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9.º ano · Ciências Físico-Químicas
A interação · O movimento

A rapidez

Um corredor faz $100\ \text{m}$ em $20\ \text{s}$. Um ciclista faz $30\ \text{km}$ em $2\ \text{h}$. Quem vai mais depressa? Para os comparar, precisas de uma única grandeza que relacione o que percorrem com o tempo que demoram: a rapidez.

O que é a rapidez

Duas nadadoras treinam numa piscina: a primeira percorre $50\ \text{m}$ em $25\ \text{s}$ e a segunda faz $100\ \text{m}$ em $60\ \text{s}$. Como saber, com certeza, qual nada mais depressa, se percorreram distâncias diferentes em tempos diferentes?

Repara que, para comparar, é preciso ver quanta distância cada uma percorre por cada unidade de tempo. É isso que mede a rapidez.

Trajetória retilínea de 100 metros percorrida em 20 segundos, com o cálculo da rapidez média de 5 metros por segundo. d = 100 m t = 0 s t = 20 s rapidez média = 100 m ÷ 20 s = 5 m/s

Se a rapidez for constante, podes usar a mesma relação para calcular a distância ou o tempo:

$$d = r_m \times \Delta t \qquad\qquad \Delta t = \frac{d}{r_m}$$
Pratica★☆☆Por começar
Um atleta percorre $100\ \text{m}$ em $20\ \text{s}$. Calcula a sua velocidade média em $\text{m/s}$.

Um atleta percorre $100\ \text{m}$ em $20\ \text{s}$. Calcula a sua velocidade média em $\text{m/s}$.

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Pratica★☆☆Por começar
Indica quais destas expressões são unidades de rapidez e quais não o são, e explica porquê: a) $\text{m/s}$ b) $\text{km}$ c) $\text{km/h}$ d) $\text{s}$

Indica quais destas expressões são unidades de rapidez e quais não o são, e explica porquê:

  1. a) $\text{m/s}$
  2. b) $\text{km}$
  3. c) $\text{km/h}$
  4. d) $\text{s}$
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Pratica★☆☆Por começar
Quem se desloca mais depressa: a Alma, que percorre $60\ \text{m}$ em $12\ \text{s}$, ou o Bruno, que percorre $40\ \text{m}$ em $10\ \text{s}$? Calcula a rapidez de…

Quem se desloca mais depressa: a Alma, que percorre $60\ \text{m}$ em $12\ \text{s}$, ou o Bruno, que percorre $40\ \text{m}$ em $10\ \text{s}$? Calcula a rapidez de cada um e compara-as.

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Pratica★★☆Por começar
Um falcão plana a $8\ \text{m/s}$ durante $30\ \text{s}$. Que distância percorre nesse tempo?

Um falcão plana a $8\ \text{m/s}$ durante $30\ \text{s}$. Que distância percorre nesse tempo?

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Mudar de unidades: m/s e km/h

Os velocímetros dos carros marcam $\text{km/h}$, mas no SI a rapidez exprime-se em $\text{m/s}$. Precisas de passar de uma para a outra.

Esquema da conversão entre quilómetros por hora e metros por segundo, dividindo ou multiplicando por 3,6. km/h m/s ÷ 3,6 × 3,6 72 km/h ÷ 3,6 = 20 m/s 15 m/s × 3,6 = 54 km/h

Também podes mudar de outras unidades de tempo ou de distância do mesmo modo, por exemplo $\text{m/min}$: um caracol que percorre $2\ \text{m}$ em $10\ \text{min}$ tem $r_m = 2 \div 10 = 0{,}2\ \text{m/min}$.

Pratica★☆☆Por começar
Um ciclista percorre $30\ \text{km}$ em $2\ \text{h}$. Qual é a sua velocidade média em $\text{km/h}$?

Um ciclista percorre $30\ \text{km}$ em $2\ \text{h}$. Qual é a sua velocidade média em $\text{km/h}$?

Resolver
Pratica★★☆Por começar
Um carro circula numa autoestrada a $90\ \text{km/h}$. Exprime a sua rapidez em $\text{m/s}$. Recorda: $1\ \text{km} = 1000\ \text{m}$ e $1\ \text{h} = 3600\ \text{s}$.

Um carro circula numa autoestrada a $90\ \text{km/h}$. Exprime a sua rapidez em $\text{m/s}$. Recorda: $1\ \text{km} = 1000\ \text{m}$ e $1\ \text{h} = 3600\ \text{s}$.

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Pratica★★☆Por começar
Um galgo corre a $20\ \text{m/s}$. Exprime a sua rapidez em $\text{km/h}$.

Um galgo corre a $20\ \text{m/s}$. Exprime a sua rapidez em $\text{km/h}$.

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Pratica★★★Por começar
A distância da Terra à Lua é de $3,84\cdot10^{8}\ \text{m}$ e a luz propaga-se a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. Quanto tempo demora a luz da Lua a chegar até nós? Apresenta…

A distância da Terra à Lua é de $3,84\cdot10^{8}\ \text{m}$ e a luz propaga-se a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$. Quanto tempo demora a luz da Lua a chegar até nós? Apresenta o resultado em segundos, com duas casas decimais.

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Comparar rapidezes

Um carro a 72 km/h, que equivale a 20 m/s, e um ciclista a 15 m/s, com setas de comprimento proporcional à rapidez: a do carro é mais comprida. Carro: 72 km/h ÷ 3,6 20 m/s Ciclista: já em m/s 15 m/s 20 m/s > 15 m/s
Pratica★☆☆Por começar
O que significa que um carro se desloca com uma velocidade de $20\ \text{m/s}$? Explica-o com uma frase que comece por «A cada segundo...».

O que significa que um carro se desloca com uma velocidade de $20\ \text{m/s}$? Explica-o com uma frase que comece por «A cada segundo...».

Resolver
Pratica★★☆Por começar
Quem é mais rápido: um carro que circula a $72\ \text{km/h}$ ou um ciclista que desce a $15\ \text{m/s}$? Converte as duas velocidades para a mesma unidade para as…

Quem é mais rápido: um carro que circula a $72\ \text{km/h}$ ou um ciclista que desce a $15\ \text{m/s}$? Converte as duas velocidades para a mesma unidade para as comparar.

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Pratica★★☆Por começar
Ordena por ordem crescente as seguintes rapidezes, expressando-as antes todas em $\text{m/s}$: a) $18\ \text{km/h}$ b) $10\ \text{m/s}$ c) $900\ \text{m/min}$

Ordena por ordem crescente as seguintes rapidezes, expressando-as antes todas em $\text{m/s}$:

  1. a) $18\ \text{km/h}$
  2. b) $10\ \text{m/s}$
  3. c) $900\ \text{m/min}$
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Calcular distâncias e tempos

Conhecida a rapidez, podes prever quanto tempo demora um percurso ou que distância se percorre. O som, por exemplo, propaga-se no ar a cerca de $340\ \text{m/s}$, e a luz a $3 \times 10^{8}\ \text{m/s}$. Para dividir potências de $10$, divide os números e subtrai os expoentes: $\dfrac{6 \times 10^{8}}{3 \times 10^{8}} = 2 \times 10^{0} = 2$. Se a mantissa ficar menor que $1$ ou maior que $10$, ajusta o expoente.

Pratica★☆☆Por começar
Um caracol percorre $2\ \text{m}$ em $10\ \text{min}$. Qual é a sua rapidez em $\text{m/min}$?

Um caracol percorre $2\ \text{m}$ em $10\ \text{min}$. Qual é a sua rapidez em $\text{m/min}$?

Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Caminho a uma velocidade constante de $2\ \text{m/s}$. Quanto tempo demoro a percorrer $10\ \text{m}$?

Caminho a uma velocidade constante de $2\ \text{m/s}$. Quanto tempo demoro a percorrer $10\ \text{m}$?

Resolver
Pratica★★☆Por começar
Um autocarro percorre $150\ \text{km}$ com uma velocidade média de $50\ \text{km/h}$. Quanto tempo demora a fazer o trajeto?

Um autocarro percorre $150\ \text{km}$ com uma velocidade média de $50\ \text{km/h}$. Quanto tempo demora a fazer o trajeto?

Resolver
Pratica★★★Por começar
Ao gritar em frente a uma montanha, ouve-se o eco $2\ \text{s}$ depois. O som propaga-se no ar a $340\ \text{m/s}$, como se mostra na figura. a) Que distância percorreu…

Ao gritar em frente a uma montanha, ouve-se o eco $2\ \text{s}$ depois. O som propaga-se no ar a $340\ \text{m/s}$, como se mostra na figura.

tu montanha ida regresso d = ?
  1. a) Que distância percorreu o som nesses $2\ \text{s}$?
  2. b) A que distância se encontra a montanha?
  3. c) Explica por que razão se deve dividir por $2$ na alínea anterior.
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A rapidez média em percursos com vários troços

Imagina que percorres $60\ \text{km}$ pela autoestrada a $120\ \text{km/h}$ e depois outros $60\ \text{km}$ no trânsito, a $20\ \text{km/h}$. Qual é a tua rapidez média? E porque não é simplesmente a média das duas rapidezes?

Para o ver, repara primeiro noutro percurso diferente, com dois troços da mesma distância (60 km cada um); no fim voltaremos ao caso do trânsito.

Percurso em dois troços de 60 km: o primeiro a 120 km/h durante 0,5 h e o segundo a 60 km/h durante 1 h; no total, 120 km em 1,5 h, ou seja, 80 km/h de média. Troço 1: 60 km a 120 km/h (0,5 h) Troço 2: 60 km a 60 km/h (1 h) 120 km em 1,5 h → 80 km/h de média
Pratica★★☆Por começar
Uma nadadora atravessa uma piscina de $25\ \text{m}$ em $10\ \text{s}$ e regressa ao ponto de partida em $15\ \text{s}$, como se mostra na figura. a) Que distância total…

Uma nadadora atravessa uma piscina de $25\ \text{m}$ em $10\ \text{s}$ e regressa ao ponto de partida em $15\ \text{s}$, como se mostra na figura.

25 m ida: 10 s regresso: 15 s
  1. a) Que distância total percorreu e quanto tempo demorou?
  2. b) Qual é a sua rapidez média em todo o percurso?
  3. c) Qual foi o seu deslocamento total? Explica a diferença em relação à distância.
Resolver
Pratica★★★Por começar
Um carro percorre $60\ \text{km}$ a $120\ \text{km/h}$ e outros $60\ \text{km}$ a $60\ \text{km/h}$, como se mostra na figura. a) Calcula o tempo que demora em cada…

Um carro percorre $60\ \text{km}$ a $120\ \text{km/h}$ e outros $60\ \text{km}$ a $60\ \text{km/h}$, como se mostra na figura.

60 km 120 km/h 60 km 60 km/h
  1. a) Calcula o tempo que demora em cada troço.
  2. b) Calcula a rapidez média de toda a viagem.
  3. c) Explica por que razão a rapidez média não é $90\ \text{km/h}$, a média das duas rapidezes.
Resolver
Pratica★★★Por começar
O Bruno vai a pé para a escola: percorre $400\ \text{m}$ em $4\ \text{min}$, espera $2\ \text{min}$ num semáforo e percorre outros $400\ \text{m}$ em $4\ \text{min}$,…

O Bruno vai a pé para a escola: percorre $400\ \text{m}$ em $4\ \text{min}$, espera $2\ \text{min}$ num semáforo e percorre outros $400\ \text{m}$ em $4\ \text{min}$, como se mostra na figura.

t (min) 400 m semáforo 400 m 4 min 2 min 4 min
  1. a) Qual é a sua rapidez enquanto caminha, em $\text{m/min}$?
  2. b) Qual é a sua rapidez média em todo o percurso?
  3. c) Porque é que os dois resultados são diferentes?
Resolver
Pratica★★★Por começar
Uma ciclista percorre $3\ \text{km}$ em $10\ \text{min}$ com vento a favor e demora $15\ \text{min}$ a regressar pelo mesmo caminho. a) Calcula a sua velocidade na ida e…

Uma ciclista percorre $3\ \text{km}$ em $10\ \text{min}$ com vento a favor e demora $15\ \text{min}$ a regressar pelo mesmo caminho.

  1. a) Calcula a sua velocidade na ida e no regresso, em $\text{km/h}$.
  2. b) Calcula a sua velocidade média na viagem completa.
  3. c) A velocidade média corresponde à média das duas velocidades da alínea a)? Justifica a resposta.
Resolver

Volta ao início: o corredor tem uma rapidez de $5\ \text{m/s}$, ou seja, $18\ \text{km/h}$, e o ciclista de $15\ \text{km/h}$ ($30\ \text{km} \div 2\ \text{h}$). Logo, o corredor vai mais depressa. E no percurso do trânsito percorres $60 + 60 = 120\ \text{km}$ em $0{,}5 + 3 = 3{,}5\ \text{h}$: uma rapidez média de cerca de $34\ \text{km/h}$, e não de $70\ \text{km/h}$.

Em resumo

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