Mecânica clássica
Predefinição:Mecânica A mecânica clássica se refere às três principais formulações da mecânica pré-relativística: a mecânica newtoniana, mecânica lagrangeana e a mecânica hamiltoniana.[1] É a parte da física que analisa o movimento, as variações de energia e as forças que atuam sobre um corpo. No ensino de física, a mecânica clássica geralmente é a primeira área da física a ser lecionada. É geralmente classificada em estática, cinemática e dinâmica.
Teoria
editarA quantidade de problemas resolvidos a partir da mecânica clássica é grande, e isto acontece porque seus axiomas, ou princípios,[2] são gerais. Dentre estes, os principais são:
- O espaço é absoluto, imutável, não sofrendo alteração em função da matéria;
- Da mesma forma que o espaço, o tempo também é absoluto, não sofrendo mudanças em função da matéria;
- A velocidade de um corpo pode crescer ilimitadamente.
Unidades de medida
editarQualquer medida física só tem algum significado se for acompanhada da respectiva unidade e da incerteza do processo de medida.
A importância da unidade de medida é intuitiva: um texto que se refira a uma 'velocidade de 30' está claramente incompleto se não for especificada a unidade da velocidade, como em 'velocidade de 30 km/h' ou 'velocidade de 30 m/s'.
Já a incerteza do processo de medida é uma informação frequentemente negligenciada. Qualquer processo de medida possui uma incerteza inerente. Por exemplo, uma régua escolar é precisa até a unidade dos milímetros, e portanto qualquer medição feita com este instrumento deve ser registrada com esta informação. Ou seja, a medição efetuada com uma régua escolar tem um erro de aproximadamente 0,5 milímetros (é metade da divisão menor). Por exemplo, o comprimento de um determinado fio é 20 cm, dizemos que o seu comprimento é 20 ± 0,05 cm; logo, o comprimento exato do fio encontra-se entre 19,95 e 20,05 cm.
O erro de medida fica cada vez menor a medida que suas unidades são divididas em mais partes. Se, com a ajuda de algum aparelho especial, um milímetro de uma régua comum for dividido em 10 partes a medição será mais exata do que apenas usando o milímetro como unidade. No entanto, isso não elimina a incerteza; apenas a diminui. A medida de uma grandeza se faz adotando-se uma medida ou convenção denominada padrão, através desta, determina-se os múltiplos e submúltiplos do padrão.
Em cada lugar do mundo se media de diferentes formas; cada maneira de medir se chamava sistema de medida. Atualmente se usa quase no mundo inteiro o Sistema Internacional de Unidades (SI), um sistema padrão. No Brasil, o sistema utilizado é o SI,[3] cada sistema de unidades tendo uma unidade padrão para cada medida. As medidas mecânicas, suas unidades-padrão e seus símbolos, estão contidas a seguir:
Medidas | Unidade | Símb. |
---|---|---|
Comprimento | metro | m |
Massa | quilograma | kg |
Tempo | segundo | s |
Força | newton | N |
Potência | watt | W |
Trabalho | joule | J |
Energia | joule | J |
Momento linear | quilograma-metros por segundo | kg.m/s |
Momento de inércia de massa | quilograma-metro ao quadrado | kg.m² |
Torque | Newton-metro | N.m |
Estática
editarPredefinição:Artigo principal Estuda as forças atuantes em um corpo em equilíbrio estático.[4]
Utiliza conceitos fundamentais como espaço, tempo, massa e força, bem como premissas (princípios ou axiomas) como o da resultante (todas as forças aplicadas sobre um objeto equivalem à sua soma), o da gravitação e as três leis de Newton. Chega-se a resultados como o equilíbrio mecânico e a formulações mais avançadas como o do momento de alavanca.
Cinemática
editarPredefinição:Artigo principal Estuda o movimento, sem levar em consideração as forças atuantes e a massa do corpo.
- Trajetória;
- Espaço (módulo do comprimento da trajetória);
- Velocidade;
- Aceleração;
- Tempo.
Dinâmica
editarPredefinição:Artigo principal Fundamentada na segunda lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica,[5] estuda o movimento tendo em conta as causas deste (genericamente forças).
Princípios da conservação de energia mecânica clássica
editarPredefinição:Artigo principal Estuda a conservação de energia mecânica clássica nas variações de energia de corpos de um sistema isolado através fenômenos mecânicos do cotidiano.
Outros ramos
editarA mecânica divide-se ainda em vários ramos, conforme o estado físico dos corpos a que se aplicam forças. estática e dinâmica estudam corpos no estado sólido. A mecânica dos fluidos estuda os outros estados físicos.
Extensões
editar- Mecânica analítica (mecânica lagrangiana e mecânica hamiltoniana) — equivalente às leis de Newton e às suas consequências, são práticas para a resolução de problemas complexos que a aplicação direta da mesma, pois lida preferencialmente com grandezas escalares (como energia cinética e potencial) e não vetoriais (como força).
- Mecânica relativista — transcendente à mecânica clássica, lida com objetos que se movem a velocidades relativísticas (de valor próximo da velocidade da luz) e com a dinâmica de energia.
- Mecânica quântica — trata de sistemas de reduzidas dimensões (onde a troca de energia é quantizada e não contínua)
- teoria do campo quântico — trata de sistemas que têm ambas as propriedades (altas velocidades e troca de energia quantizada).
A mecânica clássica é uma teoria para a dinâmica de matéria, em verdade a primeira teoria nesta área a se consolidar, e também a primeira teoria física a se mostrar, historicamente, completamente coerente. A mecânica clássica é assim compatível com as outras teorias clássicas fundamentadas na dinâmica da matéria, a citar a termodinâmica e gravitação universal. Entretanto ela não é uma teoria para a descrição da dinâmica de energia, ou de matéria e energia, sendo a mecânica clássica em vários pontos incompatível com a teoria clássica que lida com a dinâmica da energia pura, o eletromagnetismo. A relatividade restrita é uma extensão que permite a compreensão da dinâmica de matéria e energia juntas, mas exclui a gravitação de seu campo de estudo, valendo nos casos onde o campo gravitacional é essencialmente nulo. A teoria que permite a compreensão da dinâmica da matéria e energia junto com a gravitação é a teoria geral da relatividade. Todas estas teorias valem em um mundo "clássico" onde a troca de energia não é quantizada e sim contínua. Se admitimos a quantização da energia, fato no mundo microscópico das partículas fundamentais, a extensão da mecânica clássica é a mecânica quântica. As demais teorias clássicas seguem o mesmo caminho, geralmente tendo suas versões quânticas (não necessariamente já completamente estruturadas).
Símbolos
editarSímbolo[6] | Significado | Símbolo | Significado | |
---|---|---|---|---|
pontos no espaço, curvas, superfícies e sólidos | aumento da variável durante um intervalo de tempo | |||
unidades | versores cartesianos nos eixos x, y e z | |||
variáveis | força | |||
vetores | forças de atrito cinético e estático | |||
produto escalar entre vetores | força elástica | |||
produto vetorial entre vetores | Componentes cartesianas da aceleração | |||
derivada da variável em função de x | número de Euler (base dos logaritmos naturais) | |||
derivadas da variável a em função do tempo | Braço de uma força | |||
valor médio da variável a | aceleração da gravidade | |||
aceleração (módulo do vetor aceleração) | número imaginário | |||
vetor aceleração | impulso | |||
componentes normal e tangencial da aceleração | vetor deslocamento | |||
coeficiente aerodinâmico do termo da pressão | matriz jacobiana | |||
versor (vetor unitário) na direção do vetor a | joule (unidade SI de trabalho e energia) | |||
energia cinética | newton (unidade SI de força) | |||
energia mecânica | constante elástica ou coeficiente aerodinâmico do termo da viscosidade | |||
versores normal e tangencial | quilograma (unidade SI de massa) | |||
massa | metro (unidade SI de comprimento) | |||
momento de uma força em relação a um ponto O | momento de um binário | |||
trabalho | quantidade de movimento | |||
peso | energia potencial | |||
vetor posição | energia potencial elástica | |||
raio de curvatura de uma trajetória | vetor velocidade | |||
coordenadas cilíndricas | aceleração angular | |||
reação normal | coeficientes de atrito estático e cinético | |||
distância percorrida | valor em radianos de um ângulo de 180 | |||
segundo (unidade SI de tempo) | ângulo de rotação dos versores normal e tangencial | |||
período num movimento circular uniforme | massa volúmica | |||
valor próprio de uma matriz | velocidade angular | |||
frequência angular | velocidade de fase |
Referências
- ↑ Aguiar, Marcos A. M. de (11 de novembro de 2010). Tópicos de Mecânica Clássica. Instituto de Física da UNICAMP. Página visitada em 22 de janeiro de 2012.
- ↑ Axiomas da Mecânica. Instituto de Educação Rangel Pestana. Página visitada em 22 de janeiro de 2012.
- ↑ Unidades Legais de Medida. INMETRO. Página visitada em 10 de março de 2013.
- ↑ Noções da Estática Clássica. Grupo de Desenvolvimento e Análise do Concreto Estrutural. Página visitada em 22 de janeiro de 2012.
- ↑ Bisquolo, Paulo Augusto. A Dinâmica ou Estudo das Causas do Movimento. Portal São Francisco. Página visitada em 22 de janeiro de 2012.
- ↑ Villate, Jaime E. Dinâmica e Sistemas Dinâmicos. Porto, 2013. 267 p. Creative Commons Atribuição-Partilha (versão 3.0) ISBN 978-972-99396-1-7. Acesso em 22 jun. 2013.
Ver também
editarPredefinição:Wikilivros Palavras relacionadas a instrumentos que usam no seu funcionamento a mecânica clássica:
Efeitos estudados em mecânica clássica:
Teoremas da mecânica clássica: