O que é cinemática? Pela primeira vez, os alunos do ensino médio começam a se familiarizar com sua definição nas aulas de física. A própria mecânica (a cinemática é um de seus ramos) constitui uma grande parte dessa ciência. Geralmente é apresentado aos alunos primeiro nos livros didáticos. Como dissemos, a cinemática é uma subseção da mecânica. Mas já que estamos falando dela, vamos falar um pouco mais sobre isso.
Mecânica como parte da física
A própria palavra “mecânica” é de origem grega e se traduz literalmente como a arte de construir máquinas. Na física, é considerada uma seção que estuda o movimento dos chamados corpos materiais por nós em espaços de diferentes tamanhos (ou seja, o movimento pode ocorrer em um plano, em uma grade de coordenadas condicionais ou no espaço tridimensional). O estudo da interação entre os pontos materiais é uma das tarefas que a mecânica desempenha (a cinemática é uma exceção a essa regra, pois se dedica a modelar e analisar situações alternativas sem levar em conta o impacto dos parâmetros de força). Com tudo isso, deve-se notar que o ramo correspondente da físicasignifica por movimento a mudança na posição do corpo no espaço ao longo do tempo. Esta definição é aplicável não apenas aos pontos materiais ou corpos como um todo, mas também às suas partes.
O conceito de cinemática
O nome desta seção da física também é de origem grega e se traduz literalmente como “mover”. Assim, obtemos a resposta inicial, ainda não verdadeiramente formada, para a questão do que é a cinemática. Neste caso, podemos dizer que a seção estuda métodos matemáticos para descrever certos tipos de movimento de corpos diretamente idealizados. Estamos falando dos chamados corpos absolutamente sólidos, dos líquidos ideais e, claro, dos pontos materiais. É muito importante lembrar que ao aplicar a descrição, as causas do movimento não são levadas em consideração. Ou seja, parâmetros como massa corporal ou força que afetam a natureza de seu movimento não estão sujeitos a consideração.
Fundamentos da cinemática
Incluem conceitos como tempo e espaço. Como um dos exemplos mais simples, podemos citar uma situação em que, digamos, um ponto material se move ao longo de um círculo de certo raio. Nesse caso, a cinemática atribuirá a existência obrigatória de uma quantidade como a aceleração centrípeta, que é direcionada ao longo do vetor do próprio corpo ao centro do círculo. Ou seja, o vetor aceleração a qualquer momento coincidirá com o raio do círculo. Mas mesmo neste caso (comaceleração centrípeta) a cinemática não indicará a natureza da força que fez com que ela aparecesse. Essas já são ações que a dinâmica analisa.
Como é a cinemática?
Então, nós, de fato, demos a resposta para o que é cinemática. É um ramo da mecânica que estuda como descrever o movimento de objetos idealizados sem estudar parâmetros de força. Agora vamos falar sobre o que a cinemática pode ser. Seu primeiro tipo é clássico. É costume considerar as características espaciais e temporais absolutas de um certo tipo de movimento. No papel do primeiro, aparecem os comprimentos dos segmentos, no papel do segundo, os intervalos de tempo. Em outras palavras, podemos dizer que esses parâmetros permanecem independentes da escolha do sistema de referência.
Relativista
O segundo tipo de cinemática é relativista. Nele, entre dois eventos correspondentes, as características temporais e espaciais podem mudar se for feita uma transição de um referencial para outro. A simultaneidade da origem de dois eventos, neste caso, também assume um caráter exclusivamente relativo. Nesse tipo de cinemática, dois conceitos separados (e estamos falando de espaço e tempo) se fundem em um. Nele, a quantidade, que normalmente é chamada de intervalo, torna-se invariante sob transformações lorentzianas.
A história da criação da cinemática
Nósconseguiu compreender o conceito e dar uma resposta à questão do que é a cinemática. Mas qual foi a história de seu surgimento como uma subseção da mecânica? É sobre isso que precisamos falar agora. Por muito tempo, todos os conceitos desta subseção foram baseados em obras que foram escritas pelo próprio Aristóteles. Eles continham declarações relevantes de que a velocidade de um corpo durante uma queda é diretamente proporcional ao indicador numérico do peso de um determinado corpo. Também foi mencionado que a causa do movimento é diretamente a força e, na sua ausência, não se pode falar de nenhum movimento.
Experiências de Galileu
O famoso cientista Galileu Galilei se interessou pelas obras de Aristóteles no final do século XVI. Ele começou a estudar o processo de queda livre do corpo. Menção pode ser feita de seus experimentos na Torre Inclinada de Pisa. O cientista também estudou o processo de inércia dos corpos. No final, Galileu conseguiu provar que Aristóteles estava errado em suas obras e tirou várias conclusões errôneas. No livro correspondente, Galileu delineou os resultados do trabalho realizado com evidências da falácia das conclusões de Aristóteles.
Cinemática moderna é agora considerada como tendo se originado em janeiro de 1700. Em seguida, Pierre Varignon falou perante a Academia Francesa de Ciências. Ele também trouxe os primeiros conceitos de aceleração e velocidade, escrevendo e explicando-os de forma diferencial. Um pouco mais tarde, Ampere também tomou nota de algumas ideias cinemáticas. No século XVIII ele usou na cinemática o chamadocálculo variacional. A teoria da relatividade especial, criada ainda mais tarde, mostrou que o espaço, como o tempo, não é absoluto. Ao mesmo tempo, foi apontado que a velocidade poderia ser fundamentalmente limitada. São esses fundamentos que levaram a cinemática a se desenvolver dentro da estrutura e dos conceitos da chamada mecânica relativística.
Conceitos e quantidades usados na seção
Os fundamentos da cinemática incluem várias grandezas que são usadas não apenas em termos teóricos, mas também em fórmulas práticas usadas na modelagem e resolução de uma certa gama de problemas. Vamos nos familiarizar com essas quantidades e conceitos com mais detalhes. Vamos começar com os últimos.
1) Movimento mecânico. É definido como mudanças na posição espacial de um determinado corpo idealizado em relação a outros (pontos materiais) no decorrer da mudança do intervalo de tempo. Ao mesmo tempo, os corpos mencionados possuem as correspondentes forças de interação entre si.
2) Sistema de referência. A cinemática, que definimos anteriormente, é baseada no uso de um sistema de coordenadas. A presença de suas variações é uma das condições necessárias (a segunda condição é o uso de instrumentos ou meios para medir o tempo). Em geral, um quadro de referência é necessário para a descrição bem sucedida de um ou outro tipo de movimento.
3) Coordenadas. Sendo um indicador imaginário condicional, indissociavelmente ligado ao conceito anterior (quadro de referência), as coordenadas nada mais são do que um método pelo qual a posição de um corpo idealizado emespaço. Nesse caso, números e caracteres especiais podem ser usados para a descrição. As coordenadas são frequentemente usadas por batedores e artilheiros.
4) Vetor de raio. Esta é uma quantidade física que é usada na prática para definir a posição de um corpo idealizado tendo em vista a posição original (e não apenas). Simplificando, um certo ponto é tomado e fixado por convenção. Na maioria das vezes, esta é a origem das coordenadas. Então, depois disso, digamos, um corpo idealizado a partir deste ponto começa a se mover ao longo de uma trajetória livre e arbitrária. A qualquer momento, podemos conectar a posição do corpo à origem, e a linha reta resultante não será nada mais do que um vetor de raio.
5) A seção de cinemática usa o conceito de trajetória. É uma linha contínua comum, que é criada durante o movimento de um corpo idealizado durante o movimento livre arbitrário em um espaço de diferentes tamanhos. A trajetória, respectivamente, pode ser retilínea, circular e quebrada.
6) A cinemática do corpo está inextricavelmente ligada a uma quantidade física como a velocidade. De fato, trata-se de uma grandeza vetorial (é muito importante lembrar que o conceito de grandeza escalar só se aplica a ela em situações excepcionais), que caracterizará a velocidade de mudança da posição de um corpo idealizado. É considerado um vetor devido ao fato de que a velocidade define a direção do movimento em andamento. Para usar o conceito, você deve aplicar o quadro de referência, conforme mencionado anteriormente.
7) Cinemática, cuja definição fala sobreque não considera as causas que provocam o movimento, em certas situações considera também a aceleração. É também uma grandeza vetorial, que mostra a intensidade com que o vetor velocidade de um corpo idealizado mudará com uma mudança alternativa (paralela) na unidade de tempo. Sabendo ao mesmo tempo em que direção ambos os vetores - velocidade e aceleração - estão direcionados, podemos dizer sobre a natureza do movimento do corpo. Pode ser uniformemente acelerado (os vetores são os mesmos) ou uniformemente lento (os vetores estão em direções opostas).
8) Velocidade angular. Outra grandeza vetorial. Em princípio, sua definição coincide com a análoga que demos anteriormente. De fato, a única diferença é que o caso considerado anteriormente ocorreu ao se mover ao longo de uma trajetória retilínea. Aqui temos um movimento circular. Pode ser um círculo puro, bem como uma elipse. Um conceito semelhante é dado para aceleração angular.
Física. Cinemática. Fórmulas
Para resolver problemas práticos relacionados à cinemática de corpos idealizados, existe uma lista completa de várias fórmulas. Eles permitem determinar a distância percorrida, o instantâneo, a velocidade final inicial, o tempo durante o qual o corpo percorreu essa ou aquela distância e muito mais. Um caso à parte de aplicação (privado) são situações com simulação de queda livre de um corpo. Neles, a aceleração (indicada pela letra a) é substituída pela aceleração da gravidade (letra g, numericamente igual a 9,8 m/s^2).
Então o que descobrimos? Física - cinemática (cujas fórmulasderivados um do outro) - esta seção é usada para descrever o movimento de corpos idealizados sem levar em conta os parâmetros de força que se tornam as causas do movimento correspondente. O leitor pode sempre se familiarizar com este tópico com mais detalhes. A física (o tópico “cinemática”) é muito importante, pois é ela que fornece os conceitos básicos da mecânica como uma seção global da ciência correspondente.
