Nomeie o sistema e a grandeza pedida
Uma pergunta de movimento, uma de força e uma de energia podem descrever o mesmo objeto e pedir modelos diferentes. Escreva o que a pergunta pede para achar e depois liste as grandezas dadas, com unidade. Um esboço do caminho ou das forças pode mostrar qual relação entra.
Na mecânica introdutória, deixe visível qualquer hipótese declarada: massa constante, aceleração constante ou resistência desprezível. Se uma fórmula depende de uma dessas hipóteses, ela entra na explicação. Uma conta certa com um modelo que não serve não responde o problema físico.
Distinga rapidez média de velocidade média
A rapidez média é a distância total percorrida dividida pelo tempo decorrido. A velocidade média é o deslocamento dividido pelo tempo decorrido, com o sentido. Um corredor que percorre 100 m na ida e 100 m na volta em 50 s tem rapidez média 200/50 = 4 m/s, mas velocidade média zero, porque a posição final é igual à inicial.
O exemplo do ciclista dá uma rapidez média de 5 m/s a partir de 150 m em 30 s. Esses totais não estabelecem a rapidez num instante específico. Se a pergunta pede a rapidez instantânea, você precisa de mais informação, como uma inclinação local num gráfico adequado.
Leia os eixos do gráfico antes de usar a inclinação
Num gráfico de distância percorrida em função do tempo, a inclinação dá a rapidez. Um trecho reto de (10 s, 20 m) a (30 s, 80 m) tem inclinação (80 − 20)/(30 − 10) = 3 m/s. Use as variações entre as extremidades, não 80/30, porque este trecho começa depois da origem.
Um gráfico posição-tempo usa posição, e não distância percorrida; a inclinação dele dá a velocidade, que pode ser negativa. Um gráfico velocidade-tempo tem a aceleração como inclinação, e a área com sinal num intervalo dá o deslocamento. A mesma reta subindo muda de significado quando a grandeza vertical muda.
Use a força resultante na segunda lei de Newton
Para um objeto de massa constante num referencial inercial, a soma vetorial das forças externas é Fnet = ma. Suponha um carrinho de 2 kg com uma força horizontal de 10 N para a direita e uma força oposta de 4 N para a esquerda. Com a direita positiva, Fnet = 10 − 4 = 6 N, então a aceleração é 6/2 = 3 m/s² para a direita.
A força aplicada de 10 N, sozinha, não é a força resultante. Um diagrama de forças deve incluir as forças sobre o objeto escolhido e os sentidos relevantes. Forças verticais podem se equilibrar enquanto as horizontais não. Indique a convenção dos eixos antes de calcular as componentes com sinal.
Ligue trabalho e energia nas condições dadas
Para uma força constante paralela ao deslocamento, o trabalho é força vezes deslocamento. Uma força de 6 N que age por 3 m no mesmo sentido realiza 18 J de trabalho. Se a força aponta num ângulo, importa a componente dela ao longo do deslocamento; a relação geral para força constante é W = Fd cos θ.
Perto da superfície da Terra, uma variação da energia potencial gravitacional pode ser modelada como ΔU = mgΔh quando g é efetivamente constante. Elevar 2 kg em 1,5 m com g = 9,8 m/s² dá 29,4 J. Nomeie a variação de altura e o modelo antes de comparar valores de energia.
Leve as unidades nas conversões e nas conferências
Para converter 54 km/h em m/s, multiplique por 1000 m/km e divida por 3600 s/h: 54 × 1000/3600 = 15 m/s. O cancelamento das unidades mostra por que os fatores ficam nessa ordem. Uma força dividida pela massa produz aceleração porque N/kg equivale a m/s².
Confira, de forma independente, a grandeza pedida, os sinais, as unidades e a ordem de grandeza. Uma conferência dimensional pode revelar uma fórmula errada, mas não prova que o modelo escolhido cabe na situação. Leve o esquema e a montagem que você tentou ao Lirno quando a dúvida está no modelo, e não na conta.
Faça o balanço da energia quando várias forças realizam trabalho
Um empurrão horizontal constante de 12 N move uma caixa 3 m para a direita. Uma força de atrito constante de 4 N se opõe ao movimento. O empurrão realiza +36 J de trabalho e o atrito realiza −12 J. Se essas são as únicas forças que realizam trabalho, o trabalho líquido é +24 J, então a energia cinética da caixa aumenta 24 J.
Para uma caixa de massa 2 kg que parte do repouso, ΔK = ½mv² dá 24 = ½ × 2 × v², logo v = √24 ≈ 4,90 m/s. Conferindo pelas forças: força resultante de 8 N e aceleração de 4 m/s²; v² = 2as = 24 concorda nas mesmas condições de força constante. Usar só o empurrão deixaria de fora a energia transferida pelo atrito.
