Cap. 02. Física do movimento

Este artigo é a continuidade das definições básicas da Física do movimento. Os tópicos de hoje serão: atrito, aceleração, velocidade e deslocamento.

Quando duas superfícies entram em contato, ocorre o atrito. O atrito pode ser dito como a resistência encontrada por um corpo ao se mover sobre outro. Este atrito gera energia! Quando esfregamos as mãos uma na outra podemos sentir a mão esquentar, isto é energia térmica sendo gerada através do atrito!

Observe que o atrito não é uma propriedade dos corpos, mas sim uma resposta do sistema!

Existem dois tipos de atrito:

-> Atrito seco: também conhecido como "Atrito de Coulomb", este tipo descreve a componente tangencial da força de contato entre duas superfícies de corpos que se movem um em direção oposta ao outro, isto é, quando dois corpos "se esfregam".

-> Atrito fluído: quando entre duas superfícies há um fluído lubrificante, que as separam. Esta película de fluído formada entre as superfícies se movimenta através de um regime chamado de "laminar", sem turbulência. Em sistemas mecânicos, é comum a aplicação de fluídos lubrificantes para evitar que o atrito entre os componentes cause um desgaste repentino.

A força de atrito (Fat) deve ser calculada levando-se em conta a força normal, dada em Newtons (N) e o coeficiente de atrito (μ) da superfície em questão. O coeficiente de atrito é um valor adimensional (não possui unidade de medida) e quanto maior seu valor, maior a resistência gerada pela determinada superfície. A fórmula para calcular a força de atrito é simples: basta multiplicar a força normal pelo coeficiente de atrito.

Lembrando que, para se calcular a força normal, que é dada em Newtons (N), nem sempre utilizamos a fórmula "massa x aceleração" pois, podem haver forças adicionais!

Quando se aplica uma força para mover um objeto e ele não sai do lugar, é porque a força externa aplicada é mais baixa que a força de atrito, então não se consegue vence-la. A força necessária para iniciar o movimento é chamada de ATRITO ESTÁTICO.

Quando aplicamos uma força maior e vencemos a força do atrito estático, conseguimos mover o objeto, mas devemos manter esta força aplicada constantemente para que o objeto continue se movendo. O atrito não deixa de existir após isso, apenas a força externa aplicada é maior que a força de atrito. A força necessária para manter o movimento relativo é chamada de ATRITO DINÂMICO.

A força de atrito estático pode ser maior ou igual a força de atrito dinâmico. Observe o gráfico abaixo:

Gráfico 1

Em algumas aplicações, convém medir o coeficiente de atrito através do teste do plano inclinado.

Gráfico 2

Ao medir o atrito através do teste plano inclinado, chegamos ao consenso de que o coeficiente de atrito (µ) é igual ao ângulo θ.

Obs.: o símbolo que representa a Força normal é o "W". A Força normal tem como unidade de medida o Newton (N).

A força de atrito pode ser dada por uma alteração na fórmula acima:

Onde:

> μ : Coeficiente de atrito ou magnitude da força tangencial;

> Fat ; Força de atrito;

> W = Força normal (dada em Newtons);

O coeficiente de atrito pode ser um valor entre 0,001 e 10 e para materiais mais comuns deslizando ao ar, o μ representa uma faixa estreita entre 0,1 e 1.

Quando caminhamos, empurramos o chão para trás e o atrito entre o calçado (ou os pés, caso esteja de pés descalços) é o que nos empurra para frente. Se o chão é bastante liso, a falta de atrito provoca os deslizes, escorregões.

Em muitos automóveis, as rodas da frente movimentam o carro (pois estão ligadas ao conjunto mecânico motriz), portanto, quando o carro está se movimentando para frente, as rodas da frente "empurram o chão para trás" e a roda traseira é "empurrada pelo chão". Em veículos com tração nas rodas traseiras, ocorre o contrário, e em veículos com tração nas 4 rodas, todas "empurram o chão para trás". Observe a imagem abaixo:

Imagem 1

Aceleração é a taxa de variação da velocidade em relação ao tempo, isto é, a rapidez com que a velocidade de um corpo está variando. Assim como a força, a aceleração também é uma grandeza vetorial, ou seja, possui módulo, direção e sentido.

A aceleração é medida em metros por segundo ao quadrado, abreviado por m/s². Por exemplo, se um objeto tem uma aceleração de 22 m/s², significa que ele vai ter sua taxa de deslocamento aumentada em 22 metros a cada segundo.

Quando o valor da aceleração é positivo, significa um aumento da velocidade com o passar do tempo, já quando a aceleração é um valor negativo, significa que houve uma diminuição da velocidade em relação ao tempo, fazendo com que o deslocamento seja reconhecido como Movimento Retardado.

No Movimento Retilíneo Uniforme (MRU), a aceleração é igual a zero, pois não há aceleração, a velocidade é sempre constante.

Já no Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), há aceleração constante. Ela é determinada pela seguinte fórmula:

Onde:

> Am = Aceleração média, em m/s²;

> ΔV = variação da velocidade dada pela velocidade final (V2) menos a velocidade inicial (V1);

> Δt = intervalo de tempo em que ocorre a variação da velocidade, dado por T2 - T1.

Lembra da Força da Gravidade, explicada anteriormente? Em cada planeta há uma taxa diferente. No planeta Terra, a aceleração da gravidade é aproximadamente 9,8 m/s². Este valor é calculado com base na massa do planeta e no quadrado da distância entre o corpo e superfície da Terra.

Velocidade é a grandeza que serve para medir o quão rápido um corpo se desloca. Também é considerada uma grandeza vetorial, porém deve ser utilizado apenas o valor numérico (grandeza escalar) caso a velocidade seja unidimensional (em apenas uma direção).

A unidade de medida padrão para velocidade é m/s², só que também é utilizada unidade kM/h (kiloMetros por hora). As fórmulas para conversão de valores nestas unidades são dadas abaixo.

Para converter m/s em Km/h:

Para converter Km/h em m/s:

Mas, porque é utilizada a constante 3,6?

Porque 1 hora é igual a 3,600 segundos e 1 Km é igual a 1000 metros. Veja o exemplo abaixo: será convertido 22 Km/h para m/s:

Deslocamento é a mudança de posição de um corpo, a movimentação de um corpo. Para isso, levamos em conta um referencial. O deslocamento também é considerado uma grandeza vetorial e é representado por uma linha com uma seta que aponta da posição inicial para a final.

Utilizamos o plano cartesiano para definir o deslocamento, portanto definimos a variável "x" para a horizontal e a variável "y" para a vertical, então o valor de deslocamento pode ser positivo ou negativo dependendo da direção do deslocamento. A variável "z" é utilizada apenas em casos específicos pois, não é tãaaao necessário o plano cartesiano 3D para se verificar o deslocamento.

O deslocamento é dado pela equação abaixo:

Onde:

-> Xf : posição final; -> x0: posição inicial; -> Δx : deslocamento.

Se a posição inicial de um corpo em relação a determinado referencial é de 2,5 metros e a posição final deste mesmo corpo em relação ao mesmo referencial é 5 metros, então o deslocamento será 5,0 - 2,5 = 2,5 metros, ou seja, este corpo se deslocou 2,5 metros.

É bom não confundir a distância com a distância percorrida por um corpo.

-> Distância: pode ser chamada de magnitude ou tamanho do deslocamento. No exemplo acima, o tamanho do deslocamento entre o ponto inicial, 2,5 m, e o ponto final, 5 m, é de 2,5 m.

-> Distância percorrida: não é um vetor, portanto não tem sinal negativo. Veja o diagrama abaixo:

Gráfico 3

Qual a distância percorrida na linha "b"?

Perceba que a linha "b" tem uma posição inicial em 2, uma dobra em 12, uma dobra em 8 e a posição final em 12. O deslocamento é do valor 2 ao 12, ou seja:

12 - 2 = 10

O deslocamento entre a posição inicial e a posição final é 10;

A distância entre a posição inicial e a posição final é 10;

A distancia percorrida entre 2 e 12 foi de:

10 + 2 + 2 = 14

Qual a distância percorrida pela linha "a"?

Perceba que a linha "a" tem uma posição inicial em 6 e a posição final em 14. O deslocamento é do valor 6 ao 14, ou seja:

14 - 6 = 8

O deslocamento entre a posição inicial e a posição final é 8;

A distância entre a posição inicial e a posição final é 8;

A distancia percorrida entre 6 e 14 foi 8 também.

Um último exemplo para finalizar: se você se deslocar de um lado para o outro de um ambiente com 5 metros de comprimento por 4 vezes, você terá percorrido uma distância de 20 metros. Resumindo: a distância percorrida é quanto um corpo foi movimentado dentro de um espaço.

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Quer saber mais sobre atrito? Veja este PDF do departamento de engenharia mecânica da Universidade do Estado de Santa Catarina!

Quer ver mais alguns coeficientes de atrito? Veja este PDF com o μ para vários materiais!

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Texto, tabelas e imagens: Leonardo Ritter

Fontes: Khan Academy; Info Escola; Mundo Educação; Brasil Escola; Universidade do Estado de Santa Catarina.

Última atualização: 31 de Janeiro de 2021.