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.

Tópicos deste artigo

• 1 - O que a mecânica estuda?
• 2 - Cinemática
  • Movimento uniforme
  • Movimento uniformemente variado
  • Movimento circular uniforme
  • Movimento circular uniformemente variado
• 3 - Dinâmica
• 4 - Estática
• 5 - Mecânica no Enem

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.

• 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.

Veja também: Aprenda a como resolver exercícios de cinemática

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:

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:

Veja também: O que é trabalho mecânico?

Dinâmica

Na dinâmica, estudam-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.

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.

Por Me. Rafael Helerbrock