Explicamos o que é cinemática e qual a origem deste ramo da física. Elementos de cinemática e exemplos de aplicação.
O que é cinemática?
A cinemática é um ramo da física que estuda o movimento de objetos sólidos e sua trajetória em função do tempo, sem levar em conta a origem das forças que o motivam. Para isso, são levadas em consideração a velocidade (mudança no deslocamento por unidade de tempo) e a aceleração (mudança na velocidade) do objeto em movimento.
As origens da cinemática remontam à astronomia antiga, quando astrônomos e filósofos como Galileu Galilei observaram o movimento das esferas em planos inclinados e em queda livre para compreender o movimento das estrelas celestes. Esses estudos, juntamente com os de Nicolau Copérnico, Tycho Brahe e Johannes Kepler, serviram de referência para Isaac Newton formular suas três Leis do Movimento, e tudo isso junto fundou a cinemática moderna no início do século XVIII.
As contribuições dos franceses Jean Le Rond d'Alembert, Leonhard Euler e André-Marie Ampère foram fundamentais para o estabelecimento desta disciplina, batizado pelo próprio Ampère como cinemática (do grego vacasmexa-se).
A postulação muito posterior da relatividade por Albert Einstein viraria esta disciplina de cabeça para baixo e encontraria a cinemática relativística, na qual o tempo e o espaço não são dimensões absolutas, como é a velocidade da luz.
Pode ajudá-lo: Inércia
Elementos de cinemática
Os elementos básicos da cinemática são três: espaço, tempo e um móvel. Devemos levar em consideração que na mecânica clássica as duas primeiras (tempo e espaço) são dimensões absolutas, independentes do móvel e anteriores à sua existência.
O espaço é descrito pela geometria euclidiana, o tempo é considerado único em qualquer região do universo e um móbile pode ser qualquer corpo em movimento. Os móbiles mais simples são partículas (e seu estudo abre o campo da cinemática de partículas), mas mais frequentemente são considerados sólidos rígidos (análogos a um sistema de partículas e correspondentes ao que conhecemos como corpos ou objetos).
Nesse sentido, a cinemática clássica contempla os seguintes tipos de movimento:
- Movimento de linha uniforme. Um corpo se move com velocidade constante v, com aceleração zero em linha reta.
- Movimento retilíneo uniformemente acelerado. Um corpo se move a uma velocidade que varia linearmente (já que sua aceleração é constante) à medida que o tempo avança.
- Movimento harmônico simples. É um movimento periódico de vaivém no qual um corpo oscila em torno de um ponto de equilíbrio em uma determinada direção e em unidades regulares de tempo.
- Movimento parabólico. É a composição de dois movimentos retilíneos diferentes: um horizontal e de velocidade constante, e outro vertical e uniformemente acelerado.
- Movimento circular uniforme. Como o próprio nome indica, é o movimento que traça círculos perfeitos ao longo de sua trajetória, mantendo inalterado o módulo de sua velocidade ao longo do tempo.
- Movimento circular uniformemente acelerado. É o movimento que traça círculos perfeitos ao longo de sua trajetória, mas com uma velocidade que varia em módulo ao longo do tempo.
- Movimento harmônico complexo. É a combinação de vários movimentos harmônicos simples, em diferentes direções.
Exemplos de cinemática
A maioria dos movimentos conhecidos na face da Terra são bons exemplos de estudos cinemáticos. A queda de um corpo, por exemplo, é um movimento uniformemente acelerado pela força da gravidade que a Terra exerce sobre todos os objetos. Essa força é o que chamamos de peso e aponta para o centro do planeta.
Outro exemplo é um corpo suspenso por um elásticocomo uma mola, cujo movimento será harmônico simples ou complexo dependendo das forças que exercemos sobre ela.
Por último, o movimento dos ponteiros do relógio ou um objeto solto dentro de uma centrífuga (roupas na máquina de lavar, por exemplo), ilustram um movimento circular uniforme ou acelerado, respectivamente.