30 de abr de 2009

Análise Dimensional

Toda representação matemática de um problema físico precisa, além de um número que quantifique determinada grandeza física, de uma unidade de medida que faça a classificação qualitativa, todas as grandezas físicas podem ser analisadas dimensionalmente através de três unidades que nos sirvam de parâmetros que são: Comprimento (L), Tempo (T) e massa (M), outras grandezas físicas terão suas unidades de medida derivadas destas três.

Exemplo1: A unidade de medida da velocidade é (no SI) m/s, logo:
[V]=m/s
[V]=[L]/[T]
[V]=L.T-¹

Exemplo2: A unidade de medida de força é o Newton(N) que é encontrado fazendo a multiplicação de kg por m/s², vamos fazer a análise dimensional.

[F]=[m].[a]
[F]=kg.m/s²
[F]=M.L/T²
[F]=M.L.T-²

Sendo conhecedores deste fato vamos agora tomar como referência a função horária das posições e fazer a análise dimensional:

S=So+Vot+at²/2

Observe antes que há quatro termos em toda a função, vamos analisar termo a termo:
1º membro - 1º termo
S
[S]=m
[S]=L

2º membro - 1º termo
So
[So]=m
[So]=L

2º membro - 2º termo
Vot
[Vo.t]=m/s .s
[Vo.t]=L/T .T-¹
[Vo.t]=L.T^ (1-1)
[Vo.t]=L.T°
[Vo.t]=L

2º membro - 3º termo
1/2(at²)
[at²]=m/s² .s²
[at²]=L/T² .T-²
[at²]=L.T^(2-2)
[at²]=L.T°
[at²]=L

Finalização: Observe que todos os termos obrigatoriamente possuem dimensão L para concordarem sem conflitos o t deve estar ao quadrado para "cancelar" o s² do denominador da aceleração restando então no membro at² a unidade m(L).

CINEMÁTICA

Um ônibus faz o trajeto entre duas cidades em duas etapas:na primeira efetua um deslocamento de 120km a 60km/h; na segunda,um deslocamento de 250 km em 3h.Qual a velocidade media do veiculo em todo o trajeto?

Resolução:
A velocidade média para um percurso dividido em n trechos é dada por:
Vm = (s1+s2+s3+...+sn)/(t1+t2+t3+...+tn)

Temos um percurso dividido em dois trechos, vamos coletar os dados:
Trecho 1
s1=120km
v1=60km/h
t1=?

Trecho 2
s2=250km
v2=???
t2=3h

Note que não precisamos saber a velocidade do 2º trecho, já no 1º trecho precisaremos calcular o tempo:
s1=v1.t1
120=60.t1
120/60=t1
t1=2h
Agora vamos jogar s1,s2,t1 e t2 na expressão da velocidade média:
Vm=(s1+s2)/(t1+t2)
Vm=(120km+250km)/(2h+3h)
Vm=370km/5h
Vm=74km/h.