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Mecânica Clássica é uma subárea da Mecânica voltada aos estudos dos movimentos dos corpos na Terra e imersos em fluidos abaixo da velocidade da luz e as causas desses movimentos. A Mecânica Clássica é dividida principalmente nas áreas de Cinemática, Dinâmica, Estática, Hidrostática e Hidrodinâmica. O estudo da Mecânica Clássica 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).
Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre Mecânica Clássica
- 2 - O que a Mecânica Clássica estuda?
- 3 - Principais áreas de estudo da Mecânica Clássica
- 4 - Importância da Mecânica Clássica
- 5 - Mecânica Clássica no Enem
- 6 - Quais são as principais áreas de estudo da Mecânica?
Resumo sobre Mecânica Clássica
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A Mecânica Clássica é uma subárea da Mecânica, uma das principais áreas da Física.
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Ela estuda os movimentos dos corpos na Terra e imersos em fluidos abaixo da velocidade da luz e as causas desses movimentos.
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As principais áreas de estudo da Mecânica Clássica são a Cinemática, a Dinâmica, a Estática, a Hidrostática e a Hidrodinâmica.
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A Cinemática estuda as situações que ocorrem a partir do instante em que um corpo inicia o seu estado de movimento.
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A Dinâmica estuda as causas que deram origem a algum movimento.
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A Estática estuda as condições de equilíbrio em corpos extensos.
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A Hidrostática estuda os fluidos em condições de equilíbrio estático.
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A Hidrodinâmica estuda os fluidos em movimento quando sujeitos a forças externas não nulas.
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As três principais áreas da Mecânica são a Mecânica Clássica, a Mecânica Quântica e a Mecânica Relativística.
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A Mecânica Clássica é o conteúdo de Física que mais cai no Enem.
O que a Mecânica Clássica estuda?
A Mecânica Clássica estuda os movimentos dos corpos na Terra e imersos em fluidos abaixo da velocidade da luz, além das causas desses movimentos. Ela geralmente é dividida em Cinemática, Dinâmica, Estática, Hidrostática e Hidrodinâmica.
Principais áreas de estudo da Mecânica Clássica
→ Cinemática
Cinemática é a área da Mecânica Clássica que estuda o movimento dos corpos sem levar em conta as causas desse movimento. Em outras palavras, estudam-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, estudam-se os tipos de movimento que veremos a seguir.
◦ Movimento uniforme (MU)
Movimento uniforme é o movimento 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.
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Função horária da posição para o MU:
\(S_F =S_0 + vt\ ou\ v= \frac{ΔS}{Δt}\)
◦ Movimento uniformemente variado (MUV)
Movimento uniformemente variado é o 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 e da velocidade e a equação de Torricelli.
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Função horária da posição para o MUV:
\(S_F =S_0 + v_0 t+\frac{at^2}2\ ou\ \triangle S=v_0 t+ \frac{at^2}2,\ com\ \triangle S =S_F -S_0 \)
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Função horária da velocidade para o MUV:
\(V_F =V_0 + at\)
ou
\( a= \frac{V_F- V_0}{t_F-t_0}\)
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Equação de Torricelli:
\(V_F ^2 =V_0 ^2 + 2a\triangle S\)
◦ Movimento circular uniforme (MCU)
Movimento circular uniforme é o movimento 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, sendo 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.
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Velocidade angular para o MCU:
\(ω = \frac{Δθ}{Δt}\)
ou
\(ω = 2πf\)
ou
\(ω = \frac{2π}T\)
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Relação entre velocidade escalar e velocidade angular:
\(V = ωR\)
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Frequência e período:
\(f = \frac{1}T\)
\(T = \frac{1}f\)
◦ Movimento circular uniformemente variado (MCUV)
Movimento circular uniformemente variado é o movimento que consiste em um caso um pouco mais geral do movimento circular uniforme. 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.
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Função horária da posição angular do MCUV:
\(θ_F =θ_0 + ω_0 t+\frac{at^2}2\)
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Função horária da velocidade angular do MCUV:
\(ω_F = ω_0 = at \)
Veja também: Técnicas para resolver exercícios de Cinemática
→ Dinâmica
A Dinâmica é a área da Mecânica Clássica que estuda 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.
Os fundamentos 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:
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Segunda lei de Newton:
\(F=m\cdot a\)
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Torque ou momento de uma força:
\(T=Fdsenθ\)
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Momento linear ou quantidade de movimento linear:
\(Q=mv\)
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Momento angular ou quantidade de movimento angular:
\(L=rQsenθ\)
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Energia cinética:
\(E_c=\frac{mv^2}2\)
→ Estática
Estática é a área da Mecânica Clássica que 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.
→ Hidrostática
A Hidrostática é a área da Mecânica Clássica que estuda os fluidos em condições de equilíbrio estático. Nela, estudamos massa específica, pressão, princípio de Stevin, teorema de Pascal e teorema de Arquimedes.
→ Hidrodinâmica
A Hidrodinâmica é a área da Mecânica Clássica que estuda os fluidos em movimento quando sujeitos a forças externas não nulas. Nela, estudamos vazão, equação da continuidade e princípio de Bernoulli.
Importância da Mecânica Clássica
A Mecânica Clássica possui grande importância em diversos aspectos. A seguir, destacamos algumas compreensões que só foram possíveis pela pesquisa em Mecânica Clássica:
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As órbitas de planetas, satélites e asteroides, descritas pela lei da gravitação universal e pelas leis de Kepler.
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A trajetória de foguetes, balas, dardos e flechas, explicada por meio das equações de lançamento de projéteis.
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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.
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O funcionamento de máquinas simples, tais como planos inclinados, roldanas, talhas, balanças etc.
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A trajetória de partículas eletricamente carregadas movendo-se sob a ação de campos elétricos e magnéticos, como ocorre no fenômeno da aurora boreal.
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Corpos em queda livre ou até mesmo corpos que caem acelerados pela gravidade, mas que sofrem a ação da resistência do ar.
Mecânica Clássica no Enem
Entre todas as áreas da Física, a Mecânica Clássica é aquela que está presente em maior quantidade nas questões do Enem, por isso é de grande importância que você seja capaz de:
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compreender o significado por trás das equações da Cinemática, conseguindo relacioná-las a situações reais, bem como aos seus gráficos;
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identificar e classificar movimentos progressivos, regressivos, acelerados e uniformes;
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compreender o conceito de referencial e entender o que são movimentos relativos;
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saber aplicar as três leis de Newton nos mais diferentes contextos;
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compreender o conceito de energia mecânica, cinética e potencial e saber operar com essas quantidades;
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fazer cálculos de colisões utilizando a quantidade de movimento, bem como a conservação da energia mecânica;
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conhecer e compreender o funcionamento das leis de Kepler e de sua relação com a lei da gravitação universal;
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entender como devem ser aplicadas as condições de equilíbrio estático a corpos cujas dimensões não podem ser desprezadas;
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compreender as causas e efeitos dos movimentos de partículas e saber descrevê-las em forma de equações.
Quais são as principais áreas de estudo da Mecânica?
A Mecânica é uma das grandes áreas da Física. Ela é comumente dividida em:
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Mecânica Clássica: um ramo da Mecânica que estuda os movimentos dos corpos na Terra e imersos em fluidos abaixo da velocidade da luz e as causas desses movimentos. Relaciona-se com os conhecimentos da área que são aplicáveis às situações macroscópicas.
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Mecânica Quântica: um ramo da Mecânica que estuda o movimento de partículas diminutas, tais como átomos e moléculas.
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Mecânica Relativística: um ramo da Mecânica que estuda o comportamento de corpos que se movem a velocidades próximas à velocidade da luz. É proveniente das descobertas do físico Albert Einstein.
Fonte
e-Física – Ensino de Física Online; USP – Universidade de São Paulo. Mecânica. Disponível em: http://efisica2.if.usp.br/course/index.php?categoryid=132.
Por Rafael Helerbrock
Professor de Física