Biología

Movimento uniformemente acelerado e as cinco grandes equações cinemáticas

Comece com uma piada de física

Há uma piada no mundo da física que é mais ou menos assim:

Um fazendeiro chama um biólogo, um químico e um físico para ajudá-lo a descobrir o que há de errado com suas galinhas doentes. O biólogo os examina, mas não consegue formular uma hipótese para explicar a doença. O químico faz alguns testes, mas seus resultados são inconclusivos. O físico apenas olha as galinhas por um longo tempo, rabisca algumas anotações e anuncia que encontrou a cura, mas isso só funciona para galinhas esféricas a zero kelvin no vácuo.

O problema dessa piada é que o mundo da física tem tantas variáveis ​​possíveis que tentar criar modelos precisos e relações entre elas pode ser um pesadelo, senão totalmente impossível. É por isso que temos que simplificar as coisas. Olhando primeiro apenas para as galinhas esféricas congeladas, aspiradas, podemos fazer previsões sobre como elas devem se comportar. Essas previsões simplificadas podem mais tarde ser expandidas para incluir mais e mais variáveis ​​à medida que o físico em formação ganha mais e mais conhecimento.

Movimento uniformemente acelerado

Para ficar mais confortável trabalhando com cinemática, usaremos essa tática também. Nesse ponto, você deve estar confortável para resolver problemas envolvendo posição, deslocamento, velocidade e aceleração por conta própria. Então, vamos dar um passo adiante e combiná-los. Mas precisamos simplificar algumas coisas.

Primeiro, vamos olhar apenas para objetos que estão acelerando a uma taxa constante, chamada de 'movimento uniformemente acelerado'. Isso raramente é alcançado no mundo real devido a forças externas adicionais que criam variabilidade na velocidade ou lentidão com que um objeto acelera em todo o seu movimento. Para tornar mais fácil, não vamos nos preocupar com nenhum deles ainda.

Em segundo lugar, veremos apenas objetos viajando em linha reta. Isso elimina quaisquer problemas complicados com o componente direcional necessário para quantidades e cálculos vetoriais. Como estamos presos em uma linha reta, as únicas direções com as quais precisamos nos preocupar são para frente e para trás, que chamaremos de positiva e negativa. Para esses problemas, basta o sinal. Não são necessários descritores adicionais, como norte, cima ou esquerda.

Essas limitações podem parecer irrealistas no mundo real, mas o movimento uniformemente acelerado em linha reta é uma ótima maneira de aprender como os conceitos de cinemática se encaixam em cinco equações básicas.

As Cinco Grandes Equações

Estas são as cinco grandes equações:


cinco grandes


Como uma atualização rápida, primeiro definirei cada uma das variáveis.

O símbolo delta (Δ) significa 'uma mudança em.'

x = posição final

x 0 = posição inicial

v = velocidade final

v 0 = velocidade inicial

v com uma barra sobre ela = velocidade média

a = aceleração

t = tempo

As perguntas de movimento uniformemente acelerado fornecerão algumas dessas informações e solicitarão que você resolva uma quantidade desconhecida. A chave é extrair os valores e identificar quais você possui, quais você precisa determinar e quais não estão incluídos na pergunta. Em seguida, basta conectá-los à equação adequada. Isso pode parecer fácil 'preencher lacunas e fazer as contas', mas pode ser um pouco mais complicado do que isso. Sinto muito, mas você tem que memorizar essas cinco equações. Nenhuma das questões de múltipla escolha que você encontrar as fornecerá para você.

Há mais um ponto a fazer aqui. Em algumas perguntas, pode parecer que faltam informações importantes, especificamente a posição inicial. Se você está procurando uma mudança de posição ao longo de um período de tempo e a pergunta não fornece uma posição inicial, você pode assumir que é 0 metros. Lembre-se de sempre verificar suas variáveis ​​e equações e ser muito cuidadoso ao assumir qualquer coisa.

Colocando as Equações para Trabalhar

Vamos resolver um problema típico para que você tenha uma ideia de como resolvê-los.

Um carro de corrida na linha de partida de uma pista reta acelera uniformemente por 3,6 segundos a uma taxa de 4,5 m / s 2 . Se a velocidade inicial é 0 m / s, qual a distância que o carro percorre durante esse intervalo de tempo?

Primeiro, vamos escrever as variáveis ​​que recebemos na equação.

t = 3,6 s
a = 4,5 m / s 2
v 0 = 0 m / s
x 0 = 0 m. Isso não é fornecido, mas você pode assumir que é 0 m para calcular a mudança na posição.
x = o que o problema está pedindo para você resolver.

Agora, olhe para as Cinco Grandes Equações. Apenas um terá exatamente essas cinco variáveis. Nesse caso, precisamos da Equação 3: x = x 0 + v 0 * t + ½ em 2 . Agora, comece a preencher os espaços em branco e calcule a resposta.

nulo

Portanto, neste problema, o piloto percorre cerca de 29 metros em 3,6 segundos. Você deve incluir as unidades, que são metros.

Se em algum momento durante perguntas como esta você não tiver certeza se tem a equação certa, tente inserir os números em várias equações. Você descobrirá rapidamente que possui valores não utilizados ou que a equação precisa de um valor que você não possui.

Resumo da lição

Vamos fazer uma breve revisão.

Para ficar mais confortável na solução de problemas com diferentes combinações de variáveis ​​de posição, deslocamento, velocidade e aceleração, simplificamos alguns aspectos desses problemas. Primeiro, assumimos que toda aceleração é uniforme, o que significa que ocorre na mesma taxa do início ao fim. Em segundo lugar, olhamos apenas para o movimento em linha reta, de modo que a direção associada às grandezas do vetor é apenas positiva ou negativa.

Existem cinco equações que você precisa memorizar para resolver problemas de movimento uniformemente acelerado. A melhor maneira de começar é identificar todas as variáveis, incluindo aquela que você precisa calcular, e procurar a equação que contém todas elas. Em seguida, basta conectá-los e fazer as contas. Lembre-se de que, para fazer a pergunta certa, você precisa incluir as unidades adequadas.

Resultados de Aprendizagem

Depois de concluir esta lição, você será capaz de:

  • Lembre-se das grandes 5 equações para um movimento uniformemente acelerado
  • Identifique as variáveis ​​em uma equação de movimento uniformemente acelerado
  • Resolva um problema de movimento uniformemente acelerado
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