Gráficos da Cinemática

Nesse post iremos abordar algo muito importante para a Física nos vestibulares: os gráficos da cinemática! A cinemática é composta basicamente por equações que possuem características de funções matemáticas, isso faz com que a representação gráfica seja uma excelente ferramenta para mostrar o comportamento de um móvel.
Para melhor compreensão desse resumo, é necessário ter em mente todos os conceitos da cinemática vistos em posts anteriores: “Conceitos Básicos da Cinemática“, “Movimento Uniforme” e “Movimento Uniformemente Variado (MUV)“.

1. Análise geral:

a) Formato dos gráficos:

I) O gráfico de uma função constante é representado pela figura a seguir:

Gráfico de uma função constante

Ele origina-se da função matemática:
y=constante
II) O gráfico de uma função de 1º grau (ou função afim) é representado pela figura a seguir:

Gráfico de uma função do 1º grau

Ele origina-se da função matemática:
y=a\cdot x+b
Caso ache necessário, reveja os nossos resumos de matemática sobre função do 1º grau (Parte 1 e Parte 2)
III) O gráfico de uma função de 2º grau é representado pela figura a seguir:

Gráfico de uma função do 2º grau

Ele origina-se da função matemática:
y=a\cdot x^{2}+b\cdot x+c

b) Significado físico da área do gráfico:

O Cálculo Integral (visto no ensino superior dos cursos de exatas) nos fornece a seguinte análise gráfica: toda vez que multiplicarmos as grandezas representadas nos eixos x e y e tal grandeza possuir um significado físico, então a área do gráfico será essa grandeza física.
Exemplo: se o eixo x é o tempo (t) e o eixo y é a velocidade (v), sabe-se que v . t = ΔS ou distância. Sendo assim, a área delimitada pelo gráfico e o eixo coordenado X será a distância percorrida pelo móvel.

Exemplo: gradeza física através da área de um gráfico

2. Gráficos do Movimento Uniforme (MU):

a) Posição (S) versus Tempo (t):

Gráfico de um corpo em repouso
Gráfico de um móvel com velocidade positiva
Gráfico de um móvel com velocidade negativa

Observação: O “Movimento Regressivo” também pode ser chamado de “Movimento Retrógrado”, porém tal denominação está em desuso e dificilmente aparecerá nos vestibulares atuais.

b) Velocidade (v) versus Tempo (t):

Gráfico da velocidade em um movimento uniforme

4. Gráficos do Movimento Uniformemente Variado (MUV):

a) Posição (S) versus Tempo (t):

Movimento de um móvel com aceleração positiva
Movimento de um móvel com aceleração negativa

b) Velocidade (v) versus Tempo (t):

Movimento acelerado, gráfico crescente
Movimento desacelerado, gráfico decrescente

Observação: O “Movimento Desacelerado” também pode ser chamado de “Movimento Retardado”, porém tal denominação está em desuso e dificilmente aparecerá nos vestibulares atuais.

5. Exercício de aplicação de Gráficos da Cinemática:

(ENEM 2012 – Questão 60 – Caderno 1 Azul) Para melhorar a mobilidade urbana na rede metroviária é necessário minimizar o tempo entre estações. Para isso a administração do metrô de uma grande cidade adotou o seguinte procedimento entre duas estações: a locomotiva parte do repouso com aceleração constante por um terço do tempo de percurso, mantém a velocidade constante por outro terço e reduz sua velocidade com desaceleração constante no trecho final, até parar. Qual é o gráfico de posição (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) que representa o movimento desse trem?
a) 
b)
c)
d)
e)
Para saber a resposta dessa questão, clique em “ENEM 2012 – Questão 60 – Caderno 1 Azul” e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (a resposta está na própria questão).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Movimento Uniformemente Variado (MUV)

Nesse post veremos o comportamento físico do Movimento Uniformemente Variado (MUV), um dos movimentos mais importantes da cinemática. Aqui você encontrará a definição do MUV, as equações e uma técnica para resolver exercícios envolvendo tal assunto.
No entanto, para uma perfeita compreensão do assunto, é necessário saber as informações vistas no nosso resumo sobre os “Conceitos Básicos da Cinemática“.

1. Definição:

O movimento é uniformemente variado (MUV) quando o móvel se desloca com uma aceleração constante (a = cte) e diferente de zero (a ≠ 0).

2. Equações:

  • Função horária da posição:

\dpi{120} S=S_0+v_0\cdot t+\frac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}

  • Função horária da velocidade

\dpi{120} v=v_0+a\cdot t

  • Equação de Torricelli

\dpi{120} v^2=v_0^2+2\cdot a\cdot d
Onde:
S = posição final do móvel em relação a um referencial
S0 = posição do móvel em relação a um referencial no instante de tempo igual a zero (ou posição inicial)
v = velocidade final do móvel em relação a um referencial
v0 = velocidade do móvel em relação a um referencial no instante de tempo igual a zero (ou velocidade inicial)
a = aceleração do móvel
t = tempo decorrido
d = distância percorrida
Veja alguns exemplos:

Banner geral

3. Técnica para resolução de exercícios de cinemática:

Muitos estudantes encontram dificuldades em resolver um exercício envolvendo MUV porque não sabem qual equação utilizar. A seguir apresentaremos um exercício de vestibular acompanhado de sua resolução, a qual mostraremos uma técnica para resolver tais problemas.

a) Vestibular UEL-PR 2014:

O desrespeito às leis de trânsito, principalmente àquelas relacionadas à velocidade permitida nas vias públicas, levou os órgãos regulamentares a utilizarem meios eletrônicos de fiscalização: os radares capazes de aferir a velocidade de um veículo e capturar sua imagem, comprovando a infração ao Código de Trânsito Brasileiro.
Suponha que um motorista trafegue com seu carro à velocidade constante de 30 m/s em uma avenida cuja velocidade regulamentar seja de 60 km/h. A uma distância de 50 m, o motorista percebe a existência de um radar fotográfico e, bruscamente, inicia a frenagem com uma desaceleração de 5 m/s2.
Sobre a ação do condutor, é correto afirmar que o veículo
a) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 50 km/h.
b) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 60 km/h.
c) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 64 km/h.
d) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 66 km/h.
e) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 72 km/h.

b) Resolução:

1º Passo: Reescreva os dados da questão identificando cada grandeza envolvida e convertendo as unidades para o SI, caso seja necessário.

2º Passo: Escreva todas as equações do MUV.

3º Passo: Circule de Verde as grandezas físicas que foram fornecidas no enunciado da questão e de Vermelho a grandeza física a ser encontrada.

4º Passo: Substitua os dados do problema na única equação em que a grandeza pedida para ser determinada está circulada de vermelho e todas as demais estão circuladas de verde. Em seguida resolva a equação e encontre a resposta.

Resposta da questão: alternativa E

4. Exercício de Aplicação de MUV:

(Unicamp 2016 – Questão – Versão Q) A demanda por trens de alta velocidade tem crescido em todo o mundo. Uma preocupação importante no projeto desses trens é o conforto dos passageiros durante a aceleração. Sendo assim, considere que, em uma viagem de trem de alta velocidade, a aceleração experimentada pelos passageiros foi limitada a amáx = 0,09 g, onde g = 10 m/s2 é a aceleração da gravidade. Se o trem acelera a partir do repouso com aceleração constante igual a amáx, a distância mínima percorrida pelo trem para atingir uma velocidade de 1080 km/h corresponde a
a) 10 km.
b) 20 km.
c) 50 km.
d) 100 km.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial da Unicamp (procure pela questão 2).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Conceitos Básicos de Cinemática

Esse post explica os conceitos básicos de Cinemática, sendo que a grande maioria dos tópicos vistos serão essenciais para uma perfeita interpretação dos enunciados das questões desse assunto. Raramente os seis primeiros tópicos desse post aparecem em uma questão de vestibular como sendo objeto avaliado, porém os dois últimos tópicos (“velocidade média” e “aceleração média”) já são mais comuns.

1. Estudo do movimento:

a) Cinemática:

Estudo analítico do movimento. Preocupa-se apenas com o que ocorre durante o movimento.

b) Dinâmica:

Estudo das causas do movimento. Preocupa-se em estudar os motivos que fazem um corpo se movimentar ou parar.

2. Referencial:

Ponto a partir do qual se estabelece as medidas físicas.

3. Repouso e Movimento:

a) Repouso:

A posição do corpo é constante em relação a um referencial.

b) Movimento:

A posição do corpo muda em relação a um referencial.

4. Ponto Material e Corpo Extenso:

a) Ponto Material:

O corpo possui dimensões desprezíveis em relação a um referencial.
Exemplo: carro se movendo em relação a um referencial aéreo (um helicóptero, por exemplo). Suas dimensões são desprezíveis.

Ponto material

b) Corpo Extenso:

O corpo NÃO possui dimensões desprezíveis em relação a um referencial.
Exemplo: o mesmo carro do ponto material agora está se movendo em relação à garagem. Agora suas dimensões NÃO são desprezíveis.

Corpo extenso

5. Trajetória:

Caminho percorrido por um corpo em relação a um referencial.

6. Distância percorrida e Posição:

a) Distância percorrida (d):

Contagem numérica de todo o caminho percorrido pelo corpo, independentemente do referencial.

b) Posição ou Espaço (S):

Posição de um corpo em relação a um referencial.

c) Variação da Posição ou do Espaço (ΔS):

Na física, o símbolo Delta (Δ) sempre representa alguma grandeza no seu estado final menos a mesma grandeza no seu estado inicial. Sendo assim a variação da posição de um móvel é dada pela seguinte equação:
\dpi{120} \Delta S=S_{final}-S_{inicial}

7. Velocidade Média (v):

Grandeza física que mede a rapidez de um móvel através da relação entre a variação da posição (ΔS) e a variação do tempo (Δt).
\dpi{120} v_m=\frac{\Delta S}{\Delta t}
No SI (Sistema Internacional de Unidades), ΔS deve ser dado em m (metro) e Δt em segundos (s).
Conversão de unidade:
Para mudar a velocidade de m/s para km/h, multiplica-se o valor da velocidade em m/s por 3,6.
Para mudar a velocidade de km/h para m/s, divide-se o valor da velocidade em km/h por 3,6.

8. Aceleração Média (a):

Grandeza física que mede a capacidade de um móvel alterar a velocidade.
\dpi{120} a_m=\frac{\Delta v}{\Delta t}
No SI (Sistema Internacional de Unidades), Δv deve ser dado em m/s (metro por segundo) e Δt em segundos (s).
Para consolidar os conhecimentos, assista à nossa videoaula sobre Cinemática:

9. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2012 – Questão 72 – Caderno 1 Azul) Uma empresa de transportes precisa efetuar a entrega de uma encomenda o mais breve possível. Para tanto, a equipe de logística analisa o trajeto desde a empresa até o local da entrega. Ela verifica que o trajeto apresenta dois trechos de distâncias diferentes e velocidades máximas permitidas diferentes. No primeiro trecho, a velocidade máxima permitida é de 80km/h e a distância a ser percorrida é de 80km. No segundo trecho, cujo comprimento vale 60km, a velocidade máxima permitida é 120km/h. Supondo que as condições de trânsito sejam favoráveis para que o veículo da empresa ande continuamente na velocidade máxima permitida, qual será o tempo necessário, em horas, para a realização da entrega?
a) 0,7
b) 1,4
c) 1,5
d) 2,0
e) 3,0
Para saber a resposta dessa questão, clique em “ENEM 2012 – Questão 72 – Caderno 1 Azul” e acesse o gabarito oficial disponibilizado pelo INEP (a resposta está na própria questão).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

LOGO-KUADRO-branco

PDF – MÉTODO KUADRO DE APROVAÇÃO

Preencha o formulário e receba o seu PDF