Cinemática: conceitos, fórmulas e como cai no Enem

Nas incidências de provas de Física, a cinemática quase sempre dá as caras em posição de destaque, como nos vestibulares e no Enem, exame em que a cinemática ocupa o top 4 de assuntos!

A seguir, você vai aprender os conceitos básicos de cinemática, as principais fórmulas e um resumo de como o Enem cobra esse assunto.

Introdução à cinemática: o que essa área da Física estuda?

A cinemática faz parte da mecânica, uma das grandes áreas da Física. A mecânica é a área mais antiga da Física e estuda as situações de movimento e de repouso dos corpos. Com conhecimentos de mecânica, podemos usar grandezas como velocidade, força e energia para trabalhar com essas situações.

No caso da cinemática, o objetivo é descrever o movimento dos corpos, mas sem se preocupar com suas causas. Em outras palavras, a cinemática nos permite saber a velocidade de um corpo, saber onde ele vai estar daqui a algum tempo, se ele tem aceleração, como é a trajetória de seu movimento, dentre outras características.

Com "sem se preocupar com suas causas", queremos dizer que a cinemática apenas descreve o movimento, mas sem buscar suas origens e efeitos, ou seja, não introduzimos conceitos como força e energia. Isso fica a cargo de outras partes da mecânica.

Movimento uniforme e velocidade média

O movimento uniforme (MU) é aquele que ocorre com o módulo da velocidade constante, ou seja, o móvel não fica mais rápido nem mais devagar ao longo do tempo.

Para resolver a maior parte dos exercícios desse assunto que aparecem no Enem, você só precisa saber duas coisas.

A mais importante delas é a relação entre três grandezas: velocidade (v), deslocamento (Δs) e período de tempo decorrido (t), ou seja, saber utilizar a seguinte fórmula:

Além disso, é importante saber trabalhar com unidades de velocidade, principalmente metros por segundo (m/s) e quilômetros por hora (km/h). Lembre-se de que, para converter km/h em m/s basta dividir o valor por 3,6 e, para fazer a conversão inversa, basta multiplicar por 3,6:

Movimento uniformemente variado

Um movimento uniformemente variado (MUV) é aquele em que a velocidade não é constante, ela varia de forma uniforme, ou seja, existe uma aceleração constante.

Os exercícios que cobram esse tipo de movimento no Enem geralmente estão contextualizados em acelerações e/ou desacelerações de carros e trens.

Dessa forma, nesses exercícios, você sempre precisa encontrar uma das seguintes grandezas: velocidade (v), velocidade inicial (v₀) aceleração (a), deslocamento (Δs) ou período de tempo decorrido (t). E, para isso, ele te dá algumas das outras, geralmente três delas.

Existem três fórmulas que relacionam essas grandezas. E cada uma delas utiliza 4 das 5 grandezas citadas anteriormente. Dessa maneira, em cada exercício, utilize aquela que contém a grandeza que você procura e as três grandezas presentes no enunciado da questão.

Por outro lado, é muito importante guardar essas fórmulas na cabeça, ainda mais que elas com certeza aparecerão na sua prova de alguma forma.

Queda livre e lançamentos

Calma lá, queda livre não é um tipo de movimento uniformemente variado? Sim, você está certo. Porém, costumamos separar o estudo da queda livre, pois diversos exercícios do Enem podem ser resolvidos usando apenas conceitos de gravidade, sem a necessidade do uso daquelas fórmulas complicadas que acabamos de ver.

Logo, nesses exercícios tenha em mente que todo corpo em queda está sujeito a uma mesma aceleração, a aceleração da gravidade (g = 9,8 m/s).

Sendo assim, quando são soltos de uma mesma altura, desconsiderando a resistência do ar, todos os corpos, independentemente de suas massas, demoram a mesma quantidade de tempo para atingir o chão.

Movimento circular uniforme

Os movimentos circulares uniformes (MCU) são aqueles onde a trajetória é circular e o módulo da velocidade linear do corpo é constante, isto quer dizer que, a aceleração tangencial é sempre nula.

Dessa forma, nesse assunto, é importante focar nas grandezas velocidade linear (v), velocidade angular (ω) e raio de trajetória (R), e na relação entre elas:

Dessa forma, lembre-se de que a velocidade angular (ω) é medida em rotações por segundo, ou seja, ela mede quantos ciclos completos o corpo realiza por segundo.

Exercícios de MCU frequentemente são contextualizados em associações de polias ou de engrenagens.

Antes de mais nada, lembre-se de que nesse tipo de exercício existem dois tipos de acoplamento: coaxial e tangencial:

No acoplamento coaxial, as frequências, velocidades angulares e períodos são iguais.

No acoplamento tangencial, as velocidades lineares são iguais.

Gráficos na cinemática

Enfim! Chegamos agora ao assunto de cinemática que mais cai no Enem: interpretação de gráficos.

Os gráficos de cinemática podem descrever os movimentos uniformes e uniformemente variados de diversas maneiras. Dentre eles, os que você deve dar uma atenção especial são:

Posição x Tempo

Gráficos que relacionam a posição do corpo (ou distância percorrida por ele) bem como o de tempo decorrido desde o início do movimento.

Logo depois, tenha em mente que nesses gráficos a inclinação da curva está diretamente relacionada ao módulo da velocidade do corpo. Desse modo, quanto mais inclinada for a curva, mais veloz estará o corpo. Portanto, quando a reta é completamente horizontal, a velocidade do corpo é nula, ou seja, ele se encontra parado.

Velocidade x Tempo

Gráficos que relacionam a velocidade do corpo e o tempo decorrido desde o início do seu movimento.

Da mesma forma, nesses gráficos, a inclinação da curva está diretamente relacionada ao módulo da aceleração do corpo. Quanto mais inclinada for a curva, mais acelerado (ou desacelerado) estará o corpo. Por isso, quando a reta é completamente horizontal, a aceleração do corpo é nula, ou seja, ele possui velocidade constante.

Velocidade x Posição

Gráficos que relacionam a velocidade do corpo e a sua posição (ou distância percorrida por ele).

Nesses gráficos, a inclinação da curva a princípio nos dá informações sobre a aceleração do corpo, mas cuidado, não é uma relação simples como nos outros gráficos.

Sendo assim, quando a curva é completamente horizontal, a velocidade do corpo se mantém constante, ou seja, a sua aceleração é nula. Porém, em casos onde há aceleração, a interpretação é um pouco mais complicada.

Assim, um erro comum dos estudantes é achar que uma aceleração constante é representada por uma reta diagonal nesses gráficos. Porém, isso não é verdade! Nesses gráficos, acelerações constantes são representadas por parábolas.

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