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Prof. Luis Teixeira — Física | Matemática Reforço
Escolar

Física 1ª série

Movimento uniformemente variado (MUV)

F061ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral

Carro arrancando no semáforo, ônibus freando no ponto, pedra caindo: quando a velocidade muda sempre no mesmo ritmo, o movimento é uniformemente variado. No simulador você escolhe a velocidade inicial e a aceleração, solta o carrinho e acompanha, ao mesmo tempo, os gráficos $v\times t$ e $s\times t$.

Antes, convém saber: Movimento e velocidade, Função do 1º grau, Função do 2º grau

Resumo

O essencial do tema

Aceleração

A aceleração mede quanto a velocidade muda por unidade de tempo: $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}$, em $\text{m/s}^2$. Dizer que $a=2\,\text{m/s}^2$ é dizer que a velocidade aumenta $2$ m/s a cada segundo. No MUV a aceleração é constante e diferente de zero. O movimento é acelerado quando $v$ e $a$ têm o mesmo sinal e retardado quando têm sinais opostos.

Função horária da velocidade

Como a velocidade muda sempre no mesmo ritmo, $v=v_0+a\,t$. É uma função do 1º grau: o gráfico $v\times t$ é uma reta, cuja inclinação é a aceleração. Onde a reta cruza o eixo do tempo, $v=0$ e o móvel inverte o sentido.

Função horária da posição

A posição é $s=s_0+v_0\,t+\frac{a\,t^2}{2}$, uma função do 2º grau. O gráfico $s\times t$ é uma parábola com concavidade para cima se $a>0$ e para baixo se $a<0$. O vértice da parábola é o instante em que $v=0$: é ali que o móvel para e volta.

Equação de Torricelli

Eliminando o tempo das duas funções horárias, chega-se a $v^2=v_0^2+2\,a\,\Delta s$. Use-a quando o enunciado não dá nem pede o tempo. Numa frenagem até parar, $v=0$ e a aceleração entra negativa: $0=v_0^2-2\,|a|\,\Delta s$.

Leitura dos gráficos

No gráfico $v\times t$, a inclinação é a aceleração e a área entre a reta e o eixo do tempo é o deslocamento $\Delta s$ (área abaixo do eixo conta como negativa). No MUV, a velocidade média é a média das velocidades: $v_m=\frac{v_0+v}{2}$. No gráfico $s\times t$, a inclinação da reta tangente em cada ponto é a velocidade naquele instante.

Atenção

Erros comuns

Simulador autoral

Pista do MUV

Carregando o simulador…

Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira

Experimente

  1. Comece com $v_0=0$ e $a=2\,\text{m/s}^2$ e aperte iniciar: o gráfico $v\times t$ é uma reta e o $s\times t$, uma parábola. Repare nas marcas de cada segundo na pista, cada vez mais espaçadas.
  2. Coloque $v_0=10$ m/s e $a=-2\,\text{m/s}^2$: o carrinho freia, para em $t=5$ s e volta. Veja o vértice da parábola nesse instante.
  3. Compare a área sombreada sob o gráfico $v\times t$ com o deslocamento mostrado: são iguais (a área abaixo do eixo conta como negativa).
  4. Arraste o ponto de qualquer um dos gráficos para escolher o instante e ler posição e velocidade.
Resolvidos

Exemplos resolvidos

  1. Um carro a $72$ km/h freia uniformemente e para em $4$ s. Qual a aceleração e qual a distância percorrida durante a frenagem?

    Ver a resolução passo a passo
    Primeiro, a unidade: $v_0=72\div3{,}6=20$ m/s. Aceleração: $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{0-20}{4}=-5\,\text{m/s}^2$ (o sinal negativo indica frenagem). Distância: $\Delta s=v_0\,t+\frac{a\,t^2}{2}=20\cdot4-\frac{5\cdot16}{2}=80-40=40$ m. Conferindo com Torricelli: $0=20^2-2\cdot5\cdot\Delta s\Rightarrow\Delta s=\frac{400}{10}=40$ m.
  2. Um móvel parte do repouso, acelera a $2\,\text{m/s}^2$ durante $5$ s e depois mantém a velocidade constante por mais $5$ s. Use o gráfico $v\times t$ para achar a distância total e a velocidade média.

    Ver a resolução passo a passo
    Em $t=5$ s a velocidade é $v=0+2\cdot5=10$ m/s. O gráfico é uma reta de $0$ a $10$ m/s (de $0$ a $5$ s) seguida de um trecho horizontal em $10$ m/s (de $5$ a $10$ s). Área do triângulo: $\frac{5\cdot10}{2}=25$ m. Área do retângulo: $5\cdot10=50$ m. Distância total: $75$ m. Velocidade média: $v_m=\frac{75}{10}=7{,}5$ m/s.
Roteiro

Como estudar este tema

  1. Revise o movimento uniforme e a ideia de velocidade média (9º ano).
  2. Leia o resumo e refaça o primeiro exemplo sem olhar a solução, convertendo km/h para m/s.
  3. No simulador, monte uma frenagem ($v_0>0$ e $a<0$) e confira o instante em que o carrinho para com $t=\frac{-v_0}{a}$.
  4. Resolva os exercícios básicos e intermediários no papel, escolhendo a equação certa antes de fazer contas.
  5. Termine com os aplicados (tempo de reação e encontro), que são os que mais caem em prova.
Exercícios

Teste o que você aprendeu

Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.

  1. Básico

    Um carro vai de $0$ a $30$ m/s em $6$ s. Qual a sua aceleração média?

    Ver resposta

    $5\,\text{m/s}^2$. $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{30-0}{6}$.

  2. Básico

    Converta $108$ km/h para m/s.

    Ver resposta

    $30$ m/s. $108\div3{,}6=30$.

  3. Básico

    A velocidade de um móvel é dada por $v=4+3t$ (SI). Quais são a velocidade inicial e a aceleração? Qual a velocidade em $t=5$ s?

    Ver resposta

    $v_0=4$ m/s, $a=3\,\text{m/s}^2$ e $v(5)=19$ m/s. Comparando com $v=v_0+a\,t$; depois, $v=4+3\cdot5$.

  4. Básico

    A posição de um corpo é $s=2+5t+t^2$ (SI). Quais são $s_0$, $v_0$ e $a$?

    Ver resposta

    $s_0=2$ m, $v_0=5$ m/s e $a=2\,\text{m/s}^2$. Comparando com $s=s_0+v_0t+\frac{a}{2}t^2$: $\frac{a}{2}=1$, logo $a=2$.

  5. Intermediário

    Uma moto parte do repouso com aceleração de $4\,\text{m/s}^2$. Que distância ela percorre nos $5$ primeiros segundos e com que velocidade termina?

    Ver resposta

    $50$ m e $20$ m/s. $\Delta s=\frac{a\,t^2}{2}=\frac{4\cdot25}{2}=50$ m e $v=a\,t=4\cdot5=20$ m/s.

  6. Intermediário

    Um carro a $30$ m/s freia com aceleração de módulo $5\,\text{m/s}^2$. Que distância ele percorre até parar?

    Ver resposta

    $90$ m. Torricelli: $0=30^2-2\cdot5\cdot\Delta s\Rightarrow\Delta s=\frac{900}{10}=90$ m.

  7. Intermediário

    Um móvel segue $s=10-8t+2t^2$ (SI). Em que instante ele inverte o sentido do movimento e em que posição isso acontece?

    Ver resposta

    Em $t=2$ s, na posição $s=2$ m. A velocidade é $v=-8+4t$; ela zera em $t=2$ s. Então $s(2)=10-16+8=2$ m (vértice da parábola).

  8. Intermediário

    No gráfico $v\times t$ de um móvel, a velocidade cresce em linha reta de $4$ m/s (em $t=0$) até $12$ m/s (em $t=4$ s). Qual o deslocamento nesse intervalo e a velocidade média?

    Ver resposta

    $32$ m e $8$ m/s. A área é um trapézio: $\frac{(4+12)\cdot4}{2}=32$ m. Velocidade média: $\frac{32}{4}=8$ m/s, que é também $\frac{4+12}{2}$.

  9. Aplicado

    Um carro a $72$ km/h está a $55$ m de um semáforo quando o sinal fica vermelho. O motorista leva $0{,}5$ s para reagir e depois freia com aceleração de módulo $5\,\text{m/s}^2$. Ele consegue parar antes do semáforo?

    Ver resposta

    Sim, $5$ m antes. Com $v_0=20$ m/s, durante a reação o carro anda $20\cdot0{,}5=10$ m sem frear. Na frenagem: $0=20^2-2\cdot5\cdot\Delta s\Rightarrow\Delta s=40$ m. Total: $50$ m, menor que $55$ m.

  10. Aplicado

    Um carro parte do repouso com aceleração de $2\,\text{m/s}^2$ no mesmo instante em que um caminhão passa ao seu lado a $10$ m/s constantes, no mesmo sentido. Quando e onde o carro alcança o caminhão?

    Ver resposta

    Em $t=10$ s, a $100$ m do ponto de partida. Carro: $s=t^2$; caminhão: $s=10t$. Igualando: $t^2=10t\Rightarrow t=10$ s, e $s=100$ m. Nesse instante o carro está a $20$ m/s, o dobro do caminhão.

Referências

Para aprofundar

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