O estudo da velocidade na física

Na física, velocidade relaciona a variação da posição no espaço em relação ao tempo, ou seja, qual a distância percorrida por um corpo num determinado intervalo temporal. É uma grandeza vetorial, possuindo direção, sentido e módulo, esse último chamado de rapidez e de dimensões [L][T]-1, sendo medida no SI em metros por segundo (m/s ou ms-1). Em geral, os símbolos da velocidade são v ou \vec{v}, o primeiro para a velocidade escalar e o segundo para o vetor velocidade. A variação da velocidade em relação ao tempo é a aceleração.

Índice [esconder]

1 Equações de velocidade

1.1 Movimento retilíneo uniforme

1.2 Movimento retilíneo uniformemente variado

1.3 Derivada

2 Unidades de velocidade

2.1 Sistema Internacional de Unidades (SI)

2.2 Sistema CGS de unidades

2.3 Sistema imperial de medidas

2.4 Navegação marítima e Navegação aérea

2.5 Aeronáutica

2.6 Unidades naturais

2.7 Outras unidades

3 Referências

4 Ver também

Equações de velocidade[editar | editar código-fonte]

Velocidade é um conceito fundamental para a mecânica clássica. Foi a partir desse que os primeiros físicos puderam desenvolver o estudo do movimento dos corpos, tornando-se capazes de descrever trajetórias através de funções matemáticas. Isaac Newton, pai da mecânica clássica, desenvolveu o cálculo diferencial a partir desse estudo. Há dois tipos de movimentos considerados mais simples: o movimento retilíneo uniforme(MRU) e o movimento retílineo uniformemente variado(MRUV), que são representados por equações lineares e quadrádicas respectivamente. Para outros tipos de movimento mais complexos utiliza-se a derivada.

Movimento retilíneo uniforme[editar | editar código-fonte]

É o movimento descrito por objetos com velocidade constante em uma trajetória retilínea (em linha reta), para tal, é preciso que a resultante das forças que atuam sobre o corpo seja nula. Dado um deslocamento \Delta s, em um intervalo de tempo \Delta t A velocidade escalar \mathbf{v} é dada por:

\mathbf{v}=\frac{\Delta \mathbf{s}}{\Delta \mathbf{t}}.

Somente no MRU a velocidade de um corpo a qualquer instante é igual à sua velocidade média, sabendo-se a posição e velocidade da partícula em um determinado instante permite determinar a localização da partícula em qualquer outro instante.1

A equação do espaço \mathbf{S} em função do tempo \mathbf{t}, a partir de um ponto \mathbf{S_o<} é:

S=S_o+\mathbf{v}t

O gráfico sxt desse movimento é uma linha reta2 cuja tangente do ângulo de inclinação dessa reta, em relação ao eixo \mathbf{t} é o valor da velocidade.

Movimento retilíneo uniformemente variado[editar | editar código-fonte]

É o movimento de objetos que variam sua velocidade de forma constante, ou seja, possuem aceleração constante.

No MRUV a equação da aceleração é análoga à da velocidade no MRU; e a equação de velocidade no MRUV é análoga à do espaço no MRU.

a=\frac{\Delta \mathbf{v}}{\Delta t}

\mathbf{v}=\mathbf{v}_o+at

E a equação do espaço é a seguinte:

S=S_o+\mathbf{v}_ot+\frac{at^2}{2}

O gráfico sxt desse movimento é uma parábola.

Veja mais em movimento retilíneo.

Derivada[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Derivada

Os dois movimentos acima só ocorrem em condições muito especificas, para estudar os movimentos dos corpos como ocorrem na natureza Newton desenvolveu a derivada, para calcular a velocidade instantânea de um corpo em certo instante é necessário usar limite, medindo-se uma variação infinitesimal de espaço em um intervalo infinitesimal de tempo.

\mathbf{v}=\lim_{\Delta t \rightarrow 0}\frac{\Delta s}{\Delta t}=\frac{ds}{dt}

Da definição de derivada:

\mathbf{v}=\frac{ds}{dt}=\lim_{\Delta t \rightarrow 0}\frac{S\left(t+\Delta t\right)-S(t)}{\Delta t}

Com a derivação é possível calcular a velocidade de um objeto a partir do gráfico sxt, ela fornece a inclinação da reta tangente ao ponto na curva correspondente, sendo essa a velocidade instantânea.

A aceleração é a derivada da velocidade com relação ao tempo:3

a=\frac{d \mathbf{v}}{dt}

Unidades de velocidade[editar | editar código-fonte]

Velocidade e referencial. No diagrama acima, a velocidade relativa do objecto em relação a uma câmera sobre trilhos, ao lado da trajetória, movendo-se com a mesma rapidez do objecto, é igual a 0 (pois v1 = v2). A câmera, pois, registrará o objecto "parado" em sua frente.

Gráfico do tempo versus deslocamento, que permite a inferência da velocidade escalar.

Sistema Internacional de Unidades (SI)[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Sistema Internacional de Unidades

Metro por segundo (m/s): unidade de velocidade do SI (1 m/s = 3,6 km/h).

Sistema CGS de unidades[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Sistema CGS de unidades

Centímetro por segundo (cm/s)

Sistema imperial de medidas[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Sistema imperial de medidas

Pé por segundo (ft/s)

Milha por