Movimento linear - Linear motion
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Mecânica clássica |
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O movimento linear , também chamado de movimento retilíneo , é um movimento unidimensional ao longo de uma linha reta e, portanto, pode ser descrito matematicamente usando apenas uma dimensão espacial . O movimento linear pode ser de dois tipos: movimento linear uniforme com velocidade constante ou aceleração zero ; e movimento linear não uniforme com velocidade variável ou aceleração diferente de zero. O movimento de uma partícula (um objeto pontual) ao longo de uma linha pode ser descrito por sua posição , que varia com (tempo). Um exemplo de movimento linear é um atleta correndo 100m em uma pista reta.
O movimento linear é o mais básico de todos os movimentos. De acordo com a primeira lei do movimento de Newton , objetos que não experimentam nenhuma força resultante continuarão a se mover em linha reta com uma velocidade constante até que sejam submetidos a uma força resultante. Em circunstâncias cotidianas, forças externas, como gravidade e fricção, podem fazer com que um objeto mude a direção de seu movimento, de modo que seu movimento não pode ser descrito como linear.
Pode-se comparar o movimento linear ao movimento geral. No movimento geral, a posição e a velocidade de uma partícula são descritas por vetores , que possuem magnitude e direção. No movimento linear, as direções de todos os vetores que descrevem o sistema são iguais e constantes, o que significa que os objetos se movem ao longo do mesmo eixo e não mudam de direção. A análise de tais sistemas pode, portanto, ser simplificada negligenciando os componentes de direção dos vetores envolvidos e lidando apenas com a magnitude.
Deslocamento
O movimento em que todas as partículas de um corpo se movem na mesma distância ao mesmo tempo é chamado de movimento de translação. Existem dois tipos de movimentos translatórios: movimento retilíneo; movimento curvilíneo. Como o movimento linear é um movimento em uma única dimensão, a distância percorrida por um objeto em uma direção específica é igual ao deslocamento . A unidade SI de deslocamento é o medidor . Se é a posição inicial de um objeto e é a posição final, então matematicamente o deslocamento é dado por:
O equivalente ao deslocamento no movimento rotacional é o deslocamento angular medido em radianos . O deslocamento de um objeto não pode ser maior do que a distância porque também é uma distância, mas a mais curta. Considere uma pessoa viajando para o trabalho diariamente. O deslocamento geral ao voltar para casa é zero, pois a pessoa acaba voltando para o ponto de partida, mas a distância percorrida claramente não é zero.
Velocidade
A velocidade se refere a um deslocamento em uma direção em relação a um intervalo de tempo. É definido como a taxa de variação do deslocamento ao longo da mudança no tempo. Velocidade é uma quantidade vetorial, representando uma direção e uma magnitude de movimento. A magnitude de uma velocidade é chamada de velocidade. A unidade SI de velocidade é um metro por segundo .
Velocidade média
A velocidade média de um corpo em movimento é o deslocamento total dividido pelo tempo total necessário para chegar a um corpo do ponto inicial ao ponto final. É uma velocidade estimada para uma distância a percorrer. Matematicamente, é dado por:
Onde:
- é o momento em que o objeto estava na posição e
- é o momento em que o objeto estava na posição
A magnitude da velocidade média é chamada de velocidade média.
Velocidade instantânea
Em contraste com uma velocidade média, referindo-se ao movimento geral em um intervalo de tempo finito, a velocidade instantânea de um objeto descreve o estado de movimento em um ponto específico no tempo. É definida deixando a duração do intervalo de tempo tender a zero, ou seja, a velocidade é a derivada temporal do deslocamento em função do tempo.
A magnitude da velocidade instantânea é chamada de velocidade instantânea.
Aceleração
A aceleração é definida como a taxa de variação da velocidade em relação ao tempo. A aceleração é a segunda derivada do deslocamento, isto é, a aceleração pode ser encontrada diferenciando a posição em relação ao tempo duas vezes ou diferenciando a velocidade em relação ao tempo uma vez. A unidade SI de aceleração é ou metro por segundo ao quadrado .
Se é a aceleração média e é a mudança na velocidade ao longo do intervalo de tempo, então matematicamente,
A aceleração instantânea é o limite, conforme se aproxima de zero, da relação e , ou seja,
Idiota
A taxa de variação da aceleração, a terceira derivada do deslocamento, é conhecida como jerk. A unidade SI de jerk é . No Reino Unido, o empurrão também é conhecido como solavanco.
Jounce
A taxa de variação do solavanco, a quarta derivada do deslocamento, é conhecida como salto. A unidade SI de salto pode ser pronunciada em metros por segundo quártico .
Equações da cinemática
No caso de aceleração constante, as quatro grandezas físicas aceleração, velocidade, tempo e deslocamento podem ser relacionadas usando as Equações de movimento
aqui, é a velocidade inicial é a velocidade final é a aceleração é o deslocamento é o tempo
Essas relações podem ser demonstradas graficamente. O gradiente de uma linha em um gráfico de tempo de deslocamento representa a velocidade. O gradiente do gráfico de velocidade de tempo fornece a aceleração, enquanto a área sob o gráfico de velocidade de tempo fornece o deslocamento. A área sob um gráfico de tempo de aceleração fornece a mudança na velocidade.
Analogia com movimento rotacional
A tabela a seguir se refere à rotação de um corpo rígido em torno de um eixo fixo: é o comprimento do arco , é a distância do eixo a qualquer ponto e é a aceleração tangencial , que é a componente da aceleração paralela ao movimento. Em contraste, a aceleração centrípeta,, é perpendicular ao movimento. A componente da força paralela ao movimento, ou equivalentemente, perpendicular à linha que conecta o ponto de aplicação ao eixo é . A soma é sobre partículas e / ou pontos de aplicação.
Movimento linear | Movimento rotacional | Definindo a equação |
---|---|---|
Deslocamento = | Deslocamento angular = | |
Velocidade = | Velocidade angular = | |
Aceleração = | Aceleração angular = | |
Massa = | Momento de Inércia = | |
Força = | Torque = | |
Momentum = | Momento angular = | |
Energia cinética = | Energia cinética = |
A tabela a seguir mostra a analogia em unidades SI derivadas:
Veja também
- Movimento angular
- Força centrípeta
- Quadro de referência inercial
- Atuador linear
- Rolamento linear
- Motor linear
- Mecânica do movimento das partículas planas
- Gráficos de movimento e derivados
- Movimento alternativo
- Propagação retilínea
- Movimento linear uniformemente acelerado
Referências
Leitura adicional
- Resnick, Robert e Halliday, David (1966), Física , Capítulo 3 (Vol I e II, Edição Combinada), Edição Internacional Wiley, Cartão de Catálogo da Biblioteca do Congresso nº 66-11527
- Tipler PA, Mosca G., "Physics for Scientists and Engineers", Capítulo 2 (5ª edição), WH Freeman e companhia: New York and Basing Stoke, 2003.
links externos
Mídia relacionada ao movimento Linear no Wikimedia Commons