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Aula 02 - Velocidade média
Variação de posição e variação do tempo
Vamos propor um exemplo bastante simples, para entender o significado de variação de posição e de tempo.
Um
atleta
ao
passar
pela
posição
100
m
de
uma
pista,
verifica
que
seu
relógio
indica
10
h
20
min,
continuando
sua
corrida,
atinge
a posição 300 m no instante 10 h 25 min, como mostramos na fig. 1.
Figura 1 - Variação de posição e tempo
O
símbolo
D
é
uma
letra
do
alfabeto
grego
e
é
chamada
de
"delta".
Na
mecânica,
sempre
que
acompanha
outro
símbolo,
ela
significa
"variação"
.
Assim,
D
s
significa
"variação
de
s"
ou
"a
mudança
de
posição”
.
Da
mesma
forma,
D
t
significa
"variação
de
t"
ou
"o
intervalo
de
tempo”.
No
nosso
exemplo
a
posição
inicial
do
atleta
é
s
0
=
100
m
e
a
posição
final
s
=
300
m,
podemos
concluir que a variação de posição ou variação dos espaço sofrida pelo atleta é de 200 m.
Sem
pensarmos
utilizamos
fórmulas,
não
temos
dificuldades
em
dizer
que
a
variação
de
posição
foi
de
200
m.
No
entanto
vejamos como obtivemos este valor:
D
s = s - s
0
D
s = 300 - 100
D
s = 200 m
Da mesma forma ocorre com o tempo gasto pelo atleta, um cálculo bastante simples, como indicamos a seguir:
D
t = t - t
0.
= 25 - 20 = 5 min
Concluímos que o nosso atleta levou 5 minutos para fazer o percurso de 200 m.
É
comum
haver
uma
confusão
entre
variação
de
posição
com
distância
percorrida
d,
não
são
mesma
coisa.
Veja
o
exemplo
a
seguir:
De
acordo
com
a
figura,
um
corpo
sai
da
posição
inicial
s
0
=
2
m
e
em
seguida,
retorna
a
esta
mesma
posição
a
qual
chamamos
de
posição final s = 2 m. Se formos calcular a variação de posição (
D
s = s - s
0
) e a distância percorrida (d), teremos:
Veja
que
em
relação
à
posição
inicial
e
final
não
houve
nenhuma
mudança
(
D
s
=
0),
no
entanto
não
podemos
dizer
que
não
houve
movimento, já que a distância percorrida pelo corpo é de 8 m.
Exercícios propostos
P1.
Em
cada
uma
das
trajetórias
a
seguir
encontre
o
espaço
inicial
(s
0
),
espaço
final
(s),
tempo
inicial
(t
0
),
tempo
final
(t),
a
variação
de posição e do tempo, bem como a distância percorrida.
Velocidade média
Quando
nos
deslocamos
por
uma
rodovia
ou
avenida,
podemos
nos
movimentos
de
forma
“rápida”
ou
“lenta”.
Os
dois
motoristas
da figura, nos mostram a diferença entre o “rápido” e o “lento”.
Assim,
para
afirmar
o
quão
“rápido”
ou
“lento”
um
corpo
se
movimenta,
devemos
comparar
o
seu
deslocamento
,
pelo
tempo
que
ele gastou neste trajeto, esta comparação chamamos de velocidade média.
A
comparação
de
duas
grandezas,
no
nosso
caso
a
grandeza
D
s
e
a
grandeza
D
t,
matematicamente
pode
ser
escrita
na
forma
de
uma divisão. A expressão da velocidade média é:
Por
outro
lado,
determinar
a
velocidade
média
não
nos
garante
como
foi
o
comportamento
da
velocidade
em
cada
instante
na
sua
trajetória.
Quando
afirmamos
que
um
corpo
realizou
um
trajeto
com
uma
velocidade
média
de
40
km/h,
não
significa
que
este valor se manteve constante em todo o trajeto.
Exercícios resolvidos
R1.
Um
motorista
trafegando
por
uma
rodovia
decide
verificar
qual
é
a
sua
velocidade
média.
Ao
passar
pelo
marco
quilométrico
20
km,
constata
que
em
seu
relógio
são
10
h
e
20
min.
Ao
passar
pelo
quilômetro
30
km,
verifica
que
são
10
h
e
30
min.
Qual
foi
o
valor da velocidade média encontrada pelo motorista?
Resolução:
Inicialmente
vamos
escrever
os
dados
fornecidos
pelo
problema,
em
seguida,
verificar
as
unidades.
Veja
que
o
tempo
está
em
minutos,
e
as posições em quilômetros, assim, é conveniente transformar o tempo em hora.
A velocidade média no trajeto foi de 60 km/h
R2.
Um
motorista
sai
de
São
Paulo
às
8
h
com
destino
a
cidade
de
Campinas,
distante
90
km.
Depois
de
percorrer
um
certo
trecho
da
rodovia
empregando
30
min
de
viagem,
precisou
parar
em
um
posto
para
abastecer
o
carro,
gastando
30
min.
Ao
retomar
a
viagem,
ele
emprega
mais
30
min
para
chegar
ao
seu
destino.
Determine
a
velocidade
média
deste
motorista
no
percurso
São
Paulo Campinas.
Resolução:
O
problema
nos
pede
a
velocidade
média
empregada
pelo
motorista,
de
São
Paulo
até
Campinas.
Vamos
esquematizar
aquilo
que
nos
fala o problema.
É importante insistir que para o cálculo da velocidade média devemos considerar todo o deslocamento pelo tempo total gasto.
Transformando unidades
Muitas
vezes
é
necessário
que
façamos
a
transformações
de
unidades
mais
comuns
como
km/h
para
m/s,
que
são
as
unidades
do
sistema
internacional
(SI).
Veja
os
dois
exemplos
a
seguir,
queremos
transformar
as
velocidades
fornecidas
em
km/h
para
unidades do SI.
Verifique que nos dois exemplos, acabamos dividindo o valor da velocidade por 3,6.
Desta maneira criamos uma regra prática esquematizada na figura ao lado.
Movimento progressivo e retrógrado
Na
física
procura-se
diferenciar
o
sentido
com
que
um
corpo
se
movimenta
em
uma
trajetória
atribuindo
o
nome
de
progressivo
ou
retrógrado.
Dizemos
que
um
movimento
é
progressivo
quando
o
seu
sentido
for
concordante
com
o
da
trajetória.
Neste
caso
a
sua velocidade será positiva.
Caso
o
sentido
do
movimento
seja
discordante
ao
da
trajetória,
damos
o
nome
de
retrógrado.
Neste
caso
a
sua
velocidade
será
negativa.
Exercícios Resolvidos
R3.
(UFC)
Uma
partícula
desloca-se
sobre
uma
reta
na
direção
x.
No
instante
t
0
=
1,0
s,
a
partícula
encontra-se
na
posição
A
e
no
instante
t
=
6,0
s
encontra-se
na
posição
B,
como
indicadas
na
figura
a
seguir.
Determine
a
velocidade
média
da
partícula
no
intervalo de tempo entre os instantes t
1
e t
2
.
Resolução:
Inicialmente
vamos
escrever
os
dados
fornecidos
pelo
problema,
em
seguida,
verificar
se
as
unidades,
são
coerentes.
Neste
exemplo
as
unidades seguem o sistema Internacional.
Dados fornecidos:
Exercícios propostos
P2.
(UFRJ)
João
fez
uma
pequena
viagem
de
carro
de
sua
casa,
que
fica
no
centro
da
cidade
A,
até
a
casa
de
seu
amigo
Pedro,
que
mora
bem
na
entrada
da
cidade
B.
Para
sair
de
sua
cidade
e
entrar
na
rodovia
que
conduz
à
cidade
em
que
Pedro
mora,
João
percorreu
uma
distância
de
10
km
em
meia
hora.
Na
rodovia,
ele
manteve
uma
velocidade
escalar
constante
até
chegar
à
casa
de
Pedro. No total, João percorreu 330 km e gastou quatro horas e meia.
a) calcule a velocidade escalar média do carro de João no percurso dentro da cidade A.
b) calcule a velocidade escalar constante do carro na rodovia.
P3.
Um
estudante
vai
de
São
Paulo
até
Campinas,
distante
110
km,
em
2
h
em
seguida,
de
Campinas
a
Piracicaba,
distante
80
km,
em 1 h. Determine a velocidade escalar média do estudante no percurso de São Paulo à Piracicaba.
P4.
(UFRJ)
Em
uma
recente
partida
de
futebol
entre
Brasil
e
Argentina,
o
jogador
Kaká
marcou
o
terceiro
gol
ao
final
de
uma
arrancada
de
60
metros.
Supondo
que
ele
tenha
gastado
8,0
segundos
para
percorrer
essa
distância,
determine
a
velocidade
escalar média do jogador nessa arrancada.
P5.
(Universidade
de
Mogi
-
SP)
Numa
corrida
de
Fórmula
1,
a
volta
mais
rápida
foi
feita
em
1
min
20
s,
a
uma
velocidade
de
180
km/h. Calcule o comprimento da pista, em metros.
P6.
(UFRJ)
Um
ônibus
parte
do
Rio
de
Janeiro,
RJ,
às
13
h
e
termina
a
viagem
em
Varginha,
MG,
às
21h
do
mesmo
dia.
À
distância
percorrida do Rio de Janeiro a Varginha é de 400 km. Calcule a velocidade escalar média do ônibus nessa viagem.
P7.
(UFRJ)
Em
um
trecho
em
declive,
de
20
km
de
extensão,
de
uma
estrada
federal,
a
velocidade
máxima
permitida
para
veículos
pesados
é
de
70
km/h
e
para
veículos
leves
é
de
80
km/h.
Suponha
que
um
caminhão
pesado
e
um
automóvel
iniciem
o
trecho
em
declive simultaneamente e que mantenham velocidades iguais às máximas estabelecidas.
Calcule a distância entre os dois veículos no instante em que o automóvel completa o trecho em declive.
V
elocidade e seus limites…..
O
guepardo
ou
chita
é
um
animal
que
tem
seu
habitat
na
savana,
vive
na
África,
península
Arábica
e no sudoeste da Ásia.
É
um
predador,
que
utiliza
como
estratégia
de
caça
atacar
suas
presas
através
de
perseguições
em
alta
velocidade. Consegue atingir velocidades de
115
km/h,
por
curtos
períodos
de
tempo,
é
considerado
um
dos
animais
terrestres
mais
rápidos.
Helis
aspersa
é
um
caracol
bem
comum
nos
jardins
europeus,
o
mais
famoso
é
o
Helix
pomatia,
espécie
geralmente comercializada como escargot.
O
caracol,
é
um
dos
animais
mais
lentos
que
conhecemos,
sua
velocidade
é
de
aproximadamente
1,3 cm/s.
By Waugsberg (Own work) via Wikimedia Commons
No
espaço
aéreo
temos
o
falcão
peregrino,
que
no
momento
do
ataque
a
sua
presa,
ele
fecha
as
asas
e
realiza
um
mergulho
atingindo
a
velocidade
de
320
km/h. Esta velocidade é a de um carro de fórmula 1.
Em
março
de
2004,
o
X-43A
quebrou
o
recorde
de
velocidade,
tornando-se
o
avião
mais
rápido
do
mundo
com
uma
velocidade
de
11
000
km/h.
Este
avião
não
tripulado
faz
parte
de
um
projeto
da
NASA de aviões hipersônicos .
Créditos: NASA - desenho realizado por um artista
Esta
imagem
é
a
do
teste
realizado
com
o
avião
X-
43A
no
dia
16
de
novembro
de
2004,
quando
bateu
o recorde de velocidade.
Credits: NASA Photo / Carla Thomas
A
luz
possui
a
fantástica
velocidade
de
3,0
x
10
8
m/s.
Pense
neste
exemplo:
ao
sair
do
Sol,
ela
levará
por
volta de 8 minutos para chegar à Terra.
imagens crédito:
https://pixabay.com
Como
escrever
grandezas
físicas
no
Sistema
Internacional
No
Brasil
nós
adotamos
o
Sistema
Internacional,
assim
devemos
seguir
regras
ao
escrever
uma
grandeza física, como no exemplo acima.
Todo
valor
numérico
(34,5)
está
ligado
a
uma
unidade
de
medida
(comprimento
-
m),
indicando
de
que
maneira
foi
realizada
esta
medida
e
qual
o
sistema de unidades adotado.
Verifique
que
no
exemplo,
sempre
deve
ser
deixado
um
espaço
entre
o
valor
numérico
e
a
unidade,
de
até um caractere.
Existe
uma
maneira
bem
simples
de
se
memorizar
a
fórmula
da
Velocidade
Média,
usando
a
regra
do
triângulo como mostramos na figura.
Com
esta
regra,
para
o
cálculo
das
grandezas:
V,
Δs
ou
Δt.
Pela
sequência
mostrada
na
figura,
apresentamos como utilizar esta regra.