Velocidade em física refere-se à magnitude vetorial que indica a variação da posição de um objeto para cada unidade de tempo. Este é um conceito crucial para o estudo da cinemática dos objetos.
O conceito de velocidade também é usado em muitas outras disciplinas além da física. Por exemplo, existem também os conceitos de velocidade de reação em química, velocidade de internet em computação ou velocidade de recuperação em educação física.
O que é velocidade?
Na física definimos velocidade como uma quantidade física que expressa o grau de deslocamento de um corpo em relação a um ponto em um determinado tempo. Essa variação é expressa no espaço, portanto é um valor vetorial, que indica uma magnitude e uma direção.
Existem dois tipos de velocidade: média e instantânea. A primeira é calculada dividindo a distância percorrida pelo tempo decorrido, enquanto a velocidade instantânea corresponde ao limite quando o intervalo de tempo tende a zero.
As unidades no sistema internacional de unidades são metros por segundo (m/s), quilômetros por hora (km/h) ou milhas por hora (mph).
Tipos de velocidade
Existem diferentes tipos de velocidades que podem ser classificadas em diversas categorias dependendo do contexto em que são aplicadas.
Os tipos de velocidades mais relevantes no estudo da cinemática são os seguintes:
Velocidade linear
Velocidade linear é o que mede a distância percorrida por um objeto em uma direção específica por unidade de tempo. Por exemplo, a velocidade de um carro em quilômetros por hora (km/h).
Velocidade angular
A velocidade angular refere-se à velocidade de rotação de um objeto em torno de um ponto ou eixo. É medido em radianos por segundo (rad/s) ou graus por segundo (°/s).
Quando um corpo gira em relação a um eixo, a velocidade angular ω aparece. A velocidade angular indica a variação da posição angular ao longo do tempo.
Os corpos em rotação possuem dois tipos de velocidade: a velocidade angular, que indica a variação do ângulo, e a velocidade tangencial, que é a velocidade linear com direção tangente à curvatura em cada momento.
Velocidade instantânea
É a velocidade de um objeto em um ponto específico de sua trajetória em um determinado momento. Seu valor pode ser diferente da velocidade média.
Velocidade média
É a velocidade média de um objeto durante um determinado intervalo de tempo. É calculado dividindo a distância total percorrida pelo tempo decorrido.
Velocidade relativa
É a velocidade de um objeto em relação a outro. É comumente usado em física para descrever o movimento relativo de dois objetos em movimento.
Por exemplo, no caso de o passageiro de um ônibus percorrer o corredor em movimento, eles têm duas velocidades relativas: a velocidade em relação à de um observador localizado dentro do ônibus e a percebida por um observador localizado na rua .
Velocidade terminal
É a velocidade máxima que um objeto atinge em queda livre devido à resistência do ar. Uma vez atingida esta velocidade, o objeto não acelerará mais.
A força de resistência exercida pelo ar sobre um objeto em queda livre é proporcional à velocidade do objeto. Essa força aumenta à medida que o objeto ganha velocidade devido à aceleração causada pela gravidade de acordo com a segunda lei de Newton. Finalmente chega um momento em que a força do ar é equilibrada pela força da gravidade.
Outros tipos de velocidades
De outro ponto de vista mais específico, estes tipos particulares também são definidos:
- Velocidade do som : É a velocidade com que uma onda sonora se propaga através de um meio, como o ar ou a água. No ar à temperatura ambiente, a velocidade do som é de aproximadamente 343 metros por segundo.
- Velocidade da luz : É a velocidade com que a luz viaja no vácuo, que é de aproximadamente 299.792.458 metros por segundo. É uma constante fundamental na física moderna.
- Velocidade orbital : É a velocidade com que um objeto, como um satélite, deve se mover para manter uma órbita estável em torno de outro corpo celeste, como a Terra, para que a força da gravidade não o faça cair. Neste caso, a força da gravidade é igual à força centrípeta.
Fórmulas de velocidade
A velocidade é definida como a mudança na posição de um objeto em relação ao tempo.
Fórmula de velocidade linear
A fórmula para a velocidade média de um objeto é:
v = Δx/Δt
Onde:
v representa a velocidade.
Δx representa a mudança na posição ou no espaço percorrido (o vetor de posição final menos o vetor de posição inicial)
Δt representa o tempo decorrido.
A velocidade pode ser negativa, o que significa que o objeto está se movendo para trás. Também pode ser nulo, o que significa que o objeto não está se movendo.
Fórmula de velocidade angular
Para calcular a velocidade angular média, é utilizada a seguinte fórmula:
ω = 2π/T
Onde,
ω é a velocidade angular em radianos por segundo
T é o período de rotação em segundos (o tempo que leva para o objeto dar uma volta completa)
π é a constante PI.
Diferença entre velocidade, rapidez e celeridade
A velocidade indica a variação na posição de um objeto por unidade de tempo. A variação da posição é determinada pela diferença de dois vetores, portanto, a velocidade é um vetor que nos indica a direção do objeto.
Por outro lado, celeridade e velocidade são dois sinônimos e referem-se à magnitude física da velocidade independentemente da direção. A velocidade nos diz a variação da distância percorrida por unidade de tempo mas não temos nenhuma informação sobre a direção e posição do objeto.
Porém, é comum falar em velocidade referindo-se à celeridade.
Exemplos de velocidade
No movimento retilíneo uniforme, o objeto tem velocidade constante e não muda de direção.
No movimento retilíneo uniformemente acelerado, o objeto não muda de direção, mas sua velocidade varia porque é afetado por uma aceleração constante. Neste caso, a velocidade inicial e final são diferentes.
No movimento circular uniforme, o objeto gira em torno de um eixo, mas não está sujeito a nenhuma aceleração (nem angular nem tangencial).
No movimento circular uniformemente acelerado, o objeto gira em torno de um eixo e está sujeito a uma aceleração constante que pode ser angular ou linear.
