Matemática
Cinematica parte II
Vimos que, quando um objeto está em movimento, ele muda de posição ao longo de sua trajetória. A cada posição do objeto, associamos um espaço (
s), e a variação de espaço representa o deslocamento escalar (
s).
A tal variação de espaço ocorre num intervalo de tempo (
t), definido pela diferença entre o instante final e o inicial do percurso.
Quando relacionamos o deslocamento escalar
s e o correspondente intervalo de tempo
t, obtemos a
velocidade escalar média (
vm).
A velocidade escalar média apresenta sempre o mesmo sinal que o deslocamento escalar (
s), pois o intervalo de tempo é sempre positivo. Assim, podemos ter
velocidade escalar média positiva, negativa ou nula, dependendo exclusivamente do deslocamento escalar.
No Sistema Internacional (SI), a unidade para a velocidade é o metro por segundo (m/s). Outras unidades, tais como cm/s e km/h são muito utilizadas.
As relações entre elas são as seguintes:
Para transformar km/h para m/s, dividimos por
3,6; para o inverso, multiplicamos por
3,6.
Como exemplo, suponha um carro efetuando um deslocamento escalar de 36 km num intervalo de tempo de 0,50 h. A sua velocidade escalar média neste percurso corresponde a:
O resultado encontrado (72 km/h = 20 m/s), significa a suposta velocidade escalar constante que o carro poderia ter utilizado no trajeto.
1. Velocidade Escalar Instantânea
Alguns dos meios de transporte utilizados pelo homem – carro, trem, avião – possuem um instrumento –
o velocímetro – que indica o módulo da
velocidade escalar instantânea (
), ou seja, o valor absoluto da velocidade escalar do móvel no instante em que efetuamos a leitura, em relação à Terra.
Quando o movimento for
progressivo, a velocidade escalar instantânea será positiva (
> 0) e quando for
retrógrado, negativa (
<>
Esta velocidade pode ou não coincidir com a velocidade escalar média do movimento. Enquanto a primeira representa a velocidade real (
) num determinado instante, a segunda indica a velocidade escalar hipotética (
m) que o móvel poderia ter mantido entre dois instantes. Se o móvel mantiver sua velocidade escalar instantânea constante, então sua velocidade escalar média coincidirá com a instantânea.
A determinação da velocidade escalar instantânea é feita a partir da velocidade escalar média (
s/
t), fazendo-se o intervalo de tempo (
t) tender a zero, isto é, tender a um valor extremamente pequeno, que acarretará uma variação de espaço (
s) também extremamente pequena e, nessas condições, a velocidade escalar média tenderá para um valor que expressa a velocidade escalar instantânea. Assim, escrevemos:
Na equação acima, lim significa limite.
Em termos práticos, podemos determinar a velocidade escalar instantânea da seguinte forma:
O físico e matemático inglês Isaac Newton descobriu, no século XVII, o processo matemático denominado derivação de funções, que permitiu obter certas grandezas instantâneas. A partir disto, temos:
Simbolicamente, isto é expresso assim:
(lê-se derivada de
s em relação a
t)
Cada função matemática tem a sua derivada específica. Para o estudo da Cinemática, no ensino médio, tem grande importância a derivada de uma função polinomial, a qual é calculada de acordo com a técnica descrita a seguir.
• Função horária dada:
• Indicação da derivada:
• Cálculo da derivada:
A expressão final é denominada função horária da velocidade. Ela nos permite determinar a velocidade escalar num instante
t qualquer.
Exemplo:A função horária do espaço de um móvel é dada por:
s = 2t3 + 4t2 - 5t + 7 (SI)
Obter a velocidade escalar do móvel num instante
t.
Resolução:
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