Calculadora de Aceleração

Nossa calculadora de aceleração é uma ferramenta que ajuda você a descobrir como a velocidade de um objeto está mudando. Ela funciona de três maneiras diferentes, com base em:

1. Diferença entre velocidades em dois pontos distintos no tempo.
2. Distância percorrida durante a aceleração.
3. A massa de um objeto em aceleração e a força que atua sobre ele.

Se você está se fazendo as seguintes perguntas: o que é aceleração? Qual é a fórmula da aceleração? Quais são as unidades de aceleração? Continue lendo e você encontrará as respostas. Todo objeto em movimento possui uma energia específica, a aceleração está estritamente relacionada a esse movimento.

Para manter as coisas claras, também preparamos alguns exemplos de aceleração comuns na física, são eles:

1. Aceleração centrípeta e aceleração tangencial;
2. Aceleração angular;
3. Aceleração devido à gravidade; e
4. Acelerador de partículas.

A aceleração sempre ocorre quando há uma força resultante diferente de zero atuando sobre um objeto. Você pode sentir isso em um elevador quando fica um pouco mais pesado (acelerando) ou mais leve (desacelerando) ou quando está descendo uma ladeira íngreme em sua bicicleta, por exemplo. Além disso, a partir da teoria geral da relatividade, sabemos que o universo inteiro também está em expansão acelerada! Isso significa que a distância entre dois pontos está se tornando cada vez maior, mas não podemos sentir isso no dia a dia porque todas as escalas do universo se expandem juntas.

A aceleração é a taxa de variação da velocidade de um objeto. Em outras palavras, é a rapidez com que a velocidade muda. Conforme a segunda lei de Newton, a aceleração é diretamente proporcional à soma de todas as forças que atuam em um objeto e inversamente proporcional à sua massa. Você pode aprender mais sobre essa importante lei na calculadora da segunda lei de Newton 🇺🇸 da Omni. Assim, se considerarmos que várias forças diferentes estão empurrando um objeto, precisamos calcular a soma delas (elas podem estar trabalhando em direções diferentes) e, em seguida, dividimos a força resultante pela massa do objeto.

Essa definição de aceleração diz que a aceleração e a força são equivalentes. Quando a força muda, a aceleração também muda, mas a magnitude dessa mudança depende da massa do objeto (consulte a calculadora de magnitude da aceleração 🇺🇸 da Omni para obter mais detalhes). Isso não é verdade em uma situação em que a massa também muda, por exemplo, no lançamento de um foguete, onde gases devido à queima de combustível saem do propulsor do foguete. Dê uma olhada em outra de nossas ferramentas: a calculadora de empuxo de foguete 🇺🇸.

Também podemos medir a aceleração experimentada por um objeto diretamente com um acelerômetro. Se você pendurar um objeto no acelerômetro, ele mostrará um valor diferente de zero. Por que isso acontece? Bem, é devido às forças gravitacionais que agem em cada partícula que possui massa. E onde há uma força resultante, há uma aceleração. Um acelerômetro em repouso mede, portanto, a aceleração da gravidade, que na superfície da Terra é de aproximadamente 9,80665 m/s². Em outras palavras, essa é a aceleração devido à gravidade que qualquer objeto ganha em queda livre quando está no vácuo.

Por falar em vácuo, você já assistiu Star Wars ou outro filme que se passa no espaço? Gostou das batalhas épicas de naves espaciais, os sons de blasters, motores e explosões? Bem, infelizmente, tudo isso é mentira. O espaço é um vácuo, e nenhum som pode ser ouvido lá (as ondas sonoras precisam de matéria para se propagar). Essas batalhas deveriam ser silenciosas! No espaço, ninguém pode ouvir você gritar.

A calculadora de aceleração da Omni considera apenas uma situação em que um objeto tem uma aceleração uniforme (constante). Nesse caso, a equação de aceleração é, por definição, a razão da mudança da velocidade em um determinado intervalo de tempo.

Aqui, você pode aprender como encontrar a aceleração de duas outras maneiras. Vamos ver como usar nossa calculadora (você pode encontrar equações de aceleração na seção a seguir):

• Dependendo dos dados que você tem, é possível calcular a aceleração de três maneiras diferentes. Em primeiro lugar, selecione uma opção apropriada na parte superior ("Diferença de velocidade", "Distância percorrida" ou "Massa e força").

• Para diferença de velocidade, insira as velocidades inicial v_i e final v_f do objeto e quanto tempo Δt foi necessário para que a velocidade mudasse (consulte a calculadora de velocidade da Omni, se necessário).

• Para distância percorrida, insira a velocidade inicial v_i, a distância percorrida Δd e o intervalo de tempo Δt decorrido durante a aceleração. Aqui, você não precisa saber a velocidade final.

• Para massa e força, insira a massa m do objeto e a força resultante F que atua sobre esse objeto. Esse é um conjunto de variáveis totalmente diferente que surge da segunda lei de Newton (outra definição de aceleração).

• Leia a aceleração resultante no último campo. Você também pode fazer cálculos de outra forma se souber qual é a aceleração, por exemplo, é possível estimar a distância Δd. Basta que você forneça o restante dos parâmetros na opção "Distância percorrida".

No século XVII, Isaac Newton, um dos cientistas mais influentes de todos os tempos, publicou seu famoso livro Principia. Nele, foi formulada a lei da gravitação universal, que afirma que quaisquer dois objetos com massa se atrairão com uma força exponencialmente dependente da distância entre esses objetos (especificamente, ela é inversamente proporcional à distância ao quadrado). Quanto mais pesados forem os objetos, maior será a força gravitacional. Isso explica, por exemplo, porque os planetas orbitam em torno do Sol, que é muito denso.

Em Principia, Newton também inclui três leis de movimento fundamentais para a compreensão da física do nosso mundo. A calculadora de aceleração é baseada em três equações de aceleração diferentes, sendo que a terceira é derivada do trabalho de Newton:

1. a = (v_f - v_i) / Δt;
2. a = 2 ⋅ (Δd - v_i ⋅ Δt) / Δt²; e
3. a = F / m.

onde:

• a – É a aceleração;
• v_i e v_f – São, respectivamente, as velocidades inicial e final;
• Δt – É o tempo de aceleração;
• Δd – É a distância percorrida durante a aceleração;
• F – É a força resultante que atua em um objeto acelerado; e
• m – É a massa desse objeto.

Agora você sabe como calcular a aceleração! No próximo parágrafo, discutiremos as unidades de aceleração (nos sistemas SI e Imperial).

Se você já sabe como calcular a aceleração, vamos nos concentrar nas unidades de aceleração. Você pode derivá-las das equações que listamos acima. Tudo o que você precisa saber é que a velocidade é expressa em metros por segundo (sistema SI) ou em pés por segundo (sistema imperial/americano) e o tempo em segundos. Portanto, se você dividir a velocidade pelo tempo (como fazemos na primeira fórmula de aceleração), obterá a unidade de aceleração m/s² ou ft/s², dependendo do sistema utilizado.

Como alternativa, você pode usar a terceira equação. Nesse caso, você precisa dividir a força (newtons no SI e libras nos EUA) pela massa (quilogramas no SI e libras nos EUA), obtendo N/kg ou pdl/lb. Ambos representam a mesma grandeza, pois o poundal é pdl = lb·ft/s² e newton é N = kg·m/s². Ao substituí-los e simplificar as unidades, você obterá (lb·ft/s²) / lb = ft/s² ou (kg·m/s²) / kg = m/s².

Há também uma terceira opção que é, na verdade, amplamente utilizada. Você pode expressar a aceleração por aceleração padrão devido à gravidade perto da superfície da Terra, que é definida como g = 9,80665 m/s². Por exemplo, se você disser que um elevador está se movendo para cima com a aceleração de 0,2g, isso significa que ele acelera cerca de 2 m/s² (ou seja, 0,2 · g). Arredondamos as expressões acima para dois algarismos significativos.

Aceleração centrípeta e aceleração tangencial

A aceleração é um vetor, portanto, você sempre pode fazer sua decomposição em componentes. Normalmente, temos duas componentes que são perpendiculares entre si: a centrípeta e a tangencial. A aceleração centrípeta altera o sentido do vetor velocidade e, portanto, a forma da trajetória, mas não afeta o valor da velocidade. Por outro lado, a aceleração tangencial é sempre paralela à trajetória do movimento. Ela altera apenas o valor da velocidade, e não sua orientação.

Em um movimento circular (a figura abaixo à esquerda), em que um objeto se move ao redor de uma circunferência, há apenas a componente centrípeta. Um objeto manterá sua velocidade em um valor constante. Um exemplo é a Terra, que possui aceleração centrípeta devido à gravidade do Sol (na verdade, sua velocidade muda um pouco durante um ano).

Quando ambos os componentes estão presentes, a trajetória do objeto se parece com a figura à direita. O que acontece se houver apenas aceleração tangencial? Então, ocorre o movimento linear. Isso é semelhante a pressionar o pedal do acelerador de um carro na pista reta de uma rodovia.

Aceleração angular

A aceleração angular desempenha um papel fundamental na descrição do movimento rotacional. Entretanto, não a confunda com as acelerações centrípeta ou tangencial mencionadas anteriormente. Essa grandeza física corresponde à taxa de variação da velocidade angular. Em outras palavras, ela informa a você a velocidade de aceleração das rotações de um objeto, ou seja, como o objeto gira cada vez mais rápido (ou cada vez mais lento, se a aceleração angular for menor que zero). Na calculadora de aceleração angular 🇺🇸 da Omni você obterá mais informações.

Você sabia que podemos encontrar a fórmula para a aceleração angular a partir da segunda lei de Newton? Na segunda lei, se você trocar a aceleração pela aceleração angular, a força pelo torque e a massa pelo momento de inércia, você terá a equação da aceleração angular. Você deve ter notado que algumas leis físicas, como essa, são universais, o que as torna muito importantes na física.

Aceleração gravitacional

Mencionamos a aceleração devido à gravidade algumas vezes anteriormente. Ela surge da força gravitacional que existe entre dois objetos que têm massa (observe que a equação da gravidade não depende do volume de um objeto, somente a massa é essencial aqui). Pode parecer estranho a princípio, mas segundo a terceira lei de Newton, você age com a mesma força sobre a Terra que a Terra age sobre você. No entanto, a massa da Terra é muito maior do que a massa humana (~10²² vezes maior), portanto, nosso impacto sobre a Terra é praticamente zero. É análogo a todas as bactérias (~10¹⁸ vezes mais leves que um ser humano) que vivem em sua mão; você nem consegue notá-las! Por outro lado, podemos sentir a influência de nosso planeta sobre nós, que é a aceleração devido à gravidade.

A gravidade padrão é, por definição, 9,80665 m/s², portanto, se um ser humano pesa 100 kg, ele está sujeito à força gravitacional de cerca de 1000 N. Vamos inserir esse valor na terceira opção da nossa calculadora, junto com a massa da Terra (5,972 × 10²⁴ kg em notação científica). Qual é a aceleração calculada? Ela é tão pequena que nossa calculadora a considera zero. Ou seja, somo insignificantes em comparação com o planeta!

Acelerador de partículas

Após falar sobre objetos enormes no espaço, vamos passar para o mundo microscópico das partículas. Embora não possamos vê-las com nossos olhos, aproveitamos partículas de alta energia, como elétrons e prótons, e as usamos regularmente em aceleradores de partículas, comuns em física, química e medicina. Nós as usamos para matar células cancerígenas, poupando o tecido saudável, ou para investigar a estrutura de um material em escala atômica.

Você provavelmente conhece o Large Hadron Collider (LHC - CERN), o acelerador de partículas mais potente do mundo. Ele nos permite dar um passo adiante para entender como o universo funciona e desenvolver tecnologias que possam ter muitas aplicações essenciais no futuro. Entretanto, para atingir energias tão altas, precisamos acelerar as partículas a velocidades próximas à velocidade da luz. Resumidamente, podemos fazer isso usando campos magnéticos ou elétricos.