Mecânica

Mecânica é uma grande área da física que se concentra no estudo do movimento e repouso dos corpos, estejam estes ou não sob a ação de forças. A mecânica divide-se nas áreas de cinemática, dinâmica e estática. Praticamente todos os movimentos que acontecem em nosso cotidiano podem ser descritos pelas equações dessa área. 

O estudo da mecânica é de grande importância para uma enorme gama de profissões, além de ser o conteúdo de física que é mais cobrado no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem). Alguns profissionais lidam diariamente com ela, como engenheiros civis, engenheiros agrônomos, engenheiros mecânicos, engenheiros hidráulicos, arquitetos, pilotos de avião, físicos e outros. 

 

A mecânica é dividida em cinemática, dinâmica e estática.

O que a mecânica estuda?

O objeto do estudo da mecânica é o movimento, por isso se trata de uma área de estudo bastante extensa. Dentre as diversas possibilidades de estudo, destacamos algumas que foram desenvolvidas pela pesquisa em mecânica:

As órbitas de planetas, satélites e asteroides, descritas pela lei da gravitação universal e pelas leis de Kepler.

 

As leis da mecânica permite-nos calcular a velocidade e altura para colocarmos satélites em órbitas.

• A trajetória de foguetes, balas, dardos e flechas explicada por meio das equações de lançamento de projéteis.
• O escoamento de fluidos, descrito pela equação da continuidade, capaz de explicar o voo dos aviões bem como as situações hidrostáticas, em que os fluidos encontram-se em repouso.
• O funcionamento de máquinas simples, tais como planos inclinados, roldanas, talhas, balanças etc.
• A trajetória de partículas eletricamente carregadas movendo-se sob a ação de campos elétricos e magnéticos, como ocorre no fenômeno da aurora boreal.
• Corpos em queda livre ou até mesmo corpos que caem acelerados pela gravidade, mas que sofrem a ação da resistência do ar.

Durante o estudo da física, é possível que você se depare com o termo mecânica clássica, tal termo relaciona-se com os conhecimentos da área que são aplicáveis exclusivamente às situações macroscópicas. Para os outros casos, que requerem a explicação do movimento de partículas diminutas, tais como átomos e moléculas, recorre-se a outro tipo de mecânica, chamada de mecânica quântica. 

Para além da mecânica clássica e da mecânica quântica, existe a mecânica relativística, um ramo da física proveniente das descobertas do físico Albert Einstein. Esse ramo da mecânica estuda o comportamento de corpos que se movem a velocidades próximas à velocidade da luz.

Cinemática

Cinemática é a área da mecânica que estuda o movimento dos corpos sem levar em conta as causas desse movimento. Em outras palavras, estuda-se situações que ocorrem a partir do instante em que um corpo inicia o seu estado de movimento.

No âmbito da cinemática, que é vista no Ensino Médio, estuda-se os seguintes tipos de movimento:

Movimento uniforme

Movimento uniforme é aquele em que a velocidade de um corpo é constante, deslocando-se apenas em linha reta. A principal equação usada para o estudo do movimento uniforme é a função horária da posição, mostrada a seguir:

 

Movimento uniformemente variado

Movimento uniformemente variado é nome dado ao tipo de movimento em que a velocidade de um corpo muda a taxas constantes. No caso em que o movimento tem a sua velocidade incrementada, dizemos tratar-se de um movimento acelerado, se a velocidade diminui, dizemos tratar-se de um movimento retardado.

As equações mais importantes para a descrição do movimento uniformemente variado são as funções horárias da posição, da velocidade e a equação de Torricelli, confira cada uma dessas equações agora:

 

Movimento circular uniforme

Movimento circular é aquele em que a direção da velocidade de um móvel muda constantemente, de modo que a sua distância a um ponto do espaço permaneça constante. Mesmo que chamado de movimento circular uniforme, esse movimento é acelerado, uma vez que, para que se possa descrever uma trajetória circular, é necessária a existência de uma aceleração centrípeta.

No estudo do movimento circular, deparamo-nos com uma grande quantidade de equações, uma vez que existem: equações que calculam deslocamento e velocidade escalar; equações que calculam grandezas angulares, tais como velocidade angular; e, por fim, equações que servem para relacionar esses dois tipos de grandezas. 

Confira algumas das mais importantes equações do movimento circular:

A velocidade angular é determinada pela frequência ou pelo período da rotação.

A velocidade escalar é determinada pelo produto da velocidade angular com o raio de rotação.

A frequência de um movimento circular corresponde ao inverso de seu período.

 

Movimento circular uniformemente variado

Movimento circular uniformemente variado (MCUV) é um caso um pouco mais geral do MCU. Nele, além de uma aceleração centrípeta, há acelerações angular e tangencial constantes, que fazem com que a velocidade angular do móvel varie de maneira uniforme. Assim como fazemos no movimento uniformemente variado, no estudo do MCUV usamos funções horárias de posição e velocidade bastante similares, confira:

A fórmula, similar àquela do MUV, pode ser usada para determinar a posição angular.

Função horária da velocidade angular para o movimento circular uniformemente variado.

Veja também: O que é trabalho mecânico?

 

Dinâmica

Na dinâmica estuda-se as causas que deram origem a algum movimento. Nesse sentido, estudamos as forças que atuam sobre um corpo, as quantidades de movimento, a energia mecânica, o impulso e as grandezas relacionadas aos movimentos de rotação, tais como o torque e o momento angular.

As bases do estudo da dinâmica do Ensino Médio são as três leis de Newton, com base nelas derivam-se as demais equações da subárea, e também da cinemática. Confira algumas das mais importantes fórmulas utilizadas no estudo da dinâmica:

Estática

Estática estuda as condições de equilíbrio em corpos extensos, ou seja, determina quais devem ser as medidas ou ainda a intensidade de forças e torques para que um corpo de dimensões não desprezíveis possa permanecer em equilíbrio. No estudo da estática, as leis de Newton são largamente utilizadas.

 

A rocha exibida na figura encontra-se na condição de equilíbrio estático

Mecânica no Enem

Entre todas as áreas da física, a mecânica é aquela que está presente em maior quantidade nas questões do ENEM, por isso, é de grande importância que você seja capaz de:

• compreender o significado por trás das equações da cinemática, conseguindo relacioná-las a situações reais bem como aos seus gráficos;
• identificar e classificar movimentos progressivos, regressivos, acelerados e uniformes;
• compreender o conceito de referencial e entender o que são movimentos relativos;
• saber aplicar as três leis de Newton nos mais diferentes contextos;
• compreender o conceito de energia mecânica, cinética e potencial e saber operar com essas quantidades;
• fazer cálculos de colisões utilizando a quantidade de movimento, bem como a conservação da energia mecânica;
• conhecer e compreender o funcionamento das leis de Kepler e de sua relação com a lei da gravitação universal;
• entender como devem ser aplicadas as condições de equilíbrio estático a corpos cujas dimensões não podem ser desprezadas;
• compreender as causas e efeitos dos movimentos de partículas e saber descrevê-las em forma de equações.