Explicamos o que é cinemática e qual a origem desse ramo da física. Elementos cinemáticos e exemplos de aplicação.
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, são levadas em consideração a velocidade (variação do deslocamento por unidade de tempo) e a aceleração (variação da velocidade) do objeto em movimento.
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 dos corpos celestes. Esses estudos, juntamente com os de Nicolás Copérnico, Tycho Brahe e Johannes Kepler, serviram de referência para Isaac Newton formular suas três Leis do Movimento, e tudo isso em conjunto fundou 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 desta disciplina, batizado pelo próprio Ampère como cinemática (do grego cinemadeslocar, mover).
A muito posterior postulação da relatividade de Albert Einstein viraria essa disciplina de cabeça para baixo e fundaria 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 um móvel. Devemos ter em mente que na mecânica clássica os dois primeiros (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 móbiles mais simples são partículas (e o seu estudo abre o campo da cinemática das partículas), mas mais frequentemente são considerados os sólidos rígidos (análogos a um sistema de partículas e correspondentes ao que conhecemos por corpos ou objetos).
Nesse sentido, a cinemática clássica contempla os seguintes tipos de movimento:
- Movimento de linha uniforme. Um corpo se move em linha reta com velocidade constante v e aceleração nula.
- 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 no qual 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 diferentes: um horizontal e de velocidade constante, e o outro vertical e uniformemente acelerado.
- Movimento circular uniforme. Como o próprio nome indica, é o movimento que traça círculos perfeitos em seu percurso, mantendo o módulo de sua velocidade invariável ao longo do tempo.
- movimento circular uniformemente acelerado. É o movimento que traça círculos perfeitos em seu percurso, mas com uma velocidade que varia em módulo no tempo.
- movimento harmônico complexo. É a 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 elásticocomo uma mola, cujo movimento será harmônico simples ou complexo dependendo das forças que exercemos sobre ela.
Por último, o movimento dos ponteiros do relógio ou um objeto solto dentro de uma centrífuga (roupas na máquina de lavar, por exemplo), permite ilustrar o movimento circular uniforme ou acelerado, respectivamente.