A cinemática é o ramo da física que estuda o movimento dos objetos e sua trajetória em função do tempo sem levar em conta as causas que o produzem.
No estudo da cinemática não são levadas em consideração as propriedades químicas e físicas dos corpos em movimento, com exceção das dimensões, bem como as forças que atuam sobre eles. Por esta razão, também é conhecida como cinemática de sólidos rígidos.
Este ramo da física está incluído na física clássica, portanto as fórmulas que apresentaremos nos artigos desta seção não levam em consideração a teoria da relatividade de Einstein. Ou seja, as equações que apresentaremos só são válidas para velocidades pequenas em relação à velocidade da luz.
Conceitos básicos
Para compreender este ramo da física é fundamental familiarizar-se com alguns conceitos básicos:
1. Posição
A posição de um objeto refere-se à sua localização no espaço em relação a um sistema de referência. Pode ser descrito usando coordenadas, como um sistema de coordenadas cartesianas (x, y, z), onde x, y e z representam as dimensões espaciais.
A posição é normalmente representada por um vetor que indica a magnitude (distância) e a direção da origem do referencial.
2. Role
O deslocamento é uma mudança na posição de um objeto.
É expresso como um vetor que conecta a posição inicial com a posição final do objeto. O deslocamento é independente do caminho seguido pelo objeto e é medido em termos de comprimento e direção.
3. Velocidade
A velocidade de um objeto refere-se à taxa de mudança de sua posição em relação ao tempo.
É expresso em termos de deslocamento por unidade de tempo e é representado como um vetor. A velocidade pode ser constante (movimento uniforme) ou mudar com o tempo (movimento acelerado).
4. Aceleração
Aceleração é a taxa de variação da velocidade de um objeto em relação ao tempo.
Assim como a velocidade, ela é representada como um vetor. A aceleração pode ser positiva (aumento da velocidade), negativa (diminuição da velocidade) ou zero (movimento uniforme).
5. Tempo
O tempo é uma variável fundamental em cinemática usada para medir a duração de um evento. Permite-nos descrever como as outras variáveis cinemáticas mudam ao longo do tempo.
Tipos de movimentos
Na representação bidimensional da cinemática existem vários tipos de movimento que podem ser resumidos da seguinte forma:
- Movimento retilíneo uniforme (MRU) : Neste tipo de movimento, um objeto se move em linha reta a uma velocidade constante, sem alteração na magnitude ou direção da velocidade.
- Movimento retilíneo uniformemente acelerado (MRUA) : No MRUA, um objeto experimenta uma mudança constante em sua velocidade, seja um aumento ou uma diminuição, em intervalos de tempo iguais.
- Movimento Circular Uniforme (MCU) : No MCU, a velocidade angular permanece constante enquanto o objeto se move em um caminho circular.
- Movimento Circular Uniformemente Acelerado (UACM) : UAM envolve uma mudança constante na velocidade angular de um objeto em movimento circular.
- Movimento parabólico : No movimento parabólico , um objeto segue um caminho curvo que se assemelha a uma parábola, resultante da combinação de movimento horizontal e vertical.
- Movimento harmônico simples. A direção da força sob a qual o objeto se move é sempre oposta ao deslocamento e a magnitude é proporcional ao deslocamento.
Exemplos de cinemática
A cinemática se manifesta em diversas situações da vida cotidiana e nos campos científicos.
Movimento de um carro
Um exemplo comum é o movimento de um carro ao longo de uma estrada reta a uma velocidade constante, o que está de acordo com o conceito de movimento retilíneo uniforme (MRU).
Quando este carro acelera ou freia, como ao dar partida em um semáforo ou desacelerar para parar, este é um exemplo de movimento retilíneo uniformemente acelerado (MRUA).
No momento em que o carro faz uma curva, as fórmulas do movimento circular uniforme (MCU) ou movimento circular uniformemente acelerado (MCUA) podem ser aplicadas se dentro da curva ele estiver freando ou acelerando.
Esportes
No campo esportivo, a cinemática é aplicada na análise do lançamento de uma bola de beisebol, onde a trajetória da bola segue um movimento parabólico .
Astronomia
Na astronomia, é usado para estudar o movimento dos planetas ao redor do Sol e calcular suas órbitas.
Usinas nucleares e física nuclear
Na física nuclear, a cinemática é usada para analisar a colisão de partículas subatômicas em aceleradores de partículas.
Além disso, as usinas nucleares possuem turbinas a vapor que, quando em operação, apresentam movimento circular.
Diferença entre cinemática e dinâmica
A cinemática e a dinâmica são dois ramos da física que se concentram em diferentes aspectos do movimento dos objetos.
Por um lado, a cinemática preocupa-se em descrever o movimento em termos de posição, velocidade e aceleração, sem considerar as causas que o geram. Por outro lado, a dinâmica centra-se no estudo das forças e interações que provocam o movimento dos objetos.
Isto é, enquanto a cinemática se preocupa com “como” os objetos se movem, a dinâmica se concentra em “por que” eles se movem e como respondem às forças aplicadas.
