24/11/2019

Uma dedução das fórmulas do movimento rectilíneo uniformemente variado

Está na moda a (errada) filosofia de que as demonstrações só interessam aos matemáticos. Sem provas pregam-se dogmas, e não ciência. Biologia, Física, Geologia, Matemática, Química são ciências e não religiões. Uma formação científica decente deve ser capaz de dar demonstrações aos alunos, sem se tornar maçadora e aborrecida.

Hoje vou partir da definição de "movimento rectilíneo uniformemente variado" e deduzir as equações da velocidade e das posições, sem recorrer explícitamente ao cálculo integral.
[Esta prova ocorreu-me ontem num esclarecimento de dúvidas de Física de 11º... porque a vi quando eu estava no meu ensino secundário]

movimento rectilíneo uniformemente variado (m.r.u.v.) é um movimento rectilíneo em que a aceleração é constante e tem um valor a.

Se é constante, a aceleração média é também constante e igual ao mesmo valor a, ou seja
ΔvΔt=a

Isso significa que se o objecto inicia o movimento no instante t=0 com velocidade v0, noutro instante t terá velocidade v, cuja fórmula pode ser facilmente deduzida:
ΔvΔt=avv0t0=avv0=atv=v0+at


Portanto a equação das velocidades é v=v0+at

Num gráfico velocidade-tempo, esta velocidade é uma função afim, ou seja, tem o gráfico de uma recta.



A área entre o gráfico da velocidade e o eixo dos "t" dá-nos a variação de posição Δx (porquê?).

E assim, para deduzirmos a equação do movimento basta recordar e aplicar a fórmula da área do trapézio:
A=B+b2×h

Onde B e b são as bases e h a altura do trapézio.
Portanto Δx=(v0+at)+v02×t=v0t+12at2
Assumindo que no instante t o objecto está na posição x e no instante t=0 estava na posição x0, temos xx0=v0t+12at2

Ou seja x=x0+v0t+12at2

Que é a equação do movimento do objecto.