A Tal da Física

Gráficos e áreas

A área sob a curva também é física

Em muitos gráficos, a área entre a curva e o eixo horizontal mede uma grandeza física. Para descobrir qual, multiplique as unidades dos dois eixos.

Regra de ouro

unidade da área = (unidade do eixo y) × (unidade do eixo x)

Exemplo: no gráfico v × t, a área tem unidade (m/s)·s = m, ou seja, é um deslocamento. Área acima do eixo conta como positiva; abaixo do eixo, como negativa.

GráficoA área representaFórmulaUnidade
v × tDeslocamentoΔs = áream
a × tVariação de velocidadeΔv = áream/s
F × dTrabalho de uma forçaW = áreaJ
Fel × xEnergia potencial elásticaEₚ = k·x²/2J
F × tImpulsoI = Δp = áreaN·s
i × tCarga elétricaQ = áreaC
p × VTrabalho da força de pressãoW = p·ΔV = áreaJ
P × tEnergiaE = P·Δt = áreaJ ou kWh
v × t

Área = deslocamento

(m/s)·s = m

Num movimento com aceleração constante o gráfico é uma reta e a área é um trapézio. Deixe a velocidade ficar negativa e veja o móvel voltar: a área abaixo do eixo desconta do deslocamento.

a × t

Área = variação de velocidade

(m/s²)·s = m/s

Um carro acelera e depois freia. Cada fase vira um retângulo: o de cima soma velocidade, o de baixo tira.

F × d

Área = trabalho

N·m = J

Quando a força varia ao longo do caminho, a conta W = F·d não serve mais, mas a área continua valendo. Aqui a força fica constante e depois cai até zero.

Fel × x

Área = energia elástica

N·m = J

Na mola, a força cresce junto com a deformação (lei de Hooke, F = k·x). O gráfico é uma reta que sai da origem e a área é um triângulo.

F × t

Área = impulso

N·s = kg·m/s

No chute, a força sobe e desce em poucos milésimos de segundo. A área do pulso é o impulso, igual à variação da quantidade de movimento da bola.

i × t

Área = carga elétrica

A·s = C

Corrente é carga por tempo (i = Q/Δt). Então carga é corrente vezes tempo: a área. Aqui a corrente fica constante e depois cai até zero, como na descarga de um capacitor simplificada.

p × V

Área = trabalho do gás

kPa·L = J

Ao se expandir, o gás empurra o pistão e realiza trabalho. A área sob a curva entre o volume inicial e o final mede esse trabalho; na compressão ele é negativo. Com as duas pressões iguais, a transformação é isobárica.

P × t

Área = energia

W·s = J

Potência é energia por tempo, então a área do gráfico de potência é a energia consumida. É assim que a conta de luz é calculada, em quilowatt-hora.

E a inclinação?

A área não é a única informação escondida no gráfico. A inclinação da curva também é uma grandeza: em s × t é a velocidade, em v × t é a aceleração e em Q × t é a corrente. Unidade da inclinação = (unidade do eixo y) ÷ (unidade do eixo x).