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Movimento Retilíneo (Física, Ensino Médio)

Para descrever um movimento, primeiro escolhemos um referencial: uma origem, um sentido e um relógio. A posição x muda com o tempo t. A velocidade v = dx/dt é a inclinação do gráfico x–t; a aceleração a = dv/dt é a inclinação do gráfico v–t, e a área sob o gráfico v–t é o deslocamento. Para a constante: v = u + at, x = ut + ½at², v² = u² + 2as.

🎬 História passo a passo

  1. Referencial: escolha uma origem e um sentido. O mesmo carro está a 12 m da origem O, mas só a 6 m da árvore. A posição depende de onde você mede.
  2. O carro azul percorre a mesma distância a cada segundo: movimento uniforme, uma reta no gráfico x–t. O carro vermelho percorre mais a cada segundo: movimento não uniforme, uma linha curva.
  3. A velocidade média é Δx ÷ Δt, a inclinação de uma reta secante. Diminua Δt e a reta vira uma tangente. Sua inclinação é a velocidade instantânea.
  4. Com aceleração constante, o gráfico v–t é uma reta. Sua inclinação é a. A área sob ele é o deslocamento. Daí saem as equações do movimento.
  5. Pelo cálculo: v = dx/dt e a = dv/dt. Integre uma aceleração constante uma vez e obtenha v = u + at; duas vezes, x = ut + ½at²; e v dv = a dx dá v² = u² + 2as.
  6. Sua vez: mude u e a e alterne entre os gráficos x–t, v–t e a–t. Confira as três equações com os números abaixo.

Dica: arraste a cena 3D para girar. Use dois dedos para dar zoom.

🤔 Dúvidas comuns, esclarecidas

Por que duas pessoas dão posições diferentes para o mesmo carro?

Elas usam origens diferentes. A posição é sempre medida a partir de uma origem escolhida; mudando o referencial, o número muda, mas o movimento é o mesmo.

Como reconheço um movimento uniforme pelo gráfico?

Uma reta no gráfico x–t significa a mesma distância a cada segundo. No 3D, os pontos azuis ficam igualmente espaçados; os vermelhos se afastam e o gráfico vermelho se curva.

Como pode haver velocidade 'num instante' se a velocidade precisa de tempo?

Usamos um Δt cada vez menor. A reta secante vira a tangente e Δx/Δt se aproxima de um único valor: dx/dt.

Por que a área sob o gráfico v–t é igual ao deslocamento?

Num tempo minúsculo dt, o deslocamento = v × dt, uma faixa fina da área. Somando todas as faixas, temos a área inteira.

Por que v² = u² + 2as não tem tempo?

Eliminamos t colocando t = (v − u)/a em s = ½(u + v)t, ou escrevendo a = v dv/dx e integrando em x.

A aceleração pode ser negativa enquanto a rapidez aumenta?

Pode. Se v também é negativa, as duas apontam para o mesmo lado e a rapidez cresce. Teste u = −2 e a = −1 no modo livre.

Referencial: de onde você está medindo?

O movimento é sempre relativo. Para dizer onde algo está, precisamos de um referencial: uma origem (ponto zero), um sentido positivo escolhido e um relógio para marcar o tempo.

Um passageiro sentado num trem em movimento está parado em relação ao trem, mas em movimento em relação à plataforma. As duas respostas estão certas; elas usam referenciais diferentes.

Em linha reta, um único número x (com sinal) indica a posição. O deslocamento Δx = x₂ − x₁ é a mudança de posição; a distância percorrida é todo o caminho andado, sempre positiva.

Movimento uniforme e não uniforme

Movimento uniforme: deslocamentos iguais em intervalos de tempo iguais, por menores que sejam. A velocidade é constante e o gráfico x–t é uma reta.

Movimento não uniforme: deslocamentos diferentes em intervalos de tempo iguais. A velocidade muda e o gráfico x–t é curvo.

Velocidade e rapidez, média e instantânea

Velocidade média = deslocamento ÷ tempo = Δx/Δt. Rapidez média (velocidade escalar média) = distância total percorrida ÷ tempo. Se você anda 100 m e volta em 50 s, a velocidade média é 0, mas a rapidez média é 4 m/s.

Velocidade instantânea é a velocidade em um único instante: v = lim(Δt→0) Δx/Δt = dx/dt. No gráfico x–t, é a inclinação da tangente. A rapidez instantânea é o módulo da velocidade instantânea.

A rapidez média é sempre ≥ o módulo da velocidade média; elas só são iguais se o objeto nunca volta atrás.

Derivadas e integrais simples para o movimento

Você só precisa de poucas regras: d/dt(tⁿ) = n tⁿ⁻¹, d/dt(constante) = 0 e ∫tⁿ dt = tⁿ⁺¹/(n + 1) + C.

Derivar vai de x → v → a (inclinações). Integrar vai de a → v → x (áreas), e os valores iniciais u e x₀ preenchem as constantes.

Aceleração e movimento uniformemente acelerado

Aceleração é a taxa de variação da velocidade: a média = Δv/Δt, a instantânea = dv/dt (unidade m/s²). Quando a é igual em todos os instantes, o movimento é uniformemente acelerado; um corpo em queda livre perto da Terra é o melhor exemplo (a = g ≈ 9,8 m/s², para baixo).

Um a negativo nem sempre significa que o corpo está freando. O objeto só desacelera quando v e a têm sinais opostos.

Gráficos posição–tempo e velocidade–tempo

Um gráfico nunca pode mostrar duas posições no mesmo instante, e a rapidez nunca é negativa.

Equações do movimento por gráficos e por cálculo

Método gráfico (reta v–t de u até v)

Inclinação: a = (v − u)/t → v = u + at. Área = retângulo ut + triângulo ½·t·(at) → s = ut + ½at². Área como trapézio s = ½(u + v)t; coloque t = (v − u)/a → v² = u² + 2as.

Método do cálculo

dv/dt = a → ∫ᵤᵛ dv = ∫₀ᵗ a dt → v = u + at. dx/dt = u + at → ∫dx = ∫(u + at)dt → x − x₀ = ut + ½at². Também a = v dv/dx → ∫v dv = ∫a dx → v² − u² = 2a(x − x₀).

Distância percorrida no n-ésimo segundo: sₙ = u + a(2n − 1)/2. Essas equações só valem quando a é constante.

Fórmulas e definições principais

Exemplos resolvidos

1. Um corredor dá uma volta de 400 m numa pista circular e volta ao ponto de partida em 80 s. Calcule a rapidez média e a velocidade média.

Passo 1: distância percorrida = 400 m, deslocamento = 0. Passo 2: rapidez média = 400/80 = 5 m/s. Passo 3: velocidade média = 0/80 = 0.

2. A posição de uma partícula é x = 3t² − 2t + 4 (x em m, t em s). Calcule a velocidade e a aceleração em t = 2 s.

Passo 1: v = dx/dt = 6t − 2. Passo 2: em t = 2 s, v = 12 − 2 = 10 m/s. Passo 3: a = dv/dt = 6 m/s² (constante).

3. Um carro parte do repouso com a = 2 m/s². Calcule sua velocidade e a distância percorrida após 5 s.

Passo 1: u = 0, a = 2, t = 5. Passo 2: v = u + at = 0 + 10 = 10 m/s. Passo 3: s = ut + ½at² = 0 + ½ × 2 × 25 = 25 m.

4. Uma moto a 20 m/s freia com desaceleração de 5 m/s². Que distância ela percorre até parar?

Passo 1: u = 20, v = 0, a = −5. Passo 2: v² = u² + 2as → 0 = 400 − 10s. Passo 3: s = 40 m.

5. Uma bola é solta do alto de um prédio de 45 m (g = 10 m/s²). Calcule o tempo até chegar ao chão e a velocidade ao atingi-lo.

Passo 1: tome o sentido para baixo como positivo: u = 0, a = 10, s = 45. Passo 2: s = ½gt² → 45 = 5t² → t = 3 s. Passo 3: v = gt = 30 m/s.

6. Um gráfico v–t é uma reta que vai de 4 m/s em t = 0 a 16 m/s em t = 6 s. Calcule a aceleração e o deslocamento.

Passo 1: a = inclinação = (16 − 4)/6 = 2 m/s². Passo 2: deslocamento = área do trapézio = ½(4 + 16) × 6 = 60 m. Passo 3: conferindo: s = ut + ½at² = 24 + 36 = 60 m ✓.

7. Um corpo com u = 3 m/s e a = 2 m/s² move-se em linha reta. Calcule a distância percorrida no 5º segundo.

Passo 1: sₙ = u + a(2n − 1)/2. Passo 2: s₅ = 3 + 2 × 9/2 = 3 + 9 = 12 m. Passo 3: conferindo: s(5) − s(4) = (15 + 25) − (12 + 16) = 40 − 28 = 12 m ✓.

8. A aceleração de uma partícula é a = 6t m/s². Ela parte do repouso em x = 0. Calcule v e x em t = 2 s.

Passo 1: a não é constante, então use cálculo, não v = u + at. Passo 2: v = ∫₀ᵗ 6t dt = 3t² → v(2) = 12 m/s. Passo 3: x = ∫₀ᵗ 3t² dt = t³ → x(2) = 8 m.

Erros comuns

Quiz de prática

1. A inclinação de um gráfico posição–tempo dá:
2. A área sob um gráfico velocidade–tempo dá:
3. Se x = 4t³, a velocidade em t = 1 s é:
4. Numa viagem de ida e volta até o ponto de partida, a velocidade média é:
5. Qual equação não tem o tempo t?

Prática: responda você mesmo

Digite ou escolha sua resposta e aperte Conferir. Use a dica se travar; a solução completa aparece depois que você responder.

Perguntas frequentes

O que é movimento retilíneo no Ensino Médio?

É o capítulo do movimento em uma dimensão: posição, deslocamento, rapidez, velocidade, aceleração, seus gráficos e as equações do movimento para aceleração constante.

Como deduzir as equações do movimento pelo método do cálculo?

Integre dv/dt = a para obter v = u + at, integre dx/dt = u + at para obter x = ut + ½at², e integre v dv = a dx para obter v² = u² + 2as.

Qual é a diferença entre velocidade média e velocidade instantânea?

A velocidade média é o deslocamento total ÷ o tempo total. A velocidade instantânea é dx/dt, a inclinação do gráfico x–t em um instante.

Onde isso é ensinado

Canada (Ontario)Grade 11B. Kinematics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IMechanics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IMechanics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
Ukraine10 класMechanics
Ukraine10 класMechanics
CBSE (India)Class 11Kinematics
England (GCSE, A level)Year 12P-Q Units and kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Common course additions
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Modelling motion in physics
FranceTerminaleMotion and interactions
Russia10 классMechanics: kinematics
Russia10 классMechanics: kinematics
China高一Compulsory 1 Ch.1 Describing motion
China高一Compulsory 1 Ch.2 Uniformly accelerated motion

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