5 − O movimento e suas causas: Movimento

Introdução
Nesta Unidade, você vai estudar o movimento dos corpos. Verá que esse conceito é relativo, já que um mesmo objeto pode estar em repouso e em movimento, dependendo da referência adotada. Vai aprender, também, o que são velocidade, aceleração e força, além de analisar os efeitos da aplicação de uma força sobre um corpo e os diferentes tipos de movimento que ela pode gerar. Bons estudos!
 
Movimento
O objetivo deste Tema é que você compreenda as diferenças entre movimento e repouso. Além disso, você vai aprender como funcionam esses movimentos e como é possível controlá-los
 
Movimento e repouso
O estudo dos movimentos é um dos ramos mais antigos do conhecimento humano. O movimento de astros, rios, barcos, objetos lançados ao ar etc. vem inspirando filósofos e cientistas desde os tempos mais remotos.
 
Referencial, movimento e repouso
No começo do século XVII, o físico italiano Galileu Galilei (1564-1642) introduziu o princípio da relatividade do movimento, observando que o estado de repouso ou movimento só pode ser definido quando comparado com algum outro ponto de referência. Ou seja, não existe um ponto de referência absoluto com base no qual todos os outros movimentos podem ser medidos.
Quando você está sentado no banco de um ônibus, por exemplo, está parado em relação ao banco, mesmo que o ônibus esteja se movimentando em relação à rua, aos postes ou ao ponto de ônibus. O próprio banco está parado em relação ao restante do ônibus (à catraca, por exemplo), mas em movimento em relação aos postes. Nesse caso, a rua, os postes e o ponto de ônibus podem ser considerados pontos de referência, ou referenciais, em relação aos quais vai se analisar se um objeto está parado ou em movimento. Portanto, o movimento é relativo, ou seja, depende do referencial adotado.
Sempre que se fala em movimento, é preciso definir um referencial, isto é, falar de movimento em relação a quem ou a quê. Diz-se que um objeto está em movimento em relação a dado referencial quando sua distância em relação a esse referencial varia no decorrer do tempo.
Se um corpo está em movimento, à medida que o tempo passa, sua posição em relação a um referencial vai mudando. O conjunto de todas as posições que o corpo ocupa no espaço durante seu deslocamento é chamado de trajetória. Como o movimento do corpo depende do referencial adotado, sua trajetória também depende desse referencial.
 
Velocidade
Algumas vezes, saber se um corpo está ou não em movimento é suficiente. Em outras situações, no entanto, é necessário também conhecer o tipo de movimento que ele está fazendo, ou seja, se ele é reto ou curvo, rápido ou lento, uniforme ou variado etc. Para determinar se um movimento é rápido ou lento, os físicos criaram o conceito de velocidade.
Muitas placas de trânsito alertam para a velocidade máxima permitida em um local, como a da imagem a seguir, que indica 80 km/h para veículos leves. Isso quer dizer que um automóvel, por exemplo, não pode se deslocar nesse trecho a mais de 80 km por hora. Se andar mais rápido do que isso, estará se movendo com velocidade superior à permitida e não só infringirá a lei, mas também colocará em risco a sua vida e a de outras pessoas.
Velocidade é uma grandeza que relaciona o deslocamento de um corpo e o tempo que ele gasta para realizar esse deslocamento. Para um deslocamento qualquer, define-se a velocidade média do corpo nesse movimento como o quociente entre o deslocamento do corpo e o intervalo de tempo gasto nesse movimento. Matematicamente, escreve-se:
 
V = deslocamento
            tempo
 
em que v é a velocidade média do corpo. No Brasil e em muitos países, a velocidade de automóveis é medida em quilômetros por hora (km/h), e nos países de língua inglesa, em geral, em milhas por hora (Mph). Entretanto, a unidade-padrão no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o metro por segundo (m/s).
 
Aceleração
Na maioria dos movimentos, a velocidade não é constante. Ela aumenta e diminui ao longo do tempo. Por exemplo, ao iniciar uma caminhada, você está parado e vai aumentando a velocidade até atingir um nível confortável, para depois diminuir até parar. A grandeza física que mede quanto a velocidade muda no tempo chama-se aceleração. 
Aceleração média é a razão entre a variação da velocidade e o tempo necessário para que essa variação ocorra.
Matematicamente, escreve-se:
em que: am é a aceleração média do corpo; Δv é a variação da velocidade, ou seja, a diferença entre a velocidade final (vf) e a velocidade inicial (vo); e Δt é a variação do tempo, ou seja, quanto tempo demorou para a velocidade mudar.
A unidade da aceleração no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o metro por segundo por segundo (m/s/s) ou metro por segundo ao quadrado (m/s2 ).
Por exemplo, se um atleta está parado (portanto, sua velocidade inicial é nula) e começa a correr, atingindo a velocidade de 15 m/s em 10 segundos, sua aceleração média será de 1,5 m/s2 . Isso porque:
em que: am é a aceleração média do corpo; Δv é a variação da velocidade, ou seja, a diferença entre a velocidade final (vf) e a velocidade inicial (vo); e Δt é a variação do tempo, ou seja, quanto tempo demorou para a velocidade mudar.
A unidade da aceleração no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o metro por segundo por segundo (m/s/s) ou metro por segundo ao quadrado (m/s2 ).
Por exemplo, se um atleta está parado (portanto, sua velocidade inicial é nula) e começa a correr, atingindo a velocidade de 15 m/s em 10 segundos, sua aceleração média será de 1,5 m/s2 . Isso porque:
A velocidade é uma grandeza vetorial
 
Imagine que um automóvel A está em movimento com velocidade de 20 km/h, na esquina da Rua Beta com a Rua Onze. Onde ele estará depois de andar 10 minutos?
Como você deve ter percebido, não é possível responder a essa pergunta, pois as informações dadas são insuficientes. É necessário saber, além da posição inicial do automóvel (esquina da Rua Beta com a Rua Onze) e de sua velocidade (20 km/h), em que direção e sentido ele está se movimentando (por exemplo, na direção da Rua Beta, no sentido da Rua Gama).
Portanto, saber apenas o valor numérico da velocidade não é suficiente. Isso porque a velocidade é uma grandeza vetorial, ou seja, uma grandeza que só fica completamente definida quando são conhecidos sua intensidade, sua direção e seu sentido (que podem ser representados por um único segmento de reta orientado, semelhante a uma seta).
Assim, ao observar a ilustração a seguir, é possível dizer que:
  • os carros A e B têm a mesma direção (a da Rua Beta e de sua paralela, a Rua Dez) e o mesmo sentido (da Rua Gama), mas possuem intensidades de velocidades diferentes (20 km/h e 60 km/h, respectivamente);
  • os carros A e C têm a mesma direção, mas sentidos opostos e intensidades de velocidades diferentes;
  • os carros A e D apresentam a mesma intensidade de velocidade, mas estão em direções e sentidos diferentes.
Note que, quando um carro faz uma curva diferente de 180°, mesmo que o valor de sua velocidade não se altere, a direção do movimento muda. Então, se ele estiver se deslocando, por exemplo, pela Rua Dez a 20 km/h, virar à direita na Rua Gama e o velocímetro continuar a registrar 20 km/h, é porque foi necessário imprimir alguma aceleração ao carro, visto que, ao alterar sua direção, o carro perderia um pouco da sua velocidade. Note que, quando um carro faz uma curva diferente de 180°, mesmo que o valor de sua velocidade não se altere, a direção do movimento muda. Então, se ele estiver se deslocando, por exemplo, pela Rua Dez a 20 km/h, virar à direita na Rua Gama e o velocímetro continuar a registrar 20 km/h, é porque foi necessário imprimir alguma aceleração ao carro, visto que, ao alterar sua direção, o carro perderia um pouco da sua velocidade.
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