A física mecânica é o primeiro assunto que aprendemos no colégio na disciplina de Física, e é normal todos se assustarem com a quantidade de informações novas que foram nos dadas, mas é importante compreender tudo que está contido nesse assunto, que é extremamente importante para podermos dar continuidade ao estudo de física em assuntos mais aprofundados e densos.
O motivo pelo qual que se inicia com a mecânica é de estabelecer os princípios fundamentais necessários para descrever os movimentos que observamos ao nosso redor. Assim, desde que todos os fenômenos na natureza são o resultado de interações e essas interações são analisadas em termos de campos, damos início ao tópico de interações e campos.
O que é estudado em Física Mecânica?
Conforme mencionado anteriormente, a Mecânica é a parte da Física que estuda o movimento dos corpos, e a qual é conhecida como Mecânica Clássica ou Mecânica de Newton e ela é dividida em cinemática, dinâmica e estática.
Cinemática: Nesse tópico é quando estudamos como os movimentos são descritos sem se preocupar com suas causas, o qual abrange o conteúdo de movimento retilíneo uniforme (MRU), movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), grandezas vetoriais nos movimentos e movimento circular (MCU e MCUV). É importante ressaltar que que um corpo está em movimento quando, com o decorrer com do tempo, sua posição varia em relação a um referencial.
Dinâmica: É o estudo dos movimentos e suas causas o que os produzem ou os modificam, e tem como base as famosas Três Leis de Newton.
Estática: Nesse tópico estudamos o equilíbrio de um sistema sob a ação de várias forças, como por exemplo: peso, normal, tração, força elástica, força de atrito, etc., tendo como base as Leis de Newton também.
É muito importante entender cada tópico, já que todos eles estão interligados, ou seja, precisamos do entendimento de cinemática para dar continuidade ao estudo de dinâmica, e assim por diante.
Além desses tópicos que estão inseridos na Mecânica Clássica, temos os assuntos que são de maior complexibilidade, como a Mecânica Relativística, assunto esse que não é usualmente cobrado em vestibulares, e também temos a Mecânica Quântica, a qual gera muita curiosidade por parte dos alunos, mas que é ensinada a fundo na graduação.
Exemplos da Física Mecânica no cotidiano
Um assunto que é de muita importância e que gera muta dificuldade do aluno é necessário levar até ele que todo esse conteúdo está presente em nosso dia a dia, como por exemplo:
Basquete
O basquete é um dos esportes mais conhecidos popularmente, e ao praticá-lo envolve diversas técnicas que, em grande parte, podem ser aprimoradas com o auxílio da Mecânica, podemos descrever algumas delas:
Passe: É de conhecimento que um jogador que está com a posse de bola tem que passá-la antes que seu adversário possa intercepta-la. E para isso, o jogador terá que aplicar uma força de alta intensidade sobre a bola.
Arremesso: O arremesso é semelhante com a passe de bola, mas envolve fatores ligados à trajetória da bola: altura, velocidade, ângulo de soltura e resistência do ar. Importante explicitar que nas questões de vestibulares desconsideram a resistência do ar, como se o movimento fosse no vácuo. Dependendo da distância ao cesto, o jogador deve combinar a velocidade e ângulo de lançamento, para fazer cesta.
Atletismo
Outro esporte que é de grande reconhecimento é o atletismo. Dos esportes olímpicos, o mais popular é a corrida. Desde a roupa e os calçados até as características físicas do atleta influenciam nos resultados obtido por essa modalidade.
O comprimento das passadas: Para atingir uma alta velocidade, o atleta depende do tamanho da passada e de sua frequência. Um dos fatores que determina o comprimento da passada é a distância horizontal entre a ponta do pé que fica no chão e o centro de gravidade do atleta, que é próximo ao umbigo). Por conta disso, nas corridas de curta distância os corredores inclinam mais o corpo na hora da largada.
Frequência das passadas: Para obter boas velocidades, em geral, é melhor aumentar a frequência das passadas do que seu comprimento. A frequência é determinada pelo tempo que ele fica no ar e o tempo que ele permanece em contato com o solo.
Resumo de alguns conteúdos que mais caem nos vestibulares
Movimento Retilíneo Uniforme
Esse movimento tem como principal característica a velocidade constante, ou seja, a velocidade não varia com o decorrer do tempo. Apesar de ser o movimento mais simples que se possa imaginar, ela não é muito frequente na natureza, já que em nosso cotidiano é mais recorrente ter a presença da aceleração. O que impede um objeto de manter-se em velocidade constante, quando impelido a colocar-se em movimento, são forças que atuam sobre ele.
O exemplo mais simples desse fenômeno é a do carro que se move numa autoestrada plana, sem qualquer inclinação, a 100 km/h, por exemplo. Se deixarmos o carro por conta própria nessa velocidade, sem estar com o pé no acelerador, ele irá, facilmente, parar. O automóvel para como resultado da força de atrito presente no solo.
Dessa forma, para conseguirmos manter a velocidade constante, precisamos buscar formas de compensar ou equilibrar as forças que tendem a desacelerar o veículo. O acelerador do veículo tem essa funcionalidade. Pode manter o carro com velocidade constante, desde que comprime, de forma adequada, o acelerador. Alguns automóveis mais modernos têm a função do piloto automático, que faz isso automaticamente, mantendo a velocidade constante.
Outro exemplo é o trem, no trajeto entre as estações, o trem mantêm a sua velocidade constante. Também tem o paraquedas quando aberto, embora inicialmente realize um movimento acelerado, por conta da resistência do ar, em seguida ele entra em movimento uniforme e, dessa forma, a velocidade não aumenta.
Força
O estudo de forças faz parte da Dinâmica, o qual estuda os movimentos considerando as suas causas. Na física, a força tem um significado específico que é capaz de produzir ou alterar um movimento. Como por exemplo, o que foi descrito no tópico anterior, o carro irá parar por conta da ação da força de atrito. Também podemos mencionar a força de atração entre um imã sobre metal e a força da gravidade durante a queda dos corpos.
Logo, para haver uma força é preciso que ocorra interação entre dois ou mais corpos. Quando ocorre essa interação podemos dividi-las em dois tipos: a de contato e a de campo. Força de contato é quando os corpos são encostados um ao outro criando entre eles uma força, enquanto que a força de campo é quando ocorre forças entre corpos que não estão em contato.
A sua principal característica é ser uma grandeza vetorial, e com isso tem módulo, direção e sentido.
Exemplo:
Como a Física Mecânica é cobrado no Enem?
A mecânica é o assunto que é mais cobrado no Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM), e por conta disso é necessário que você seja capaz de:
- Compreender o significado de todas as equações da cinemática, conseguindo relacioná-las a situações reais e bem como aos seus gráficos;
- Identificar e classificar movimentos progressivos, retrógrados, acelerados, retardados e uniformes;
- Compreender o conceito de referencial e entender o que são movimento relativos;
- Saber aplicar as leis de Newton nos mais diferentes contextos;
- Compreender o conceito de energia mecânica, cinética e potencial e ser hábil em operar essas quantidades;
- Fazer cálculos de colisões utilizando quantidade de movimento, bem como a conservação da energia mecânica;
- Conhecer e compreender o funcionamento das leis de Kepler e de sua relação com a lei da gravitação universal;
- Entender como devem ser aplicadas as condições de equilíbrio estático a corpos cujas dimensões não podem ser desprezadas;
- Compreender as causas e efeitos dos movimentos de partículas e saber descrevê-las em formas de equações.
Alguns exercícios de Física Mecânica
1. (ENEM 2019)A agricultura de precisão reúne técnicas agrícolas que consideram particularidades locais do solo ou lavoura a fim de otimizar o uso de recursos. Uma das formas de adquirir informações sobre essas particularidades é a fotografia aérea de baixa altitude realizada por um veículo aéreo não tripulado (vant). Na fase de aquisição é importante determinar o nível de sobreposição entre as fotografias. A figura ilustra como uma sequência de imagens é coletada por um vant e como são formadas as sobreposições frontais.
O operador do vant recebe uma encomenda na qual as imagens devem ter uma sobreposição frontal de 20% em um terreno plano. Para realizar a aquisição das imagens, seleciona uma altitude H fixa de voo de 1.000 m, a uma velocidade de 50 m/s. A abertura da câmera fotográfica do vant é de 90°. Considere tg (45°) = 1.
Natural Resources Canada. Concepts of Aerial Photography. Disponível em: www.nrcan.gc.ca
Acesso em: 26 abr. 2019 (adaptado)
Com que intervalo de tempo o operador deve adquirir duas imagens consecutivas:
- a) 40 segundos
- b) 32 segundos
- c) 28 segundos
- d) 16 segundos
- e) 8 segundos
2. (Enem 2019) Numa feira de ciências, um estudante utilizará o disco de Maxwell (ioiô) para demonstrar o princípio da conservação da energia. A apresentação consistirá em duas etapas.
Etapa 1 – a explicação de que, à medida que o disco desce, parte de sua energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética de translação e energia cinética de rotação;
Etapa 2 – o cálculo da energia cinética de rotação do disco no ponto mais baixo de sua trajetória, supondo o sistema conservativo.
Ao preparar a segunda etapa, ele considera a aceleração da gravidade igual a 
e a velocidade linear do centro de massa do disco desprezível em comparação com a velocidade angular. Em seguida, mede a altura do topo do disco em relação ao chão no ponto mais baixo de sua trajetória, obtendo 1/3 da altura da haste do brinquedo.
As especificações de tamanho do brinquedo, isto é, de comprimento (C) largura (L) e altura (A) assim como da massa de seu disco de metal, foram encontradas pelo estudante no recorte de manual ilustrado a seguir.
Conteúdo: base de metal, hastes metálicas, barra superior, disco de metal.
Tamanho (C x L x A) : 300mm x 100mm x 410mm
Massa do disco de metal: 30g
O resultado do cálculo da etapa 2, em joule, é:
- a)
- b)
- c)
- d)
- e)
3. (Enem 2019) Em qualquer obra de construção civil é fundamental a utilização de equipamentos de proteção individual, tal como capacetes. Por exemplo, a queda livre de um tijolo de massa 2,5 kg de uma altura 5 m, de cujo impacto contra um capacete pode durar até 0,5 s, resulta em uma força impulsiva média maior do que o peso do tijolo. Suponha que a aceleração gravitacional seja 10 ms² e que o efeito de resistência do ar seja desprezível.
A força impulsiva média gerada por esse impacto equivale ao peso de quantos tijolos iguais?
- a) 2
- b) 5
- c) 10
- d) 20
- e) 50
4. (Enem 2018) Em desenhos animados é comum vermos a personagem tentando impulsionar um barco soprando ar contra a vela para compensar a falta de vento. Algumas vezes usam o próprio fôlego, foles ou ventiladores. Estudantes de um laboratório didático resolveram investigar essa possibilidade. Para isso, usaram dois pequenos carros de plástico. A e B e instalaram sobre estes pequenos ventoinhas e fixaram verticalmente uma cartolina de curvatura parabólica para desempenhar uma função análoga à vela de um barco. No carro B inverteu-se o sentido da ventoinha e manteve-se a vela, a fim de manter as características do barco, massa e formato da cartolina. As figuras representam os carros produzidos. A montagem do carro A busca simular a situação dos desenhos animados, pois a ventoinha está direcionada para a vela.
Com os carros orientados de acordo com as figuras, os estudantes ligaram as ventoinhas, aguardaram o fluxo de ar ficar permanente e determinaram os módulos das velocidades médias dos carros 
e 
para o mesmo intervalo de tempo.
A respeito das intensidades das velocidades médias e do sentido de movimento do carro A, os estudantes observaram que:
- a)
o carro A não se move. - b)
o carro A se move para a direita. - c)
o carro A se move para a esquerda. - d)
o carro A se move para a direita. - e)
o carro A se move para a esquerda.
5. (Enem 2018) Um projetista deseja construir um brinquedo que lance um pequeno cubo ao longo de um trilho horizontal, e o dispositivo precisa oferecer a opção de mudar a velocidade de lançamento. Para isso, ele utiliza uma mola e um trilho onde o atrito pode ser desprezado, conforme a figura.
Para que a velocidade de lançamento do cubo seja aumentada quatro vezes, o projetista deve
- a) manter a mesma mola e aumentar duas vezes a sua deformação.
- b) manter a mesma mola e aumentar quatro vezes a sua deformação.
- c) manter a mesma mola e aumentar dezesseis vezes a sua deformação.
- d) trocar a mola por outra de constante elástica duas vezes maior e manter a deformação.
- e) trocar a mola por outra de constante elástica quatro vezes maior e manter a deformação.
Gabarito:
Resposta da questão 1:B
Analisando dois triângulos sobrepostos, temos:
Distância percorrida pelo avião entre duas fotos:
d=0,8∙2000=1600 m
Portanto, o intervalo de tempo procurado é de:
Resposta da questão 2:B
Por conservação de energia entre os pontos mais alto e mais baixo atingidos pelo brinquedo, considerando nula a energia cinética no ponto mais baixo, temos:
Resposta da questão 3:A
Por conservação da energia mecânica, podemos determinar o módulo da velocidade com a qual o tijolo atinge o capacete:
Pelo teorema do impulso, temos:
Obs: A rigor, levando-se em consideração a força resultante sobre o tijolo, um cálculo mais correto seria:
Nesse caso, a questão ficaria sem alternativa correta.
Resposta da questão 4:B
Para o carro A:
Caso a cartolina fosse, por exemplo, plana, a força aplicada pelo vento sobre ela seria de mesma intensidade, mas com sentido oposto à força de reação por ela criada (de acordo com a lei da ação e reação), mantendo o carro em repouso.
Contudo, como a cartolina usada tem curvatura parabólica, parte desse vento irá retornar, possibilitando o movimento do carro com uma velocidade inferior à do caso seguinte.
Para o carro B:
A ventoinha aplica uma força no ar para a esquerda, e este reage aplicando no sistema do carro B uma força contrária, acelerando-o para a direita.
Resposta da questão 5: B
Por conservação da energia mecânica:
Portanto, podemos concluir que para a velocidade ser aumentada em quatro vezes, basta manter a mesma mola (mesmo k) e aumentar em quatro vezes a sua deformação x.
