A Cinemática é uma área de estudo da Física que estuda o movimento, buscando descrevê-lo sem preocupar-se com suas causas.
O movimento é um fenômeno comum em nosso universo. Pode-se dizer, com toda certeza que tudo nele está em movimento.
Por exemplo: agora mesmo, você que está agora parado, lendo este texto, está localizado sobre a superfície da Terra que, por sua vez, gira em torno de si mesma e, também em torno do Sol. Dessa forma, juntamente com todo o sistema solar, você movimenta-se através do universo.
Além disso, temos que considerar que, todos os corpos, mesmo aquele que aparentemente estejam parados, um copo com água, por exemplo, são constituídos de moléculas e átomos que estão sempre em movimento.
Sistema de referência ou referencial
Para entendermos bem o que é referencial, pense na seguinte situação propostas a seguir:
Um ônibus movimenta-se por uma estrada. Seus passageiros estão, todos, sentados. Eles estão parados ou em movimento?
Na primeira situação, temos pelo menos dois pontos de vista de observação: uma pelos olhos de quem está dentro do ônibus e outra para quem está fora dele. Note que, para quem está dentro do ônibus, as pessoas parecem estar em repouso. Isso porque em relação a qualquer uma delas, nenhum outro passageiro altera sua posição no decorrer do tempo. Por outro lado, para alguém do lado de fora do ônibus todos os passageiros alteram sua posição à medida que o tempo passa. Assim, para quem vê o ônibus do lado de fora dele os passageiros estão todos em movimento.
É comum, portanto, no estudo de fenômenos, recorrermos a um conjunto de pontos ou de corpos a partir do qual tomamos como referencial. É a partir dele que realizamos nossas observações.
Em Física, utilizamos o sistema de eixos cartesianos (x,y e z) para representar o sistema de referências escolhido para realizar o estudo.
Ponto material e corpo extenso
Quando nos referimos a um ponto material estamos dizendo a respeito de um corpo cujas dimensões, ou seja, seu tamanho é muito pequeno em relação às demais dimensões envolvidas no fenômeno estudado.
Carros parados em um estacionamento
Note que o tamanho dos carros é praticamente do tamanho das vagas disponíveis para se estacionar o automóvel. Nesse caso, como as dimensões do carro interferem no fenômeno não podemos considerá-lo pequeno. Portanto ele não pode ser descrito como um ponto material, mas como um corpo extenso.
Carro numa longa autoestrada
Nesse caso, perceba que o carro tem um tamanho muito pequeno em relação ao comprimento total da estrada. Neste caso, podemos considerá-lo um ponto material.
Trajetória
Os pontos materiais se movimentam percorrendo um caminho que forma uma linha geométrica de diferentes formatos. O formato geométrico do caminho seguido pelo ponto material em movimento é chamado de trajetória do movimento.
Sentido do movimento
Ao percorrer um determinado caminho um ponto material pode ter um sentido no qual ou ele se afasta ou se aproxima do “marco zero” do referencial adotado. Quando ele se afasta do “marco zero” do referencial convencionou-se dizer que o sentido é positivo.
Contudo, ao contrário, quando o ponto material se aproxima do “marco zero” do referencial temos um sentido negativo.
Um movimento positivo, ou seja, que durante o passar do tempo se afasta do “marco zero” do referencial é chamado de movimento progressivo.
Um movimento negativo, ou seja, que durante o passar do tempo se aproxima do “marco zero” do referencial é chamado se retrógrado.
Posição de um ponto material durante o movimento
Você já sabe que ao longo do movimento um ponto material descreve uma linha que tem uma forma geométrica específica que denominamos trajetória. Essa linha é formada por uma sucessão de pontos. Cada ponto desses é chamado de posição do corpo ao longo do movimento.
Portanto, em cada instante de tempo, durante o movimento, o corpo ocupa diferentes posições. No instante de tempo igual a zero a posição ocupada pelo ponto material é denominado posição inicial.
Se representarmos os instantes de tempo pela letra t e a posição do ponto material do corpo pela letra X, temos:
Diferentes posições (X) ocupadas pelo móvel em diferentes instantes (t).
É importante notar que a posição inicial não é necessariamente igual a zero (X=0), mas a posição a partir do qual passamos a cronometrar o movimento, ou seja, quando t0 = 0.
Deslocamento e Distância percorrida
Duas grandezas importantes que precisam ser conhecidas para que você consiga descrever um movimento são o deslocamento e a distância percorrida.
Para você entender bem o significado dessas grandezas imagine a seguinte situação:
Admita um ponto material que sai da posição A (a 2 metros do marco zero do referencial), vai até a posição B (a 8 metros do marco zero do referencial) e, em seguida, volta para a posição C (a 5 metros do marco zero do referencial), como indica o esquema representado a seguir:
O ponto material ao partir de A para B tem um deslocamento de 6 metros (sentido positivo), mas como retorna 3 metros (sentido negativo), na verdade tem um deslocamento igual a 3 metros. Portanto, pode-se dizer que o deslocamento de um corpo, que representaremos por Δx, é igual posição final menos a posição inicial. Ou seja:
Δx = x - x0
Δx = 8 m - 2 m
Δx = 6 m
A distância percorrida, que representaremos pela letra d, é o quanto de fato o ponto material percorreu, sem considerar o sentido do movimento. No caso do exemplo, o ponto material percorreu de A até B 6 metros e de B até C 3 metros, então no total percorreu uma distância de 9 metros. No exemplo temos:
O deslocamento é uma grandeza vetorial. Dessa forma, para ficar completamente definido é necessário conhecer módulo, direção e sentido. No estudo do movimento de trajetórias retilíneas a direção é sempre a mesma, não se altera, portanto, só consideramos o módulo e o sentido.
Fonte bibliográfica:
Cadernos dos Cursinhos Pré-Universitários da UNESP. Volume
3. Ciências da Natureza - Biologia, Física e Química. São Paulo: Editora
Cultura Acadêmica, 2016.
