Cinemática

O que é cinemática?

A cinemática é um ramo da física que estuda o movimento de objetos sólidos e sua trajetória em função do tempo , sem levar em conta a origem das forças que o motivam. Para isso, a velocidade (variação do deslocamento por unidade de tempo ) e a aceleração (variação da velocidade) do objeto em movimento são levadas em consideração .

As origens da cinemática remontam à astronomia antiga, quando astrônomos e filósofos como Galileu Galilei observavam o movimento das esferas em planos inclinados e em queda livre para entender o movimento das estrelas celestes. Esses estudos, junto com os de Nicolás Copernicus, Tycho Brahe e Johannes Kepler, serviram de referência para Isaac Newton formular suas três Leis do Movimento , e todos juntos fundaram a cinemática moderna no início do século XVIII.

As contribuições dos franceses Jean Le Rond d’Alembert, Leonhard Euler e André-Marie Ampère foram fundamentais para o estabelecimento dessa disciplina , batizada pelo próprio Ampère como cinemática (do grego kinéin , deslocar, mover).

A postulação muito posterior da relatividade por Albert Einstein viraria esta disciplina e encontraria a cinemática relativística, na qual o tempo e o espaço não são dimensões absolutas, como a velocidade da luz .

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Elementos de cinemática

Os elementos básicos da cinemática são três: espaço, tempo e móvel . Devemos ter em mente que na mecânica clássica as duas primeiras (tempo e espaço) são dimensões absolutas, independentes do móvel e anteriores à sua existência.

O espaço é descrito pela geometria euclidiana, o tempo é considerado único em qualquer região do universo e um móbile pode ser qualquer corpo em movimento . Os móveis mais simples são as partículas (e seu estudo abre o campo da cinemática das partículas), mas mais frequentemente os sólidos rígidos (análogos a um sistema de partículas e correspondendo ao que conhecemos como corpos ou objetos) são considerados.

Nesse sentido, a cinemática clássica contempla os seguintes tipos de movimento:

• Movimento de linha uniforme. Um corpo viaja a uma velocidade constante v, com aceleração zero em linha reta.
• Movimento retilíneo uniformemente acelerado. Um corpo se move a uma velocidade que varia linearmente (já que sua aceleração é constante) com o passar do tempo.
• Movimento harmônico simples. É um movimento periódico de vaivém em que um corpo oscila em torno de um ponto de equilíbrio em uma determinada direção e em unidades regulares de tempo.
• Movimento parabólico. É a composição de dois movimentos retilíneos distintos: um horizontal e de velocidade constante, e outro acelerado vertical e uniformemente.
• Movimento circular uniforme. Como o próprio nome indica, é o movimento que traça círculos perfeitos em seu caminho, mantendo o módulo de sua velocidade inalterado ao longo do tempo.
• Movimento circular uniformemente acelerado. É o movimento que traça círculos perfeitos em seu caminho, mas com uma velocidade que varia de módulo ao longo do tempo.
• Movimento harmônico complexo . Trata-se da combinação de vários movimentos harmônicos simples, em diferentes direções.

Exemplos de cinemática

A maioria dos movimentos conhecidos na face da Terra são bons exemplos de estudos cinemáticos. A queda de um corpo , por exemplo, é um movimento uniformemente acelerado pela força da gravidade que a Terra exerce sobre todos os objetos. Essa força é o que chamamos de peso e aponta para o centro do planeta.

Outro exemplo é um corpo suspenso por um elástico , como uma mola, cujo movimento será simples ou harmônico complexo dependendo das forças que exercemos sobre ele.

Por fim, o movimento dos ponteiros do relógio ou de um objeto solto dentro de uma centrífuga (roupas na máquina de lavar, por exemplo), permite ilustrar movimentos circulares uniformes ou acelerados, respectivamente.