O que significa espaço no mundo da física?

Muitos termos usados dentro da física também são utilizados no dia a dia, mas nem sempre com o mesmo significado. Um dos melhores exemplos disso é a ideia de espaço.

Usamos essa palavra em diferentes contextos, mas o significado desse termo dentro da física é bem mais específico. E sim, é uma definição que você precisa entender para tirar uma boa nota no vestibular e no Exame Nacional do Ensino Médio. Veja, em nosso resumo, como aplicar esse conceito nos seus estudos de física para o Enem!

O que é espaço, segundo a física?

Na física, espaço é a propriedade de um objeto móvel que indica a medida de uma trajetória. Digamos, por exemplo, que um carro executa uma trajetória de 10 km. O ponto inicial é o marco zero. Portanto, o espaço do carro começa em zero. No final dessa trajetória, ele terá um espaço de 10 km.

Esse conceito também se aplica quando o mesmo objeto viaja em diferentes direções. No mesmo cenário acima, digamos que o carro siga metade do trajeto, até 5 km. Se, depois disso, ele recuar 3 km, seu espaço final será 2 km.

Na maioria dos casos, quando uma matéria fala de espaço na física, ela estuda a variação de espaço e o movimento. O espaço atual de um objeto é notado como a variável “S”. O espaço inicial é notado como “Sº” (S-Zero), e a variação do espaço, que é a diferença entre S e Sº, é notada como ∆S (Delta S).

Como esse tema aparece no vestibular e no Enem?

O estudo do espaço na física é parte da cinemática — o estudo do movimento. Sendo assim, você vai ver esse tópico em questões envolvendo cálculos de deslocamento, velocidade, aceleração e tudo mais. É um conceito bem fundamental e que serve de base para outras matérias mais complexas.

Confira aqui os tipos de questões que devem dar as caras no seu Enem 2022, de uma forma ou outra.

(Enem 2019)

Um foguete viaja pelo espaço sideral com os propulsores desligados. A velocidade inicial tem módulo constante e direção perpendicular à ação dos propulsores, conforme indicado na figura. O piloto aciona os propulsores para alterar a direção do movimento quando o foguete passa pelo ponto A e os desliga quando o módulo de sua velocidade final é superior a √2 , o que ocorre antes de passar pelo ponto B. Considere as interações desprezíveis.

A representação gráfica da trajetória seguida pelo foguete, antes e depois de passar pelo ponto B, é:

A –

B –

C –

D –

E –

A resposta correta é a letra C. Essa é uma questão que exige um entendimento mais amplo de forças e vetores. Primeiro, o foguete tem uma velocidade constante no sentido horizontal da imagem. Sem aceleração nem atrito, essa velocidade continua a mesma. Quanto o propulsor é ligado, é criada uma força de aceleração, que modifica gradualmente a velocidade do foguete no sentido vertical da imagem.

Uma vez que o foguete atinge a velocidade desejada no sentido vertical, o propulsor é ligado, eliminando a força de aceleração. Como resultado, ele terá velocidade constante novamente, criando um movimento retilíneo uniforme.

Considerando que suas velocidades horizontal e vertical passam a ser constantes, o foguete mantém a mesma trajetória após alcançar o ponto B.

(Enem 2020)

Você foi contratado para sincronizar os quatro semáforos de uma avenida, indicados pelas letras O, A, B e C, conforme a figura.

Os semáforos estão separados por uma distância de 500 m. Segundo os dados estatísticos da companhia controladora de trânsito, um veículo, que está inicialmente parado no semáforo O, tipicamente parte com aceleração constante de 1 m s-2 até atingir a velocidade de 72 km h-1 e, a partir daí, prossegue com velocidade constante. Você deve ajustar os semáforos A, B e C de modo que eles mudem para a cor verde quando o veículo estiver a 100 m de cruzá-los, para que ele não tenha que reduzir a velocidade em nenhum momento.

Considerando essas condições, aproximadamente quanto tempo depois da abertura do semáforo O os semáforos A, B e C devem abrir, respectivamente?

A – 20 s, 45 s e 70 s.

B – 25 s, 50 s e 75 s.

C – 28 s, 42 s e 53 s.

D – 30 s, 55 s e 80 s.

E – 35 s, 60 s e 85 s.

A resposta correta é a letra a opção D. Essa é uma questão mais complexa, que envolve um entendimento maior sobre aceleração e deslocamento.

A primeira pergunta que devemos fazer é: quanto tempo leva para o carro chegar à sua velocidade máxima? Para isso, você pode usar a seguinte fórmula.

Ou seja, velocidade final (V) é igual à velocidade inicial (Vº) somada à aceleração (a) vezes o tempo (t). Nesse caso, V é 72 km/h, Vº é 0 e a é 1m/s². Mas, para que o cálculo dê certo, todos os fatores precisam estar na mesma medida. É só converter a velocidade de Km/h para m/s, que resulta em 20 m/s.

Isolando o t de um lado da equação, temos o seguinte cálculo:

(20 – 0)/1 = t

Ou seja, leva 20 segundos para o carro atingir a velocidade máxima.

Em seguida, temos que calcular o espaço percorrido enquanto o veículo ainda está acelerando. E temos mais uma fórmula para isso.

Ou seja, a variação do espaço (∆S) é igual ao produto da velocidade inicial e do tempo, somada à aceleração, vezes o quadrado do tempo, dividido por 2. Parece confuso, mas vai fazer sentido no cálculo.

O ∆S já está isolado. Então, é só preencher as outras variáveis e fazer a conta:

∆S = 0 x 20 + (1 x 20²)/2

∆S = 400/2 = 200 m

Logo, enquanto acelerava, o carro percorreu 200 m, até chegar à sua velocidade de 20 m/s. Porém, ele precisa percorrer 400 metros antes de o semáforo do ponto A abrir. Assim, temos que calcular quanto tempo leva para percorrer os outros 200 metros.

Felizmente, a fórmula aqui é simples.

Ou seja, velocidade é a variação do espaço dividida pela variação do tempo. Já sabemos que V é 20 m/s e que ∆S é 200 m. Se isolarmos o ∆t, temos a seguinte conta:

∆t = 200 / 20 = 10 segundos

Então, somamos os 20 segundos necessários para atingir velocidade constante e os 10 segundos para percorrer o resto do trajeto até o ponto em que o semáforo A deve abrir, totalizando 30 segundos. Já sabemos a resposta, porém, vamos calcular tudo para entender a questão.

A partir daí, o veículo precisa viajar mais 500 metros antes do próximo semáforo abrir, 100 m antes do semáforo A e mais 400 entre o A e o B. Nossa velocidade é constante. Por isso, é só repetir a fórmula anterior, mas com distância diferente.

∆t = 500 / 20 = 25 segundos

Some esses 25 segundos aos 30 iniciais e o semáforo B deve abrir na marca dos 55 segundos. O padrão se repete entre os pontos B e C, então basta somar mais 25 segundos, para um total de 80 segundos.

Já está confiante nos seus estudos para o vestibular e Enem?

A prova de física no Enem e vestibulares costuma ser mais complexa e exige tempo para raciocinar. Se você chegar no dia já entendendo os principais conceitos e suas aplicações, como o significado correto de espaço, boa parte dessa matéria fica mais fácil. O importante é fazer vários exercícios, combinado?

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