > 0).

Movimento retrógrado

Movimento no qual o corpo se desloca em sentido contrário ao positivo da trajetória (v < 0).

Movimento uniforme (MU)

Movimento no qual a velocidade escalar permanece constante e diferente de zero, com aceleração nula.

Função horária da posição no MU

s = s₀ + v · t, onde s é posição final, s₀ posição inicial, v velocidade e t tempo.

Gráfico s × t no MU

Uma reta inclinada cuja inclinação representa numericamente a velocidade escalar.

Gráfico v × t no MU

Uma reta horizontal paralela ao eixo do tempo; a área sob a reta representa o deslocamento (Δs).

Aceleração escalar média (am)

Razão entre a variação da velocidade escalar e o intervalo de tempo: am = Δv / Δt.

Unidade de aceleração no SI

Metros por segundo ao quadrado (m/s²).

Movimento acelerado

Movimento em que o módulo da velocidade aumenta; a velocidade e a aceleração possuem o mesmo sinal.

Movimento retardado

Movimento em que o módulo da velocidade diminui; a velocidade e a aceleração possuem sinais opostos.

Movimento uniformemente variado (MUV)

Movimento no qual a aceleração escalar é constante e diferente de zero ao longo do tempo.

Função horária da velocidade no MUV

v = v₀ + a · t, relaciona velocidade com o tempo decorrido.

Função horária da posição no MUV

s = s₀ + v₀ · t + (a · t²) / 2, equação quadrática da posição no tempo.

Equação de Torricelli

v² = v₀² + 2 · a · Δs, utilizada para calcular velocidades e distâncias no MUV sem depender do tempo.

Velocidade média no MUV

Pode ser calculada pela média aritmética das velocidades inicial e final: Vm = (v₀ + v) / 2.

Gráfico v × t no MUV

Uma reta inclinada cuja inclinação fornece a aceleração e a área sob a reta indica o deslocamento.

Gráfico s × t no MUV

Uma parábola cuja concavidade indica o sinal da aceleração (voltada para cima se a > 0).

Gráfico a × t no MUV

Uma reta horizontal cuja área sob a curva fornece a variação de velocidade (Δv).

Queda livre

Movimento vertical sob ação exclusiva da gravidade, com velocidade inicial nula (v₀ = 0).

Aceleração da gravidade (g)

Aceleração atuante sobre corpos em queda livre próxima à superfície terrestre, aproximadamente 9,8 m/s².

Tempo de queda na queda livre

t = √(2h / g), tempo gasto para cair de uma altura h a partir do repouso.

Velocidade de impacto na queda livre

v = √(2 · g · h), velocidade com que o corpo atinge o solo a partir de uma altura h.

Lançamento vertical para cima

Movimento retilíneo uniformemente retardado na subida e acelerado na descida sob gravidade constante.

Ponto mais alto no lançamento vertical

Ponto de inversão do movimento em que a velocidade vertical instantânea torna-se nula (v = 0).

Altura máxima no lançamento vertical

Hmax = v₀² / (2 · g), altura máxima atingida lançando verticalmente para cima com velocidade v₀.

Tempo de subida no lançamento vertical

tsub = v₀ / g, tempo para atingir a velocidade zero no ponto mais alto.

Simetria no lançamento vertical

O tempo de subida é igual ao tempo de descida, e a velocidade de retorno ao solo tem o mesmo módulo da inicial.

Vetor posição

Segmento de reta orientado que une a origem do referencial à posição do móvel no espaço.

Vetor deslocamento (Δr)

Vetor que liga o ponto de partida diretamente ao ponto de chegada do móvel.

Vetor velocidade média

Razão entre o vetor deslocamento e o intervalo de tempo: Vm = Δr / Δt.

Componente tangencial da aceleração (at)

Responsável por variar o módulo da velocidade, tendo a mesma direção do vetor velocidade.

Componente centrípeta da aceleração (ac)

Responsável por variar a direção da velocidade vetorial, sempre perpendicular à trajetória e apontada ao centro.

Fórmula da aceleração centrípeta

ac = v² / R, onde v é a velocidade escalar linear e R é o raio da curva.

Aceleração vetorial total

Soma vetorial das acelerações tangencial e centrípeta: a² = at² + ac².

Movimento circular uniforme (MCU)

Movimento circular com velocidade escalar constante, aceleração tangencial nula e centrípeta não nula.

Período (T)

Tempo necessário para que o corpo complete uma volta ou ciclo completo de rotação.

Frequência (f)

Número de voltas ou ciclos completados por unidade de tempo; sua unidade no SI é o hertz (Hz).

Relação entre período e frequência

f = 1 / T ou T = 1 / f, grandezas inversamente proporcionais.

Velocidade angular (ω)

Razão entre o ângulo percorrido em radianos e o tempo gasto: ω = Δθ / Δt = 2π / T = 2π · f.

Relação entre velocidade linear e angular

v = ω · R, onde v é velocidade linear, ω velocidade angular e R raio da trajetória.

Aceleração centrípeta em termos angulares

ac = ω² · R, expressa a aceleração centrípeta em função da velocidade angular e do raio.

Transmissão de MCU por contato ou correia

As velocidades lineares são iguais: v₁ = v₂, logo ω₁ · R₁ = ω₂ · R₂ e f₁ · R₁ = f₂ · R₂.

Transmissão de MCU por eixo comum

A velocidade angular e a frequência são iguais: ω₁ = ω₂ e f₁ = f₂.

Lançamento horizontal

Composição de dois movimentos independentes: MU no eixo horizontal (x) e queda livre no eixo vertical (y).

Alcance no lançamento horizontal

A = v₀x · t, produto da velocidade horizontal constante pelo tempo de queda vertical.

Lançamento oblíquo

Movimento balístico decomposto em MU horizontal (vx = v₀ · cos θ) e MUV vertical (vy = v₀ · sen θ - g · t).

Alcance máximo no lançamento oblíquo

A = (v₀² · sen 2θ) / g, com alcance horizontal máximo ocorrendo no ângulo de disparo de 45 graus.

Velocidade relativa no mesmo sentido

Vrel = |v₁ - v₂|, subtração dos módulos das velocidades dos dois corpos.

Velocidade relativa em sentidos opostos

Vrel = v₁ + v₂, soma dos módulos das velocidades dos dois corpos em aproximação ou afastamento.