Mecânica

A Mecânica é a parte da Física que estuda principalmente as forças que agem sobre os corpos em movimento, em repouso, em equilíbrio e nos fluidos.

O estudo da Mecânica possibilitou o desenvolvimento dos aviões.

A Mecânica é a parte da Física que estuda principalmente as forças que agem sobre os corpos em movimento, em repouso, em equilíbrio e nos fluidos. As áreas da Mecânica são chamadas de Mecânica Clássica, Mecânica Relativística e Mecânica Quântica.

Resumo sobre Mecânica

A Mecânica é a parte da Física que estuda, de maneira geral, o movimento, o repouso e o equilíbrio dos corpos quando submetidos a uma força ou não.
A mecânica é separada em Clássica, Relativística e Quântica.
A área da Mecânica mais cobrada no Enem é a Hidrostática.
Em praticamente todas as situações do cotidiano, temos a aplicação de um ou vários conceitos da Mecânica.

O que se estuda em Mecânica?

A Mecânica é a parte da Física que estuda os corpos em repouso, em equilíbrio, em movimento em velocidades menores que a da luz, e em movimento em velocidades próximas à da luz; a relação entre o tempo e espaço; e os fenômenos em escalas subatômicas e atômicas.

Divisões da Física Mecânica

A Mecânica pode ser dividida em Clássica, Relativística e Quântica.

Mecânica Clássica: o estudo do movimento, repouso e equilíbrio dos corpos em velocidades muito inferiores à velocidade da luz. É subdividida em cinemática, dinâmica, estática, hidrostática e hidrodinâmica.
- Cinemática: estuda o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado em trajetórias retilíneas e circulares; e os lançamentos horizontal, vertical e oblíquo.
- Dinâmica: estuda as leis de Newton; gravitação universal; trabalho; energia; impulso; momento linear; e colisões.
- Estática: estuda o centro de massa; equilíbrio dos corpos; alavancas; torque; e momento angular.
- Hidrostática: estuda a massa específica; pressão; princípio de Stevin; teorema de Pascal; teorema de Arquimedes.
- Hidrodinâmica: estuda a vazão; equação da continuidade; e princípio de Bernoulli.
Mecânica Relativística: o estudo do movimento dos corpos com velocidades muito próximas à da luz; e o estudo da interação espaço-temporal. Ela é subdividida na relatividade restrita e na relatividade geral.
Mecânica Quântica: o estudo dos fenômenos ocorridos nas escalas subatômicas e atômicas. Suas subdivisões ainda estão em desenvolvimento.

Fórmulas da Mecânica

A Mecânica tem diversas fórmulas. A seguir, as principais.

→ Fórmulas da cinemática

◦ Velocidade média

→ velocidade média, medida em [m/s].
→ o deslocamento ou a variação de posição, medido em metros [m].
→ posição final, medida em metros [m].
→ posição inicial, medida em metros [m].
→ variação de tempo, medida em segundos [s].
→ tempo final, medido em segundos [s].
→ tempo inicial, medido em segundos [s].

◦ Aceleração média

→ aceleração média, medida em [m/s²].
→ variação da velocidade, medida em [m/s].
→ velocidade final, medida em [m/s].
→ velocidade inicial, medida em [m/s].
→ variação de tempo, medida em segundos [s].
→ tempo final, medido em segundos [s].
→ tempo inicial, medido em segundos [s].

◦ Função horária da posição no movimento uniformemente variado (MUV)

x_f → posição final, medida em metros [m].
x_i → posição inicial, medida em metros [m].
v_i → velocidade inicial, medida em [m/s].
a → aceleração, medida em [m/s²].
t → tempo, medido em segundos [s].

◦ Equação de Torricelli

∆x → o deslocamento ou a variação de posição, medido em metros [m].
v_f → velocidade final, medida em [m/s].
v_i → velocidade inicial, medida em [m/s].
a → aceleração, medida em [m/s²].

Veja também: Algumas dicas para resolver exercícios de cinemática

→ Fórmulas do movimento circular

◦ Deslocamento angular

→ variação do deslocamento angular ou ângulo, medida em radianos [rad].
→ deslocamento angular final, medido em radianos [rad].
→ deslocamento angular inicial, medido em radianos [rad].
→ variação do deslocamento escalar, medida em metros [m].
R → raio da circunferência.

◦ Velocidade angular média

→ velocidade angular média, medida em [rad/s].
∆_φ → variação do deslocamento angular, medida em radianos [rad].
∆_t → variação do tempo, medida em segundos [s].

ω → velocidade angular média, medida em [rad/s].
v → velocidade linear, medida em [m/s].
R → raio da circunferência.

◦ Aceleração angular média

α_m → aceleração angular média, medida em [rad/s²] .
∆_ω → variação da velocidade angular, medida em [rad/s].
∆_t → variação de tempo, medida em segundos [s].

α → velocidade angular, medida em [rad/s²].
a → aceleração linear, medida em [m/s²].
R → raio da circunferência.

→ Fórmulas da dinâmica

◦ Força resultante

F_R → força resultante, medida em Newton [N].
m → massa do corpo, medida em quilogramas [kg].
a → aceleração do corpo, medida em [ms²].

◦ Força peso

P → força peso, medida em Newton [N].
m → massa do corpo, medida em quilogramas [kg].
g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente 10 m/s².

◦ Força elástica

F_el → força elástica, medida em Newton [N].
k → constante da mola, medida em [N/m].
∆_x → variação da deformação da mola (também chamada de elongação), medida em metros [m].

◦ Força de atrito

f_at → força de atrito, medida em Newton [N].
μ → coeficiente de atrito, podendo ser estático ou cinético.
N → força normal, medida em Newton [N].

◦ Trabalho

W → trabalho, medido em Joule [J].
F_R → força resultante, medida em Newton [N].
d → distância deslocada, medida em metros [m].
θ → ângulo entre e d, medido em graus.

◦ Energia cinética

E_c → energia cinética, medida em Joule [J].
m → massa, medida em quilograma [kg].
v → velocidade, medida em [ms].

◦ Energia potencial elástica

E_pel → energia potencial elástica, medida em Joule [J].
k → constante da mola, medida em [N/m].
x → elongação ou deformação da mola, medida em metros [m].

◦ Energia potencial gravitacional

E_pg → energia potencial gravitacional, medida em Joule [J].
m → massa, medida em quilograma [kg].
g → aceleração da gravidade, vale aproximadamente 9,8 m/s².
h → altura, medida em metros [m].

◦ Momento linear

p → momento linear ou quantidade de movimento, medido em [].
m → massa, medida em quilograma [kg].
v → velocidade, medida em metros por segundo [m/s].

→ Fórmulas da estática

◦ Centro de massa

x_CM → posição do centro de massa do sistema de partículas no eixo horizontal.
y_CM → posição do centro de massa do sistema de partículas no eixo vertical.
m₁, m₂ e m₃ → massas das partículas.
x₁, x₂ e x₃ → posições das partículas no eixo horizontal.
y₁, y₂ e y₃ → posições das partículas no eixo vertical.

◦ Alavanca

F_p → força potente, medida em Newton [N].
d_p → distância da força potente, medida em metros [m].
F_r → força resistente, medida em Newton [N].
d_r → distância da força resistente, medida em metros [m].

◦ Torque

τ → torque produzido, medido em [N∙m].
r → distância do eixo de rotação, também chamado de braço de alavanca, medida em metros [m].
F → força produzida, medida em Newton [N].
θ → ângulo entre a distância e a força, medido em graus [°].

→ Fórmulas da hidrostática

◦ Pressão

p → pressão, medida em Pascal [Pa].
F → força, medida em Newton [N].
A → área da superfície, medida em [m²].

Importante: Conversões da unidade de medida de pressão: 1 atm = 1,01 ∙10⁵ Pa = 760 mmHg .

◦ Empuxo

E → força de empuxo, medida em newtons [N].
ρ_f → densidade do fluido, medida em [kg/m³].
V_fd → volume do fluido deslocado, medido em [m³].
g → aceleração da gravidade, medida em [m/s²].

◦ Massa específica

ρ → massa específica, medida em [kg/m³].
m → massa, medida em quilogramas [kg].
V → volume, medido em [m³].

◦ Lei de Stevin

p₁ → pressão no ponto 1, medida em Pascal [Pa].
p₂ → pressão no ponto 2, medida em Pascal [Pa].
ρ → massa específica, medida em [kg/m³].
g → aceleração da gravidade, medida em [m/s²].
∆h → variação da altura ou profundidade, medida em metros [m].

◦ Vasos comunicantes

H₁ e H₂ → alturas relacionadas às áreas, medidas em metros [m].
d₁ e d₂ → densidades dos fluidos, medidas em [kg/m³].

◦ Teorema de Pascal

F₁ e F₂ → forças aplicada e recebida, respectivamente, medidas em Newton [N].
A₁ e A₂ → áreas relacionadas à aplicação das forças, medidas em [m²].
H₁ e H₂ → alturas relacionadas às áreas, medidas em metros [m].

→ Fórmulas da hidrodinâmica

◦ Equação da continuidade

A₁ → área da seção de escoamento 1, medida em metros quadrados [m²].
v₁ → velocidade de escoamento na área 1, medida em metros por segundo [m/s].
A₂ → área da seção de escoamento 2, medida em metros quadrados [m²].
v₂ → velocidade de escoamento na área 2, medida em metros por segundo [m/s].

◦ Equação de Bernoulli

p₁ → pressão do fluido no ponto 1, medida em Pascal [Pa].
p₂ → pressão do fluido no ponto 2, medida em Pascal [Pa].
v₁ → velocidade do fluido no ponto 1, medida em metros por segundo [m/s].
v₂ → velocidade do fluido no ponto 2, medida em metros por segundo [m/s].
y₁ → altura do fluido no ponto 1, medida em metros [m].
y₂ → altura do fluido no ponto 2, medida em metros [m].
ρ → densidade do fluido, medida em [kg/m³].
g → aceleração da gravidade, mede aproximadamente 9,8 m/s².

→ Fórmulas da relatividade

◦ Contração do comprimento

L_o → distância ou comprimento do corpo em repouso.
L → distância ou comprimento do corpo em movimento.
γ → fator de Lorentz.

◦ Dilatação do tempo

∆t → tempo do corpo em movimento.
∆t_o → tempo do corpo em repouso.
γ → fator de Lorentz.

◦ Relação geral entre massa e energia

E → energia de uma ou várias partículas, também chamada de energia relativística, medida em Joule [J].
m → massa de uma ou várias partículas, medida em quilograma [kg].
c → velocidade da luz no vácuo, com valor de 299 792 458 m/s².

Acesse também: Alguns macetes para fórmulas de Física

Qual a importância da Mecânica?

A Mecânica é uma área fundamental para o aprendizado da Física, já que seu estudo permitiu compreendermos o movimento, repouso e equilíbrio dos corpos, o movimento planetário e dos corpos celestes, os fenômenos nas escalas subatômicas e atômicas, e muito mais, possibilitando que desenvolvessemos a tecnologia, a Engenharia e a Medicina.

Mecânica no Enem

A Mecânica Clássica é amplamente abordada no Enem, principalmente a área da hidrostática, empregando seus conceitos no cotidiano. Já a Mecânica Relativística raramente é abordada no Enem, devido a sua baixa inclusão nos conteúdos programáticos do ensino médio. E a Mecânica Quântica, até os dias atuais, nunca caiu no Enem, em razão da sua complexidade e de ser estudada majoritariamente nos cursos de graduação e pós-graduação na área de Física, como licenciatura em Física, bacharelado em Física, Engenharia Física, e outros.

Confira também: Quais são os temas de Física que mais aparecem no Enem?

Mecânica no cotidiano

Existem milhares de aplicações da Mecânica em nosso cotidiano. Pensando nisso, selecionamos algumas situações:

lançamento e queda dos corpos;
equilíbrio e colisões dos automóveis e aeronaves;
órbitas dos satélites, planetas e demais corpos celestes;
movimento dos corpos quando aceleramos;
funcionamento do GPS;
andar, correr, nadar, cavalgar, fazer exercícios físicos;
funcionamento de máquinas simples, como polias, planos inclinados, roldanas.

Exercícios resolvidos sobre Mecânica

Questão 1

(UFSM) A posição dos peixes ósseos e seu equilíbrio na água são mantidos, fundamentalmente, pela bexiga natatória que eles possuem. Regulando a quantidade de gás nesse órgão, o peixe se situa mais ou menos elevado no meio aquático.

“Para _______________ a profundidade, os peixes ______________ a bexiga natatória e, com isso, _______________ a sua densidade.”

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas.

A) aumentar – desinflam – aumentam

B) aumentar – inflam – diminuem

C) diminuir – inflam – aumentam

D) diminuir – desinflam – diminuem

E) aumentar – desinflam – diminuem

Resolução:

Alternativa A

Para aumentar a profundidade, os peixes desinflam a bexiga natatória, e, com isso, aumentam a sua densidade.

Questão 2

(Fatec) Na Teoria da Relatividade Restrita de Einstein, dois conceitos estudados referem-se ao fato de que, ao considerar um objeto propagando-se à velocidade da luz, podemos verificar

A) a dilatação do tempo e a dilatação do comprimento.

B) a contração do tempo e a dilatação do comprimento.

C) a dilatação do tempo e a contração do comprimento.

D) a dilatação do tempo sem contração do comprimento.

E) a contração do tempo sem contração do comprimento.

Resolução:

Alternativa C

De acordo com a teoria da relatividade restrita, de Einstein, um corpo, se propagando na velocidade da luz, observará a dilatação do tempo e a contração do comprimento.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

Publicado por Pâmella Raphaella Melo