Muitas fórmulas e equações em física envolvem o cálculo de uma velocidade inicial e final. A diferença entre a velocidade inicial e final nas equações para conservação do momento ou equações de movimento informa a velocidade de um objeto antes e depois de algo acontecer. Pode ser uma força aplicada ao objeto, uma colisão ou qualquer coisa que possa alterar sua trajetória e movimento.
Para calcular a velocidade final de um objeto sob aceleração uniforme, você pode usar a equação de movimento correspondente. Essas equações usam combinações de distância, velocidade inicial, velocidade final, aceleração e tempo para relacioná-las entre si.
Fórmula de velocidade final
Por exemplo, a velocidade final (vf ) fórmula que usa velocidade inicial (veu), aceleração (uma) e tempo (t) é:
v_f = v_i + aΔt.
Para uma determinada velocidade inicial de um objeto, você pode multiplicar a aceleração devida a uma força pelo tempo em que a força é aplicada e adicioná-la à velocidade inicial para obter a velocidade final. O "delta" Δ na frente do
t significa que é uma mudança no tempo que pode ser escrita como tf- teu.Isso é ideal para uma bola caindo em direção ao solo devido à gravidade. Neste exemplo, a aceleração devido à força da gravidade seria a constante de aceleração gravitacional g = 9,8 m / s2. Esta constante de aceleração informa a rapidez com que qualquer objeto acelera quando você o deixa cair na Terra, não importa qual seja a massa do objeto.
Se você soltar uma bola de uma determinada altura e calcular quanto tempo ela leva para chegar ao solo, poderá determinar a velocidade imediatamente antes de ela atingir o solo como a velocidade final. A velocidade inicial seria 0 se você soltasse a bola sem nenhuma força externa. Usando a equação acima, você pode determinar a velocidade final vf.
Equações alternativas da calculadora da velocidade final
Você pode usar as outras equações cinemáticas conforme apropriado para qualquer situação com a qual está trabalhando. Se você soubesse a distância que um objeto percorreu (Δ_x_), junto com a velocidade inicial e o tempo que levou para percorrer essa distância, você poderia calcular a velocidade final usando a equação:
v_f = \ frac {2Δx} {t} - v_i
Certifique-se de usar as unidades corretas nesses cálculos.
Um cilindro giratório
Para um cilindro rolando por um plano inclinado ou uma colina, você pode calcular a velocidade final usando a fórmula para conservação de energia. Essa fórmula determina que, se o cilindro partir do repouso, a energia que ele tem em sua posição inicial deve ser igual à sua energia depois de rolar uma certa distância.
Em sua posição inicial, o cilindro não tem energia cinética porque não está se movendo. Em vez disso, toda a sua energia é energia potencial, o que significa que sua energia pode ser escrita como E = mgh com uma missa m, constante gravitacional g = 9,8 m / s2 e altura h. Depois que o cilindro rolou uma certa distância, sua energia é a soma de sua energia cinética translacional e sua energia cinética rotacional. Isso dá a você:
E = \ frac {1} {2} mv ^ 2 + \ frac {1} {2} Iω ^ 2
para velocidade v, Inércia rotacional eu e velocidade angular "ômega" ω.
A inércia rotacional eu para um cilindro é eu = Sr2/ 2. Pela lei da conservação de energia, você pode definir a energia potencial inicial do cilindro igual à soma das duas energias cinéticas. Resolvendo para v, você obtém
v = \ sqrt {\ frac {4} {3} gh}
Esta fórmula para a velocidade final não depende do peso ou massa do cilindro. Se você soubesse o peso da fórmula do cilindro em kg (tecnicamente, a massa) para diferentes objetos cilíndricos, você poderia comparar diferentes massas e descobrir que suas velocidades finais são as mesmas, porque a massa se cancela da expressão acima de.