Relação entre MHS e MCU

Estamos constantemente em contato com a oscilação. Uma maneira simples de sintetizá-la é pensando no surf. A pessoa que está no mar esperando uma onde fica constantemente balançando. O que ocasiona o balanço é a oscilação.

Contudo, apenas quando se está no mar é possível sentir essa experiência. Mas a oscilação está presente em nosso cotidiano, sem que muitas vezes nem nos demos conta. As oscilações são fenômenos que também acontecem em nossos aparelhos eletrônicos, tais como:

Rádio;
Televisão;
Micro-ondas.

Entre os muitos tipos de comportamentos oscilatórios, o que se torna menos complexo, possibilitando fácil entendimento, é o Movimento Harmônico Simples (MHS). Além do MHS, também há outros como o Movimento Circular Uniforme (MCU).

Através de muitos estudos experimentais é possível afirmar que há forças de interação em diversos aspectos. Existem forças de interação conhecidas também como forças elásticas. Essas, por sua vez, são produzidas através de deformações, que são baseadas em comportamentos mecânicos. Quando se fala em deformação é preciso ter em mente que há de diversas formas, tais como:

Compressões;
Distensões;
Flexões;
Torções.

A força elástica é considerada a força restauradora. A força restauradora é componente importante para o surgimento dos comportamentos oscilantes. Para tais fenômenos observa-se a Lei de Hooke:

F = – kX

Como funciona o MHS?

Algumas das características do MHS são a periodicidade da oscilação dos movimentos. Por exemplo, a produção de ondas senoidal, que são as ondas contínuas que podem ser vistas no mar são ocasionadas por uma força, que é a restauradora.

Outra forma prática de imaginar como acontece o MHS é pegando uma corda e, ao segurar sua extremidade, começar a balançá-la repetidas vezes. As ondas que se formam também são conhecidas como senoidais, já a que produz fenômenos ondulatórios, são os MHS.

Devido à falta de aceleração, o movimento realizado não pode ser o do tipo de movimento uniformemente variado. Uma boa forma de entendê-lo na prática é realizando a análise através de uma mola.

Quando está em posições extremas, sua velocidade é anulada, ou seja, quando totalmente esticada ela perde sua força. Já quando realizado um movimento de encolhimento, aproximando suas extremidades, ela fica submetida a uma força máxima, quanto mais centralizada.

A fórmula final do Movimento Harmônico Simples é:

T= (2π.√m)/K

Como funciona MCU?

Duas condições são fundamentais para que o Movimento Circular Uniforme (MCU) ocorra, que são a sua trajetória e a sua velocidade. Em particular, a trajetória forma sempre uma circunferência. Já o módulo de sua velocidade é constante em todo o instante. Com isso, verifica-se que o MCU também é um conceito da física desprovida de aceleração.

A aplicação do conceito de MCU está presente em diversas maneiras e situações. A utilização do conceito pode estar presente em eletrodomésticos como o liquidificador. Muitas aeronaves, quando as hélices estão ligadas, realizando movimento circular, também se valem do conceito de MCU.

No campo teórico, o estudo do MCU ocorre atrelado aos conceitos de movimentos em trajetórias retilíneas. O que muda em relação à mecânica retilínea é que na circular haverá a presença da velocidade angular. Com isso, a formula será:

ω_m= ∆θ/∆t

Sendo assim, ω m, representa a velocidade angular do móvel; ∆θ, representa o descolamento do móvel que realiza o movimento curvilíneo; ∆t, que representa o tempo decorrido.

Os valores da velocidade angular de um móvel poderão ser obtidos através do quociente do deslocamento completo realizado pelo móvel, pelo tempo necessário para que se complete toda a trajetória.

Pelo sistema internacional de Unidade ficou estabelecido que a velocidade angular é calculada pelos radianos por segundo (rad/s).

Quando se junta a velocidade linear com a velocidade curvilínea outra teoria é formulada com essa fusão, que é a equação do movimento circular, como se segue:

v= ωR

Assim, v, representa a velocidade linear, enquanto que ω é a velocidade angular. Já R é o raio.

A aceleração centrípeta é outro elemento que pode ser estudado através do MCU. Nessas condições, haverá variações de velocidade, devida a presença de aceleração. O contexto aqui envolve a 2ª Lei de Newton, já que, além da aceleração, o corpo que realiza a trajetória possui massa.

Com isso, é realizado o cálculo da força que fica apontada para o centro da trajetória circular. Para tal força é dado o nome de “Força Centrípeta”. Sua existência é importante, pois a finalidade da força centrípeta é a de ocasionar o movimento circular, que com sua ausência, não seria possível. Sua fórmula segue abaixo:

a_cp= v^2/R

Ou

a_cp= ω^2 R

Por conseguinte:

F_cp=m.a_cp=m.v^2/R=m.ω^2.R

Desse modo, o que se observa é que a força centrípeta é o tipo que age através do valor das demais forças exercidas sobre o corpo, em que sua direção é perpendicular à trajetória realizada pelo objeto.

Há diversos cálculos que podem ser realizados tanto com o MHS ou com o MCU, sendo que em algumas circunstâncias são até mesmo aplicadas simultaneamente.