Seja quando um foguete decola, ou quando o carro aumenta sua velocidade, a aceleração está presente e entendê-la será um facilitador no aprendizado dos demais conceitos da física, pois esse assunto está presente ao longo de toda a mecânica (área da física que engloba a cinemática e dinâmica).
O que é a aceleração?
Podemos descrever a aceleração como a medida do quanto a velocidade de um corpo muda, em outras palavras, é uma grandeza vetorial que descreve a variação da velocidade de um objeto em relação ao tempo. Sua unidade de medida padrão (definida pelo SI), é “metros por segundo ao quadrado” ($m/s^2$). Ela pode ser positiva, negativa ou nula, no primeiro caso, significa que o corpo está aumentando sua velocidade, caso a aceleração seja negativa, isso indica que há uma diminuição da velocidade e numa situação de aceleração nula, a velocidade se mantém constante (não muda).
Tipos de aceleração
Há vários tipos de aceleração, mais que os de velocidade, passarei por todos eles, mas explicarei com mais ênfase os quatro primeiros (e principais).
Aceleração média:
É uma medida do quanto, em média, um corpo acelerou em um determinado intervalo de tempo. Ela fornece uma visão geral de como a velocidade de um objeto mudou em um dado período. E a forma de calculá-la é por meio da equação abaixo:
$$a_{m}=\frac{v_f-v_i}{t_f-t_i}=\frac{\Delta v}{\Delta t}$$
$a_{m}$ – Aceleração média;
$v_i$ e $v_f$ – Velocidade inicial e final, respectivamente;
$t_i$ e $t_f$ – Tempo inicial e final, respectivamente;
$\Delta v$ e $\Delta t$ – Variações de velocidade tempo, respectivamente.
Geralmente é considerado como tempo inicial o instante $t=0$, mas sempre devemos tomar nota dos dados informados nos enunciados, pois há casos que o $t_i$ é diferente.
Exemplo:
Um piloto de testes, visando verificar a aceleração de seu carro, entre em um trecho com velocidade igual à $20\;m/s$, e sai dele com velocidade igual à $40/;m/s$. Sabendo que demorou $5$ segundos para ele percorrer essa parte da pista, qual é sua aceleração média?
Nos foi dado todos os dados necessários, como não foi especificada a unidade de medida, manteremos as unidades padrões. As velocidades final e inicial são $40$ e $20$ metros por segundo, respectivamente, e o intervalo de tempo é de $5$ segundos, agora é só utilizar a equação para acharmos a aceleração média
$$a_{m}=\frac{\Delta v}{\Delta t}$$=\frac{v_f-v_i}{\Delta t}$$
$$ a_{m}=\frac{40-20}{5}=\frac{20}{5}=4\;m/s^2$$
Uma observação interessante é que geralmente essa aceleração é referida nos livros e aulas como “aceleração escalar média”, pois apesar de ela ser uma grandeza vetorial, no cálculo desse tipo específico, nos interessa apenas o módulo da aceleração.
Aceleração instantânea:
Conhecida como “aceleração escalar instantânea”, é a medida de variação da velocidade de um objeto (corpo) em um instante específico, ou seja, num intervalo minúsculo de tempo, como se ele fosse zero. Ela é obtida ao calcular a derivada da velocidade em relação ao tempo, fornecendo uma medida precisa de como a velocidade está mudando naquele exato momento. Traduzindo para o matematiquês, temos:
$$a(t)=\frac{dv}{dt}=\displaystyle\lim_{\Delta t\to0}\frac{\Delta v}{\Delta t}$$
$a(t)$ – Aceleração instantânea;
$\frac{dv}{dt}$ – Derivada da velocidade em relação ao tempo.
A nível de ensino médio, quase não estudamos esse tipo de aceleração, pois necessita de conhecimentos de cálculo para se calcular e entender bem a fórmula resolutiva.
Aceleração gravitacional:
É a aceleração que um objeto é submetido ao estar imerso em um campo gravitacional, em outras palavras, é a aceleração causada pela “força da gravidade”. Na superfície da Terra, essa aceleração é aproximadamente $9,81\;m/s^2$, sendo arredondada para $10\;m/s^2$ no ensino médio e em questões mais simples. Ela é uma constante importante nas equações de movimento dos corpos em queda livre ou em lançamentos.
Aceleração centrípeta:
Ela aparece em casos em que um corpo percorre um caminho circular (curva, rotatória etc.), fazendo com que o corpo se mantenha na trajetória. Esta aceleração sempre aponta em direção ao centro do círculo e é dada pela equação:
$$a_c=\frac{v^2}{r}$$
$a_c$ – Aceleração centrípeta;
$v$ – Velocidade tangencial (tangente à trajetória);
$r$ – Raio da curva (círculo).
Aceleração de cargas:
A aceleração de cargas elétricas é um conceito central na física, principalmente no estudo do eletromagnetismo. Quando uma carga elétrica é submetida a um campo elétrico, ela experimenta uma força que pode acelerá-la de acordo com a segunda lei de Newton. Podemos calculá-la com a seguinte equação:
$$a=\frac{F}{m}$$
$a$ – Aceleração da carga;
$F$ – Força que o campo exerce sobre a carga;
$m$ – Massa da carga elétrica.
O estudo dessa aceleração é crucial para o funcionamento de dispositivos como tubos de raios catódicos e aceleradores de partículas, onde partículas são aceleradas a altas velocidades para a medição e análise de fenômenos físicos.
Classificação de movimentos baseada na aceleração
A depender do valor da aceleração e até mesmo do seu sinal (positivo ou negativo), podemos caracterizar alguns tipos de movimentos. Saber diferenciá-los pode lhe ajudar a entender com que situação estais trabalhando.
Movimento uniforme:
Quando a aceleração é nula, temos o chamado “movimento uniforme”, onde a velocidade do objeto permanece constante durante todo o movimento. Um carro que mantém sua velocidade durante toda a viagem é um exemplo de MU.
Movimento uniformemente variado:
O movimento uniformemente variado ocorre quando a aceleração é constante, mas não nula. Isso significa que a velocidade do objeto muda de forma igual ao longo do tempo. Imaginemos um carro acelerando com a mesma intensidade, de forma contínua e constante, esse é um exemplo de MUV.
Movimento acelerado:
Classificamos um movimento como acelerado, quando a velocidade do objeto aumenta no decorrer do tempo. Isso significa que a aceleração é positiva. Um foguete decolando é um exemplo de movimento acelerado, onde sua velocidade aumenta rapidamente à medida que ganha altitude.
Movimento retardado:
O movimento retardado, ou desacelerado (contrário ao acelerado), ocorre quando a velocidade de um objeto diminui ao longo do tempo, indicando uma aceleração negativa. Um carro que freia até parar exemplifica bem este tipo de movimento.
Formado em Eletrotécnica pelo IFRN, além de ter cursos de Matemática Básica e Cálculo pela empresa Help Engenharia.
