Visualizando Rotações no Winplot
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Uma maneira de adquirir familiaridade com as equações de rotação

equações de rotação no plano

consiste em testá-las em casos simples, facilmente previsíveis sem as mesmas.

Exemplo 1

Se um ponto sobre o eixo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César sofre uma rotação anti-horária de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, é evidente que ele cairá sobre o seu simétrico. Ora, um ponto genérico sobre o eixo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César tem a forma © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. O simétrico desse ponto em relação à origem é © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Portanto, uma rotação positiva de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César leva o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César no ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Vejamos se esta conclusão pode ser obtida das equações de rotação. De acordo com essas equações, após uma rotação de ângulo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César será transformado no ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, onde

Como © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, ficamos com © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Isto é, © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. O resultado confere!


Exemplos deste tipo são instrutivos e devem ser feitos manualmente sempre que possível. Mas este é um caso em que a experimentação tradicional torna-se rapidamente enfadonha e, pior, infactível. Mesmo para os poucos ângulos cujos senos e co-senos admitem expressão algébrica, os pontos girados podem ser difíceis de se localizar no plano. É nessas horas que se sente a falta de um “laboratório de Matemática” que permita experimentos rápidos, precisos e virtualmente ilimitados. O Winplot é um desses laboratórios.

Exemplo 2

Utilizando o Winplot, marque o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César no plano cartesiano.

Utilizemos a letra © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César para denotar ângulos. De acordo com as equações (4), após uma rotação de ângulo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César em volta da origem, o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César se deslocará para a posição

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

Entre com esse ponto no Winplot e salve o seu arquivo com o nome Exemplo2 para uso posterior. Recorde-se que se deve escrever “sin” (ou “Sin”, já que o Winplot não distingue maiúsculas de minúsculas) em vez de “sen”.

Após clicarmos em , continuaremos a ver apenas o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Como sabemos, o Winplot inicia com © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, de modo que o novo ponto coincide com o primeiro. Entretanto, se fizermos © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César variar, crescendo a partir de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, veremos o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César girar em torno da origem!


Bem, o que acontece “realmente” acima não é propriamente um movimento do ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César ou do ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. O ponto geométrico em si mesmo continua lá, estático. Mas imagine que cada ponto do plano possui uma pequena lâmpada sobre si. Para cada valor de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, o Winplot acende a lâmpada sobre o ponto que se obtém de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César por uma revolução de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César radianos em torno da origem. É o “piscar” das lâmpadas em diferentes posições que gera a impressão de um ponto móvel sobre a tela.

O que vemos na tela pode ser descrito como o movimento de um objeto a partir da posição de abscissa 2 e ordenada 3. Mas, matematicamente falando, não faz sentido dizer que o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César se move, embora venhamos a privilegiar essa forma “cinemática” de expressão. Além disso, esta é uma excelente oportunidade para se apreciar a relevância da Matemática na Física. As equações que estamos discutindo têm aplicações reais na  Mecânica.

Exemplo 3

Em vez de acompanhar o movimento do ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César com o mouse, podemos pedir ao Winplot para gerar um “rastro” do movimento utilizando a caixa abaixo:

Aqui especificamos uma variação do parâmetro © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César a © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César (pi). Após clicarmos em , veremos pontos igualmente espaçados sobre um arco de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César que começa em © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César.

O raio desse arco é © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, a distância de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César à origem.

Exemplo 4

Os exemplos anteriores são suficientes para nos convencer de que o ponto

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

se move sobre uma circunferência com a variação de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Se ainda tem dúvidas, então faça a circunferência aparecer! O raio, como vimos, é © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. A equação cartesiana da circunferência de raio © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e centro na origem é

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

Entre com essa equação no Winplot e veja por si mesmo. (Aliás, essa equação já surge por padrão na caixa de equações implícitas do programa.)

  

Exemplo 5 (rotações negativas)

Até agora ilustramos rotações de ângulos positivos. Uma rotação negativa vai ao contrário, isto é, gira no sentido horário. Comprove isso no Winplot deslocando barra de rolagem do parâmetro © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César para a esquerda. Você verá o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César se mover no sentido dos ponteiros de um relógio.


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© Carlos César de Araújo - Sexta-feira, 5 de Abril de 2002