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Aula 04 - Gráficos do movimento uniforme
Introdução
Vimos anteriormente, que a função que descreve o movimento retilíneo uniforme é dada por:
Da
matemática
sabemos
que
a
função
de
posição
do
Movimento
Retilíneo
Uniforme
é
uma
função
do
1º
grau
e
que
quando
construímos
um
gráfico,
resulta
em
uma
reta.
Como
exemplo,
vamos
construir
um
gráfico
da
função:
s
=
10
-
4.t
no
sistema
internacional (SI).
Inicialmente
vamos
montar
uma
tabela,
onde
atribuiremos
valores
para
o
tempo
(t),
para
cada
um
destes
valores
de
(t),
encontraremos uma posição (s), confira na tabela abaixo o resultado
Construindo um gráfico do movimento uniforme
Neste exemplo o deslocamento se dá com orientação contrária a trajetória, ou seja, o movimento é retrógrado.
O
movimento
retrógrado
é
aquele
em
que
o
corpo
se
desloca
no
sentido
oposto
ao
da
orientação
da
trajetória,
significando
que
a
velocidade é negativa.
Interpretando um gráfico
Agora
que
sabemos
construir
um
gráfico,
faremos
o
caminho
inverso,
ou
seja,
dado
um
gráfico
das
posições
(s)
pelo
tempo
(t),
montaremos a sua função horária.
3ª
informação:
Por
último
vamos
determinar
no
gráfico
a
velocidade
do
corpo
que
estamos
estudando,
utilizando
a
expressão
da
velocidade média.
Para facilitar a determinação da velocidade, indicamos uma sequência de pontos na reta que denominamos por: A, B, C, D, E e F.
Assim, se partirmos de:
Em
qualquer
deslocamento
que
realizarmos
no
gráfico,
a
velocidade
terá
o
mesmo
valor,
por
se
tratar
de
um
movimento
retilíneo
uniforme. A função horária para este movimento pode ser escrita:
s = 2 + 2 t
3ª
informação:
Por
último
vamos
determinar
no
gráfico
a
velocidade
do
corpo
que
estamos
estudando,
utilizando
a
expressão
da
velocidade média.
Na figura do gráfico vamos indicar alguns pontos que denominamos por: A, B, C e D. Partindo do ponto:
Em
qualquer
deslocamento
que
realizarmos
no
gráfico,
a
velocidade
terá
o
mesmo
valor.
A
função
horária
para
este
movimento
pode ser escrita:
s = 2 + 4 t
Inclinação de uma reta no gráfico s x t.
Exercícios Resolvidos
R1.
Encontre
a
função
horária
que
representa
cada
um
dos
gráficos
abaixo
e
diga
qual
é
o
tipo
de
movimento.
Justifique
suas
respostas.
a)
Vamos
escolher
dois
pontos
(A
e
B)
no
gráfico
para
facilitar
a
determinação
da
velocidade.
Partindo
do
ponto
A
para
o
B,
podemos
calcular o valor de
D
s e
D
t , veja a resolução a seguir.
Embora
não
tenha
sido
solicitado,
vamos
representar
o
movimento
do
corpo
descrito
pelo
gráfico
em
uma
trajetória,
que
nos
ajudará
enxergar melhor o movimento progressivo.
b)
Escolhemos
dois
ponto
da
reta
(A
e
B)
que
nos
dá
o
valor
de
e
do
correspondente
.
Perceba
que
o
movimento
deste
corpo
é
contrário
a
trajetória,
é
um
movimento
retrógrado,
neste
caso
a
velocidade
deverá
ser
negativa.
Veja
como
fica
a
determinação
da
velocidade
deste
corpo.
Vamos
representar
o
movimento
do
corpo
descrito
pelo
gráfico
em
uma
trajetória,
que
nos
ajudará
enchergar
melhor
o
movimento
retrógrado.
Exercícios Propostos
Gráfico da velocidade pelo tempo
Sabemos
que
no
movimento
retilíneo
uniforme
a
velocidade
é
constante,
portanto
o
gráfico
será
uma
reta
paralela
ao
eixo
dos
tempos.
No
gráfico
da
velocidade
pelo
tempo,
podemos
encontrar
algumas
informações
importantes
sobre
o
movimento
do
corpo. Vamos ver dois casos importantes:
a) Classificar o movimento em progressivo ou retrógrado.
Sabemos que o sinal da velocidade indica se o movimento é progressivo ou retrógrado.
b) Determinar a variação de posições do corpo.
O gráfico a seguir representa o movimento de um corpo com velocidade constante de v = 60 m/s.
Vejamos como pode ser feito
Exercícios Resolvidos
R3.
Determine para os corpos A e B a variação de posições entre os instantes 0 e 4 s.
São dados os gráficos da velocidade escalar em função do tempo.
Resolução:
Primeiramente vamos separar o gráfico em dois, um com a reta A, e o outro com a reta B.
Corpo A Corpo B
Resolução: Resolução:
Exercícios propostos
P4.
(UFCE) Um automóvel move-se numa estrada conforme o gráfico v x t na figura
abaixo. Determine sua velocidade média, em km/h, após 5 h.
P5.
O gráfico ao lado representa a velocidade de um ciclista em função do tempo,
num determinado percurso. Determine a velocidade média do ciclista em km/h.
P6.
Um automóvel faz uma viagem em 6 horas e sua velocidade varia em função
do tempo aproximadamente como mostra o gráfico abaixo.
Determine a velocidade média do automóvel durante a viagem.
P7.
O gráfico ao lado representa as posições de um ponto material em
movimento como uma função do tempo. Escreva a correspondente
função horária do movimento.
P8.
Considere um movimento cuja posição s, em função do tempo t, está
representada no gráfico. Determine o espaço percorrido pelo móvel entre
os instantes t = 0 s e t = 20 s, em metros.
O Plano cartesiano
O
primeiro
passo
para
aprendermos
como
se
constrói
um
gráfico,
é
saber
localizar
um
ponto
em
uma região. Na figura, indicamos o ponto P.
Você
terá
certa
dificuldade
em
dizer
qual
é
a
sua
posição
em
uma
região,
que
no
nosso
caso
possui
o
formato
de
um
quadrado.
Esta
situação
nos
leva
à
necessidade
de
criarmos
regras
para
dar
a
sua
localização.
Uma
maneira
que
facilitaria
bem
o
nosso
trabalho
na
localização
do
ponto
P
seria
quadricular
o
plano. Observe como ficou a figura.
O
procedimento
que
estamos
adotando
foi
idealizado
pelo
físico
e
matemático
francês
Descartes.
Adotando
a
ideia
de
Descartes,
vamos
determinar
a
distância
do
ponto
P
em
relação
a
dois
eixos
que
se
cruzam
perpendicularmente,
como
pode
ser
visto
na figura.
Estes
dois
eixos
perpendiculares,
onde
o
horizontal
chamamos
de
eixo
das
abscissas
(eixo
x),
e
o
da
vertical eixo das ordenadas (eixo y).
Ao
nos
deslocarmos
pelo
eixo
das
abscissas,
partindo
da
origem,
verificamos
que
o
nosso
deslocamento é de x = 7 unidades.
Na
vertical,
nos
deslocamos
em
direção
ao
ponto
P,
caminhando
5
unidades
ou
5
quadrados,
que
significa dizer que y = 5.
Assim
mostramos
como
pode
ser
localizado
um
ponto
no
Plano,
ou
seja,
ele
fica
determinado
pela
sua
abscissa
e
pela
sua
ordenada,
o
qual
chamamos de coordenadas do ponto P.
Quando
queremos
marcar
um
ponto
no
plano
cartesiano,
para
evitar
confusão
seguiremos
uma
regra:
primeiro
o
avanço
horizontal
(x)
e
depois
o
vertical (y).
P (abscissa ; ordenada ) = P ( x ; y ) = P ( 7; 5 )
Quem é mais veloz?
A
inclinação
de
um
gráfico
de
posição
(s)
pelo
tempo
(t)
nos
fornece
a
velocidade.
A
reta
para
um
corpo
com
maior
velocidade
(carro),
possui
uma
inclinação
maior.
Para
uma
velocidade
pequena
(homem correndo) a reta é menos inclinada.
Quanto
menor
for
a
velocidade
mais
a
reta
se
aproxima do eixo (t) na horizontal.
(Gráfico fora de escala)
O
movimento
é
chamado
uniforme
quando
a
velocidade
for
constante.
Quanto
maior
a
velocidade,
mais
alto
se
localiza
a
reta
(carro).
Se
a
reta
se
aproxima
do
eixo
x,
sua
velocidade
se
aproxima do zero.
(Gráfico fora de escala)
Lembrando algumas área importantes.
A
partir
da
origem
dos
eixos
x
e
y,
marcamos
os
valores
do
tempo
no
eixo
x
(das
abcissas)
-
variável
independente.
Em
seguida
marcaremos
no
eixo
y
(das
ordenadas)
-
variável
dependente
-,
o
eixo
das
posições
(s).
Seguindo
esta regra, teremos como resultado o gráfico a seguir.
Analisando
o
gráfico,
observamos
que
em
t
=
0
s,
a
posição
do
corpo
é
s
=
10
m
portanto
a
posição
inicial
é
s
0
=
10
m.
Quanto
ao
deslocamento
do
corpo,
ele
é
contrário
ao da trajetória, passando pelo marco zero.
Uma
outra
forma
para
representar
este
mesmo
movimento,
pode
ser
feito
através
do
desenho
da
trajetória,
indicando
sua
posição
inicial
e
as
sucessivas
posições e o instante em que isto ocorre.
1º exemplo
Vamos
determinar
no
gráfico
a
seguir,
a
sua
correspondente função horária de posição.
Podemos
tornar
a
resolução
deste
exercício
mais
simples
se
formos
organizados,
vamos
então
seguir
3
etapas
que
simplificarão a resolução:
1ª
informação:
O
gráfico
é
uma
reta,
sabemos
da
matemática
que
a
função
expressa
por
uma
reta
é
de
1º
grau,
característica
do
movimento
uniforme.
Na
cinemática
a função é:
s = s
0
+ v.t.
2ª
informação:
Em
t
=
0
s,
s
=
2
m,
portanto
é
o
início
da
trajetória, ou seja, s
0
= 2 m. A função ficará assim:
s = 2 + v.t.
2º exemplo
Vamos
determinar
no
gráfico
a
seguir,
a
sua
correspondente função horária de posição.
Podemos
tornar
a
resolução
deste
exercício
mais
simples
se
formos
organizados,
vamos
então
seguir
3
etapas
que
simplificarão a resolução:
1ª
informação:
O
gráfico
é
uma
reta,
característica
de
uma
função
do
1º
grau,
característica
do
movimento
uniforme.
Na cinemática a função é:
s = s
0
+ v.t.
2ª
informação:
Em
t
=
0
s
a
posição
é
s
=
2
m,
portanto
é
o
início da trajetória, ou seja, s
0
= 2 m, a função ficará assim:
s = 2 + v.t.
Partindo
dos
dois
exemplos
que
acabamos
de
fazer,
podemos
ainda
tirar
mais
informações
do
gráfico:
o
significado
da
inclinação
destas
retas.
Construindo
as
duas
retas
no
mesmo
plano
cartesiano,
verificamos
que
a
origem
delas
é
a
mesma,
indicando
que
os
dois
movimentos
possuem
a
mesma
posição
inicial,
isto
é,
s
0
=
2
m.
No
entanto
as
inclinações
são
diferentes.
Indicamos
a
inclinação
pelo
ângulo
que
a
reta faz com o eixo dos tempos ( t ). Analise a figura a seguir.
A
reta
mais
inclinada,
ou
seja,
aquela
que
possui
o
maior
ângulo
de
inclinação
(
q
)
possui
também
o
maior
valor
para
a
velocidade.
Por
sua
vez
a
reta
que
possui
uma
menor
inclinação,
(
a
)
terá
também
uma menor velocidade.
A
conclusão
que
chegamos
é
que,
quanto
maior
a
inclinação,
maior
será a velocidade.
Resolução
Para
encontrarmos
a
função
horária
do
movimento,
vamos
seguir
3
etapas:
1ª
informação:
O
gráfico
é
uma
reta,
indicando
que
é
uma
função
nestes casos é do 1º grau, característica do movimento uniforme.
2ª
informação:
Em
t
=
0
s
a
posição
é
s
=
4
m,
portanto
é
o
início
da
trajetória, ou seja, s0 = 4 m, a função ficará assim
s = 4 + v.t.
3ª
informação:
Por
último
vamos
determinar
no
gráfico
a
velocidade
do
corpo
que
estamos
estudando,
utilizando
a
expressão
da
velocidade
média.
Resolução
Para encontrarmos a função horária do movimento, vamos seguir
3 etapas:
1ª
informação:
O
gráfico
é
uma
reta,
característica
de
uma
função
do
1º
grau,
característica do movimento uniforme.
2ª
informação:
Em
t
=
0
s
a
posição
é
s
=
8
m,
portanto
é
o
início
da
trajetória,
ou seja, s
0
= 8 m, a função ficará assim
s = 8 + v.t
3ª
informação:
Através
da
reta
podemos
determinar
a
velocidade
do
corpo
que
estamos estudando, utilizando a expressão da velocidade média.
P1.
Um
corpo
movimenta-se
sobre
uma
trajetória
retilínea
com
velocidade
constante,
representado
pelo
gráfico
posição
em
função
do
tempo,
onde
a
posição
e
o
tempo
estão
de
acordo
com
o
Sistema
Internacional.
Determine
a
função
horária deste movimento.
P2.
Passeando
com
sua
bicicleta,
ao
longo
de
um
trecho
retilíneo
de
uma
ciclovia,
o
ciclista
consegue
manter
a
velocidade
constante.
O
diagrama
da
posição
em
função
do
tempo
é
mostrado
na
figura
abaixo.
Considerando
que
as
unidades
adotadas
são do Sistema Internacional, Determine a função horária deste movimento.
P3.
O
gráfico
a
seguir
representa
a
posição
em
função
do
tempo
de
uma
partícula
em
movimento
retilíneo
uniforme
sobre
o
eixo
x.
Considerando
que
as
unidades
adotadas
são
do
Sistema
Internacional,
Determine
a
função
horária
deste
movimento.
É
possível
determinar
em
um
gráfico
v
x
t,
o
deslocamento
realizado
pelo
corpo.
Como
exemplo
vamos
calcular
o
deslocamento
do
corpo
representado
pelo
gráfico
acima, entre os instantes t
1
= 2 s e t
2
= 6 s.
A
determinação
do
deslocamento
está
associada
a
área
da
figura
que
encontramos
entre os dois instantes escolhidos.
Podemos
então
afirmar
que
o
valor
numérico
da
área,
corresponde
ao
valor
do deslocamento
D
s
.
No
nosso
exemplo
podemos
determinar
qual
foi
o
deslocamento
sofrido
entre
os
instantes t
1
= 2 s e t
2
= 6 s.