Exemplo de movimento relativo

O movimento relativo é aquele que é assumido em um corpo se movendo dentro de um quadro de referência, que se move dentro de outro quadro de referência. Para melhor compreendê-lo, serão estabelecidos os conceitos de referenciais, que podem ser inerciais ou não inerciais.

Um quadro de referência é o conjunto de corpos em relação aos quais o movimento é descrito. Sistemas tais que neles se verifica a Lei da Inércia, ou seja, as Leis do Movimento de Newton, são chamados de Sistemas Inerciais.. Qualquer sistema que se mova suavemente em relação a um sistema inercial é, portanto, também inercial.

Um objeto livre de forças que o afetam é colocado, o qual se move com uma velocidade v em relação a um sistema inercial K, e é assumido que outro sistema K 'traduz em relação a K com uma velocidade constante V. Como é sabido que nenhuma força atua sobre o objeto e o sistema K é inercial, a velocidade v permanecerá constante. O objeto livre se moverá com uniformidade também em relação ao sistema K 'e, conseqüentemente, este sistema também é inercial.

Ao analisar o movimento livre de um corpo, você não pode diferenciar entre os vários sistemas inerciais. Por experiência, é apontado que todas as leis da mecânica são as mesmas em todos os sistemas inerciais, e este fato é chamado de "Princípio da Relatividade de Galileu".

Na prática, o Princípio da Relatividade de Galileu significa que o Observador localizado dentro uma sala fechada não é capaz de distinguir se a sala está em repouso ou se movendo com velocidade constante; no entanto, você pode dizer a diferença entre movimento suave e movimento acelerado.

Exemplos de movimento relativo

Sistemas em movimento retilíneo acelerado

Um sistema de referência K 'que se move com uma velocidade variável V (t) será levado em consideração (esta velocidade é uma função do tempo), em relação a um sistema inercial K. De acordo com o princípio da inércia, um objeto livre de forças vai se mover com uma velocidade constante v em relação ao sistema K. A velocidade v do objeto em relação ao sistema acelerado K 'verifica a soma galileana das velocidades:

Conseqüentemente, v 'não pode ser constante. Isso significa que no sistema K 'a lei da inércia não é cumprida, visto que em relação a K' um objeto livre de forças não tem movimento uniforme. Finalmente, K 'é um referencial não inercial.

Será assumido que, em um dado instante, a aceleração do sistema K 'em relação ao sistema K é A. Como um objeto livre mantém sua velocidade constante em relação ao sistema inercial K, em relação ao sistema K 'ele terá uma aceleração a' = -A. Claro, a aceleração que um objeto adquire em relação ao sistema K 'terá uma aceleração que é independente das propriedades do objeto; especificamente, a 'não depende da massa do objeto.

Esse fato permite estabelecer uma analogia muito importante entre o movimento em um sistema não inercial e o movimento em um campo. gravitacional, visto que em um campo gravitacional todos os corpos, sem depender de sua massa, adquirem a mesma aceleração, calculada em 9,81 m / s² para termos do planeta Terra.

As leis da mecânica não são válidas em um sistema acelerado. No entanto, as equações dinâmicas podem ser alteradas de modo que também sejam válidas para o movimento de um objeto em relação a um sistema não inercial K '; basta introduzir uma Força Inercial F *, proporcional à massa do corpo e à aceleração –A adquirida em relação a K´ se estiver livre de interações.

É importante notar que a força inercial F * difere das forças relacionadas às interações em dois aspectos: Em primeiro lugar, não há Força –F * para neutralizá-la e equilibrar o sistema. E em segundo lugar, a existência desta força inercial é dependente do sistema considerado. No sistema inercial, a Lei de Newton para um objeto livre é:

Mas para o sistema de referência acelerado é afirmado:

Sistemas de Referência Rotativos

Consideraremos um corpo que descreve um círculo de raio r com velocidade constante v, tomado em relação a um sistema inercial K. Com esta referência, o corpo terá uma aceleração, que equivale a:

Isso se a mudança em r, do centro da circunferência para fora, for considerada positiva. Com relação a um sistema K 'cuja origem coincide com o centro da circunferência e que gira com uma velocidade angular Ω, o corpo tem uma velocidade tangencial v´T + Ωr, e sua aceleração é:

Então, entre a aceleração do corpo em relação a K 'e a aceleração em relação a K, há uma diferença:

Esta diferença nas acelerações entre os dois sistemas pode ser explicada pela existência no sistema K 'de uma força inercial:

Complementado com "m", a massa do corpo, para se assemelhar à segunda lei de Newton, e depende da distância do corpo ao centro da circunferência e sua velocidade tangencial v'T em relação ao sistema rotativo K´. O primeiro termo corresponde a uma força radial que aponta de dentro para fora e é chamada de Força Centrífuga;o segundo termo corresponde a uma força radial apontando para fora ou para dentro, de acordo com o sinal positivo ou negativo de v´T, e é a chamada força de Coriolis para um corpo que se move tangencialmente em relação a K´.

10 exemplos de movimento relativo na vida diária:

1. O movimento de translação da Terra, em relação aos outros planetas, cujo ponto central é o sol.

2. O movimento de uma corrente de bicicleta em relação aos pedais.

3. A descida de um elevador em um prédio, em relação a outro que está subindo. Eles parecem ir mais rápido, porque entre eles aumentam a ilusão de ótica do movimento do outro.

4. Dois carros de corrida em posições fechadas durante uma competição parecem estar se movendo muito pouco uns para os outros, mas quando a perspectiva é colocada em toda a pista, você pode ver a velocidade real em que eles viajam.

5. Os atletas em uma maratona são agrupados em uma multidão, de modo que a velocidade do grupo é discernível, mas não uma única velocidade, até que a perspectiva esteja focada nela. Sua aceleração é melhor avaliada quando comparada a um concorrente anterior.

6. Quando é feito o estudo de um processo de fertilização, as velocidades micrométricas dos espermatozóides que se dirigem ao óvulo são capturadas, como se fossem velocidades macroscópicas. Se as velocidades naturais fossem observadas com o olho humano, seriam imperceptíveis.

7. O deslocamento das Galáxias no Universo é da ordem de Quilômetros a cada segundo, mas é indetectável pela vastidão do espaço.

8. Uma sonda espacial pode registrar sua própria velocidade de tal forma que na superfície da Terra seria enorme, mas observando-a em magnitudes espaciais, é lento.

9. Os ponteiros do relógio também se aplicam ao conceito de movimento relativo, porque enquanto um está move um espaço a cada segundo, outro move um espaço a cada minuto, e o último espaço cada hora.

10. Os postes de força parecem mover-se em alta velocidade quando vistos de dentro de um carro em movimento, mas na verdade estão em repouso. É um dos exemplos mais representativos de movimento relativo.