O que é aceleração?
Galileo Galilei é um cara muito importante quando se trata do mundo da física. Por exemplo, ele descobriu o conceito de inércia , que é a tendência de um objeto de resistir à mudança em seu estado de movimento. Ele também descreveu a velocidade e velocidade , que é a velocidade e direção de um objeto. Esses conceitos parecem simples para nós hoje, mas durante a época de Galileu, essas idéias eram bastante novas.
Uma das razões pelas quais Galileu teve tanto sucesso como cientista foi o uso diligente de experimentos. Testar hipóteses e ideias permitiu-lhe apoiar seus resultados e conclusões com mais do que apenas lógica e raciocínio. Ele poderia realmente mostrar como as coisas funcionavam em nosso mundo físico.
Além de seus experimentos de velocidade, Galileu também observou o movimento de objetos em planos inclinados. O que ele descobriu foi que uma bola rolando em uma ladeira rolou cada vez mais rápido enquanto avançava. Isso significava que a velocidade da bola mudou porque a velocidade da bola estava mudando. Mas o que ele também descobriu foi que a bola ganhou a mesma quantidade de velocidade em intervalos de tempo iguais – a cada segundo que a bola estava rolando, a velocidade aumentava na mesma quantidade.
Essa taxa de variação da velocidade é chamada de aceleração . Assim como a velocidade é a mudança na distância ao longo de um período de tempo, a aceleração é a mudança na velocidade ao longo do tempo. A aceleração pode descrever um aumento e uma diminuição na velocidade de um objeto.
Quando você pisa no pedal do acelerador (também conhecido como acelerador!), Ele acelera – você altera sua velocidade. Mas quando você põe o pé no freio e diminui a velocidade do carro, você também está mudando a velocidade e, portanto, a aceleração. No entanto, embora ambos sejam aceleração, costumamos usar o termo desaceleração para descrever uma diminuição na velocidade de um objeto.
Você também pode alterar a aceleração do carro girando o volante. Como a velocidade inclui a direção, e virar o carro muda sua direção, você está mudando a velocidade do carro, mesmo que não mude a velocidade. Como a aceleração é uma mudança na velocidade, a mudança na direção significa que o carro está acelerando. Portanto, a aceleração pode ser uma mudança na velocidade, direção ou ambos! Mas lembre-se, aceleração zero não significa velocidade zero. Significa simplesmente que o objeto manterá sua velocidade – ele não acelera, desacelera ou muda de direção.
Calculando a aceleração
Determinar a aceleração de um objeto é bastante simples. Você já sabe que a aceleração é uma mudança na velocidade ao longo do tempo, e podemos representar essas palavras com uma equação: a = Δ V / Δ t (a letra grega Δ significa ‘mudança em’). Aqui, a é a aceleração, V é a velocidade e t é o tempo. Tudo o que você precisa fazer agora é inserir seus valores e fazer as contas.
Vamos ver o plano inclinado de Galileu para ver como isso funciona. Se Galileo colocar uma bola no topo da rampa e a soltar, a bola começará a rolar para baixo e sua velocidade aumentará. No primeiro segundo, a bola vai de 0 metros por segundo (m / s) a 2 m / s. Naquele segundo segundo de rolar, a bola vai de 2 m / sa 4 m / s. Se continuar neste aumento constante, a mudança na velocidade da bola é de 2 m / s por segundo.
Conecte isso à nossa equação de aceleração e obteremos: a = (2 m / s) / (1 s). Depois de fazer as contas, descobrimos que nossa aceleração é de 2 m / s * s. As unidades de tempo não se cancelam porque há tempo na velocidade (distância no tempo) e no tempo da aceleração. Portanto, nossa resposta final é assim: a = 2 m / s 2 .
Vejamos outro exemplo. Digamos que você esteja dirigindo e, em um segundo, aumente constantemente sua velocidade de 25 quilômetros por hora para 50 quilômetros por hora. No próximo segundo, você aumenta sua velocidade de 50 km / h para 75 km / h. Se você mantiver esse aumento constante, poderá ver que sua velocidade muda 25 km / h a cada segundo.
Para usar isso em nossa equação, teríamos: a = (25 km / h) / (1 s). Quando resolvemos isso, obtemos 25 km / h * s. Como existem 3600 segundos em uma hora, podemos converter as unidades de tempo para que sejam iguais: 25 km / (3600s * s) = 0,0069 km / s 2 . O que isso significa é que sua velocidade está mudando em 0,0069 km / s por segundo – a cada segundo sua velocidade muda nesse valor.
Queda livre
Objetos em queda (bem como aqueles que viajam do solo para cima) também têm aceleração porque experimentam uma mudança na velocidade, assim como as bolas rolando pela rampa nos experimentos de Galileu.
O interessante sobre objetos em queda é que todos eles têm a mesma aceleração quando a resistência do ar não afeta o movimento do objeto, também conhecido como queda livre . A taxa de variação da velocidade para queda livre é de 9,8 m / s 2 , o que significa que o objeto ganha velocidade à medida que cai a uma taxa de 9,8 m / s a cada segundo.
Portanto, se você deixar cair uma maçã de um penhasco, desde que a resistência do ar não afete o movimento da maçã, ela irá acelerar a 9,8 m / s 2 conforme cai. Deixe cair uma pedra do mesmo penhasco e, desde que a resistência do ar não afete sua queda, ela também acelerará a 9,8 m / s 2 ! Lembre-se de que esta não é a velocidade na qual o objeto está caindo, é a taxa na qual essa velocidade está mudando durante a queda.
E que tal objetos viajando para cima a partir do solo? Se você jogar a maçã para cima em vez de derrubá-la, faz sentido que a maçã perca velocidade em vez de ganhá-la. Mas o que você acha que é a desaceleração daquela maçã depois que ela deixa suas mãos? 9,8 m / s 2 ! E assim que começar a descer novamente, aumentará sua velocidade na mesma proporção (desprezando a resistência do ar). Portanto, a mudança na velocidade é a mesma – movendo-se para cima ou para baixo!
Resumo da lição
As ideias que agora nos parecem comuns já foram novas descobertas. Ninguém pode saber disso melhor do que Galileu, que descobriu muitos dos conceitos que agora consideramos certos em nossa vida cotidiana.
Por meio da experimentação, Galileu descobriu a aceleração , que é a taxa de variação da velocidade. Como a velocidade tem velocidade e direção, a aceleração é uma mudança na velocidade, direção ou ambas. Qualquer objeto em movimento pode ter aceleração – seja acelerando, desacelerando, girando em um círculo, caindo de um penhasco ou sendo lançado ao ar.
Calculamos a aceleração pela mudança na velocidade sobre a mudança no tempo. A letra grega delta (Δ) é usada para expressar ‘mudança em’, então podemos escrever uma equação para aceleração como a = Δ V / Δ t , onde a é a aceleração, V é a velocidade e t é o tempo. A unidade de tempo entra na equação duas vezes – uma para velocidade e outra para tempo, então nossas unidades finais para aceleração de um objeto serão distância / tempo 2 , como m / s 2 .
Curiosamente, quando a resistência do ar não é um fator, todos os objetos em queda aceleram à mesma taxa: 9,8 m / s 2 . Quando os objetos caem, eles aumentam sua velocidade em 9,8 metros por segundo a cada segundo, mas o mais surpreendente é que, quando são lançados ao ar, eles diminuem sua velocidade na mesma proporção.
Resultados de Aprendizagem
Conclua esta vídeo-aula e você será capaz de:
- Detalhe os principais conceitos de inércia, velocidade, aceleração e desaceleração
- Enuncie as equações para aceleração e queda livre
- Calcule a aceleração de um objeto