AlegsaOnline.com

Mecânica clássica

Autor: Leandro Alegsa

20-04-2021

A mecânica clássica é a parte da física que descreve como as coisas cotidianas se movem e como seu movimento muda por causa das forças. Se sabemos como as coisas estão se movendo agora, a mecânica clássica nos permite prever como elas se moverão no futuro e como elas se moviam no passado. Podemos usar a mecânica clássica para prever como as coisas como planetas e foguetes se movimentam.

Há duas partes da mecânica. As duas partes são a mecânica clássica e a mecânica quântica. A mecânica clássica é usada na maioria das vezes para a maioria das coisas que podemos ver, e que não estão se movendo muito rápido. Quando as coisas são muito pequenas, a mecânica clássica não é boa. Então precisamos usar a mecânica quântica.

As três leis de Newton

As três leis do movimento de Newton são importantes para a mecânica clássica. Isaac Newton as descobriu. As leis de Newton nos dizem como as forças mudam como as coisas se movem, mas elas não dizem o que causa as forças.

A primeira lei diz que se não houver força externa (um empurrão ou um puxão), as coisas que não estão se movendo continuarão a não se mover, e as coisas que estão se movendo continuarão a se mover da mesma maneira. Antes, as pessoas pensavam que as coisas iriam desacelerar e parar de se mover mesmo que não houvesse força que as fizesse parar. Newton disse que isto estava errado. Muitas vezes, dizem as pessoas, os objetos que não estão se movendo tendem a não se mover, e os objetos que estão se movendo tendem a permanecer em movimento, a menos que sejam movidos por uma força externa, como gravidade, atrito, etc...

A segunda lei diz o quanto uma força muda a forma como uma coisa se move. Quando há uma força exterior sobre um objeto, sua velocidade (velocidade e direção de movimento) mudará. O quão rápido a velocidade muda é chamada de aceleração. A segunda lei de Newton diz que forças maiores produzem mais aceleração. Mas objetos com muitas coisas (massa) são mais difíceis de empurrar, portanto não aceleram tanto. Outra forma de dizer isto é que a força líquida sobre um objeto é igual à taxa de mudança de seu impulso. O impulso mede quanta massa está em uma coisa, quão rápido ela está indo, e em que direção ela está indo. Portanto, as forças mudam o momento, mas o quanto elas podem mudar a velocidade e a direção do movimento ainda depende da massa.

A terceira lei diz que se uma coisa coloca uma força em outra coisa, a segunda coisa também coloca uma força na primeira coisa. A segunda força é igual em tamanho à primeira força. As forças agem em direções opostas. Por exemplo, se você saltar para frente de um barco, o barco se move para trás. Para você pular para frente, o barco tinha que empurrá-lo para frente. A terceira lei de Newton diz que, para que o barco o empurre para frente, você tem que empurrar o barco para trás. Muitas vezes, as pessoas dizem, Para cada ação há uma reação igual e oposta.

Uma página do livro de Newton sobre as três leis do movimento

Equações cinemáticas

Na física, a cinemática é a parte da mecânica clássica que explica o movimento dos objetos sem olhar o que causa o movimento ou o que o movimento afeta.

Cinemática 1-Dimensional

A cinemática 1-Dimensional (1D) é usada somente quando um objeto se move em uma direção: de um lado para o outro (da esquerda para a direita) ou para cima e para baixo. Há equações com as quais se pode resolver problemas que têm movimento em apenas 1 dimensão ou direção. Estas equações provêm das definições de velocidade, aceleração e distância.

A primeira equação cinemática 1D trata de aceleração e velocidade. Se a aceleração e a velocidade não mudarem. (Não precisa incluir a distância)

Equação: V f = v i + a t {\f}=v_{i}+at} $V_{f}=v_{i}+at$

Vf é a velocidade final.

_vi é a velocidade inicial ou de partida

a é a aceleração

t é tempo - por quanto tempo o objeto foi acelerado.

A segunda equação cinemática 1D encontra a distância movida, utilizando a velocidade média e o tempo. (Não é necessário incluir a aceleração)

Equação: x = ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t} $x=((V_{f}+V_{i})/2)t$

x é a distância percorrida.

Vf é a velocidade final.

_vi é a velocidade inicial ou de partida

t é o tempo

A terceira equação cinemática 1D encontra a distância percorrida, enquanto o objeto está acelerando. Ela lida com velocidade, aceleração, tempo e distância. (Não precisa incluir a velocidade final)

Equação: X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}} $X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}$

X f {\f }} $X_{f}$ é a distância final movida

xi é a distância inicial ou inicial

_vi é a velocidade inicial ou de partida

a é a aceleração

t é o tempo

A quarta equação cinemática 1D encontra a velocidade final usando a velocidade inicial, aceleração e distância percorrida. (Não é necessário incluir o tempo)

Equação: V f 2 = v i 2 + 2 a x {\f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax} $V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax$

Vf é a velocidade final

_vi é a velocidade inicial ou de partida

a é a aceleração

x é a distância movida

Cinemática bidimensional

A cinemática bidimensional é usada quando o movimento acontece tanto no sentido x (da esquerda para a direita) quanto no sentido y (para cima e para baixo). Há também equações para este tipo de cinemática. Entretanto, há diferentes equações para o sentido x e diferentes equações para o sentido y. Galileu provou que a velocidade no sentido x não muda durante toda a corrida. Entretanto, a direção y é afetada pela força da gravidade, portanto a velocidade y muda durante toda a corrida.

Equações de Direção X

Movimento à esquerda e à direita

A primeira equação de direção x é a única que é necessária para resolver problemas, pois a velocidade na direção x permanece a mesma.

Equação: X = V x ∗ t {\i1}displaystyle X=V_{x}*t} $X=V_{x}*t$

X é a distância movida no sentido X

Vx é a velocidade no sentido x

t é o tempo

Equações de Direção em Y

Movimento para cima e para baixo. Afetado pela gravidade ou outra aceleração externa

A primeira equação de direção y é quase a mesma que a primeira equação cinemática unidimensional, exceto que lida com a mudança da velocidade y. Ela lida com um corpo que cai livremente enquanto é afetado pela gravidade. (A distância não é necessária)

Equação: V f y = v i y - g t {\i}displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt} $V_{f}y=v_{i}y-gt$

Vfy é a velocidade y final

_viy é a velocidade y inicial ou a velocidade y inicial

g é a aceleração por causa da gravidade que é 9,8 m / s 2 {\i1} $m/s^{2}$ ou 32 f t / s 2 {\i} {\i1} {\i1}pés/s^2 {\i1} $ft/s^{2}$

t é o tempo

A segunda equação de direção y é usada quando o objeto está sendo afetado por uma aceleração separada, não pela gravidade. Neste caso, o componente y do vetor de aceleração é necessário. (A distância não é necessária)

Equação: V f y = v i y + a y t {\i}displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t} $V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t$

Vfy é a velocidade y final

_viy é a velocidade y inicial ou a velocidade y inicial

ay é o componente y do vetor de aceleração

t é o momento

A terceira equação da direção y encontra a distância movida na direção y utilizando a velocidade y média e o tempo. (Não precisa de aceleração da gravidade ou de aceleração externa)

Equação: X y = ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t} $X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t$

Xy é a distância movida na direção y

Vfy é a velocidade y final

_viy é a velocidade y inicial ou a velocidade y inicial

t é o momento

A quarta equação da direção y trata da distância movida na direção y enquanto é afetada pela gravidade. (Não precisa de velocidade y final)

Equação: X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\i}displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}} $X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}$

X f y {\f y} $X_{f}y$ é a distância final movida na direção y

xiy é a distância inicial ou inicial na direção y

_viy é a velocidade inicial ou de partida no sentido y

t é o tempo

A quinta equação da direção y trata da distância movida na direção y enquanto é afetada por uma aceleração diferente da gravidade. (Não precisa de velocidade y final)

Equação: X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\i}y=X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}} $X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}$

X f y {\f y} $X_{f}y$ é a distância final movida na direção y

xiy é a distância inicial ou inicial na direção y

_viy é a velocidade inicial ou de partida no sentido y

ay é o componente y do vetor de aceleração

t é o tempo

A sexta equação de direção y encontra a velocidade y final enquanto ela está sendo afetada pela gravidade a uma certa distância. (Não precisa de tempo)

Equação: V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}} $V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}$

Vfy é a velocidade final na direção y

_Viy é a velocidade inicial ou de partida no sentido y

xy é a distância total movida na direção y

A sétima equação de direção y encontra a velocidade y final enquanto está sendo afetada por uma aceleração que não seja a gravidade em uma certa distância. (Não precisa de tempo)

Equação: V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}} $V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}$

Vfy é a velocidade final na direção y

_Viy é a velocidade inicial ou de partida no sentido y

ay é o componente y do vetor de aceleração

xy é a distância total movida na direção y

Páginas relacionadas

As leis do movimento de Newton

Perguntas e Respostas

P: O que é mecânica clássica?

R: A mecânica clássica é a parte da física que descreve como as coisas cotidianas se movem e como seu movimento muda por causa das forças.

P: Como pode ser usada a mecânica clássica?

R: A mecânica clássica pode ser usada para prever como coisas como planetas e foguetes se movem, bem como para prever como eles se movimentarão no futuro e como eles se moviam no passado.

P: Quando a mecânica clássica não é precisa?

R: A mecânica clássica não é precisa quando as coisas são do tamanho de átomos ou menores, ou quando as coisas se movem perto da velocidade da luz.

P: O que usamos em vez da mecânica clássica para objetos pequenos?

R: Para objetos pequenos, como átomos, usamos a mecânica quântica em vez da mecânica clássica.

P: O que usamos, em vez da mecânica clássica, para objetos de movimento rápido?

R: Para objetos de movimento rápido, como aqueles próximos à velocidade da luz, usamos uma relatividade especial em vez da mecânica clássica.

P: Existe alguma sobreposição entre essas diferentes formas de física? R: Sim, pode haver alguma sobreposição entre as diferentes formas de física, dependendo do tipo de movimento que está sendo estudado.