Física mecânica: saiba tudo sobre o movimento dos corpos!
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Tudo está em movimento, dependendo do referencial — seja a Terra, o Sol, o sangue do nosso corpo ou os automóveis.
A física mecânica estuda esses movimentos. Porém, ela se divide em três áreas: a clássica, que estuda os movimentos do cotidiano; a relativista, com os corpos com velocidades próximas à da luz; e a quântica, que estuda os movimento dentro do átomo.
É isso que veremos hoje, além de conferir as fórmulas mais utilizadas nessas áreas e um experimento que causa surpresa em quem o observa. Acompanhe!
O que é mecânica na física?
A mecânica, como foi comentado, estuda o comportamento dos corpos em movimento. Assim, é possível determinar algumas informações sobre um objeto, como a velocidade, a posição, a aceleração e a força.
Para se ter uma ideia, a mecânica é utilizada para explicar a movimentação dos planetas, para fazer o mapeamento do fluxo sanguíneo e para estudar os movimentos das placas tectônicas. Ou seja, a mecânica é importante para outras áreas do conhecimento, além da Física.
Física mecânica: fórmulas
Como a mecânica se desdobra em três áreas, veja as fórmulas de cada uma delas separadas por cada segmento deste estudo!
Fórmulas de mecânica clássica
- deslocamento: ΔS = S – S0;
- velocidade escalar média: vm = ΔS/Δt;
- aceleração escalar média: am = Δv/Δt;
- equação horária do espaço (MU): S = S0 + v . t;
- função horária da velocidade (MUV): v = v0 + a . t;
- função horária do espaço (MUV): S = S0 + v0 . t + (a . t²)/2;
- equação de Torricelli: v² = v0² + 2 . a . ΔS;
- 2ª lei de Newton: F = m . a;
- Lei de Hooke: Fel = k . x;
- Força de atrito estático: Fate = μe . Fn;
- Força de atrito cinético: Fatc = μc . Fn;
- Força gravitacional: F = (G . M . m)/d²;
- 3ª lei de Kepler: r³/T² = constante;
- Momento da força: M = F . b;
- Trabalho: w = F . d . cos θ;
- Potência média: Potm = E/Δt;
- Quantidade de movimento: Q = m . v;
- Densidade: μ = m/V;
- Pressão: p = Fn/A;
- Pressão em uma coluna líquida: p = μ . g . h;
- Teorema de Pascal: F1/A1 = F2/A2;
- Teorema de Arquimedes: E = μ . v . g.
Fórmulas de mecânica quântica
- Equação geral de Max Planck: E = h . v;
- Equação de onda de De Broglie: λ = h/(m . v).
Fórmulas de mecânica relativística
- Equação de correspondência de massa e energia: E = m . c².
Mecânica física: Enem
É preciso estar preparado para o Enem, por isso, é essencial saber quais os principais conteúdos de Física que podem aparecer na prova. Sendo assim, os assuntos que devem ser estudados com mais profundidade são: mecânica clássica, eletricidade e energia.
Assim, é comum encontrar questões que falem sobre cercas elétricas, colisão entre carros, usinas de geração de eletricidade, entre outros. Aliás, esses foram alguns dos contextos de questões da prova do Enem de 2017.
Claro que é possível que tenha alguma questão sobre ondulatória, termodinâmica ou outra área, mas elas são vistas em um número bem menor.
Tipos de física mecânica
Como já foi citado, a mecânica se divide em três grandes áreas. E é sobre cada uma delas que vamos falar agora.
Física mecânica clássica
A mecânica clássica é a mais vista no Ensino Médio, em relação às outras duas. Nela estudamos os movimentos que acontecem no cotidiano com uma velocidade bem menor que a da luz (3 x 10⁸ m/s).
Galileu Galilei, Johannes Kepler e Isaac Newton foram os cientistas responsáveis pelas bases da mecânica clássica, que também é conhecida como mecânica newtoniana. Sendo assim, ela se divide em dois grandes assuntos: cinemática e dinâmica.
A cinemática estuda o comportamento dos movimentos, como o Movimento Uniforme, o Movimento Uniformemente Variado e o Movimento Circular. Mas além disso, há a cinemática vetorial e a cinemática escalar. A primeira estuda os movimentos levando em consideração a direção e sentido dos corpos, enquanto que a segunda não considera esses dois pontos.
Já a dinâmica estuda as forças, as quais são responsáveis pelos movimentos. O foco principal dessa área são as Leis de Newton. Mas além delas, temos a gravitação, as colisões e a hidrostática.
Com a mecânica clássica calculamos a velocidade de um automóvel, a pressão da água nas torneiras ou o lançamento de um foguete.
Física mecânica relativística
Com o passar do tempo e com os estudos de objetos que percorriam velocidades muito altas, foi percebido que alguns resultados estavam em desacordo com o que os experimentos da mecânica clássica mostravam.
Por conta disso, no início do século XX, o físico alemão Albert Einstein estava desenvolvendo sua teoria da relatividade. Nela, os objetos são estudados enquanto viajam a grandes velocidades, chegando próximo à da luz.
Nesta teoria, foi demonstrado que os corpos podem mudar sua massa dependendo da sua velocidade. Sendo assim, quanto maior for a velocidade, maior é a massa das partículas. Porém, isso nos diz que a massa de um corpo pode crescer infinitamente, o que não está certo. Isso porque há um limite de velocidade que é possível ser alcançada: a velocidade da luz.
Em experimentos com partículas aceleradas, foi possível notar que mesmo por mais poderosos que sejam os aceleradores, essas partículas não alcançam a velocidade da luz. Assim, elas não crescem infinitamente.
Uma das fórmulas mais conhecidas da mecânica relativística representa o quanto de energia cinética um corpo pode adquirir, dependendo do produto entre a variação de sua massa e do quadrado da velocidade da luz. Matematicamente, temos:
E = Δm . c²
Essa fórmula também é utilizada para calcular a quantidade de energia gama liberada pela união de um pósitron e um elétron, que são partículas idênticas, exceto pelo sinal da carga.
Física mecânica quântica
Até agora, era possível estudar os movimentos do cotidiano, que têm velocidades até 10% da velocidade da luz, e movimentos com velocidades próximas à da luz. Porém, como estudar aqueles que ocorrem dentro do átomo? É aqui que entra a mecânica quântica!
Em 1900, o físico, também alemão, Max Planck, concluiu que a luz poderia ser liberada em pequenos pacotes, ao em vez de ser em modo contínuo, proporcionais à frequência da radiação, dando o nome de quanta. Com o passar dos anos, a mecânica quântica foi se desenvolvendo com outras descobertas, como o efeito fotoelétrico, estudado por Einstein, e o novo modelo atômico de Niels Bohr.
Logo, pode-se chegar à conclusão de que a luz tem o comportamento de onda e partícula, sendo que em certas situações ela se comporta com um ou o outro estado.
Por exemplo, quando uma pedra é jogada em um lago, formam-se ondas na superfície. Já no efeito fotoelétrico, em que a luz é absorvida por elétrons em objetos sólidos, ele só acontece se a luz for considerada como partícula.
A mecânica quântica, apesar de parecer um pouco distante da realidade e ter conceitos que desafiam nossa mente, é verdadeira e real.
Experimento de física mecânica clássica
Para finalizarmos esse conteúdo sobre a física mecânica, nada melhor do que um experimento. Os experimentos sobre mecânica quântica e relativística são um pouco complicados de serem feitos em casa, pois alguns necessitam de aparatos especiais. Sendo assim, segue um experimento bem interessante sobre alguns conceitos da mecânica clássica:
Materiais necessários:
- 1 caneca;
- 1 lápis;
- 1 porca;
- 1 barbante do comprimento do seu braço ou da altura do ombro até o chão da pessoa que vai segurar o lápis.
Amarre uma ponta do barbante na asa da caneca e a outra na porca. Agora, peça para uma pessoa segurar o lápis na altura do ombro. Apoie o lado do barbante em que está a caneca sobre o lápis, segure pela porca fazendo com que ele fique reto e solte a porca.
Por conta do atrito entre o barbante e o lápis, a velocidade de queda da caneca vai diminuir. Além disso, a porca vai funcionar como um pêndulo, fazendo com que ela dê algumas voltas no lápis e prenda a corda antes da caneca chegar ao chão.
Agora que já vimos tudo sobre física mecânica e seus desdobramentos em outras áreas, aproveite para estudar mais sobre o conteúdo com as videoaulas do Stoodi. E se quiser testar seus conhecimentos faça nossa lista de exercícios. Não esqueça de conferir nossos outros resumos sobre Física para ir bem nas provas do Enem.