Resumo nº4 – Aceleração e movimento retilíneo uniformemente variado

⚛️ Física A · 11.º ano📍 Tema 2 · Interações e seus efeitos
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Resumo nº4

Aceleração e movimento retilíneo uniformemente variado

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💡 Ideia principal

A aceleração mede o modo como a velocidade varia ao longo do tempo. No movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV) a aceleração é constante e a velocidade varia linearmente com o tempo. O movimento é acelerado quando a e v têm o mesmo sentido e retardado quando têm sentidos opostos.

🎯 No fim deste resumo deves ser capaz de

  • calcular a componente escalar da aceleração média a partir de velocidades e intervalos de tempo ou de um gráfico v(t) (2.11);
  • associar a aceleração à variação instantânea da velocidade e concluir que, se for constante, é igual à média (2.12, 2.13);
  • designar por aceleração gravítica a aceleração dos graves (2.14);
  • definir MRUV acelerado e retardado (2.15) e relacionar os sentidos de a e v (2.18);
  • justificar que um movimento retilíneo pode não ter aceleração e que um curvilíneo tem sempre (2.16, 2.17).

1Aceleração média

Num movimento retilíneo, a componente escalar da aceleração média entre dois instantes é a variação da componente escalar da velocidade a dividir pelo intervalo de tempo:

Aceleração médiaam = ΔvΔt = vf − vitf − tiunidade SI: m s⁻² (metro por segundo ao quadrado)
No gráfico v(t)declive da reta secanteno MRUV, o declive da reta v(t)
  • am > 0: a componente escalar da velocidade aumenta (no sentido do eixo, positiva);
  • am < 0: a componente escalar da velocidade diminui;
  • O sinal de a diz o sentido do vetor aceleração no eixo; não diz, por si só, se o corpo acelera ou trava (isso depende também do sinal de v).

⚠️ Atenção às unidades

Converte sempre km/h em m/s antes de calcular a: ÷ 3,6. Por exemplo, 72 km/h = 20 m/s.

2Aceleração instantânea e aceleração constante

A aceleração (instantânea) descreve como varia a velocidade em cada instante. Quando a aceleração é constante num intervalo de tempo, é igual à aceleração média nesse intervalo (e a v(t) é uma reta).

🌍 Aceleração gravítica

A aceleração a que estão sujeitos os corpos em queda livre chama-se aceleração gravítica, g. Perto da superfície da Terra g ≈ 9,8 m s⁻² (≈ 10 m s⁻²): em cada segundo, o módulo da velocidade de um grave aumenta (na descida) ou diminui (na subida) cerca de 9,8 m s⁻¹. Resulta da força gravítica (peso).

3Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV)

Um movimento é retilíneo uniformemente variado se a trajetória for reta e a componente escalar da aceleração for constante (≠ 0). Pode ser:

⏩

Uniformemente acelerado

O módulo da velocidade aumenta com o tempo: a e v têm o mesmo sentido (v·a > 0).

⏪

Uniformemente retardado

O módulo da velocidade diminui: a e v têm sentidos opostos (v·a < 0).

Velocidadev = v₀ + a·tgráfico v(t): reta com declive a
Posiçãox = x₀ + v₀·t + 12·a·t²gráfico x(t): parábola
Deslocamento no gráfico v(t)área entre a reta e o eixotrapézio ou triângulo (com sinal)

Experimenta: muda v₀ e a. Repara que, quando a e v têm sinais iguais, o carro aumenta a rapidez; quando têm sinais opostos, trava, pára e (se a continuar) inverte o sentido.

❌ Erro frequente

«a < 0 significa que o corpo está a travar.» Não necessariamente: se v também for negativo, v·a > 0 e o corpo está a acelerar (no sentido negativo do eixo). O que conta é o sinal do produto v·a.

4Velocidade e aceleração: direções e sentidos

  • Nos movimentos retilíneos, a e v têm sempre a mesma direção (a da reta).
  • Um movimento retilíneo pode não ter aceleração (MRU: v constante).
  • Um movimento curvilíneo tem sempre aceleração: a direção de v muda, logo v varia, ainda que o módulo seja constante (movimento circular uniforme).
  • Nos movimentos curvilíneos, v e a não têm (em geral) a mesma direção.
MovimentoAceleraçãoRelação a / v
Retilíneo uniforme (MRU)a = 0—
Retilíneo aceleradoa ≠ 0mesmo sentido
Retilíneo retardadoa ≠ 0sentidos opostos
Circular uniformea ≠ 0 (perpendicular a v)direções diferentes

5Exemplos resolvidos

Exemplo 1 · Aceleração média

Um automóvel passa de 18 km/h a 90 km/h em 5,0 s, em linha reta. Calcula a aceleração média.

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Dados: vi = 18 km/h · vf = 90 km/h · Δt = 5,0 s

Pedido: componente escalar da aceleração média.

  1. Converter as velocidades para m/s.Divide-se por 3,6:vi = 183,6 = 5,0 m/s e vf = 903,6 = 25 m/s
  2. Escrever a definição de aceleração média.am = ΔvΔt = vf − viΔt
  3. Substituir.am = 25 − 5,05,0 = 205,0
  4. Calcular.am = 4,0 m s⁻²
  5. Interpretar o sinal.a > 0 e v > 0: mesmo sentido, o movimento é acelerado.
✅ am = 4,0 m s⁻²: a velocidade aumenta 4,0 m/s em cada segundo.

Exemplo 2 · Travagem

Um comboio a 20 m/s trava uniformemente e pára em 8,0 s. Determina a aceleração e a distância percorrida na travagem.

Ver resolução
Dados: v₀ = 20 m/s · v = 0 · t = 8,0 s · movimento retilíneo uniformemente variado

Pedido: a e distância percorrida.

  1. Calcular a aceleração.a = v − v₀t = 0 − 208,0 = −2,5 m s⁻²O sinal negativo (oposto a v) indica movimento retardado.
  2. Escolher a expressão da posição.Com x₀ = 0:x = v₀·t + 12·a·t²
  3. Substituir.x = 20 × 8,0 + 12 × (−2,5) × 8,0²
  4. Calcular cada parcela.x = 160 + 12 × (−2,5) × 64 = 160 − 80
  5. Confirmar pela área do gráfico v(t).A área do triângulo (base 8,0 s, altura 20 m/s) é 8,0 × 202 = 80 m, o mesmo valor.
✅ a = −2,5 m s⁻² · distância = 80 m.

Exemplo 3 · Inversão do sentido

Um corpo move-se com v = 6,0 − 2,0 t (SI) e parte de x₀ = 0. Quando muda de sentido? Qual é a posição nesse instante?

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Dados: v = 6,0 − 2,0 t · x₀ = 0

Pedido: instante de inversão e posição.

  1. Ler v₀ e a na equação.Comparando com v = v₀ + a t: v₀ = 6,0 m/s e a = −2,0 m s⁻².
  2. Impor v = 0 (inversão do sentido).6,0 − 2,0 t = 0 ⇔ t = 6,02,0 = 3,0 s
  3. Calcular a posição em t = 3,0 s.x = 6,0 × 3,0 + 12 × (−2,0) × 3,0² = 18 − 9
  4. Classificar o movimento.Antes de 3,0 s: v > 0 e a < 0 → retardado. Depois: v < 0 e a < 0 → acelerado (no sentido negativo).
✅ Inverte o sentido em t = 3,0 s, na posição x = 9,0 m.

Exemplo 4 · Tempo de queda

Uma pedra é largada de uma altura de 20 m (g = 10 m s⁻², sem resistência do ar). Em quanto tempo chega ao solo?

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Dados: h = 20 m · v₀ = 0 · a = g = 10 m s⁻²

Pedido: tempo de queda t.

  1. Escolher a expressão.Eixo vertical para baixo, origem no ponto de largada:h = 12·g·t²
  2. Isolar t².Multiplica-se por 2 e divide-se por g:t² = 2hg
  3. Tirar a raiz quadrada.t = 2hg
  4. Substituir.t = 2 × 2010 = 4,0
  5. Calcular.t = 2,0 s
✅ A pedra demora 2,0 s a chegar ao solo.

6Resumo para memorizar

Aceleração médiaam = ΔvΔtm s⁻² · declive de v(t)
MRUVa constantev = v₀ + a t · x = x₀ + v₀t + 12at²
Aceleradov·a > 0|v| aumenta
Retardadov·a < 0|v| diminui
Queda livrea = g ≈ 9,8 m s⁻²só a força gravítica
Curvilíneosempre a ≠ 0v muda de direção

7Erros típicos a evitar

❌ Cuidado!

  • Não converter km/h em m/s antes de calcular a.
  • Confundir sinal de a com «a travar».
  • Calcular a distância percorrida como o deslocamento quando há inversão do sentido (v muda de sinal).
  • Dizer que um movimento com velocidade de módulo constante não tem aceleração (se a trajetória é curva, tem).
  • Escrever a unidade da aceleração como m/s (é m/s²).

8Verifica o que aprendeste

9Atividade para a aula

➡️ A seguir

No Resumo nº5 vais relacionar força e aceleração: a Segunda Lei de Newton.

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