tag:blogger.com,1999:blog-18431203770202702412023-11-15T05:45:30.399-08:00fisicaneidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.comBlogger8125tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-20061994921451416362009-10-27T19:00:00.000-07:002009-10-27T19:01:58.385-07:00gabarito 2ª serie volume 3GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 <br />ISSO É BARULHO OU MÚSICA? <br />Roteiro 1 - Isso é barulho ou música? Página 4 <br />Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar o conceito de som. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos. <br />A sugestão é instigá-los a pensar que existem distinções entre os sons; e que eles podem ser classificados com base em diferenciações. <br />Note que, na elaboração da tabela, há elementos que podem ser considerados “sons desagradáveis” para alguns, como o heavy metal, e “sons agradáveis” para os outros. <br />Toda essa discussão, que será esclarecida ao longo das aulas, deve ser iniciada agora. <br />Assim, caso ela não surja explicitamente, apresente-a para os alunos. O objetivo é levá-los a perceber que há uma diferença entre o processo físico do som e a sensação que ele <br />causa em nós. Como esta atividade envolve muitos elementos, e para categorizá-los é preciso relacionar muitas variáveis, muitas delas subjetivas, as classificações certamente não coincidirão. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 6 <br />O objetivo destas questões é nortear a discussão em sala de aula. O importante aqui é tentar extrair elementos com características menos subjetivas para classificar o som. <br />Comece então a “afinar” a turma. Assim, as categorias “Sons desagradáveis” e “Sons”. <br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3 <br />agradáveis “podem se transformar em” Ruídos “e” Sons musicais “, na tentativa de diminuir a interferência da freqüência individual por determinado estilo sonoro”. Ainda que esta nova categorização possua características comuns, que podem ser classificadas sob um caráter subjetivo, podemos selecionar alguns sons e chamá-los de ruído: ronco, trovão, arranhão na lousa. Alguns elementos que podem ser identificados como características de ruído: não se repete no tempo, não tem ritmo nem harmonia. Para que o gosto pessoal não seja um critério novamente, devem se buscar as características físicas do som. <br />LIÇÃO DE CASA Página 6 1. Espera-se respostas do tipo: Som é uma onda mecânica longitudinal. O importante é o aluno perceber a relação direta entre a Física e o som. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 UMA ENTREVISTA MUSICAL PESQUISA DE CAMPO Página 6 <br />O intuito neste momento é fazer uso do conteúdo trazido pelos alunos como ponto de partida para as discussões e para a introdução dos conceitos da Física Ondulatória. Assim, respostas sobre “Quais as partes essenciais de seu instrumento musical?” devem servir para que os alunos percebam a presença de elementos vibrantes e ressonantes em diferentes instrumentos. Da mesma forma, respostas para “Qual a diferença entre uma nota tocada nele e a mesma nota tocada em outro instrumento?” poderão ser usadas para tratar ressonância e timbre. Observe que os conceitos envolvidos nas respostas a essas perguntas serão construídos no decorrer do bimestre. Assim, neste momento, eles não deverão ser aprofundados. A idéia é aguçar a curiosidade, guiar o olhar do aluno para aspectos que antes, certamente, passavam despercebidos. <br />Leitura e Análise de Texto Página 7 <br />1. É uma onda mecânica que se propaga por meio da vibração do meio em que atravessa. <br />2. Em qualquer instrumento musical é preciso que alguma coisa seja colocada para vibrar. No violão é a corda, na gaita é o ar e em um atabaque é a membrana que o cobre. <br />3. Se o som precisa de um meio elástico para se propagar, e na Lua não temos atmosfera, ou seja, ausência de meio, o som não pode se propagar, não podendo portanto ser ouvido. <br />Aprendendo a Aprender Página 8 <br />Note que as três primeiras questões estão diretamente relacionadas com a formação de competências em leitura e na compreensão de gráficos. Sendo assim, é preciso trabalhá-las com cuidado, ensinando os alunos a efetuar essa leitura, visto que não se trata de algo óbvio para eles. Na questão 1, faça-os perceber que os espaçamentos dos <br />pontinhos representam regiões nas quais o ar se encontra ora mais rarefeito, ora mais comprimido. A questão 2 traz a representação gráfica do fenômeno físico que ocorre, relacionando a pressão do ar (eixo vertical) com a localização no espaço (eixo horizontal). Assim, a questão 3 sintetiza as duas anteriores, visto que relaciona a pressão positiva com as áreas comprimidas e a pressão negativa com as áreas rarefeitas. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 9 <br />O objetivo destas questões é sistematizar o conhecimento estudado nesta Situação de Aprendizagem. As questões 1 ,2 e 3 foram discutidas na seção Leitura e análise de texto e Aprendendo a Aprender. <br />4. Temos: 4) . = 0,5 m, f= 680 Hz. V = ..f = 0,5 x 680 = 340 m/s. <br />LIÇÃO DE CASA Página 10 <br />1. a) O período é o tempo entre a produção subseqüente de duas ondas. Ele é inversamente proporcional à freqüência e dado pela equação: T f, onde T é o período e f é a freqüência. b) Na quarta oitava temos: <br />Dó 4: 261,63 Hz; <br />Dó 4 sustenido (ou Ré 4 bemol): 277,18 Hz; <br />Ré 4: 293,66 Hz; <br />Ré 4 sustenido (ou Mi 4 bemol): 311,13 Hz; <br />Mi 4: 329,63 Hz; <br />Fá 4: 349,23 Hz; <br />Fá 4 sustenido (ou Sol 4 bemol): 369,99 Hz; <br />Sol 4: 392 Hz; <br />Sol 4 sustenido (ou Lá 4 bemol): 415,3 Hz; <br />Lá 4: 440 Hz; <br />Lá 4 sustenido (ou Si 4 bemol): 466,16 Hz; <br />Si 4: 493.88 Hz. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 UMA AULA DO BARULHO Leitura e Análise de Texto Página 11 <br />A questão 1 trabalha a competência de leitura e a utilização da linguagem gráfica. <br />Ressalte que cada representação traz aspectos diferentes do mesmo fenômeno. Assim, o que determina se uma é melhor que a outra são justamente os dados que elas fornecem. Por exemplo, para uma análise quantitativa, a representação em vermelho é mais adequada, pois podemos comparar a intensidade das amplitudes em cada posição da onda. Entretanto, para uma análise fenomenológica, a representação em azul é mais indicada, já que ela permite visualizar diretamente a compressão e rarefação do ar. Ou seja, as diferentes representações nos auxiliam na leitura e no entendimento daquilo que estudamos. Já na 2 questão, o objetivo é levar os alunos a perceberem que as ondas têm amplitudes iguais e frequências diferentes. Para a resposta da terceira questão, é preciso elaborar a hipótese de que as duas ondas se propagam no mesmo meio, ou seja, suas velocidades são iguais. Pode-se também retomar a fórmula e verificar que quanto maior o comprimento de onda, menor é a frequência. Como veremos, a intensidade de um som está ligada à sua amplitude, enquanto a altura está ligada à sua frequência: as questões 3 e 4 exploram essa diferença. <br />Leitura e Análise de Imagem Página 13 <br />Como feito anteriormente, aprofunde a formalização dos conceitos apresentados por meio da análise das figuras apresentadas nessa seção. Para auxiliar a leitura gráfica, mostre aos alunos as representações dessas duas ondas e peça a eles que identifiquem semelhanças e diferenças. A idéia é fazer com que eles identifiquem que ambas têm a mesma frequência, mas possuem amplitudes diferentes. Por meio da análise da figura, eles devem concluir que amplitude maior significa compressão e descompressão maiores. Isso fica claro quando se compara as relações entre as representações em azul e em vermelho. Após esta análise inicial, peça a eles que indiquem qual desses sons é o mais intenso. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 14 <br />1. Som com alta frequência, ou seja, agudo. 2. Que som intenso. 3. a) Para uma mesma velocidade, quanto maior a frequência menor o comprimento de onda, portanto a onda I possui menor frequência e a II possui maior frequência. b) Primeira (I): comprimento de onda . 16 cm; amplitude . 6 cm. Segunda (II): comprimento de onda . 8 cm; amplitude . 4 cm. , 4. Som musical é uma onda com frequências bem definidas. Quando um objeto vibra de forma desordenada, ele produz um som que é a somatória de um número muito grande de frequências, ou seja, barulho (ruído). <br />LIÇÃO DE CASA Página 15 <br />1. a) Comprimento de Onda . metro (m). Frequência . hertz (Hz) . Hz = s -1. <br />Velocidade de Propagação . m/s. Amplitude . m. Período . segundo (s). <br />b) Feminino: agudo . soprano, médio . meso-soprano, grave . contralto. <br />Masculino: agudo . tenor, médio . barítono, grave . baixo. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 FAZENDO UM SOM Página 15 <br />Neste momento espera-se apenas que os alunos talvez se remetam ao timbre ou diferenças na forma do instrumento. Como trata-se de uma abertura do tratamento do conceito, não se precisa de tanto rigor neste primeiro momento. A idéia é fazer com que parem para refletir a respeito da variedade sonora produzida por diferentes instrumentos. Como veremos, o que nos permite fazer esta diferenciação é o timbre, que é uma espécie de assinatura de cada instrumento musical. <br />Leitura e Análise de Texto Página 18 <br />1. Quanto maior a tensão, mais agudo o som fica. Isso ocorre pois a frequência é diretamente proporcional à raiz quadrada da tensão. 2. Ele pode usar o braço do instrumento, ou seja, diminuir o comprimento. Isso ocorre pois a frequência é inversamente proporcional ao comprimento. 3. Quanto mais fina a corda, mais agudo o som, já que a densidade será menor. Isso ocorre, pois a frequência é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade. <br />4. n equivale ao número de picos e vales que teremos na corda <br />VOCÊ APRENDEU? Página 22 <br />1. Todos produzem o som a partir da vibração de um ou mais componentes do instrumento. <br />2. O conjunto de harmônicos que compõe a nota em cada instrumento é diferente, pois <br />depende de característica intrínsecas dos mesmos. Portanto o som será diferente, ou seja, a diferença está no timbre. <br />3. É uma espécie de assinatura do instrumento, cada instrumento possui características individuais, que no som se refletem no timbre. Mesmo entre dois violinos é possível perceber a diferença. Até hoje os violinos Stradivarius são considerados incomparáveis, justamente pela qualidade do som que emitem. <br />4. O corpo é utilizado como uma caixa de ressonância, permitindo assim amplificar o som. <br />5. Tudo que existe vibra, mesmo que aparentemente estejam imóveis. Assim pedras, prédio, planetas, seu próprio corpo e átomos, por exemplo, possuem uma ou mais frequências naturais de vibração. Agora, quando um objeto qualquer é "excitado" em uma de suas frequências naturais ocorre um fenômeno chamado ressonância. <br />6. Quando tocamos a corda de um violão, vemos essa corda vibrar, essa onda que vibra num mesmo lugar sem se propagar no espaço é chamada de onda estacionária. É importante perceber que ondas estacionárias têm o seu ponto de maior vibração (ventre), sempre no mesmo lugar já que a onda não se propaga. O mesmo vale para os pontos que não oscilam (nodos). <br />7. Entre todas as formas imagináveis de ondas estacionária, só aquelas cujos nodos se formem nas extremidades podem perdurar no tempo e são chamadas de harmônicos ou frequências naturais de vibração do sistema. Nos instrumentos de corda, podemos pensar que numa mesma corda os vários harmônicos possíveis possuem a mesma velocidade de propagação. Além disso, os vários harmônicos possuem sempre frequências múltiplas do primeiro harmônico (também chamado de harmônico Vfundamental). Como V = ..f, o harmônico fundamental tem frequência f1 = 2L (onde L é o comprimento da corda; observe a 1ªfigura da página 19 do Caderno <br />Generalizando, para qualquer outro harmônico n, temos fn= n. 2V T(observe os outros harmônicos na figura da página 19). Por fim, como v . . n temos que fn . 2L .T . <br />LIÇÃO DE CASA Página 23 <br />1. Tubo Aberto . A equação é a mesma da corda do violão .n . n , entretanto, 2L diferente do violão que nas extremidades estão os nós, no tubo aberto nas extremidades, estão os ventres.<br />Tubo Fechado . Na extremidade aberta há um ventre e na fechada há um nó. Outro fator interessante é que tubos fechados apenas produzem harmônicos ímpares. A equação para os harmônicos também é a mesma, entretanto, devemos lembrar de substituir n apenas por números ímpares. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 UMA ENTREVISTA DO BARULHO VOCÊ APRENDEU? Página 26 <br />1. Pergunta pessoal, que depende do uso feito por cada aluno, entretanto o uso de fone entre jovens, na maioria dos casos, pode ser considerado prejudicial à saúde devido ao uso prolongado de sons com intensidades acima do aceitável. <br />LIÇÃO DE CASA Página 26 <br />1. a) O nível sonoro em decibéis é expresso por S = k log (I / I0), onde é comum utilizar os valore de k = 10 e I0 = 10– 12 N/m2. b) Britadeira, avião a jato decolando a 100 metros de distância, etc. Qualquer som muito intenso e exposição frequente é prejudicial à audição humana. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 VENDO O MUNDO Roteiro 6 – Vendo o Mundo Página 27 <br />Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar conceitos relacionados com a luz e suas propriedades. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos. Sugerimos quatro grandes categorias: a) Produtores ou fontes de luz; b) Refletores (que devolvem luz); c) Refratores (que deixam passar a luz); e d) Absorvedores (que transformam energia luminosa em outras formas de energia). <br />PRODUTORES OU REFLETORES REFRATORES ABSORVEDORES FONTES DE LUZ <br />Lâmpada Espelho Lente Filme fotográfico Sol Lua Atmosfera Objetos escuros Fogo Objetos Vidro Plantas <br />Flash Tela de cinema Água Atmosfera Vela Vidro Óculos <br />É possível estabelecer outras formas de classificação. As categorias aqui sugeridas permitem uma investigação fenomenológica dos processos que as nomeiam, possibilitando o entendimento de diferentes instrumentos ópticos e fenômenos que envolvem a luz. A categoria “Produtores ou fontes de luz”, por exemplo, permite iniciar a discussão sobre o processo de visão, trabalhando a idéia de que nossos olhos são sensíveis à luz, assim como nossas orelhas são sensíveis ao som. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 28 <br />1. O olho é um sistema sensível à luz proveniente de objetos, luminosos ou iluminados. <br />Ou seja, caso não haja nenhuma fonte emitindo luz, não há nada que nossos olhos possam captar. <br />2. Leucipo de Mileto acreditava que a visão só era possível, pois os objetos presentes no mundo emitiam pequenas partículas, chamadas de eidola, que chegavam até aos nossos olhos. Assim, um gato, por exemplo, emanava de sua superfície estas partículas, capazes de levar informações sobre a forma e a cor do animal. <br />LIÇÃO DE CASA Página 29 <br />Esta lição de casa é uma oportunidade para diante dos resultados das pesquisas dos alunos, comentarem os diversos fenômenos ondulatórios, bem como suas aplicações e recorrências cotidianas. Assim, é possível complementar os dois temas desse Caderno, além de fazer uma excelente conexão entre o estudo da luz e das ondas. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 A CÂMARA ESCURA Roteiro 7 – A câmara escura Página 29 <br />Neste roteiro o objetivo das questões é orientar para as relações de proporcionalidade Oi descritas em . <br />. Bem como uma melhor compreensão do funcionamento dos do di olhos e máquinas fotográficas. <br />Aprendendo a Aprender Página 31 <br />1. Da mesma forma que na máquina, nossos olhos também possuem três componentes essenciais: um orifício que regula a quantidade de luz que entra, uma lente para a formação de uma imagem nítida e um elemento sensível à luz, capaz de fazer o registro químico de uma imagem. <br />2. Essa demonstração pode também ser feita em sala de aula, para tornar mais claro aos alunos a sua compreensão. <br />oi 9 o .3. i = 9 cm, do = 4 m e di = 12 cm, como . .. o = 3 m. do di 4 12 Aqui é importante observar as unidades com os alunos durante a correção. <br />LIÇÃO DE CASA Página 34 <br />Esta lição de casa pode servir para discutir melhor o funcionamento da visão. Essas explicações podem ser feitas pelos próprios alunos. Caso sejam divididos em grupos para a confecção do cartaz, os alunos podem apresentar para a classe aquilo que aprenderam. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8 REFLETINDO ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO Página 35 <br />Construindo e analisando imagens formadas em espelhos esféricos. Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes paralelos ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que, você, professor, faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos para que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 39 <br />1. Porque ao serem vista pelo espelho retrovisor do motorista da frente, ele vê a imagem invertida em seu espelho formando a palavra, AMBULÂNCIA não invertida, e pode dar passagem para ela. 2. Espelho é um objeto cuja uma de suas superfícies reflete, de maneira regular, quase a totalidade dos raios de luz que incide sobre ela. 3. Se o ângulo de 30º for em relação à superfície do espelho, pode-se imaginar que a reflexão irá ocorrer com o mesmo ângulo de 30º. Vale ressaltar que os ângulos de incidência e reflexão são definidos entre os raios de luz e a reta normal que incidem no espelho. 4. Espelhos planos refletem imagens do mesmo tamanho do objeto. Se o espelho estiver posicionado convenientemente e tiver, ao menos, o comprimento mínimo, a imagem do homem terá o mesmo tamanho dele, 1.80 m. <br />À distância da imagem até o espelho também será a mesma do homem até o espelho, 15 metros. <br />LIÇÃO DE CASA Página 39 111 oi 1. .. m e A .. onde A é o aumento e f é o foco. fdd dd oi oi <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9 REFRATANDO Leitura e Análise de Texto Página 42 <br />1. Sempre que ocorre a diminuição da velocidade da luz ao mudar de meio, ocorre à diminuição do desvio sofrido por ela. Já com o aumento da velocidade da luz, ao passar de um meio para outro, o desvio aumenta também. <br />2. Se a luz incide diretamente sobre a reta normal, ou seja, perpendicular à superfície, não ocorrerá desvio já que a luz entra sem desvio. Entretanto a velocidade continuará sendo alterada, o que caracteriza a refração. <br />Construindo e analisando imagens formadas pelas lentes Página 47 <br />Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes e refletidos no espelho: paralelo ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que o professor faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível depois, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 48 <br />1. É o fenômeno no qual a velocidade de uma onda (luz ou som, por exemplo) ao mudar de meio sofre alteração em sua velocidade. 2. Se a luz incidir perpendicularmente à superfície não ocorre desvio. 3. No caso da miopia usamos a lente divergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma antes da retina, e, portanto é necessário divergir os raios de luz. 4. No caso da hipermetropia usamos a lente convergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma depois da retina, e, portanto, é necessário aproximá-la do foco, ou seja, convergir os raios de luz. <br />LIÇÃO DE CASA Página 48 1. 1 1 1 e oi , onde A é o aumento. <br />.. A .. fdd dd oi oi 2. Verificar se os alunos entenderam a diferença de funcionamento de cada um desses objetos.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-57936496816146010682009-10-27T18:59:00.000-07:002009-10-27T19:00:28.691-07:00gabarito 3ª serie volume 2GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 2<br />1 ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO 1ª Parte Página 3<br />1. Não, pois a agulha se orienta segundo os polos do ímã.<br />2. Resposta pessoal, mas se espera que o estudante responda sim a partir de suas observações e que sua previsão esteja bem próxima daquilo que será verificado.<br />2ª Parte Página 5<br />1. A direção da agulha da bússola está sempre tangente às curvas formadas pelas linhas, visualizadas com a limalha de ferro.<br />2. Sim, pois a agulha sempre terá a direção tangente as linhas de campo.<br />3. Sim, por meio da orientação da bússola. Ela aponta sempre para o polo sul magnético (norte geográfico).<br />4. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno responda que sim, através das linhas de campo utilizando limalhas de ferro ou outro material ferromagnético.<br />VOCÊ APRENDEU? Página 6<br />1. Não, podemos representar por meio do vetor campo magnético, pontilhamento e sombreamento relacionando com a intensidade do campo magnético. Professor, represente em forma de figuras as outras alternativas de representação do<br />campo magnético. <br />2. Sim! A Terra tem o comportamento análogo ao ímã, o que faz a bússola apontar para o norte geográfico.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 CONHECENDO AS LINHAS DECAMPO DO ÍMÃ 2<br />Aqui é importante que possa ser mostrado novamente as linhas de campo magnético da Terra.<br />3. Indica o sentido do campo magnético no ponto em questão ou o sentido das linhas decampo magnético, indicando os polos sul e norte magnético.<br />LIÇÃO DE CASA Página 7<br />1. Não! Os polos magnéticos ainda não foram encontrados separadamente. Professor, enfatize que, mesmo em escala microscópica, não há somente um pólo magnético.<br />2. Sim, pois as extremidades onde ocorreu a quebra se tornaram polos opostos, que se atraem. Professor, para que o aluno possa visualizar da melhor forma possível, procure fazer as representações dessas situações (figuras).<br />3. Resposta pessoal, mas espera-se que o estudante diga que não, pois neste caso as linhas de campo são espaciais (tridimensionais) e no caso do experimento realizado na sala, as linhas foram visualizadas no plano da folha, ou seja, são bidimensionais.<br />4. Resposta pessoal, mas espera-se que o estudante possa relacionar a indicação da agulha da bússola com o campo magnético da Terra e os polos geográficos.<br />5. Sim, pois os polos magnéticos nunca (até o presente momento) foram detectados separadamente.<br />Novamente nesta questão enfatize a não existência de monopolos magnéticos até mesmo na escala microscópica.<br />6. Sim, pois a bússola é sensível a campos magnéticos. É interessante que esta questão possa ser discutida conjuntamente com a construção da bússola. S N S N N S<br />3 ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO 2ª Parte Página 13<br />Não, pois a passagem da corrente elétrica no fio cria um campo magnético que influencia a bússola.<br />Analisando os resultados do experimento Página 14<br />1. Resposta pessoal, mas nesta questão o estudante deve perceber que há uma relação entre a passagem da corrente elétrica e o campo magnético, ou seja, a passagem da corrente elétrica por um fio gera um campo magnético que é detectado pela agulha da bússola.<br />2. Um aumento na corrente elétrica leva a um aumento na intensidade do campo magnético, logo exercerá maior efeito sobre a bússola.<br />3. Quanto mais distante do fio, menor será a interação entre o campo magnético gerado pela corrente; a bússola tenderá a indicar a orientação do campo magnético da Terra.<br />4. Não, pois a intensidade do campo magnético depende também da distância do ponto ao fio em que há passagem da corrente elétrica.<br />5. Intensidade da corrente elétrica, distância do fio ao ponto e o meio no qual o campo magnético está imerso.<br />Verificação entre fenômenos elétricos e magnéticos Página 15<br />1. Ação a distância e interação que podem resultar em atração e repulsão.<br />Professor, procure relacionar com a tabela no início da situação de aprendizagem, discutindo cada item.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 CAMPO MAGNÉTICO DE UMA CORRENTE ELÉTRICA 4<br />2. Não, isso ficará mais claro com a discussão da tabela (conforme indicação na questão anterior).<br />VOCÊ APRENDEU?Página 16<br />2. A intensidade do campo magnético é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica e pode ser calculada, neste caso, por: B 0 i 2d Professor, explore os termos da equação destacando a dependência de B com o meio<br />(), a corrente (i) e a distância (d).<br />LIÇÃO DE CASA Página 17<br />2. Como a intensidade do campo B é diretamente proporcional à intensidade da corrente, o campo B terá o dobro da intensidade quando dobrar a corrente elétrica.<br />3. Gauss (G) e Tesla (T) 1 G = 10 -4 T.<br />4. Um fio percorrido por uma corrente elétrica “cria” em torno de si um campo magnético, cujo sentido depende do sentido da corrente. Professor, nesta questão relembre a regra da mão direita para mostrar a relação entre<br />o sentido da corrente e o sentido do campo magnético.<br />5. Resposta pessoal, espera-se que nesta questão o estudante possa concordar com a<br />afirmativa, recordando da Lei de Ampère.<br />6.ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO Página 20<br />Questões 1 e 2.Respostas com base nas observações dos alunos, mas espera-se que o aluno perceba que a direção da agulha da bússola oscila em torno do ponto de equilíbrio.<br />Imã e a bobina Página 20<br />3. O movimento relativo entre o ímã e a bobina gera uma corrente induzida que na outra bobina gera um campo B que desvia a agulha da bússola.<br />4. A deflexão da agulha será maior, pois a corrente induzida depende da velocidade do movimento.<br />5. Sim! A variação do fluxo do campo magnético que passa por uma bobina fechada cria uma corrente induzida na bobina.Dependendo das intensidade da corrente ela poderá acender uma pequena lâmpada. Professor, explore aqui a Lei de Faraday e a Lei de Lenz para que possa ficar clara a relação entre o campo magnético e a corrente elétrica.<br />LIÇÃO DE CASAPágina 21<br />1. O carrinho ao se aproximar faz com que o fluxo do campo magnético que passa pela bobina aumente, induzindo um campo que é contrário a essa variação, ou seja, o campo magnético induzido é da direita para a esquerda, induzindo uma corrente no<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 GERANDO ELETRICIDADE COM UM ÍMÃ 7<br />sentido anti-horário (regra da mão direita), para quem olha a bobina na perspectiva do carrinho. Ao se afastar (depois de ter passado pela bobina) o fluxo do campo magnético do ímã que passa pela bobina diminui, o que induz um campo magnético na bobina contrário a essa variação (campo magnético induzido da direita para esquerda), induzindo uma corrente no sentido anti-horário.<br />2. A oposição a uma aproximação se dá por meio de uma repulsão, o que leva a uma polaridade induzida no centro da espira com o norte para cima, indicado pelo polegar da mão direita. Com isso, o sentido da corrente induzida é o horário para quem olha de cima.<br />8 Construindo um motor elétrico Página 24<br />1. Porque há necessidade do campo magnético para que se tenha o movimento do motor, pois o campo magnético do mesmo interage com o campo gerado na espira.<br />2. A resposta depende da observação do estudante. Mas espera-se que o estudante observe que haverá uma inversão do movimento da bobina (motor).<br />3. A espira terá seu movimento invertido.<br />4. A bobina não gira, permanecendo oscilando em relação a seu ponto de equilíbrio, devido à inversão da força magnética que atua na bobina. 5. Bobina, fonte e ímã (campo magnético). Lei de Faraday e lei de Lenz.<br />VOCÊ APRENDEU?Página 25<br />1. O campo magnético é importante para que ocorra interação magnética (F = B.i.l.sen). (autor deve conferir). Professor, explore as duas equações da força magnética (F = qvBsen).<br />2. Campo magnético, corrente elétrica, tensão e resistência da bobina. Essa questão poderá ser explorada quando estiver sendo feita a investigação sobre o funcionamento do motor, para que os alunos possam perceber melhor a relação das<br />grandezas. 3. O número de espiras da bobina está relacionado diretamente à força magnética. Quanto maior o número de espiras maior será a velocidade. Contudo, o aumento do número de espiras aumenta a inércia da bobina.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 CONSTRUINDO UM MOTOR ELÉTRICO GABARITO 9 LIÇÃO DE CASA Página 26<br />1. O campo magnético tem o sentido de norte para o sul; a corrente convencional vai do polo positivo para o negativo; a força magnética aponta para cima (aplicar a regra da mão direita)<br />2. Resposta pessoal, mas é provável que o estudante encontre uma bobina, um ímã como no motor construído na classe.<br />3. Sim! Nesse caso aplica-se a Lei de Ampère. O campo magnético é importante para que ocorra interação magnética (F = B.i.l.sen). (autor deve conferir)<br />10 ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO 1ª Parte Página 28<br />1. Espera-se que o estudante observe uma deflexão da agulha.<br />2. A partir das observações, espera-se que o estudante continue observando a deflexão da agulha da bússola.<br />3. Espera-se que os estudantes percebam que há um ímã. Caso ele não perceba, aproxime a bússola de um ímã qualquer e depois repita o procedimento com o dínamo, mostrando que o comportamento é análogo.<br />2ª Parte Página 30<br />1. O led vai acender. Devido ao movimento relativo entre o ímã e a bobina, uma corrente induzida será criada, fazendo com que o led acenda. 2. Levará a uma deflexão da agulha. O eixo tem o mesmo comportamento de um ímã.<br />3. Bobinas, ímãs, eixo (considere as observações dos estudantes).<br />4. Ambos possuem bobinas e ímãs. Tendo um comportamento inverso. O dínamo transforma energia elétrica a partir do movimento (energia cinética). Já o motor transforma movimento a partir da energia elétrica.<br />5. O dínamo transforma outras formas de energia em energia elétrica e o motor transforma energia elétrica em outras formas de energia, principalmente em cinética. 6. A Lei de Faraday e a de Lenz descrevem este fenômeno.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 ENTENDENDO OS GERADORES ELÉTRICOS 11 LIÇÃO DE CASA Página 31<br />1. Resposta pessoal, mas o estudante poderá citar dínamo, pilhas, baterias e até mesmo usinas de produção de energia elétrica. 2. Não, alguns geradores possuem eletroímã, que são criados a partir da passagem da corrente elétrica em um condutor. Essa corrente é produzida a partir de uma fonte de energia externa.<br />3. Não, o gerador transforma energia cinética em elétrica. 4. Bobina, eixo e ímã.<br />12 PESQUISA INDIVIDUAL Página 33<br />1. Para armazenar energia potencial gravitacional que será transformada em energia cinética.<br />2. Na maioria das usinas utiliza-se eletroímãs. Normalmente, não se usa ímãs naturais por causa da grande intensidade do campo magnético requerido para este fim. 3. Resposta pessoal, mas o estudante pode apontar como uma usina que, depois de construída, não polui e não produz resíduos. 4. Resposta pessoal, contudo devem ser apresentadas as formas como usina nuclear, eólica, termoelétrica, solar, usinas que aproveitam as energias das marés e das ondas. 5. Energia potencial gravitacional que é armazenada na massa de água com a barragem. Na queda essa energia se transforma em energia cinética (movimento) que é convertida em energia elétrica no gerador.<br />LIÇÃO DE CASA Página 34<br />1. Resposta pessoal, mas o estudante poderá indicar : • produção de rejeitos radiativos ; • risco de vazamento de radiação;• risco do transporte do material radiativo; • alto custo de construção da planta industrial;<br />• possibilidade de ocorrência de acidente com sérios danos ambientais.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 COMPREENDENDO O FUNCIONAMENTO DAS USINAS ELÉTRICAS 13<br />2. I = P/A; E = P.t<br />1000 (W/m2) = 625 (W)/A 150 (kWh) = P. 240(h)<br />A = 625/1000 P = 150/240<br />A = 0,625 m2 P = 0,625 kW<br />Professor, destaque as unidades de medida para que não ocorra erros nos cálculos.<br />3. P = 0,6 AV3<br />8100 = 0,6.4.V3<br />V3 = 8100/2,4 = 3375<br />V3 = 15 m/s<br />PESQUISA INDIVIDUAL Página 35<br />1. Resposta pessoal. Depende das pesquisas de cada estudante.<br />14 PESQUISA EM GRUPO Página 37<br />1. Resposta pessoal, mas o estudante pode destacar cabos de transmissão, postes, transformadores, usinas, subestações.<br />2. Resposta pessoal, mas ele poderá dizer que os cabos servem para a transmissão da energia, os transformadores para elevar ( ou abaixar) a tensão da rede, as usinas para produzir (transformar) energia.<br />3. Não, ela sofre mudanças para que possam ser minimizadas as perdas. Devido ao efeito Joule ( aquecimento dos cabos) ao longo do transporte. 4. Modificar a tensão e a corrente transmitida na rede.<br />Caminho da energia até a escola Página 38<br />1 a 4 resposta pessoal, pois depende das pesquisas dos estudantes.<br />VOCÊ APRENDEU? Página 39<br />1. Para que a perda de energia devido ao efeito Joule seja a menor possível. Se for necessário, rediscuta a necessidade da alta tensão para a transmissão com menor perda, como foi feito no início.<br />2. P = V.i P = R.i2<br />100. 106 = 2. 106. I P = 103. 502<br />i = 50 A P = 2,5. 106 W<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 COMPREENDENDO UMA REDE DE TRANSMISSÃO 15<br />P = 2,5 MW<br />3. P = V.i P = R.i2<br />100. 106 = 106. I P = 103. 1002<br />i = 100 A P = 107 W<br />P = 10MW ( ou seja, a perda fica dez vezes maior)<br />LIÇÃO DE CASA Página 40<br />1. N1/V1 = N2/V2 100/120 = 300/ V2 -------V2 = 360 V<br />É importante que aqui possa ser feita a discussão do princípio de funcionamento do transformador, caso ainda não tenha sido feita. 2. N1/V1 = N2/V2 , ou seja, a tensão é diretamente proporcional ao numero de espiras.<br />3. A tensão e a corrente podem ser facilmente modificadas.<br />4. Resposta pessoal, mas pode-se definir como sendo um equipamento que modifica a corrente e a tensão elétrica sem perda apreciável de energia.<br />5. Não, o transformador eleva ou abaixa a tensão. A energia elétrica não muda (no casodo transformador ideal).<br />Destaque esse aspecto do transformador, discutindo a conservação de energia.<br />6. Resposta pessoal, mas espera-se que o estudante possa ter percebido a importância dos transformadores para aumentar a tensão de transmissão, diminuindo a perda de energia.<br />16 PESQUISA INDIVIDUAL Página 42<br />1. Rio de Janeiro, em 1879 2. Diamanta, em 1883.<br />3. Ilha Solteira, 1978; Itaipu, maio de 1984 (sua construção se deu durante a década de<br />1970); Tucuruí, novembro de 1984.<br />4. Usina Hidrelétrica de Itaipu – Rio Paraná (divisa do Brasil – PR – com o Paraguai)<br />14.000 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Tucuruí – Rio Tocantins (PA) – 8.370 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira – Rio Paraná (PR) – 3.444 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Jirau – Rio Madeira (RO) – 3.300 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Xingó – Rio São Francisco (AL/SE) – 3.162 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Santo Antônio – Rio Madeira (RO) – 3.150 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Paulo Afonso IV – Rio São Francisco (BA) – 2.462 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Itumbiara – Rio Paranaíba (GO/MG) – 2.082 MW;<br />Usina Hidrelétrica de São Simão – Rio Paranaíba (GO/MG) – 1.710 MW;<br />Usina Hidrelétrica de Foz do Areia – Rio Iguaçu (PR) – 1676 MW;<br />5. Há diversas usinas no Estado de São Paulo. Alguns exemplos são:<br />No rio Paraná; Ilha Solteira; Posto Primavera; Japirá; No Rio Tiete: Três Irmãos; No<br />Rio Paraíba do Sul: Paraibuna e Jaguari. Professor, é importante destacar a localização, mostrando que as principais usinas<br />estão localizadas nas maiores bacias hidrográficas e rios nacionais<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8 ENERGIA ELÉTRICA E USO SOCIAL 17Energia elétrica e uso social Página 43<br />1. 24%. A fonte energética de maior participação na matriz de oferta de energia é de origem hídrica. Calculando-se, a partir dos dados da tabela da página 43, conclui-se que sua participação na matriz energética é de 24%. O Brasil é um país com muitos rios e com um relevo com características que propiciam a exploração deste recurso, por essa razão temos em nosso país diversas usinas hidrelétricas.<br />2. Resposta pessoal, mas o estudante pode responder indicando um aumento da tecnologia na produção de energia, como o caso das usinas eólicas, termoelétricas. Por outro lado a diminuição pode ser devido aos impactos ambientais.<br />3. Sim! Esse aumento foi de 17.651 GWh<br />4. Sim, pois nos gráficos todo consumo de bens provenientes da indústria, como alimentação, está incluído nesse setor.<br />5. Não, pois não mostra as origens da energia residencial.<br />6. Na indústria – 2,3%<br />7. Os gráficos mostram que com o maior consumo de energia (TEP) há uma diminuição da mortalidade infantil, do analfabetismo e um aumento da expectativa de vida. 8. A resposta depende da pesquisa dos estudantes.<br />LIÇÃO DE CASA Página 46<br />1. As hidrelétricas exercem grande impacto no meio ambiente, principalmente relacionado a área alagada pela barragem.<br />Professor, é importante discutir também a questão da emissão de Metano (CH4) pela decomposição das plantas que estão imersas nas barragens.<br />2. Não necessariamente. Os maiores valores de IDH se encontram entre 4 e 5 TEP.<br />3. Resposta pessoal. É importante mostrar que há fortes evidências que indicam que um maior consumo de energia pode aumentar o IDH de um país ou de uma determinada região.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-14251935784013887372009-10-27T18:57:00.000-07:002009-10-27T18:59:00.631-07:00gabarito volume 3 3ª seireGABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />1<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1<br />OBJETOS QUE COMPÕEM O NOSSO MUNDO: SEMELHANÇAS E<br />DIFERENÇAS<br />Problematizando e classificando<br />Página 4<br />As respostas e orientações relativas a todas as perguntas propostas nos roteiros de<br />atividades são apresentadas no Caderno do Professor. Novas respostas serão inseridas<br />no caso de existirem novas questões ou questões modificadas!<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 5<br />1. Vimos que, se o núcleo de um átomo de hidrogênio fosse do tamanho da cabeça de<br />um alfinete (1 mm), então o elétron estaria, aproximadamente, a uns 70 metros de<br />distância. Assim, podemos escrever a seguinte relação de proporção:<br />distância do vizinho<br />tamanho da casa<br />m<br />x m <br /><br />70<br />1 10 3<br />.<br />Então, sabendo o tamanho da casa (“núcleo do átomo de hidrogênio”), pode-se obter<br />a distância do vizinho (“o elétron”).<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 7<br />1. A transparência e opacidade são características que dependem da organização<br />espacial dos átomos que compõem os materiais.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />2<br />2. A classificação se vincula com informações comuns a todos os átomos de um<br />determinado material, por exemplo, número de elétrons, número de prótons e de<br />nêutrons, etc.<br />3. O estado físico de um corpo está associado com o potencial de ligação entre seus<br />átomos e moléculas. Usando a água como exemplo, tem-se que no estado sólido<br />(gelo), o potencial de ligação é representado como se as moléculas fossem ligadas<br />por uma mola: elas podem vibrar em conjunto, cada qual em uma posição de<br />equilíbrio. No estado líquido, esse potencial é mais fraco, mas ainda suficiente para<br />manter as moléculas ligadas umas às outras, a maior liberdade de movimentação<br />explica a fluidez da água. No estado gasoso (vapor), o potencial de ligação entre as<br />moléculas pode ser considerado nulo e por isso uma molécula pode se movimentar<br />de forma independente da outra.<br />4. Basta lembrar que uma cabeça de alfinete tem 1mm = 10-3m e que na espessura de<br />uma folha de papel A4 (75 g/cm3), há, aproximadamente, 1.000.000 de átomos.<br />Logo, se um átomo fosse do tamanho de uma cabeça de alfinete, a espessura da folha<br />de papel teria: 1.000.000x103m 1.000m 1km .<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 7<br />1. O quanto um determinado objeto conduz bem o calor depende das ligações em sua<br />estrutura atômica ou molecular. A condução de calor ocorre por meio de colisões<br />atômicas e eletrônicas.<br />Os metais possuem os elétrons externos mais “fracamente” ligados, que são livres<br />para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por essa razão eles<br />são excelentes condutores de calor e de eletricidade. Lã, madeira, papel, cortiça e<br />isopor, por outro lado, são maus condutores de calor. Os elétrons mais externos dos<br />átomos desses materiais estão firmemente ligados. Os maus condutores são<br />denominados isolantes.<br />2. Aqui, basta calcular a massa de uma colherzinha de café e usar o valor da densidade<br />de uma barra de ferro (7,86 g/cm3) para obter o seu volume. Sabendo que em um<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />3<br />volume de V= 1,183 x 10–29m3 existe um átomo de ferro, o número de átomos de<br />ferro presentes na colherzinha será obtido dividindo-se o volume da colher por<br />1,183 x 10–29m3.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />4<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />COMO PODEMOS “VER” UM ÁTOMO?<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 12<br />1. No modelo atômico de Rutherford, o átomo não é maciço, mas formado por uma<br />região central, denominada núcleo, muito pequeno em relação ao diâmetro atômico.<br />Esse núcleo concentra praticamente toda a massa do átomo e é dotado de carga<br />elétrica positiva, onde estão os prótons. Na região ao redor do núcleo, denominada de<br />eletrosfera, estão girando em órbitas circulares os elétrons (partículas muito mais<br />leves que os prótons), neutralizando a carga nuclear.<br />2. Porque o núcleo é muito menor que o átomo. Existem “grandes vazios” entre os<br />núcleos dos átomos que constituem a folha, assim, na experiência de Rutherford, a<br />maioria das partículas atravessa a folha sem sofrer desvio.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 12<br />1. A ideia é pesquisar os modelos de Dalton, Thomsom e Rutherford, destacando suas<br />principais diferenças e o que cada um propõe em relação às cargas elétricas.<br />2. As partículas alfas possuem carga elétrica positiva, assim, quando elas passam perto<br />do núcleo (que também tem carga positiva) sofrem repulsão elétrica, o que causa<br />desvio de trajetória.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />5<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />DADOS QUÂNTICOS<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 14<br />• Basta utilizar a expressão dos níveis de energia do hidrogênio 2<br />13,60<br />n<br />E eV n <br />NIVEL 1: eV E eV 13,60<br />1<br />13,60<br />1 2 ;<br />NIVEL 2: eV E eV 6,8<br />2<br />13,60<br />2 2 ;<br />NIVEL 3: eV E eV 4,53<br />3<br />13,60<br />3 2 ;<br />NIVEL 4: eV E eV 3,4<br />4<br />13,60<br />4 2 ;<br />NIVEL 5: eV E eV 2,72<br />5<br />13,60<br />5 2 .<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 17<br />1. O problema era que, segundo a eletrodinâmica clássica, toda partícula carregada em<br />movimento deveria emitir energia. Desta forma, o elétron do modelo atômico,<br />proposto por Rutherford, deveria ir perdendo energia, diminuindo sua velocidade e<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />6<br />indo em direção ao núcleo, em um movimento espiralado. No entanto, isso não<br />acontecia.<br />2. Porque as quantidades de energias absorvidas e emitidas por um átomo, de acordo<br />com o modelo de Bohr, são bem determinadas, específicas e “quantizadas”.<br />3. É necessário que o elétron absorva determinada quantidade de energia, cujo valor<br />deve corresponder exatamente à diferença de energia entre o nível mais energético e<br />o menos energético.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 17<br />1.<br />a) Ao realizar esse “salto”, o elétron emitiu energia. Para calcular o valor dessa<br />energia, basta utilizar os valores obtidos anteriormente:<br />E E E 4,53eV ( 13,60eV) 9,07eV 3 1 .<br />b) Sabendo que 1eV 1,6x1019 J , temos que 9,07eV 1,45x1018 J . Lembrando<br />que E h f , onde h 6,626 1034 J s (constante de Planck) e f é a frequência do<br />fóton, tem-se: 15 1<br />34<br />18<br />2,18 10<br />6,626 10<br />1,45 10 <br /><br /><br /> <br /> <br /><br /> s<br />J s<br />f J ( ou Hz).<br />2. A ideia é utilizar a simulação como objeto de aprendizagem virtual.<br />3. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica<br />atingida por radiação eletromagnética. Nos metais, os elétrons mais externos (os que<br />absorvem a energia da radiação eletromagnética) estão ligados de maneira mais<br />“fraca”, ou seja, facilitando a ocorrência do efeito fotoelétrico. Logo, o efeito<br />fotoelétrico acontece, preferencialmente, em superfícies metálicas.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />7<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAIS<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 19<br />1. A importância se deve à possibilidade de se determinar a composição material do Sol<br />e das estrelas fixas com o mesmo grau de certeza com que podemos constatar com<br />nossos reagentes a presença de óxido de enxofre e cloro. Por esse método (análise<br />das linhas escuras de um espectro) também é possível determinar a composição da<br />matéria terrestre, distinguindo as partes componentes, com a mesma facilidade com<br />que se distingue a matéria contida no Sol.<br />2. Pela possibilidade de determinar um grande número de substâncias em uma amostra,<br />através da mera observação (análise do espectro).<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 20<br />1. Chama-se “espectro” a faixa de comprimentos de onda de uma determinada radiação.<br />A luz visível, por exemplo, possui um espectro que vai do vermelho (656 109m) até<br />o violeta (410 109m) .<br />2. Com o uso dos espectros, é possível saber precisamente a composição de um corpo<br />por meio da análise espectral de sua radiação. Assim, é possível estudar a<br />composição de objetos distantes e “inacessíveis”, como o sol.<br />3. Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio<br />causa a presença de linhas escuras (absorção). O número e a posição destas linhas<br />(espectro de absorção) dependem dos elementos químicos presentes no gás.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />8<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 21<br />1. Oxigênio e Carbono.<br />2. No espectro de emissão, um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes<br />(de emissão). Já no espectro de absorção, se um espectro contínuo passar por um gás<br />à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (absorção).<br />As figuras no texto “Leis de Kirchhoff” ilustram os dois processos.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />9<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />UM EQUIPAMENTO ASTRONÔMICO<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 24<br />1. Podemos obter o espectro da luz visível fazendo a luz do sol ou de uma lâmpada<br />comum (de filamento incandescente) passar através de um prisma, assim ela será<br />decomposta em várias cores. A essas cores (popularmente conhecidas como arcoíris),<br />damos o nome de espectro da luz visível.<br />2. Se fizermos a luz proveniente de uma lâmpada de gás atravessar um prisma, não<br />obteremos um espectro completo. Apenas algumas linhas estarão presentes,<br />correspondendo somente a algumas frequências das ondas de luz visível. Essas linhas<br />formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Logo, espectros de linhas e<br />espectros atômicos representam a mesma coisa.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 26<br />1. A cor de uma lâmpada depende do tipo gás que se encontra no seu interior. A luz<br />apresentará cor característica para cada elemento químico.<br />2. Um espectroscópio é um aparelho que serve para estudar a luz proveniente de vários<br />objetos.<br />3. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons, ao serem excitados por uma fonte<br />externa de energia, saltam para um nível de energia maior e, ao retornarem aos níveis<br />de menor energia, liberam energia na forma de luz (fótons). Utilizando uma chapa<br />fotográfica, podemos registrar o espectro dessa luz. Como houve emissão de energia<br />pelo átomo, esse espectro recebe o nome de espectro de emissão.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />10<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />ASTRÔNOMO AMADOR<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 28<br />A frequência do fóton emitido será:<br />eV eV f Hz<br />h<br />E E<br />h<br />E h f f E 15<br />15<br />4 1 2,48 10<br />4,1 10<br />3,4 ( 13,60 ) <br /><br /> <br /><br /><br /><br /><br /> .<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 30<br />1. Por meio das linhas presentes nos espectros de emissão das estrelas, é possível<br />conhecer os elementos que as constituem.<br />2. Podemos saber com precisão que o Sol é composto de hidrogênio e hélio por meio da<br />análise das linhas espectrais de emissão da luz emitida por ele.<br />3. Em geral, o espectro constitui-se de diferentes séries de linhas para um determinado<br />elemento. Logo, os espectros funcionam como uma “impressão digital”, fornecendo<br />informações sobre a composição química de determinado corpo.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 30<br />1. O objetivo é que o aluno possa justificar o fato das raias, utilizando a série de<br />Balmer.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />11<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7<br />O PODEROSO LASER<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 31<br />1. A luz emitida por um laser é monocromática. Já a luz emitida por uma lanterna é<br />policromática.<br />PESQUISA EM GRUPO<br />Página 34<br />• Um elétron é estimulado quando um fóton, cuja energia é suficiente para<br />proporcionar um salto quântico entre os níveis de energia permitido, é absorvido por<br />ele.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 35<br />• Um feixe de laser é coerente, monocromático e colimado. Essas são suas principais<br />características.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 35<br />1. Sabemos que a energia de um fóton é dada por E = h x f, logo, a energia de n fótons<br />será E = n(fótons) x h x f.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />12<br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzverde J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />2,7 10<br />6,63 10 5,5 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 5,5 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzvermelha J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />3,3 10<br />6,63 10 4,57 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 4,57 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzaul J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />2,18 10<br />6,63 10 6,91 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 6,91 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />2. Explorar a animação sobre laser.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />13<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8<br />FORMAÇÃO NUCLEAR<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 37<br />1. Do ponto de vista da Física, a mola representa a repulsão elétrica, que só ocorre com<br />cargas de mesmo sinal. Por isso, colocamos uma mola apenas entre dois prótons e<br />não entre um próton e um nêutron.<br />2. Espera-se que seja dito que foi no arranjo onde existe a ligação entre nêutron e<br />próton, onde não há uma mola (“repulsão elétrica”) para dificultar a união do núcleo.<br />3. Espera-se que seja dito que a importância do nêutron esteja relacionada com a<br />estabilidade nuclear. No núcleo, os nêutrons “isolam” os prótons, diminuindo a<br />repulsão elétrica entre eles e tornando o núcleo mais estável.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 39<br />1. Sim, existe. A estabilidade do núcleo se deve a uma força de atração chamada força<br />forte. Esta força une as partículas presentes no núcleo, agindo entre prótons, entre<br />nêutrons ou entre prótons e nêutrons.<br />2. A diferença entre a interação nuclear e as interações gravitacionais, elétricas e<br />magnéticas é que a interação nuclear é muito mais intensa que as demais (como seu<br />próprio nome diz), mas tem curto alcance, agindo somente nas partículas que<br />constituem o núcleo do átomo. Já as outras interações possuem um longo alcance, no<br />entanto, sua intensidade diminui com o quadrado da distância.<br />3. O raio r do núcleo depende do número de massa A e pode ser determinado<br />aproximadamente por meio da seguinte expressão:<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />14<br />r (1.21015) 3 A .<br />Assim, tem-se,<br />Raio do núcleo do hidrogênio (A=1): r (1,2 1015 ) 3 1 1,2 1015m;<br />Raio do núcleo do bismuto (A= 209): r (1,2 1015 ) 3 209 7,12 1015m.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 40<br />1. Para que um núcleo seja estável, é preciso que a repulsão elétrica entre os prótons<br />seja compensada pela atração entre os núcleons devido à interação nuclear forte,<br />assim, elementos com número de nêutrons e número de prótons iguais são mais<br />estáveis. Um átomo é instável quando o número de prótons supera em muito o<br />número de nêutrons ou vice-versa. Isso torna o núcleo instável e suscetível de emitir<br />partículas e energia por decaimento radioativo, até que o núcleo adquira estabilidade.<br />2.<br />Estáveis Instáveis<br />1. Platina (Pt): Z=78 1. Rádio (Ra): Z = 88<br />2. Enxofre (S): Z=16 2. Tório (Th): Z = 90<br />3. Alumínio (Al): Z=13 3. Urânio (U): Z = 92<br />4. Oxigênio (O): Z=8 4. Polônio (Po): Z=84<br />5. Ouro ( Au): Z = 79 5. Plutônio (Pu): Z=94<br />3. É mais fácil remover um elétron, pois esse está unido ao núcleo por meio de uma<br />interação elétrica (força de atração elétrica). Já o próton, está unido ao núcleo<br />atômico por meio da interação forte (força forte), que tem pouco alcance, mas é<br />muito mais forte do que a força elétrica. Assim, é mais fácil remover elétrons do que<br />prótons.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />15<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 42<br />1. Porque existe uma força de atração entre o núcleons que mantém essas partículas<br />unidas. Essa força de atração chama-se força forte.<br />2. O nêutron ajuda a equilibrar o balanço entre a força forte, que é atrativa, e a força<br />elétrica, repulsiva, pois ele é sensível somente à força forte.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 42<br />Em 26 de dezembro de 1898, Pierre e Marie Curie anunciaram a descoberta do<br />elemento rádio. Tempos depois, com a contribuição de outros cientistas, como<br />Becquerel, Thomson e Ernest Rutherford, foi percebido que o rádio emitia radiação,<br />enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas com cargas positivas,<br />que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética<br />de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Assim, os elementos<br />que exibem esse comportamento passaram a ser chamados de radiativos e ao processo<br />de emissão de partículas e energia por esses elementos, de radioatividade. Ambos os<br />termos derivaram do nome do elemento rádio.<br />Todos os elementos mais pesados, como se verifica, são inerentemente instáveis e se<br />acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio altera a si mesmo<br />repetidamente, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após<br />milhares de anos. Agora chamamos este processo de "decaimento radioativo” e temos<br />um conhecimento detalhado de cadeias de decaimento. Por exemplo:<br />Urânio Tório Rádio Radônio Polônio Chumbo<br />A mudança, a transmutação, é o que causa a radiação.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />16<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9<br />DECAIMENTOS NUCLEARES: UMA FAMÍLIA MUITO<br />ESTRANHA<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 43<br />1. Alternativa e. Como no decaimento alfa, o elemento perde duas unidades no número<br />atômico, que define o elemento, e quatro unidades no número de massa, o núcleo<br />resultante é o Tório 234.<br />2. Alternativa b. A diminuição do número atômico ocorre quando um próton se<br />transforma em nêutron e emite um pósitron β+.<br />3. Em muitos casos é necessária uma determinada quantidade de emissões para que o<br />núcleo se estabilize. Essas emissões são chamadas de Famílias Radioativas ou Série<br />de Decaimentos. Existem na natureza três séries naturais, nas quais os elementos<br />radioativos, Urânio ou Tório, se estabilizam em algum isótopo de chumbo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />17<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 10<br />DESVENDANDO O QUE HÁ POR DENTRO DA “CAIXA-PRETA”<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 46<br />1. O número de prótons dentro do núcleo determina o elemento. Por exemplo, um<br />carbono sempre terá 6 prótons e um nitrogênio sempre terá 7 prótons. Agora o<br />número de nêutrons dentro do núcleo pode variar. Então o carbono pode ter 6, 7 e<br />possivelmente 8 nêutrons, mas sempre 6 prótons. Um isótopo é qualquer uma das<br />diferentes formas de um elemento, cada uma tendo um número diferente de nêutrons.<br />Neste caso o Carbono-14 (6 prótons e 8 nêutrons) é um isótopo do Carbono-12 (6<br />prótons e 6 nêutrons), que é o carbono mais comum. Alguns isótopos são instáveis e<br />eles podem, espontaneamente, se transformar num outro tipo de átomo por meio de<br />um decaimento radioativo, o que os torna radioativos. No caso do Carbono-14, como<br />este processo acontece num índice conhecido, os geologistas tentam usá-lo como um<br />relógio para dizer quanto tempo atrás uma rocha ou um fóssil foi formado. O<br />Carbono-14, então, pode ser usado para datar os fósseis e também as rochas para<br />determinar a idade da Terra.<br />2. Os “traçadores” radioativos são substâncias radioativas que podem ser ingeridas ou<br />injetadas na corrente sanguínea. Elas correm no sangue e se alojam nas estruturas<br />que serão analisadas. Por meio desses traçadores, diversas anormalidades podem ser<br />detectadas.<br />3.<br />I. Isótopo radioativo fósforo-32: tumores cancerígenos.<br />II. Iodo radioativo: a glândula tireóide.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />18<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 48<br />1. As afirmações corretas são as que representam a relação entre a energia de uma<br />radiação eletromagnética, sua frequência e seu comprimento de onda:<br /><br />E E E h f h c final inicial , o que indica a alternativa d como correta.<br />2. Sabemos que a fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável e que a meiavida<br />do material (tempo necessário para que a taxa de emissão se reduza à metade) é<br />de 6 meses, assim, chamando E de emissão e T de nível tolerável, queremos saber o<br />tempo mínimo (t), em anos, necessário para que E=T:<br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> t t<br />t t<br />E T T T T<br />4<br />100 1<br />2<br />100 1<br />2<br />100 1<br />2<br />100 1 2<br />2<br />2<br />1 , assim, para que<br />E=T, basta fazer:<br />t anos<br />t t t t<br />t<br />3,321<br />3,321<br />log 4<br />100 4 2 log 4 2 log 4 2<br />4<br />1<br />100<br />1<br /> <br /> <br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 48<br />1. No processo de obtenção de imagem por tomografia computadorizada, isótopos de<br />elementos comuns que emitem pósitrons como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio<br />são injetados no paciente. Quando um pósitron encontra um elétron, eles se<br />aniquilam, produzindo dois fótons de raios γ. Esses fótons são detectados por uma<br />rede circular de detectores e uma imagem da região que está sendo analisada é<br />construída por um computador.<br />2. Pesquisa sobre aplicações do laser na Medicina.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com4tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-44835753930765373472009-10-27T18:52:00.000-07:002009-10-27T18:54:18.797-07:00gabarito 1ª serie volume 2GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />1<br />SITUAÇÃO DE PARENDIZAGEM 1<br />FORMAS DE ENERGIA ENVOLVIDAS EM MOVIMENTOS DO<br />COTIDIANO<br />Página 3<br />1. Cada aluno apresentará sua lista de processos e sistemas em que ele identifica a<br />transformação da energia, nela pode-se identificar os elementos que alteram<br />movimentos e produzem as variações de energia.<br />2. Tabela: chame a atenção para o fato de que é possível estabelecer outras categorias<br />de classificação. Portanto, as propostas podem ser alteradas, se você entender que<br />seja conveniente. Há muitas formas de se classificar fontes de energia, o que gera<br />dificuldades para estabelecer um único conjunto de categorias. As propostas na<br />atividade dão conta da maior parte das fontes ligadas ao movimento:<br />Combustíveis industrializados – álcool, gasolina, óleo diesel, querosene etc.<br />Alimentos – comida industrializada, vegetais, ração etc.<br />Eletricidade – pilhas ou baterias, rede de distribuição de energia residencial,<br />geradores de uso industrial, de trens elétricos ou de metrôs, usinas geradoras de<br />eletricidade etc.<br />Gravidade – quedas, rampas e descidas, colunas de líquidos, rodas-d’água, usinas<br />hidrelétricas etc.<br />Deformações elásticas – molas, elásticos, flexões de metais etc.<br />Nucleares – geradores de usinas nucleares, de submarinos nucleares etc.<br />Ventos/eólica – utilizada em equipamentos náuticos, nos veleiros, mas também em<br />moinhos e em modernas turbinas eólicas etc.<br />Solar – energia solar direta: painéis fotovoltaicos, coletores ou aquecedores solares.<br />3. Essa classificação, como dissemos, pode depender tanto das listas apresentadas pelos<br />alunos quanto de critérios escolhidos. Outro critério que pode ser adotado é, por<br />exemplo, uma classificação da fonte de energia segundo sua “natureza” (energia<br />mecânica, térmica, eletromagnética, química etc.). De qualquer maneira, o<br />importante é deixar claro que não há um critério único de classificação das fontes de<br />energia, de modo que não são recomendadas memorizações e “decorebas”, mas que<br />se compreenda o processo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />2<br />4. No item 9. Outras – muitas outras fontes poderão ser mencionadas, como a energia da<br />tração animal, a energia armazenada na compressão de gases, chamada energia<br />pneumática, a energia química, ou as chamadas fontes alternativas como geotérmica,<br />maré-motriz, energia oceânica etc. – a partir delas podem surgir novas categorias que<br />os alunos identifiquem.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 5<br />1. Os alunos podem se surpreender com o movimento de vai e vem da lata, que ficará<br />oscilando até dissipar toda a energia mecânica por meio do atrito. Em seguida ao<br />lançamento, a lata começa a desacelerar, diminuindo a velocidade até parar, mas<br />retoma o movimento e retorna à direção de seu lançador, acelerando até alcançá-lo,<br />quando volta a desacelerar. Assim, a lata vai e volta, diminuindo cada vez mais a<br />distância percorrida até parar<br />2. Você deve problematizar essa questão, solicitando aos alunos que identifiquem a<br />função do elástico e do parafuso e que proponham hipóteses para explicar o<br />movimento de vai e vem da lata. Evidencie o armazenamento da energia cinética em<br />energia potencial elástica, observe com eles a função do número de elásticos: com<br />seu aumento, também se aumenta a constante elástica, permitindo armazenar maior<br />quantidade de energia.<br />3. Ao retirar o parafuso, a lata não volta, isso porque sem parafuso não haverá torção no<br />elástico, não ocorrendo armazenamento da energia potencial elástica.<br />4. Deve-se evidenciar que a diferença nos movimentos acontece pelas transformações<br />de energia envolvidas em cada caso. No primeiro caso, por transformação de energia<br />cinética em potencial elástica e, no segundo, pela transformação de energia cinética<br />em energia térmica na dissipação por atrito. Deve-se evidenciar que na torção do<br />elástico armazena-se energia, o que promove a alteração do movimento da lata,<br />desacelerando-a até parar. A energia armazenada no elástico passa a ser convertida<br />em energia de movimento, ou cinética, promovendo a aceleração da lata e seu<br />retorno na direção do lançador. Repete-se o processo até a lata parar.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />3<br />5. A síntese proposta deve ser entendida como um exercício de identificação dos<br />aspectos mais relevantes da Situação de Aprendizagem e dos resultados obtidos. Sua<br />organização e apresentação devem ser feitas na forma de linguagem escrita. Nela,<br />deve-se observar se o procedimento está devidamente caracterizado e se os<br />resultados são apresentados de forma organizada. Verifique se os alunos, ao<br />realizarem suas sínteses, deixaram de apresentar elementos importantes. Isso ocorre<br />muitas vezes, uma vez que é comum acreditarem que podem suprimir tudo o que<br />entendam estar implícito no procedimento realizado, o que muitas vezes não é<br />correto, pois há muitas formas de realizar uma atividade. Discuta isso com eles.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 7<br />a) O gás armazena energia química que é liberada na queima (ao transformar a energia<br />química em energia térmica). A energia térmica da chama aquece a panela que<br />aquece a água, transformando energia térmica da chama em energia térmica da água.<br />Com o aumento da temperatura, a água começa a movimentar-se por diferença de<br />densidade e assim transforma parte da energia térmica em energia cinética<br />(convecção da água).<br />b) O motor transforma a energia elétrica em energia cinética e parte dela é transformada<br />em energia térmica pelo aquecimento do motor. A rotação do motor e a das pás do<br />liquidificador movimenta o ar transformando parte da energia de rotação em energia<br />sonora (promovida pelo deslocamento do ar), modificando ao longo do tempo a<br />distribuição da pressão do ar no espaço, o que é identificado por nosso aparelho<br />auditivo como som.<br />c) O forno de micro-ondas transforma a energia elétrica (ondas eletromagnéticas<br />hertzianas) em energia radiante na faixa de micro-ondas (também ondas<br />eletromagnéticas), depois essa energia é transformada em energia cinética de<br />oscilação das moléculas de água contida nos alimentos, que em seguida é<br />transformada em energia térmica, aquecendo todo o alimento.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />4<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 9<br />A energia cinética do carro pode ser armazenada e reaproveitada (como ocorre em<br />diversos sistemas KERS já empregados na Fórmula 1.<br />Pode-se realizar a transformação e o armazenamento da energia cinética em potencial<br />elástica, como ocorre em sistemas com compressores de ar, ou em energia cinética de<br />rotação, como em carrinhos a fricção, ou em energia elétrica por freios eletromagnéticos<br />armazenando a energia produzida em baterias ou em capacitores. O caminhão com um<br />sistema de reaproveitamento conseguiria armazenar mais energia, pois tem maior<br />energia cinética para uma mesma velocidade.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 10<br />1.<br />E = m g h.<br />E = 7(kg). 10 (m/s2) . 1,5 (m).<br />E = 105 Joules.<br />2.<br />Ec = (m v2)/2.<br />Ec = 850 (kg) . [30 (m/s)]2/2.<br />Ec = 382 500 Joules.<br />3.<br />Ec = (m v2)/2.<br />Ec = 45 000 (kg) . [5 (m/s)]2/2.<br />Ec = 562 500 Joules.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />5<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 11<br />A pesquisa deve revelar o processo de fotossíntese (Leitura 6 de Física Térmica do<br />GREF – “Sol: a fonte da vida”) ou o efeito fotoelétrico que é responsável por<br />transformar a energia solar em energia elétrica (Leitura 16 de Óptica do GREF –<br />“Imagem quântica no filme e na TV”) .<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />6<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DO COTIDIANO<br />Página11<br />1. O bate-estaca funciona levantando uma grande massa que é abandonada de certa<br />altura e cai batendo numa estaca que vai afundando no solo. Ela serve para fixar as<br />estacas no solo numa construção.<br />2. A partir das criações dos alunos, discuta os princípios físicos envolvidos no sistema<br />bate-estaca, dando ênfase para o conceito de trabalho e de conservação de energia.<br />Trabalhe a ideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca<br />e pelo barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no<br />processo, concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. O<br />foco desta parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a<br />conservação da energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são<br />ferramentas adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.<br />3.<br />a) O motor realiza trabalho levantando a massa de 490 kg até a altura de 5 m,<br />transformando a energia química do combustível em energia cinética no movimento<br />do bloco e em energia potencial gravitacional do bloco de ferro que na altura de 5 m<br />é de 24 500 J. Ao ser abandonada dessa altura, a massa transforma sua energia<br />potencial em energia cinética e, ao atingir a estaca, transforma parte de sua energia<br />em movimento da estaca que penetra no solo e parte em energia térmica da estaca e<br />em som, ao final a estaca para numa nova posição.<br />b) Quem fornece a energia é o combustível que, através de sua queima, libera a<br />energia química que é transformada em energia cinética e em energia potencial pelo<br />trabalho realizado pelo motor do bate-estaca.<br />c) Energia química é transformada em energia cinética e em energia potencial<br />gravitacional na subida da massa. Na queda há transformação de energia potencial<br />gravitacional em energia cinética. Na colisão a energia cinética da massa se<br />transforma em energia cinética da estaca, em energia térmica e em som. Na<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />7<br />penetração da estaca no solo a energia cinética é transformada em trabalho da força<br />que a estaca exerce no solo, sendo finalmente dissipada sob forma de energia<br />térmica.<br />d) A partir da queda livre podemos tomar o sistema como conservativo. Trabalhe a<br />ideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca e pelo<br />barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no processo,<br />concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. O foco desta<br />parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a conservação da<br />energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são ferramentas<br />adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.<br />e)<br />E = m g h<br />E = 490 (kg) 10 (m/s2) 5 (m)<br />E = 24 500 Joules.<br />Como o sistema pode ser considerado conservativo a energia cinética ao atingira<br />estaca também é Ec = 24 500 Joules.<br />f) Neste sistema a energia dissipada tanto na queda pela resistência do ar quanto na<br />batida por aquecimento da estaca e no barulho proveniente da batida é muito pequena<br />se comparada à energia total envolvida no processo, concluindo que por este motivo<br />podemos considerá-lo como um sistema que conserva a energia mecânica.<br />g) A força média pode ser calculada pela variação da energia mecânica por meio<br />do trabalho realizado pela força aplicada na estaca, que afunda 3 cm a cada batida,<br />resultando num valor médio de 816 666 N.<br /> E = F . S<br />24 500 (J) = F (N) . 3x10-2 (m)<br />F = 816.666 N<br />h) Em cada batida do bate-estaca há transformação de 24 500 Joules, supondo que<br />a pessoa utilize uma marreta com massa de 10 kg, se ela conseguir imprimir uma<br />velocidade de 1 m/s, a cada batida seriam transformados 5 Joules. Assim, para<br />realizar o mesmo trabalho de uma batida do bate-estaca ela precisaria realizar 4 900<br />batidas com a marreta. Supondo que a cada hora a pessoa consiga realizar 200<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />8<br />batidas (a média de uma batida a cada 18 segundos), ela precisaria de 24,5 horas de<br />trabalho, o que numa jornada de 8 horas por dia corresponderia aproximadamente a 3<br />dias de trabalho.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 15<br />1.<br />a) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.<br />A 60 metros de altura Ep = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 60 (m) = 270 000 Joules<br />Portanto, foram transformados Ep = 360 000 – 270 000 = 90 000 Joules em energia<br />cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos<br />90 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 20 m/s (72 km/h).<br />b) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.<br />Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 360 000 em energia<br />cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos<br />360 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 40 m/s (144 km/h).<br />2. Para completar a tabela.<br />Para a queda de 320 metros:<br />Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 320 (m) = 3,2 Joules.<br />Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 3,2 em energia<br />cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos<br />3,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 80 m/s (288 km/h).<br />Para a queda de 720 metros:<br />Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 720 (m) = 7,2 Joules.<br />Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 7,2 em energia<br />cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos<br />7,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 120 m/s (432 km/h).<br />Para a queda de 8 000 metros:<br />Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 8 000 (m) = 80 Joules.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />9<br />Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 80 em energia<br />cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos<br />80 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 400 m/s (1 440 km/h).<br />Elas não caem com essas velocidades tão altas porque há transformação de energia<br />em energia térmica pelo trabalho da resistência do ar. Portanto, neste caso não pode<br />ser considerada conservação da energia mecânica, é preciso determinar a dissipação<br />de energia mecânica pela transformação em energia térmica.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />10<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />RISCOS DA ALTA VELOCIDADE EM VEÍCULOS<br />Página 17<br />Uma referência para a tabela é a seguinte:<br />Velocidade<br />Distância<br />percorrida até<br />reagir<br />Distância percorrida<br />freando<br />Distância total<br />percorrida<br />20 km/h (5,5 m/s) 3,3 1,8 5,1<br />36 km/h (10m/s) 6,0 6,0 12,0<br />45 km/h (12,5 m/s) 7,5 9,3 16,8<br />72 km/h (20 m/s) 12,0 24,0 36,0<br />80 km/h (22,2 m/s) 13,3 29,6 42,9<br />90 km/h ( 25 m/s) 15,0 37,5 52,5<br />108,0 km/h (30,0 m/s) 18,0 54,0 72,0<br />120,0 km/h (33,3 m/s) 20,0 66,5 86,5<br />144,0 km/h (40,0 m/s) 24,0 96,0 120,0<br />180,0 km/h (50,0 m/s) 30,0 150,0 180,0<br />1. Retomando os conceitos estudados no primeiro bimestre, estabelecendo a relação<br />entre distância, velocidade e tempo, supondo que nesse trecho em que o motorista<br />reage a velocidade do veículo seja constante, V = d/t. O tempo de reação pode ser<br />estimado utilizando a segunda coluna da tabela, e neste caso obtemos o valor de 0,6<br />segundo.<br />2. O conceito de transformação de energia pelo trabalho da força de atrito resgata o<br />atrito estudado no primeiro bimestre e deve ser explorado em seu formalismo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />11<br />E F distância c atrito . logo,<br />mv ( m.g.0,8)distância<br />2<br />0 .<br />2<br /> <br />Assim, determinam-se os valores respectivamente apresentados na terceira<br />coluna da tabela.<br />3. Para uma mesma variação de cerca de 25 km/h, a distância necessária para frear é<br />muito diferente, no primeiro caso aumenta apenas 11,7 metros e no segundo caso<br />aumenta 33,5 metros.<br />4. A distância percorrida freando aumenta quatro vezes quando duplicamos a<br />velocidade, por exemplo, passando de 20 m/s para 40 m/s (o dobro) a distância<br />aumentou de 24 m para 96 m (quatro vezes), também ao passar de 25 m/s para 50<br />m/s (dobro), a distância freando passa de 37,5 para 150 (quatro vezes). Isso acontece<br />porque a energia cinética varia com o quadrado da velocidade e a distância freando é<br />proporcional à energia que deve ser dissipada.<br />5. Nesse item, em continuidade ao anterior, permite-se a conclusão de que a distância<br />percorrida freando aumenta ao quadrado, enquanto a velocidade aumenta<br />linearmente. Assim, ao dobrar a velocidade, a distância percorrida freando aumenta<br />quatro vezes; ao triplicar a velocidade, a distância é nove vezes maior.<br />6. Os dados da revista indicam que o modelo adotado nessa atividade apresenta<br />resultados muito próximos dos dados reais de equipamentos profissionais de<br />medidas.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 20<br />A regra dos dois segundos é na verdade uma regra que estabelece a distância entre os<br />dois veículos: a distância percorrida durante dois segundos a uma determinada<br />velocidade. Essa distância varia linearmente com a velocidade enquanto a distância<br />necessária para a frenagem varia com o quadrado da velocidade, por isso a regra dos<br />dois segundos funciona bem em baixas velocidades, mas não é adequada para altas<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />12<br />velocidades. Determinar o limite de validade dessa regra é importante para a segurança<br />no trânsito e para isso devemos comparar, para cada velocidade, a distância percorrida<br />durante dois segundos e a distância total necessária para a frenagem (veja a tabela<br />presente nessa Situação de Aprendizagem). A regra só é válida enquanto a distância<br />percorrida durante dois segundo for maior que a distância necessária para frear, com os<br />valores apresentados para as variáveis relevantes nessa Situação de Aprendizagem.<br />Você poderá verificar que a regra funciona para a velocidade de 80 km/h, mas já não é<br />adequada para a velocidade de 90 km/h. O limite pode ser estabelecido igualando-se as<br />duas equações: D = 2v e D = 0,6v + v2/1,6g, obtendo-se uma velocidade limite de<br />aproximadamente 22,4 m/s, ou seja, cerca de 81 km/h. Cabe destacar que o limite de<br />velocidade de 80 km/h foi adotado no Brasil para todas as rodovias durante muitos<br />anos; hoje os limites são mais flexíveis e dependem do tipo de veículo e das condições<br />da estrada, mas não ultrapassam 120 km/h.<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 21<br />Quando a força é variável é necessário empregar o cálculo integral para determinar o<br />trabalho realizado pela força num determinado deslocamento, o que corresponde a<br />determinar a área sob a curva que relaciona a força com o deslocamento. Assim, em<br />casos em que sabemos determinar geometricamente a área sob essa curva podemos<br />determinar também no ensino médio o trabalho realizado. Por exemplo, a força elástica<br />é uma força variável que depende linearmente da deformação (elongação da mola),<br />assim o trabalho realizado pela força elástica pode ser determinado pela área limitada<br />pela reta que relaciona a força elástica e a deformação (elongação), no gráfico que é<br />denominado curva característica da mola. Como para a força nula a deformação também<br />é nula a área sob o gráfico pode ser obtida pela área de um triângulo, já para determinar<br />o trabalho necessário para passar de uma situação com uma força não nula (diferente de<br />zero) para outra configuração também não nula, com outra deformação ou elongação,<br />precisamos determinar a área que corresponde à figura de um trapézio. Dessa forma<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />13<br />podemos determinar o trabalho realizado sempre que soubermos determinar a área sob o<br />gráfico que relaciona a força com o deslocamento.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 22<br />1. A força elástica varia linearmente de zero até F = 1,5 N = 0,5 (N/m) . 3 (m).<br />Portanto, o trabalho que corresponde à área sob o triângulo pode ser calculado<br />utilizando a área do triângulo: A = (base. Altura)/2, assim o trabalho realizado é<br />obtido por A = [3 (m) . 1,5 (N)]/2 = 2,25 Joules. Outra forma de determiná-lo é pela<br />expressão Eel = k x2/2 = 0,5 (N/m) . (3 m)2/2 = 2,25 Joules<br />2. O trabalho da força variável corresponde à área sob a curva que pode ser<br />determinada separando a figura em dois triângulos e um retângulo ou diretamente<br />pela área do trapézio A = [(base maior + base menor)/2]. altura.<br />Assim a energia armazenada é E = 92,5 J =[(2,5 + 1,2) (m)/2].50 (N).<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />14<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MECÂNICAS<br />Página 24<br />1. O item compara o trabalho animal e o trabalho mecânico e, nessa comparação, temos<br />que a potência equivalente à de um carro 1.0 corresponde a cerca de 56 cavalos. Já<br />para se equiparar a uma Ferrari seriam necessários cerca de 500 cavalos. A questão<br />importante a se discutir aqui é que o trabalho mecânico é realizado por máquinas que<br />conseguem concentrar grande potência em pequenos motores que equipam os<br />veículos.<br />2. O item concretiza a inviabilidade de se obter por trabalho animal potências como as<br />obtidas por trabalho mecânico nas máquinas modernas. Uma máquina de 6 MW<br />corresponderia a cerca de 8 000 cavalos, e a de 9MW a 12 000 cavalos. Neste<br />momento, é interessante que se esclareça o motivo de se utilizar o conceito de<br />potência e não o de energia ao comparar o trabalho realizado por diferentes máquinas<br />e animais. É importante ressaltar que é preciso comparar o tempo necessário para se<br />obter a energia, uma vez que mesmo um pequeno motor pode fornecer grande<br />energia se funcionar por um longo período de tempo, mas, se for preciso que essa<br />energia seja obtida rapidamente, é necessária uma potência maior, por isso o conceito<br />adequado é o de potência.<br />3. Uma máquina de 6 MW que utilizasse 8 000 cavalos e para cada cavalo uma área de<br />4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50 cavalos<br />teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio de 146<br />metros, sendo ao todo cerca de 60 círculos concêntricos e com área de<br />aproximadamente 67 000 m2.<br />Já para uma máquina de 9 MW que utilizasse 12 000 cavalos e para cada cavalo uma<br />área de 4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50<br />cavalos teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio<br />de 178 metros, ao todo seriam cerca de 75 círculos concêntricos e com área de<br />aproximadamente 100 000 m2.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />15<br />4.<br />• Vantagens/ Problemas:<br />O primeiro grupo discutirá, por um lado, como a ampliação da força humana<br />pelas máquinas permite a manutenção de aglomerações urbanas, como grandes<br />cidades, metrópoles etc. Ele pode trazer também questões como a evolução dos<br />sistemas de produção, fábricas automatizadas, industrialização dos alimentos,<br />além da questão da dimensão das usinas hidrelétricas, que permitem abastecer<br />grandes regiões do país com energia elétrica. Por outro lado, discutirá os<br />impactos ambientais e os problemas urbanos trazidos pela grande produtividade<br />dessas máquinas e seus desdobramentos. Alguns exemplos são: os problemas<br />resultantes da construção de grandes centrais hidrelétricas, como o alagamento<br />de grandes regiões; das aglomerações humanas, como o descarte do lixo; e do<br />crescimento desorganizado dos centros urbanos, como a captação e o tratamento<br />de água.<br />• Conquistas / Problemas:<br />O segundo grupo discutirá, por um lado, realizações humanas que só são<br />possíveis pela evolução de máquinas e equipamentos, como a conquista do<br />espaço (foguetes, estação espacial), dos mares (submarinos nucleares), os<br />transportes aéreos, as usinas nucleares, a exploração de grandes quantidades de<br />minérios em gigantescas escavações, a exploração de petróleo em plataformas<br />submarinas etc. Por outro lado, discutirão a poluição espacial, os restos de<br />foguetes, pequenas peças que se desprendem e permanecem em órbita, os<br />satélites artificiais obsoletos etc.; os riscos de acidentes com material radioativo,<br />como ocorreu em Goiânia, ou com o naufrágio de submarinos nucleares; a<br />exploração desenfreada dos recursos naturais, como os minérios e o petróleo,<br />trazendo desmatamento, assoreamento e outros prejuízos ambientais.<br />• Vantagens / Desvantagens:<br />O terceiro grupo deve discutir, por um lado, as vantagens da substituição do<br />trabalho humano pelo trabalho mecânico nos diversos casos, por exemplo, no<br />uso de robôs para a realização de atividades perigosas ou insalubres. Por outro<br />lado, discutirá os problemas sociais ligados à substituição do trabalho humano<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />16<br />pelo trabalho mecânico, tendo como consequências as ondas de desemprego na<br />indústria e nos campos.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 29<br />A redação deve articular partes das letras dessas músicas com as discussões<br />estabelecidas nos três grupos.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />17<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />AVALIANDO SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO ESTÁTICO<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 31<br />3. Os diagramas devem ser semelhantes a esses:<br />Fmão Fel<br />Dinamômetro Suporte<br />Fel Peso<br />Peso do dinamômetro<br />4. O gráfico deve ser semelhante a esse:<br />F(N) Curva característica de calibração do dinamômetro<br />Elongação x (m)<br />Na curva de calibração a força em função da massa deve ser relacionada com a<br />elongação da mola. A equação deve corresponder à Lei de Hooke: F = k . x.<br />5. Resposta pessoal, depende do peso do estojo<br />6. Resposta pessoal, depende do atrito do caderno com a superfície.<br />7. O diagrama de forças é imprescindível para a discussão do “peso aparente” que o<br />objeto passará a ter ao ser imerso na água, que será indicado pelo dinamômetro. O<br />surgimento da força de empuxo precisa ser evidenciado para se contrapor à ideia de<br />que os objetos são mais leves dentro da água. O peso do objeto não varia. A<br />discussão sobre o equilíbrio em fluidos deve ser sistematizada, utilizando análise por<br />diagramas de forças, leis de Newton, do movimento e a concepção de empuxo. O<br />estudo do empuxo pode ser explorado a partir do peso do líquido deslocado (no<br />entanto, o entendimento físico do empuxo necessita do aprofundamento do conceito<br />de pressão e de seu gradiente num líquido sob ação do campo gravitacional).<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />18<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 35<br />1. O peso do caminhão é a soma das medidas nas balanças, portanto a resposta correta<br />está presente na alternativa e) 60 000 N.<br />2.<br />a) A constante elástica pode ser obtida pela Lei de Hooke, sendo nesse caso<br />determinado o valor de k = 10 N/m.<br />b) A massa é de 0,5 kg (correspondente ao peso de 5 N).<br />c) Pode-se calcular o trabalho pela diferença da energia potencial elástica nas duas<br />configurações: E = 1,25 J – 0,45 J = 0,8 J.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />19<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />O TORQUE EM SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 37<br />1. A balança permanece em equilíbrio. Trata-se do equilíbrio do torque utilizando<br />forças iguais a distâncias iguais, produzindo torques cuja resultante é zero.<br />2. Continua em equilíbrio, em todos os casos. O importante é que o aluno perceba que<br />em qualquer distância adotada, desde que sejam massas iguais e distâncias iguais,<br />ocorrerá uma situação de equilíbrio de rotação.<br />3. A balança pende para o lado em que a distância é maior. Trata-se de situação em que<br />não há equilíbrio. Como as forças peso são iguais, mas as distâncias são diferentes,<br />os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,<br />aquele cuja distância ao centro for maior.<br />4. A balança pende para o lado em que a massa é maior. Trata-se de situação em que<br />não há equilíbrio. Como as distâncias são iguais, mas as forças peso são diferentes,<br />os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,<br />aquele cuja força peso é maior.<br />5. A balança fica em equilíbrio, o aumento da massa foi balanceado pela diminuição da<br />distância, permanecendo em equilíbrio. Trata-se de situação em equilíbrio de rotação,<br />com forças peso e distâncias cujo torque resultante é nulo. Nelas, os alunos são<br />direcionados a relacionar a massa com a distância. Essa relação será fundamental<br />para o entendimento da concepção de momento de uma força a ser explorado no<br />diagrama de forças.<br />6. A balança fica em equilíbrio, o produto da massa pela distância de um lado é igual à<br />soma dos mesmos produtos do outro lado. Assim as massas balanceadas pelas<br />distâncias em ambos os lados são iguais, permanecendo em equilíbrio.<br />7. O essencial é a construção dos diagramas de força, com a indicação das distâncias.<br />Você deverá explorar o conceito de momento de uma força, mostrando que os<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />20<br />produtos da força por distância são iguais nos dois lados da balança nos casos em que<br />há equilíbrio, e são diferentes nos casos em que não há equilíbrio.<br />8. Nesse item o essencial é que os alunos apresentem o conceito de momento de uma<br />força, explicitando que, em situações de equilíbrio, a soma de todos os momentos em<br />cada um dos dois lados da balança é igual. O relatório deve ser entendido como um<br />exercício da habilidade de organizar e apresentar os procedimentos científicos na<br />forma de linguagem escrita. Neste momento, não deve ser avaliado com o rigor que<br />um relatório científico deve ter em relação à precisão de medidas, propagação de<br />erros ou normas. Devemos observar se o objetivo está claro para o aluno, se o<br />procedimento realizado está devidamente caracterizado com explicações que<br />possibilitem ao leitor a reprodução do experimento, se os dados são apresentados de<br />forma organizada e se o aluno consegue determinar uma regra que promova<br />equilíbrio de rotação na balança de braços. Caso você entenda que não há tempo<br />suficiente para a elaboração do relatório durante a aula, o aluno poderá realizá-lo<br />como atividade extraclasse. Nesse caso, estipule o prazo de entrega numa das<br />próximas aulas, a seu critério, sem prejuízo à atividade.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 40<br />1. Quanto mais distante da dobradiça mais fácil fechar a porta e quanto mais próxima<br />mais difícil fechar. Quanto maior a força mais fácil fechar a porta. Quanto mais<br />perpendicular à porta mais fácil, quanto mais paralelo à porta mais difícil.<br />2. Não, pois nesses casos a força necessária para abri-la ou fechá-la seria maior, o<br />melhor lugar é próximo à extremidade oposta à dobradiça, onde seria mais fácil abrir<br />ou fechar a porta.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />21<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 42<br />1. Alternativa b. Nessa situação temos o peso da massa M (PM) aplicado à distância de<br />0,4 m do apoio e o peso da barra (Pb) aplicado a 0,5 m do apoio. Assim, se PM . 0,4<br />fosse maior que Pb . 0,5, a barra se desequilibraria e cairia dos apoios. Dessa forma a<br />resposta que apresenta a maior massa que manteria a barra em equilíbrio corresponde<br />à alternativa (b) 10 kg.<br />2. Como no avião há duas rodas traseiras e apenas uma roda dianteira, para que ocorra<br />equilíbrio de rotação em relação ao CG os momentos de ambos os lados devem ser<br />iguais. Para isso a igualdade MD . 16 = 2 . MT . 4 deve ser satisfeita, ou seja, MT =<br />2. MD, o que corresponde à resposta apresentada na alternativa c) MD = 18 e MT =<br />36.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />22<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7<br />AMPLIAÇÃO DE FORÇAS: AUMENTANDO O DESLOCAMENTO<br />NA REALIZAÇÃO DE TRABALHO<br />Página 44<br />1. Utilizo uma chave de fenda, que tem um eixo mais grosso na empunhadura e mais<br />fino na ponta em que fica o parafuso.<br />2. Se a moto for pequena é possível se a pessoa for muito forte, no entanto,<br />se a moto for grande não conseguirá sozinha, só com a ajuda da rampa.<br />3. Sim, pois a rampa diminui a força que é necessária para levar a moto para cima, pois<br />ela vai subindo devagar, inclinada, aumentando a distância e facilitando levar a moto<br />para cima. Dessa forma, consegue-se realizar tarefas que antes não seriam possíveis,<br />amplificando nossa força.<br />4. Assim a pessoa usa uma força menor, mas tem de aumentar o número de vezes que<br />puxa as correntes da talha. Para diminuir a força é preciso aumentar o número de<br />vezes que puxa a corrente.<br />5. Sim, usando roldanas móveis a força necessária para mover algo diminui . Para<br />erguer um motor de um carro utilizando uma talha com roldanas móveis, vários<br />metros de corrente devem ser puxados para que o motor suba apenas alguns<br />centímetros. Ou seja, a amplificação da força é obtida à custa de uma troca: aplica-se<br />uma força menor ( do que a que seria necessária sem o uso da talha ) por uma<br />distância maior.<br />6. Como a distância do cabo até o apoio é maior que a distância da ponta do alicate até<br />o apoio, a força aplicada no cabo é menor que a força na ponta, assim fazemos uma<br />força menor no cabo do que a força que é feita na ponta do alicate.<br />7. As imagens apresentadas devem ser classificadas nas seguintes categorias:<br />I – Planos inclinados: figura do elefante; a escada.<br />II – Alavancas: gangorra; alicate; tesoura; carrinho de mão.<br />III – Rodas e eixos: chave de fenda e torneira; figura do poço; volante de<br />direção; maçaneta da porta.<br />IV – Roldanas: figura do equipamento de ginástica.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2<br />23<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 46<br />1. Para aumentar a força aplicada em sua extremidade, como uma alavanca.<br />2. Para a pessoa realizar uma força menor para girar a chave, como numa chave de<br />fenda, o percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o<br />realizado pelo eixo, assim a força aplicada é menor na parte externa da chave.<br />3. Para a pessoa realizar uma força menor na empunhadura para girar a chave, o<br />percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o realizado<br />pelo eixo, assim a força aplicada pela pessoa é menor que a força aplicada ao<br />parafuso, ou seja, amplifica nossa força.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-10213694956306695002009-09-09T15:54:00.000-07:002009-09-09T15:55:38.214-07:00APOSTILADE FISICA 2ªSÉRIEESCALAS TERMOMÉTRICAS<br /> <br />1º Ponto fixo (ponto de gelo)<br />2º Ponto fixo (ponto de vapor)<br /><br /> ------ ponto de vapor<br /><br /><br /><br /><br /> ------ ponto de gelo<br /><br /><br />Escala Celsius<br /><br /> ------ 100o C<br /><br /><br /><br /><br /> ------ 0o C <br /><br /><br /><br />Escala Fahrenheit<br /><br /> ------ 212o F<br /><br /><br /><br /><br /> ------ 32o F<br /><br /> <br /><br />Relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit<br /><br /> - 100o C - 212o F<br /><br /><br /> - tC - tF<br /><br /><br /> - 0o C - 32o F<br /><br /> <br />Exercícios<br />1. No Rio de Janeiro, a temperatura ambiente chegou a atingir, no verão de 1998, o valor de 49o C. Qual seria o valor dessa temperatura, se lida num termômetro na escala Fahrenheit?<br />2. A temperatura média do corpo humano é 36o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit.<br />3. Lê-se no jornal que a temperatura em certa cidade da Russia atingiu, no inverno, o valor de 14o F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius?<br />4. Um termômetro graduado na escala Fahrenheit, acusou, para a temperatura ambiente em um bairro de Belo Horizonte, 77o F. Expresse essa temperatura na escala Celsius.<br />5. Dois termômetros graduados, um na escala Fahrenheit e outro na escala Celsius, registram o mesmo valor numérico para a temperatura quando mergulhados num líquido. Determine a temperatura desse líquido.<br /><br />Questões<br />6. Descreva, resumidamente, como se deve proceder para graduar um termômetro na escala Celsius.<br />7. Quando medimos a temperatura de uma pessoa, devemos manter o termômetro em contato com ela durante um certo tempo. Por quê?<br />8. Desejando-se medir a temperatura de um pequeno inseto, colocou-se um grande número deles em um recipiente. Introduzindo-se entre os insetos um termômetro, verificou-se que, depois de um certo tempo, o termômetro indicava 30o C. A) Para determinar a temperatura de cada inseto seria necessário conhecer o número deles no recipiente? B) Então, qual era a temperatura de um dos insetos?<br />9. Cite algumas grandezas que podem ser usadas como grandezas termométricas.<br />10. O que é um termômetro? Em que se baseia um termômetro?<br />11. Você acha seguro comparar a temperatura de dois corpos através do tato? Explique sua resposta com um exemplo.<br />Relação entre as escalas Celsius e Kelvin<br /><br /> - 100o C - 373 K<br /><br /><br /> - tC - T<br /><br /><br /> - 0o C - 273 K<br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo se encontra à temperatura de 27o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Kelvin.<br />2. Um doente está com febre de 42o C. Qual sua temperatura expressa na escala Kelvin?<br />3. Uma pessoa tirou sua temperatura com um termômetro graduado na escala Kelvin e encontrou 312 K. Qual o valor de sua temperatura na escala Celsius?<br />4. Um gás solidifica-se na temperatura de 25 K. Qual o valor desse ponto de solidificação na escala Celsius?<br />5. Uma forma de aumentar a temperatura de um corpo é através do contato com outro que esteja mais quente. Existe outra forma? Dê um exemplo.<br /><br />Questões<br />6. O que você entende por "zero absoluto"? Qual o valor desta temperatura na escala Celsius?<br />7. Como você poderia medir a temperatura de um lápis, de um grão de areia e de um fio de cabelo?<br /><br />Exercícios complementares<br />8. Um líquido está a uma temperatura de 59o F. Qual é esta temperatura na escala Kelvin?<br />9. A temperatura de ebulição de uma substância é 88 K. Quanto vale esta temperatura na escala Fahrenheit?<br /><br />ESTUDO DO CALOR<br />Quantidade de calor<br />Q = m.c. t<br />Q = quantidade de calor (cal )<br />m = massa (g)<br />c = calor específico ( cal/ g. oC)<br /> t = variação da temperatura (oC)<br /> t = t - t0<br /><br />Exercícios<br />10. Uma peça de ferro de 50 g tem temperatura de 10o C. Qual é o calor necessário para aquecê-la até 80o C? (calor específico do ferro: c = 0,11 cal/ g. oC )<br />11. Uma pessoa bebe 500 g de água a 10o C. Admitindo que a temperatura dessa pessoa é de 36o C, qual a quantidade de calor que essa pessoa transfere para a água? O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />12. Determine a quantidade de calor que 200 g de água deve perder para que sua temperatura diminua de 30o C para 15o C. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />13. Um corpo de massa 50 gramas recebe 300 calorias e sua temperatura sobe de 10o C até 30o C. Determine o calor específico da substância que o constitui.<br />14. Mil gramas de glicerina, de calor específico 0,6 cal/ g. oC, inicialmente a 0o C, recebe 12000 calorias de uma fonte. Determine a temperatura final da glicerina.<br />15. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 calorias. Para produzir um aquecimento de 20o C para 50o C em 50 gramas de um líquido, são necessários 15 minutos. Determine o calor específico do líquido.<br /><br />Questões<br />16. Por que a água é utilizada para a refrigeração dos motores de automóveis?<br />17. Sabe-se que os desertos são muito quentes durante o dia e bastante frios à noite. Então, que conclusão você pode tirar a respeito do calor específico da areia?<br />18. Do ponto de vista microscópico, qual a diferença entre um corpo quente e um frio?<br /><br />Trocas de calor<br />"Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, até estabelecer-se o equilíbrio térmico, é nula a soma das quantidades de calor trocadas por eles."<br /> termômetro<br /><br /><br /><br /><br /> calorímetro<br /><br /><br />QA + QB = 0<br />Qrecebido > 0<br />Qcedido < 0<br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo de massa 200 g a 50o C, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água a 90o C. O equilíbrio térmico se estabelece a 60o C. Sendo 1 cal/g. o C o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido.<br />2. Um objeto de massa 80 g a 920o C é colocado dentro de 400 g de água a 20o C. A temperatura de equilíbrio é 30o C, e o objeto e a água trocam calor somente entre si. Calcule o calor específico do objeto. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />3. O alumínio tem calor específico 0,20 cal/g. o C e a água 1 cal/g. o C. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80o C, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20o C. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico.<br /><br />Questões<br />4. Diga, com suas palavras, o que você entende por "estado de equilíbrio térmico".<br />5. Quando dois corpos são colocados em contato, qual a condição necessária para que haja fluxo de calor entre eles?<br /><br />Calor latente<br />"Quando uma substância está mudando de estado, ela absorve ou perde calor sem que sua temperatura varie. A quantidade de calor absorvida ou perdida é chamada calor latente."<br />Q = m.L<br />Q = quantidade de calor (cal)<br />m = massa (g)<br />L = calor latente da substância (cal/g)<br /><br />Exercícios<br />6. Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 300 g de gelo a 0o C em água a 0o C, sabendo que o calor latente de fusão da água é LF = 80 cal/g.<br />7. Determine a quantidade de calor que se deve fornecer para transformar 70 g de água a 100o C em vapor de água a 100o C. Dado: calor latente de vaporização da água LV = 540 cal/g.<br />8. Uma substância de massa 200 g absorve 5000 cal durante a sua ebulição. Calcule o calor latente de vaporização.<br /><br />Questões<br />9. Uma pessoa está cozinhando batatas em uma panela aberta com "fogo baixo". Quando a água entra em ebulição, desejando abreviar o tempo necessário para o cozimento, essa pessoa passa a chama para "fogo alto". Ela conseguirá cozinhar as batatas mais depressa? Explique.<br />10. Onde se demora mais para cozinhar feijão: numa panela aberta no Rio de Janeiro (nível do mar) ou em La Paz (4.000 m de altitude).<br />11. Em um certo local, observa-se que a água, em uma panela aberta, entra em ebulição a 80o C. Esse local está abaixo ou acima do nível do mar? Explique.<br />12. Para cozer um determinado alimento, devemos mergulhá-lo em certa quantidade de água pura e submetê-lo por algum tempo à temperatura de 120o C. Que providência devemos tomar para cozê-lo?<br />13. Para esfriar um refrigerante, você usaria gelo a 0o C ou água a 0o C?<br /><br /><br />Mudança de estado<br />Exercícios<br />1. Qual a quantidade de calor que 50 g de gelo a -20o C precisam receber para se transformar em água a 40o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.<br />2. Têm-se 20 g de gelo a -10o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.<br />3. Quanto de calor será necessário para levar 100 g de água a 50o C para vapor d' água a 100o C? LV = 540 cal/g.<br />4. Que quantidade de calor se exige para que 200 g de gelo a -40o C se transformem em vapor d'água a 100o C? LV = 540 cal/g.<br />5. O gráfico representa a temperatura de uma amostra de massa 20g de determinada substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão da substância; b) o calor latente de fusão da substância.<br /> <br />t (oC)<br />60 ..............................................<br /><br />40 ............<br /> <br /> 20 <br /><br /> 0 20 50 90 Q (cal)<br /><br />6. O gráfico abaixo representa a temperatura de uma amostra de 100g de determinado metal, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão do metal; b) o calor latente de fusão do metal.<br /> <br />t (oC)<br />360 ..............................................<br /><br />330 ............<br /> <br /> 300 <br /><br /> 0 600 1200 1800 Q (cal)<br /><br />DILATAÇÃO TÉRMICA<br /><br />Dilatação linear<br /><br /> L0<br /> <br /> t0 L<br /> t <br /><br /> L <br /><br /> L = L - L0<br /> t = t - t0<br /><br /> L = .L0. t<br /> L = Lo (1 + . t )<br /><br /> L = variação no comprimento<br /> = coeficiente de dilatação linear (oC-1)<br /> t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />7. Qual o aumento de comprimento que sofre uma extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0o C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6 oC-1 ?<br />8. Um cano de cobre de 4 m a 20o C é aquecido até 80o C. Dado do cobre igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto aumentou o comprimento do cano?<br />9. O comprimento de um fio de alumínio é de 30 m, a 20o C. Sabendo-se que o fio é aquecido até 60o C e que o coeficiente de dilatação linear do alumínio é de 24.10-6 oC-1, determine a variação no comprimento do fio.<br />10. Uma barra de ferro tem, a 20o C, um comprimento igual a 300 cm. O coeficiente de dilatação linear do ferro vale 12.10-6 oC-1. Determine o comprimento da barra a 120o C.<br />11. Um tubo de ferro, = 12.10-6 oC-1, tem 10 m a -20o C. Ele foi aquecido até 80o C. Calcule o comprimento a final do tubo.<br />12. Uma barra de determinada substância é aquecida de 20o C para 220o C. Seu comprimento à temperatura de 20o C é de 5,000 cm e à temperatura de 220o C é de 5,002 cm. Determine o coeficiente de dilatação linear da substância.<br /><br />Dilatação superficial<br /><br /><br /><br /><br /> t0 t<br /><br /> A = A - A0<br /><br /> A = .A0. t<br />A = Ao (1 + . t )<br /><br /> = 2 <br /> A = variação da superfície<br /> = coeficiente de dilatação superficial (oC-1)<br /> t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />1. Uma chapa de zinco tem área de 8 cm2 a 20oC. Calcule a sua área a 120o C. Dado: zinco = 52. 10-6 oC-1.<br />2. Uma chapa de chumbo tem área de 900 cm2 a 10o C. Determine a área de sua superfície a 60o C. O coeficiente de dilatação superficial do chumbo vale 54. 10-6 oC-1.<br />3. Uma chapa de alumínio, = 48.10-6 oC-1, tem área de 2 m2 a 10o C. Calcule a variação de sua área entre 10o C e 110o C.<br />4. A variação da área de uma chapa é 0,04 cm2, quando a temperatura passa de 0o C para 200o C. Se a área inicial da chapa era 100 cm2, determine o coeficiente de dilatação superficial da chapa.<br /><br />Questões<br />5. Num bar, dois copos se encaixaram de tal forma que o balconista não consegue retirar um de dentro do outro. Mergulhando o copo de baixo em água quente, os corpos se soltaram. Por quê?<br />6. Explique por que um copo de vidro comum provavelmente se quebrará se você o encher parcialmente com água fervendo.<br />7. Ao colocar um fio de cobre entre dois postes, num dia de verão, um eletricista não deve deixá-lo muito esticado. Por quê?<br />8. Como se pode comprovar a dilatação linear de um sólido?<br /><br />Dilatação volumétrica<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> t0 t<br /><br /> V = V - V0<br /><br /> V = .V0. t<br />V = Vo (1 + . t )<br /><br /> = 3 <br /> V = variação do volume<br /> = coeficiente de dilatação volumétrica (oC-1)<br /> t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />9. Um petroleiro recebe uma carga 107 barris de petróleo no Golfo Pérsico, a uma temperatura de 50o C. Qual a perda em barris, por efeito de contração térmica, que esta carga apresenta quando á descarregada no Brasil, a uma temperatura de 10o C? Dado: petróleo = 10-3 oC-1.<br />10. Ao ser aquecido de 10o C para 210o C, o volume de um corpo sólido aumenta 0,02 cm3. Se o volume do corpo a 10o C era 100 cm3, determine os coeficientes de dilatação volumétrica e linear do material que constitui o corpo.<br /><br />Questões<br />11. Um pino deve se ajustar ao orifício de uma placa à temperatura de 20o C. No entanto, verifica-se que o orifício é pequeno para receber o pino. Que procedimentos podem permitir que o pino se ajuste ao orifício?<br />12. Tendo enchido completamente o tanque de gasolina de seu carro, uma pessoa deixou o automóvel estacionado ao sol. Depois de um certo tempo, verificou que, em virtude da elevação da temperatura, uma certa quantidade de gasolina havia entornado. A) O tanque de gasolina dilatou? B) A quantidade que entornou representa a dilatação real que a gasolina sofreu? <br /><br />TRANSMISSÃO DE CALOR<br /><br />Condução térmica<br />"A condução térmica consiste numa transferência de energia de vibração entre as moléculas que constituem o sistema."<br /><br />Questões<br />1. O isopor é formado por finíssimas bolsas de material plástico, contendo ar. Por que o isopor é um bom isolante térmico?<br />2. Os esquimós constróem seus iglus com blocos de gelo, empilhando-os uns sobre os outros. Se o gelo tem uma temperatura relativamente baixa, como explicar esse seu uso como "material de construção"?<br />3. Num antigo jingle de uma propaganda, ouvia-se o seguinte diálogo: - Toc, toc, toc, - Quem bate? - É o frio! E no final eram cantados os seguintes versos: "Não adianta bater, eu não deixo você entrar, os cobertores das Casas Pernambucanas é que vão aquecer o meu lar". Que comentário você tem a fazer sobre a veracidade física dessa propaganda?<br />4. Qual a aplicação prática dos materiais isolantes térmicos?<br />5. Por que a serragem é melhor isolante térmico que a madeira?<br />6. Um faquir resolveu fazer uma demonstração de sua arte entrando em um forno muito aquecido. Para que ele sinta a menor sensação de "calor" possível, é preferível que ele vá nu ou envolto em roupa de lã? Por quê?<br />7. Explique por que, em países de clima frio, costumam-se usar janelas com vidraças duplas. Esse tipo de janela chega a reduzir em até 50% as perdas de calor para o exterior.<br />8. Num mesmo ambiente, se você tocar um objeto metálico com uma mão e um objeto de madeira com a outra, vai sentir que o primeiro está "mais frio" que o segundo. Como você explica esse fenômeno se os dois objetos estão no mesmo ambiente e, portanto, na mesma temperatura?<br />9. Por que as panelas, em geral, têm seus cabos metálicos revestidos com madeira ou plástico?<br />Convecção térmica<br />"A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema."<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Questões<br />10. Por que, em uma geladeira, o congelador é colocado na parte superior e não na inferior?<br />11. Com base na propagação de calor, explique por que, para gelar o chope de um barril, é mais eficiente colocar gelo na parte superior do que colocar o barril sobre uma pedra de gelo.<br />12. Um aparelho de refrigeração de ar deve ser instalado em local alto ou baixo num escritório? E um aquecedor de ar? Por quê?<br /><br /><br />Irradiação térmica<br />"A irradiação é a transmissão de por intermédio de ondas eletromagnéticas. Nesse processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio material."<br /><br />Questões<br />13. Sabemos que o calor pode ser transferido, de um ponto para outro, por condução, convecção e radiação. Em qual desses processos a transmissão pode ocorrer mesmo que não haja um meio material entre os dois pontos?<br />14. Os grandes tanques, usados para armazenar gasolina (ou outros combustíveis), costumam ser pintados externamente com tinta prateada. Por quê?<br />15. Os prédios totalmente envidraçados precisam de muitos aparelhos de ar condicionado? Por quê?<br />16. Como se dá a propagação do calor do Sol até a Terra se entre esses astros não existe meio material?<br />17. Desenhe esquematicamente uma garrafa térmica e explique o seu funcionamento.<br /><br />ESTUDO DOS GASES<br /><br /> <br /> gás <br /> ... <br /><br />Transformação Isotérmica<br />"Transformação de um gás sob temperatura constante."<br /><br />P1.V1 = P2.V2<br /><br />P = pressão do gás<br />V = volume do gás<br /><br />Transformação Isobárica<br />"Transformação a pressão constante."<br /><br /> <br /><br />T = tc + 273<br /><br />T = temperatura do gás em graus Kelvin<br />tc = temperatura em graus Celsius<br /><br />Transformação Isométrica<br />"Transformação a volume constante."<br /><br /> <br /><br />Lei geral dos gases perfeitos<br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />1. Na temperatura de 300 K e sob pressão de 1 atm, uma massa de gás perfeito ocupa o volume de 10 litros. Calcule a temperatura do gás quando, sob pressão de 2 atm, ocupa o volume de 20 litros.<br />2. Dentro de um recipiente de volume variável estão inicialmente 20 litros de gás perfeito à temperatura de 200 K e pressão de 2 atm. Qual será a nova pressão, se a temperatura aumentar para 250 K e o volume for reduzido para 10 litros?<br />3. Um balão de borracha continha 3 litros de gás hélio, à temperatura de 27o C, com pressão de 1,1 atm. Esse balão escapuliu e subiu. À medida que o balão foi subindo, a pressão atmosférica foi diminuindo e, por isso, seu volume foi aumentando. Quando o volume atingiu 4 litros, ele estourou. A temperatura do ar naquela altura era 7o C. Calcule a pressão do gás em seu interior imediatamente antes de estourar.<br />4. Um gás ocupa o volume de 20 litros à pressão de 2 atmosferas. Qual é o volume desse gás à pressão de 5 atm, na mesma temperatura?<br />5. Um gás mantido à pressão constante ocupa o volume de 30 litros à temperatura de 300 K. Qual será o seu volume quando a temperatura for 240 K?<br />6. Num recipiente de volume constante é colocado um gás à temperatura de 400 K e pressão de 75 cmHg. Qual é a pressão à temperatura de 1200 K?<br />7. Sob pressão de 5 atm e à temperatura de 0o C, um gás ocupa volume de 45 litros. Determine sob que pressão o gás ocupará o volume de 30 litros, se for mantida constante a temperatura.<br />8. Uma certa massa de gás hélio ocupa, a 27o C, o volume de 2 m3 sob pressão de 3 atm. Se reduzirmos o volume à metade e triplicarmos a pressão, qual será a nova temperatura do gás?<br />9. Num dia de tempestade, a pressão atmosférica caiu de 760 mmHg para 730 mmHg. Nessas condições, qual o volume final de uma porção de ar que inicialmente ocupava 1 litro? (Suponha que a temperatura não tenha variado)<br />10. O gráfico representa a isobára para certa quantidade de um gás perfeito. Determine a temperatura TA.<br /><br /> V(m3)<br /><br /> 60 ...........................<br /> .<br /> 40 ............... .<br /> . .<br /> . .<br /> <br /> 0 TA 450 K T(K)<br /><br />TERMODINÂMICA<br />"A termodinâmica estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado numa transformação de um sistema."<br /><br />Trabalho realizado por um gás<br /><br /> <br /> gás <br /> <br /><br /> = P. V<br /><br /> = trabalho realizado pelo gás<br />P = pressão exercida pelo gás<br /> V = variação do volume<br /> V = V2 - V1<br /><br />Na expansão, Vfinal > Vinicial > 0<br />(o gás realiza trabalho)<br /><br />Na compressão, Vfinal < Vinicial < 0<br />(o gás recebe trabalho do meio exterior)<br /><br />Exercícios<br />1. Numa transformação sob pressão constante de 800 N/m2, o volume de um gás ideal se altera de 0,020 m3 para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a expansão do gás.<br />2. Um gás ideal , sob pressão constante de 2.105 N/m2, tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3. Determine o trabalho realizado no processo.<br />3. Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. A) o trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior? B) Quanto vale o trabalho realizado?<br /><br />Trabalho pela área<br />Propriedade:<br />"O trabalho é numericamente igual a área, num gráfico da pressão em função da variação do volume."<br /> <br /> P<br /> <br /><br /> = área<br /> <br /> V1 V2 V<br />Exercícios<br />4. As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de A para B em cada processo.<br /><br /><br />a) P (N/m2)<br /> <br /> A B<br /> 20 <br /> <br /> <br /><br /> 0 5 V (m3)<br /><br /><br />b) P (N/m2)<br /><br /> A<br /> 30 <br /> <br /> B<br /> <br /> 0 6 V (m3)<br /><br /><br />c) P (N/m2)<br /><br /> A B<br /> 10 .........<br /> <br /> <br /> <br /> 0 2 5 V (m3) <br /><br /><br />d) P (N/m2)<br /> <br /> <br /> 8 ....................... B .<br /> <br /> 2 ......A. <br /> <br /> <br /> 0 0,5 2 V (m3)<br /><br /><br /><br /><br /><br />Primeiro princípio da termodinâmica<br /><br /><br /> Q U <br /><br /><br /><br /><br />Q = U + <br /><br />Q = quantidade de calor<br /> U = variação da energia interna<br /> = trabalho<br /><br />Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0<br /> (expansão) > 0 e (compressão) < 0<br /> U = Ufinal - Uinicial<br /><br />Exercícios<br />1. Num dado processo termodinâmico, certa massa de um gás recebe 260 joules de calor de uma fonte térmica. Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules. Determine a variação da energia interna.<br />2. Um gás recebe um trabalho de 150 J e absorve uma quantidade de calor de 320 J. Determine a variação da energia interna do sistema.<br />3. Um gás passa de um estado a outro trocando energia com o meio. Calcule a variação da energia interna do gás nos seguintes casos:<br />a)o gás recebeu 100 J de calor e realizou um trabalho de 80 J.<br />b) o gás recebeu 100J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J.<br />c) o gás cedeu 100 J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J.<br />4. Durante um processo, são realizados 100 J de trabalho sobre um sistema, observando-se um aumento de 50 J em sua energia interna. Determine a quantidade de calor trocada pelo sistema, especificando se foi adicionado ou retirado.<br />5. São fornecidos 14 J para aquecer certa massa de gás a volume constante. Qual a variação na energia interna do gás?<br /><br /><br /><br />Segundo princípio da termodinâmica<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> Q1 Q2<br /> <br /><br /> = Q1 - Q2<br /><br />Q1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica.<br /> = trabalho obtido<br />Q2 = quantidade de calor perdida.<br /><br />Rendimento da máquina térmica<br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />6. Uma máquina térmica recebe 100 joules de energia, mas devido às perdas por aquecimento, ela aproveita somente 50 joules. Determine o rendimento dessa máquina.<br />7. Um motor elétrico recebe 80 J de energia, mas aproveita efetivamente apenas 60 J. Qual é o rendimento do motor?<br />8. Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.<br />9. O rendimento de uma máquina térmica é 60%. Em cada ciclo dessa máquina, o gás recebe 800 joules da fonte quente. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo; b) a quantidade de calor que, em cada ciclo, é rejeitada para a fonte fria.<br />10. Uma máquina térmica tem 40% de rendimento. Em cada ciclo, o gás dessa máquina rejeita 120 joules para a fonte fria. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo nessa máquina; b) a quantidade de calor que o gás recebe, do ciclo, da fonte quente.<br /><br /><br />ÓPTICA GEOMÉTRICA<br /><br />Conceitos<br />a) Corpo luminoso: são os corpos que emitem luz própria. Exemplo: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, etc.<br />b) Corpo iluminado: são os corpos que refletem a luz que recebem a luz de outros corpos. Exemplo: a luz.<br />c) Corpos opacos: são os corpos que impedem a passagem da luz. <br />d) Corpos transparentes: são os corpos que se deixam atravessar totalmente pela luz.<br />e) Corpos translúcidos: são os corpos que se deixam atravessar parcialmente pela luz.<br /><br />Princípios da Óptica Geométrica<br />1º) Princípio da propagação retilínea da luz: Num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta.<br />2º) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: O caminho seguido pela luz independe do sentido de propagação.<br />3º) Princípio da independência dos raios de luz: Um raio de luz, ao cruzar com outro, não interfere na sua propagação.<br /><br />Exercícios<br />1. Um prédio projeta no solo uma sombra de 15 m de extensão no mesmo instante em que uma pessoa de 1,80 m projeta uma sombra de 2 m. Determine a altura do prédio <br />2. Qual a altura de uma árvore que projeta uma sombra de 3 m de comprimento, sabendo-se que nesse mesmo instante uma haste vertical de 2 m projeta uma sombra de 1 m?<br />3. Num mesmo instante, a sombra projetada de uma pessoa é de 5 m e a de um edifício é de 80 m. Sabendo que a altura da pessoa é 1,80 m, calcule a altura do edifício.<br />4. Qual o comprimento da sombra projetada por uma árvore de 5 m de altura se, no mesmo instante, um arbusto de 0,2 m de altura projeta uma sombra de 0,05 m?<br /><br />Questões<br />5. Verifique se a afirmação abaixo é verdadeira ou falsa; justifique a sua escolha. "Para podermos enxergar um objeto, é apenas necessário que ele esteja iluminado."<br />6. Por que no fundo dos oceanos é sempre escuro, seja dia, seja noite, se a água é transparente?<br />7. Se uma pessoa vê os olhos de uma outra através de um complicado jogo de espelhos, é possível que a segunda pessoa veja os olhos da primeira?<br />8. Uma lâmpada acesa é um corpo luminoso ou um corpo iluminado? Por quê?<br /><br /><br />Câmara escura<br /><br /> <br /> o<br /> <br /> i<br /> <br /> -------- p ---------- ------- p' -----<br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />9. Um objeto luminoso AB, de 5 cm de altura, está a 20 cm de distância de uma câmara escura de profundidade 10 cm. Calcular a altura da imagem formada.<br />10. Uma pessoa de 1,80 m de altura encontra-se a 2,4 m do orifício de uma câmara escura de 0,2 m de comprimento. Qual a altura da imagem formada?<br />11. Qual a altura da imagem de um poste de 5 m de altura colocado a 20 m de distância de uma câmara escura cujo comprimento é 0,3 m?<br />12. Uma câmara escura de orifício apresenta comprimento de 40 cm. De uma árvore de altura 5 m obteve-se, no anteparo, uma imagem de altura 25 cm. Determine a distância da árvore até a câmara.<br /><br />Questões<br />13. Por que a câmara escura de orifício produz imagens de cabeça para baixo, quando observadas por trás do anteparo?<br />14. Qual a principal limitação da câmara escura para que possa ser utilizada para tirar fotografia? Justifique.<br /><br />A cor de um corpo<br />"A cor que um corpo apresenta por reflexão é determinada pelo tipo de luz que ele reflete. Por exemplo, um corpo ao ser iluminado pela luz branca (que contém todas as cores), se apresenta azul, porque reflete a luz azul e absorve as demais. Um corpo iluminado pela luz branca se apresenta branco porque reflete todas as cores. Um corpo negro absorve todas as cores."<br /><br />Luz branca<br /> luz azul<br /><br /> corpo azul<br /> <br />Questões<br />1. Por que uma rosa é vermelha, a grama é verde e um carro é preto?<br />2. Têm-se três cartões, um branco, um vermelho e um azul. Como se apresentam esses cartões num ambiente iluminado pela luz vermelha? <br />3. Iluminando a bandeira brasileira com luz monocromática azul, você irá vê-la com que cor (ou cores) ?<br />4. Sob luz solar você distingue perfeitamente um cartão vermelho de um cartão amarelo. No entanto, dentro de um ambiente iluminado com luz violeta monocromática isso não será possível. Explique por quê.<br />5. Considere dois corpos, A e B, constituídos por pigmentos puros. Expostos à luz branca, o corpo A se apresenta vermelho e o corpo B se apresenta branco. Se levarmos A e B a um quarto escuro e os iluminarmos com luz vermelha, com que cores eles se apresentarão?<br />6. Uma flor amarela, iluminada pela luz solar:<br />a) reflete todas as luzes.<br />b) absorve a luz amarela e reflete as demais.<br />c) reflete a luz amarela e absorve as demais.<br />d) absorve a luz amarela e, em seguida, a emite.<br />e) Absorve todas as luzes e não reflete nenhuma.<br /><br /><br /><br />Reflexão da luz<br /><br />Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho.<br />Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções.<br /><br />Leis da reflexão<br /> N<br /><br /> i r<br /><br /><br /><br /><br />1a lei : O raio incidente, o raio refletido e a normal pertencem ao mesmo plano.<br />2a lei : O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.<br /><br />Exercícios<br />7. Um raio de luz forma com a superfície plana na qual incide um ângulo de 40o . Determine o ângulo de reflexão desse raio.<br />8. O ângulo formado entre o raio incidente e o raio refletido numa superfície espelhada é de 60o . Determine os ângulos de incidência e de reflexão.<br /> <br /><br /> 60o <br /><br /><br /><br /><br />Espelho plano<br />"Considera-se espelho plano toda superfície plana e lisa onde predomine a reflexão regular da luz.<br /><br /> <br /> superfície refletora<br /><br /><br /> superfície opaca<br /><br /><br /><br />Formação de imagens num espelho plano<br /><br />• O objeto e a imagem fornecida por um espelho plano são simétricos em relação ao espelho.<br />• Um espelho plano associa a um objeto real uma imagem virtual.<br /><br /> <br /><br /> <br /> P P'<br /><br /> d d<br /> <br /><br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />1. Uma pessoa olha sua imagem num espelho. Para se ver melhor, ela se aproxima 1 m do espelho, sem que este se mova. A) Qual foi o deslocamento da imagem, em relação ao solo? B) Se a pessoa se mantivesse parada e o espelho fosse aproximado 1 m, qual seria o deslocamento da imagem em relação ao solo?<br />2. A distância de um ponto objeto à imagem fornecida por um espelho plano, vale 40 cm. Determine: A) a distância do objeto à superfície do espelho; B) a nova distância que separa o objeto e imagem, no caso de o objeto se aproximar 5 cm do espelho.<br />3. Uma pessoa corre para um espelho plano vertical com velocidade de 3 m/s. Com que velocidade a imagem da pessoa se aproxima do espelho?<br />4. Um automóvel tem velocidade de 10 km/h numa estrada retilínea. Num certo instante o motorista olha pelo espelho retrovisor e vê a imagem de uma árvore. A) Com que velocidade a imagem da árvore se afasta do homem? B) Com que velocidade a imagem da árvore se afasta da árvore?<br />5. Um espelho plano fornece uma imagem de um objeto situado a uma distância de 20 cm do espelho. Afastando-se o espelho 10 cm, que distância separará a antiga imagem da nova imagem? <br />Imagem de um objeto extenso fornecida por um espelho plano<br /><br />Exercícios<br />6. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /> <br /><br />7. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />8. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /><br /> <br />9. Num relógio, em que cada número foi substituído por um ponto, os ponteiros indicam quatro horas. Que horas uma pessoa verá, ao observar o relógio por reflexão, em um espelho plano?<br />10. Coloca-se, diante de um espelho plano, um cartão no qual está escrita a palavra FELIZ. Como se vê a imagem dessa palavra através do espelho?<br />ESPELHOS ESFÉRICOS<br />"Espelhos esféricos são superfícies refletoras que têm a forma de calota esférica. São côncavos se a superfície refletora for a parte interna, ou convexos, se a superfície refletora for a parte externa."<br /><br /><br /><br /><br /><br /> Eixo principal CC V<br /><br /><br /><br />Representação<br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br />espelho côncavo espelho convexo<br /><br /><br />C = centro de curvatura do espelho (centro da esfera)<br />R = raio de curvatura (raio da esfera)<br />V= vértice<br />F = foco (F= R/2)<br /><br />Propriedades<br />• Todo raio de luz que incide num espelho esférico paralelamente ao eixo principal reflete numa direção que passa pelo foco.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br /><br />• Todo raio de luz que incide num espelho esférico numa direção que passa pelo foco reflete paralelamente ao eixo principal.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br />• Um raio de luz incidindo na direção do centro de curvatura de um espelho esférico reflete-se na mesma direção.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br /><br /><br /><br /><br />Construção de imagens<br />"A imagem de um ponto é obtida pela interseção de pelo menos, dois raios refletidos correspondentes a dois raios incidentes provenientes do ponto."<br /><br /><br />Espelho côncavo<br /><br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br />REAL, INVERTIDA, MENOR<br /><br /><br />Imagem real : imagem na frente do espelho<br />Imagem virtual: imagem atrás do espelho<br /><br />Imagem direita: objeto e imagem tem o mesmo sentido.<br />Imagem invertida: objeto e imagem tem o sentido oposto.<br /><br />Imagem igual, maior ou menor que o objeto: quando comparada com o objeto, a imagem pode apresentar essas comparações. <br /><br /><br />Exercícios<br />1. Construa a imagem do objeto para cada um dos esquemas abaixo e determine as características dessa imagem.<br /><br /><br />a)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br /><br />b)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br /><br />c)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br />d) espelho convexo<br /><br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br /><br />Questões<br />2. Constrói-se um farol de automóvel utilizando um espelho esférico e um filamento de pequenas dimensões que pode emitir luz. A) O espelho utilizado é côncavo ou convexo? B) Onde se deve posicionar o filamento?<br />3. Pretende-se acender um cigarro, concentrando-se a luz solar através de um espelho esférico. A) O espelho deve ser côncavo ou convexo? B) Onde deve ser colocada a ponta do cigarro que se quer acender?<br />4. Em grandes lojas e supermercados, utilizam-se espelhos convexos estrategicamente colocados. Por que não se utilizam espelhos planos ou côncavos?<br />5. Vários objetos que apresentam uma superfície polida podem se comportar como espelhos. Diga se cada um dos objetos seguintes se comporta como espelho côncavo ou convexo, convergente ou divergente: A) Superfície interna de uma colher. B) Bola de árvore de Natal. C) Espelho interno do farol de um automóvel.<br />6. Para examinar o dente de uma pessoa, o dentista utiliza um pequeno espelho (como você já de deve Ter visto). Esse espelho permite que o dentista enxergue detalhes do dente (imagem ampliada e direta). Tendo em vista essas informações, responda: A) O espelho deve ser plano, côncavo ou convexo? B) A distância do dente ao espelho deve ser maior ou menor que a sua distância focal?<br /><br />ESPELHOS ESFÉRICOS <br />(estudo analítico) <br /><br /><br /><br /> =<br /> <br /> --------------------- p -----------------------------------<br />o<br /><br /> C i F V<br /> --------------- p' --------------------<br /> -------------------- R ---------------------------<br /> -------- f -----------<br /><br /><br /><br />p = distância do objeto ao espelho<br />p' = distância da imagem ao espelho<br />R = raio de curvatura<br />f = distância focal (f = R/2)<br />o = altura do objeto<br />i = altura da imagem<br /><br /><br />p' > 0 : imagem real<br />p' < 0 : imagem virtual<br />i > 0 : imagem direita<br />i < 0 : imagem invertida<br />f >0 : espelho côncavo<br />f < 0 : espelho convexo<br /><br /><br />Equações dos espelhos esféricos<br /><br /> <br /><br /> <br /><br /><br />Aumento linear transversal <br /><br /> ou <br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1. Um objeto de 5 cm de altura é colocado a 30 cm do vértice de um espelho côncavo de distância focal 50 cm. A) Qual a distância da imagem ao vértice do espelho? B) Qual o tamanho da imagem? C) A imagem é real ou virtual?<br />2. Em frente a um espelho côncavo de distância focal 20 cm, encontra-se um objeto real, a 10 cm de seu vértice. Determine: A) A posição da imagem; B) O aumento linear; C) a imagem é direita ou invertida?<br />3. Um objeto de 6 cm de altura está localizado à distância de 30 cm de um espelho esférico convexo, de 40 cm de raio de curvatura. Determine a posição da imagem <br />4. Um objeto de 3 cm de altura foi colocado diante de um espelho esférico convexo de raio de curvatura igual a 60 cm. Sendo o objeto perpendicular ao eixo principal e a sua abscissa igual a 15 cm, pergunta-se: A) Qual á a abscissa e a altura da imagem? B) A imagem é real ou virtual? Direita ou invertida?<br />5. Por meio de um pequeno espelho esférico côncavo, é possível projetar na parede a imagem da chama de uma vela. Colocando a chama a 40 cm do espelho, a imagem se forma a 200 cm de distância deste. A) Qual a distância focal do espelho? B) Faça um esquema com o objeto a imagem e o espelho.<br />6. Em um espelho esférico côncavo obtém-se uma imagem de altura quatro vezes maior que a altura do objeto. A abscissa da imagem vale 20 cm. A) Determine a abscissa do objeto. B) Qual a distância focal do espelho?<br />7. Uma pessoa, a 40 cm de um espelho côncavo, se vê 3 vezes maior e com imagem direita. Qual a distância focal do espelho?<br />8. Um espelho esférico encontra-se a 16 m de uma parede. Coloca-se uma lâmpada entre o espelho e a parede, obtendo-se sobre esta uma imagem 4 vezes maior. Determine o raio de curvatura do espelho.<br />9. Num anteparo a 30 cm de um espelho esférico, forma-se a imagem nítida de um objeto real situado a 10 cm do espelho. Determine: A) a distância focal e o raio de curvatura do espelho. B) O espelho é côncavo ou convexo?<br />REFRAÇÃO DA LUZ<br />"Quando a luz passa de um meio para outro ela pode mudar de direção, ou seja, refratar-se."<br /><br />Índice de refração absoluto<br />"índice de refração de um meio qualquer em relação ao vácuo."<br /> <br /> velocidade c<br /> <br /> vácuo <br /> <br /> outro meio<br /><br /> velocidade v<br /><br /><br /> <br /><br />n = índice de refração<br />c = velocidade da luz no vácuo ( c= 300.000 km/s)<br />v = velocidade da luz em outro meio<br />nar 1<br /><br />Exercícios<br />1. Certa luz monocromática apresenta num meio material velocidade igual a 150.000 km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo 300.000 km/s, determine o índice de refração absoluto para esse meio.<br />2. Determine o índice de refração absoluto de um líquido onde a luz se propaga com a velocidade de 200.000 km/s. A velocidade da luz no vácuo é 300.000 km/s.<br />3. O índice de refração absoluto da água é 1,3 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação da luz na água, se no vácuo ela se propaga com a velocidade de 300.000 km/s?<br />4. O índice de refração absoluto do vidro é 1,5 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro?<br />5. A velocidade da luz amarela num determinado meio é 4/5 da velocidade da luz no vácuo. Qual o índice de refração absoluto desse meio?<br /><br />Questões<br />6. Se um pescador quiser fisgar um peixe lançando obliquamente um arpão, ele deverá arremessá-lo acima ou abaixo da posição em que vê o peixe?<br />7. Como deve ser um meio para que a luz se propague nele em linha reta?<br />8. O que veríamos se mergulhássemos uma peça de vidro num líquido de mesmo índice de refração que o vidro?<br />9. A luz procedente do Sol poente se propaga através da atmosfera segundo uma trajetória curva, de modo que o Sol parece estar mais alto do que realmente está. Como se explica este fenômeno? Ilustre com um diagrama.<br /><br /><br />Índice de refração relativo<br /><br /> vA<br /> <br /> A<br /> <br /> B<br /><br /> vB<br /><br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />10. Numa substância A, a velocidade da luz é 250.000 km/s; numa substância B é 200.000 km/s. Determine: a) o índice de refração relativo da substância A em relação à substância B; b) o índice de refração relativo da substância B em relação à substância A.<br />11. O índice de refração absoluto da água é 1,3 e o do vidro é 1,5. Determine os índices de refração relativos da água em relação ao vidro e do vidro em relação à água.<br />12. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,5 e o índice de refração absoluto de Y é 1,8, qual é o índice de refração absoluto de X?<br />13. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,6 e o índice de refração absoluto de Y é 1,5, qual é o índice de refração absoluto de X?<br />Lei de Snell-Descartes<br /><br /><br /> <br /> i <br /> A<br /> <br /> B<br /><br /> r <br /><br /><br /><br /> <br /><br />i = ângulo de incidência<br />r = ângulo de refração<br /><br />Exercícios<br />1. Um raio luminoso incide na superfície que separa o meio A do meio B, formando um ângulo de 60o com a normal no meio A. O ângulo de refração vale 30o e o meio A é o ar, cujo índice de refração é nA = 1. Determine o índice de refração do meio B (nB). Dados: sen 30o = 0,5 e sem 60o = 0,9.<br />2. Quando se propaga de um meio A para um meio B, incidindo sob ângulo de 45o com a normal, um raio luminoso se refrata formando com a normal um ângulo de 60o . Sendo 1,4 o índice de refração do meio B, determine o índice de refração do meio A . ). Dados: sen 45o = 0,7 e sem 60o = 0,9.<br />3. Um raio luminoso passa do vidro para o ar, sendo o ângulo de incidência 30o e o de refração 45o . Calcule o índice de refração do vidro em relação ao ar. Dados: sen 30o = 0,5 e sem 60o = 0,7.<br />4. Um raio de luz passa do meio 1 para o meio 2, ambos transparentes. O ângulo de incidência é igual a 45o e o ângulo de refração 30o . Calcule o índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1. ). Dados: sen 30o = 0,5 e sem 45o = 0,7<br />5. Um raio luminoso passa do ar para a água formando um ângulo i = 30o com a normal. Sabendo que o índice de refração da água em relação ao ar vale 4/3, calcule o valor do ângulo de refração.<br />LENTES ESFÉRICAS<br /><br /><br />Lente convergente<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Lente divergente<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> A F O F' A' <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> A' F' O F A <br /><br /><br /><br /><br />F = foco principal objeto<br />F' = foco principal imagem<br />A = ponto antiprincipal objeto<br />A' = ponto antiprincipal imagem<br />O = centro óptico da lente<br /><br /><br /><br />Propriedades<br /><br /><br /><br /><br /> <br /> F' F'<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /> F F <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /> O O <br /><br /><br /><br />Construção de imagens<br /><br /><br /><br /> o<br /><br />A F O F' A' i<br /><br /><br />Características da imagem: <br />REAL, INVERTIDA, IGUAL<br /><br /><br /><br /><br /> o i<br /><br />A' F' O F A <br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br />VIRTUAL, DIREITA, MENOR<br /><br />Exercícios<br />1. Nos esquemas abaixo, construa a imagem do objeto e dê as características dessa imagem.<br /><br />a)<br /><br /><br /> <br /><br />A F O F' A' <br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br /><br /><br />b)<br /><br /><br /> <br /><br />A F O F' A' <br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br />c)<br /><br /><br /><br /> o <br /><br />A' F' O F A <br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem: <br /><br /><br /><br />Questões<br />1. Um explorador, perdido na Antártica, conseguiu acender uma fogueira usando um bloco de gelo que obteve congelando água num pires. Como ele procedeu?<br /><br />ONDAS<br />"Dá-se o nome de onda à propagação de energia de um ponto para a outro, sem que haja transporte de matéria."<br /><br />Tipos de ondas<br />- Onda transversal<br />A vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. Ex: ondas na corda.<br /><br /><br /><br /><br /><br />- Onda longitudinal<br />A vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação. Ex: ondas sonoras no ar.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Classificação das ondas<br />- Ondas unidimensionais<br />Quando se propagam numa só direção. Ex: uma perturbação numa corda.<br />- Ondas bidimensionais<br />Quando se propagam ao longo de um plano. Ex: ondas na superfície da água.<br />- Ondas tridimensionais<br />Quando se propagam em todas as direções. Ex: ondas sonoras.<br /><br />Natureza das ondas<br />- Ondas mecânicas<br />São aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e que, para se propagarem, necessitam de um meio material. Ex: onda na superfície da água, ondas sonoras, ondas numa corda tensa, etc.<br />As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.<br />- Ondas eletromagnéticas<br />São aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Ex: ondas de rádio, ondas de raios X, ondas luminosas, etc.<br />As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo.<br /><br /><br />Velocidade de propagação de uma onda<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> ------------- s ---------<br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />2. Deixa-se cair uma pequena pedra num tanque contendo água Observa-se uma onda circular de raio 30 cm em t=1s; em t=3s, o raio da onda circular é 90 cm. Determine a velocidade de propagação da onda.<br />3. As figuras representam duas fotos sucessivas de uma corda, na qual se propaga uma onda. O intervalo de tempo entre as duas fotos é 0,2 s. Qual a velocidade de propagação dessa onda?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> ------- 10 cm ---------<br /><br />4. Da arquibancada de um estádio você presencia uma violente bolada na trave, a 60 m de distância. Qual o tempo decorrido a partir da bolada até você ouvi-la? Dado: velocidade do som no ar é 340 m/s.<br /><br />Questões<br />5. Explique por que um pequeno barco de papel flutuando na água apenas sobe e desce quando atingido por ondas que se propagam na superfície do líquido.<br />6. "Durante a propagação da onda não há transporte de matéria, apenas transporte de energia". Dê exemplos que comprovem essa afirmação.<br /><br /><br />Ondas periódicas<br /><br /> ---------- ----------<br /> crista crista <br /><br /> A<br /><br /><br /><br /> vale vale<br /><br />"Comprimento de onda ( ) é a distância entre dois pontos consecutivos do meio que vibram em fase,"<br /><br />v = .f<br /><br /> <br /><br />v = velocidade de propagação da onda<br /> = comprimento de onda<br />f = freqüência<br />T = período<br />A = amplitude<br /><br />Exercícios<br />1. A figura representa uma onda periódica que se propaga numa corda com velocidade v = 10 m/s. Determine a freqüência dessa onda e a amplitude.<br /><br /> -------- 5 m --------<br /><br /> 2 m<br /><br /><br /><br /><br />2. Um conjunto de ondas periódicas transversais , de freqüência 20 Hz, propaga-se em uma corda. A distância entre uma crista e um vale adjacente é de 2m. Determine: A) o comprimento de onda; B) a velocidade da onda.<br />3. Num tanque pequeno a velocidade de propagação de uma onda é de 0,5 m/s. Sabendo que a freqüência do movimento é de 10 Hz, calcule o comprimento da onda.<br /><br /><br />4. Determine o comprimento de onda de uma estação de rádio que transmite em 1000 kHz.<br />5. Uma onda se propaga ao longo de uma corda com freqüência de 60 Hz, como ilustra a figura. A) Qual a amplitude da onda? B) Qual o valor do comprimento de onda? C) Qual a velocidade de propagação dessa onda?<br /><br /> ------------------ 30 m ----------------------<br /><br /> 10 m<br /><br /><br /><br /><br />6. Uma fonte produz ondas periódicas na superfície de um lago. Essas ondas percorrem 2,5 m em 2 segundos. A distância entre duas cristas sucessivas de onda é 0,25 m. Determine: A) a velocidade de propagação da onda; B) o comprimento de onda; C) a freqüência.<br /><br />Questões<br />7. O que é crista de uma onda? O que é vale? <br />8. O que é período de uma onda? E freqüência?<br />9. O que é amplitude de uma onda?<br />10. Como podemos produzir uma onda?<br /><br /><br />Exercícios complementares<br />11. Ondas periódicas produzidas no meio de uma piscina circular de 6m de raio por uma fonte de freqüência constante de 2 Hz demoram 10 s para atingir a borda da piscina. Qual o comprimento de onda dessa vibração?<br />12. Num lago, correntes de ar produzem ondas periódicas na superfície da água, que se propagam à razão de 3 m/s. Se a distância entre duas cristas sucessivas dessas ondas é 12 m, qual o período de oscilação de um barco ancorado?<br />13. Numa corda tensa, propaga-se uma onda de comprimento de onda 0,2 m com velocidade igual a 8 m/s. Determine a freqüência e o período dessa onda.<br /><br /><br />Os fenômenos ondulatórios<br /><br />- Reflexão de ondas<br />Quando uma onda que se propaga num dado meio encontra uma superfície que separa esse meio de outro, essa onda pode, parcial ou totalmente, retornar para o meio em que estava se propagando.<br /><br />- Refração de ondas<br />É o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação.<br /><br />- Interferência<br />Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas, o efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto.<br /><br />- Difração<br />As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda.<br /><br />- Ressonância<br />Quando um sistema vibrante é submetido a uma série periódica de impulsos cuja freqüência coincide com a freqüência natural do sistema, a amplitude de suas oscilações cresce gradativamente, pois a energia recebida vai sendo armazenada.<br /><br />- Polarização<br />Polarizar uma onda significa orientá-la em uma única direção ou plano.<br /><br />Questões<br />1. Conta-se que um famoso tenor italiano, ao soltar a voz num agudo, conseguia romper um copo de cristal. Como é possível explicar fisicamente essa ocorrência?<br />2. As ondas luminosas também podem sofrer difração, como as ondas sonoras. Explique por que é mais fácil perceber a difração sonora do que a difração luminosa.<br />3. Conta-se que na Primeira Guerra Mundial uma ponte de concreto desabou quando soldados, em marcha cadenciada, passaram sobre ela. Como é possível explicar essa ocorrência?<br />O SOM<br />As ondas sonoras são ondas mecânicas e portanto não se propagam no vácuo. São audíveis pelo homem quando sua freqüência se situa entre 20 Hz e 20.000 Hz.<br /><br />Fontes de som<br />Em geral, as fontes de som são os corpos em vibração, como o cone de um alto-falante, as cordas vocais, etc."<br /><br />A velocidade do som<br />Nos líquidos e nos sólidos, onde as moléculas estão mais próximas umas das outras, a velocidade do som é bem maior do que em um gás.<br /> vsólidos > vlíquidos > vgases<br /><br />Velocidade do som no ar: 340 m/s<br />Velocidade do som na água: 1450 m/s<br /><br />Qualidades de um som<br />- Intensidade<br />Ë a qualidade que nos permite distinguir os sons fortes dos fracos.<br />- Timbre <br />É a qualidade que nos faz distinguir as vozes de duas pessoas, mesmo quando emitindo sons de mesma freqüência. Também permite diferenciar os sons de dois instrumentos musicais, mesmo quando eles emitem a mesma nota.<br />- Altura<br />É a qualidade do som que nos permite distinguir os sons graves dos agudos.<br /><br />O eco<br />Quando uma onda sonora encontra um obstáculo à sua frente, ela pode retornar à sua fonte por reflexão.<br />O eco ocorre se a distância entre a origem do som e o obstáculo for, no mínimo, de 17 m. Nossos ouvidos têm a capacidade de distinguir sons emitidos num intervalo de tempo de, no mínimo, 0,1 s.<br /><br />Sonar<br />É um equipamento colocado em navios que envia ondas sonoras em direção ao fundo do mar e recebe, posteriormente, a reflexão, podendo-se calcular a profundidade.<br /><br />Questões<br />1. No filme Guerra nas estrelas, as batalhas travadas entre as naves são acompanhadas pelo ruído característico das armas disparadas e dos veículos explodindo. Fisicamente, isso realmente poderia ocorrer? Por quê?<br />2. Em um filme americano de faroeste, um índio colou seu ouvido ao chão para verificar se a cavalaria estava se aproximando. Há uma justificativa física para esse procedimento? Explique.<br />3. De que forma dois astronautas podem conversar na superfície da Lua?<br />4. Se você observar a distância alguém cortando lenha, primeiro verá o martelo batendo na madeira e só depois ouvirá o barulho. O mesmo fenômeno acontece com os raios, em dia de tempestade: primeiro vemos o clarão e depois ouvimos o trovão. Por que isso acontece?<br />5. Em que princípio se baseia o funcionamento do radar? E o do sonar?<br />6. Por que o som do eco é mais fraco que o som emitido?<br />7. A afirmação abaixo está errada. Comente o erro e corrija a frase: "Quando você fala, as partículas de ar se movem da sua boca até o ouvido de quem escuta".<br />8. Os morcegos têm uma visão extremamente deficiente, orientando-se, em seus vôos, pelas vibrações ultra-sônicas. Explique como isso é possível.<br /><br />Exercícios<br />9. Uma pessoa ouve o som de um trovão 2 segundos depois de ver o relâmpago. Determine a que distância aproximadamente do observador caiu o raio. Considere a velocidade do som no ar igual a 340 m/s.<br />10. Se uma pessoa ouve o som do disparo de uma arma de fogo 5 s após a ter visto ser disparada, qual a distância entre o ouvinte e o atirador? Considerando vsom = 340 m/s.<br />11. A velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s. Uma onda sonora de comprimento de onda no ar igual a 34 m é audível pelo homem? Justifique a sua resposta.<br />12. No stand de tiro-ao-alvo, o atirador ouve o eco do tiro que ele dispara 0,6 s após o disparo. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a distância entre o atirador e o obstáculo que reflete o som.<br />13. Num passeio ao "vale do eco", um turista percebe que o primeiro eco de seu grito é ouvido 4 s após a emissão. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a que distância dele se encontra o obstáculo refletor.<br />14. O som se propaga na água com velocidade de 1450 m/s. Qual a distância entre uma pessoa e a barreira refletora, para que ela possa receber o eco, nesse meio?<br />15. Com o "sonar", verifica-se, numa dada região do oceano Atlântico, que o intervalo de tempo entre a emissão de um pulso sonoro e sua posterior recepção é de 2 s. Se a velocidade do som na água do mar é 1500 m/s, qual a profundidade da região pesquisada?<br /><br />Leitura complementar<br /><br />Efeito Doppler<br />É comum a verificação de que, quando uma fonte sonora (uma ambulância com a sirene ligada, por exemplo) se aproxima ou se afasta de nós, o som que ouvimos não mantém uma freqüência constante. Nota-se que, à medida que a fonte se aproxima, o som ouvido vai se tornando mais agudo e, à medida que se afasta, o som ouvido vai se tornando mais grave.<br /><br />Cordas vibrantes<br />Se uma corda tensa for vibrada, estabelecem-se nela ondas transversais que, superpondo-se às refletidas nas extremidades, originam ondas estacionárias. A vibração da corda transmite-se para o ar adjacente, originando uma onda sonora. Nos instrumentos musicais de corda, como o violão, violino, piano, etc., a intensidade do som é ampliada por meio de uma caixa de ressonância.<br /><br />Tubos sonoros<br />Basicamente, um tubo sonoro é uma coluna de ar na qual se estabelecem ondas estacionárias longitudinais, determinadas pela superposição de ondas de pressão geradas numa extremidade com ondas refletidas na outra extremidade.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-18388469594030858452009-09-09T15:51:00.000-07:002009-09-09T15:53:04.643-07:00APOSTILA DE FISICA 1ª SÉRIEFÍSICA 1ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO<br /><br /><br />INTRODUÇÃO<br />A física não significa destruição, é o homem que a usa de forma indevida, graças à física temos as lâmpadas, computadores, pontes, entre infinitas outras. “O homem, desde a Antigüidade mais remota, busca compreender como e por que os fenômenos naturais ocorrem. Física é a ciência que tem como objeto estudar os fenômenos que ocorrem na natureza. Ela começou com o movimento das estrelas, que os homens observaram durante milhares e milhares de noites. Procurando encontrar explicações para nascer e pôr do Sol, o barulho do trovão, a beleza do arco-íris e outros tantos fenômenos, pouco a pouco foi acumulando conhecimento e produzindo mudanças no mundo a sua volta. Muitos desses fenômenos são estudados em Física”.<br />As leis fundamentais da Física são essenciais para todas as ciências básicas tais como Astronomia, Biologia, Química e Geologia. Ela também e essencial para todas as ciências aplicadas e a engenharia, os quais transformaram o mundo das carroças aos aviões a jato, da vela ao laser, do pombo correia a maquina de fax e do ábaco aos chips de um computador.<br />Hoje, a Física como o modo de olhar e estudar o mundo são parte integrante da nossa cultura atual.<br /><br />GRANDEZAS FÍSICAS<br />Tudo o que ocorre na natureza, ou seja, qualquer acontecimento, como trovão, relâmpago, colisão de dois carros, etc, são considerados fenômenos físicos. Ao estudar os fenômenos físicos os cientistas procuram descobrir regras gerais, as chamadas leis ou princípios da Física. Para estabelecer as leis da Física é necessária a observação dos fenômenos, que implica em efetuar medidas daquilo que chamamos de grandeza física. Exemplos de grandezas físicas: comprimento, força, velocidade, etc.<br /> As grandezas físicas implicam unidades de medidas, que são estabelecidas pelo Sistema Internacional de Unidades, conhecido pela sigla SI.<br /> O SI tem como unidades fundamentais o metro (comprimento), o quilograma (massa), o segundo (tempo).<br />Grandeza Unidade Símbolo<br />Comprimento metro m<br />Massa quilograma kg<br />Tempo segundo s<br /> Os símbolos são escritos com letra minúscula, a não ser que se trate de nome de pessoa, e não se flexionam quando escritos no plural.<br />Exemplo:<br /> a) Transformar 5.200 cm em metros. b) Transformar 6 min em segundos.<br /> 5.200 : 100= 52m. 6 x 60 = 360 s.<br />OBS: Para transformar km/h em m/s, dividi-se por 3,6 e para se transformar m/s em km/h multiplica-se por 3,6.<br /><br />CONVERSÃO DE UNIDADES<br />1m = 100 cm 1cm = 0,01 m<br />1m = 1000 mm 1 mm = 0,001 m<br />1 km = 1000 m 1 m = 0,001 km<br />1 kg = 1000 g 1 g = 0,001 kg<br />1 h = 60 min 1 min = 1/60 h<br />1 min = 60 s 1 s = 1/60 min<br />1 h = 3600 s 1 s = 1/3600 h<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Faça as seguintes transformações:<br />a) 2 h em segundo. b) 270 segundos em minuto. <br />c) 3.200 cm em metros. d) 90 km/h em m/s.<br /><br />2) Responda:<br />a) Como começou a física? b) Dê exemplos de grandeza física. c) Quais são os SI.<br />3) Complete as lacunas:<br />a) 2m + 400cm ______________________cm b) 120mm __________________ m<br /><br />4) Uma pessoa 1,70m de altura, Qual essa altura em cm?<br /><br />5) Os lados de um retângulo medem 20cm e 8cm. Qual é a área desse retângulo, em mm?<br /><br />CINEMÁTICA<br /> A cinemática é à parte da Mecânica que estuda os movimentos dos corpos, sem levar em conta como esses movimentos foram ocasionados ou como podem ser modificados.<br /> Por exemplo, se um carro está em movimento, compete à Cinemática estudar de que forma isto acontece. Pode que,em termos de valores numéricos, sua velocidade esteja aumentando, diminuindo, ou mantendo-se constante.<br /><br /><br />Na Cinemática, em geral, não levamos em conta as dimensões do corpo, quando comparadas às demais dimensões envolvidas num dado fenômeno.<br /> Este corpo é então denominado um ponto material.<br /> Assim, um automóvel será um ponto material em relação à Terra; esta, por sua vez será um ponto material em relação ao Universo.<br /> É importante realçar que a noção de movimento, bem como a de repouso, depende do referencial adotado. <br /><br />CONCEITO ESCALAR<br /> Movimento: Um corpo está em movimento quando, à medida que o tempo passa, sua posição varia em relação a um referencial; caso contrário o corpo está em repouso.<br /><br /> Referencial: ou sistema de referencia é o conjunto de todos os pontos em relação aos quais o movimento de um corpo acontece.<br /> No caso de uma motocicleta disputando uma corrida, o referencial poderá ser o público assistente.<br /> No estudo do movimento da motocicleta, qualquer uma das outras motocicleta participante da mesma corrida serve como referencial.<br /> Percebe-se, então, que todos os movimentos são relativos a alguma coisa e que, por isso, é fundamental especificar o sistema de referência.<br />Trajetória: A linha descrita pelo móvel durante o movimento chama-se trajetória.<br /> Essa trajetória pode ser retilínea ou curvilínea (circular, elíptica etc.); é importante considerá-la no estudo cinemático do movimento.<br /> Numa corrida de cavalos, a trajetória é a pista do hipódromo.<br /> <br />QUESTÕES<br />1) Um ônibus está andando a velocidade de 40 km/h. Seus passageiros estão em movimento ou repouso? Por que?<br /><br />2) Uma pessoa, em um carro, observa um poste na calçada de uma rua, ao passar por ele. O poste está em repouso ou em movimento? Explique.<br /><br />3) Considere o livro que você está lendo. <br />a) Ele está em repouso em relação a você? b) E em relação a um observador no Sol?<br /><br />4) Quando escrevemos no caderno, a caneta que usamos está em:<br />a) Movimento em relação a que? b) Repouso em relação a que?<br /><br />5) Sobre o chão de um elevador coloca-se um trenzinho de brinquedo, em movimento circular. O elevador sobe com velocidade constante. Que tipo de trajetória descreve o trenzinho, em relação:<br />a) Ao elevador? b) Ao solo?<br /><br /><br />DESLOCAMENTO<br /> Denominamos deslocamento escalar de um móvel a variação de sua posição (d). Usando a letra grega (delta) para representar variação. <br />Representaremos a grandeza física posição pela letra s ou d minúscula. Essa grandeza indica a posição ocupada por um móvel ao longo de uma trajetória.<br /> <br />s = - 10 m <br />s = - 20 m<br /> <br /> = deslocamento (m)<br />s2 = posição final (m)<br />s1 = posição inicial (m)<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um carro parte do km 12 de uma rodovia e desloca-se sempre no mesmo sentido até o km 90. Determine o deslocamento do carro.<br /><br /><br /><br />2) Um automóvel deslocou-se do km 20 até o km 65 de uma rodovia, sempre no mesmo sentido. Determine o deslocamento do automóvel.<br /><br />3) Um caminhão fez uma viagem a partir do km 120 de uma rodovia até o km 30 da mesma. Qual foi o deslocamento do caminhão?<br /><br />4) Um carro vai do km 40 ao km 70. Determine:<br />a) a posição inicial e a posição final. b) O deslocamento entre as duas posições.<br /><br />5) Um carro retorna do km 100 ao km 85. Determine:<br />a) a posição inicial e a posição final. b) O deslocamento entre as duas posições.<br /><br />VELOCIDADE MÉDIA<br />Todos nós sabemos o que é velocidade. Sabemos que um carro com velocidade de 140 km/h é mais rápido que um carro com velocidade de 60km/h. sabemos também que a velocidade de 60km/h significa que, a cada hora, o carro percorre a distancia de 60km. <br />Velocidade é a grandeza em física que indica a rapidez com que a posição de um certo móvel varia com o passar do tempo.<br />A velocidade de um corpo caindo aumenta na medida em que ele se aproxima do solo. O pendulo de um relógio realiza movimento de vaivém com a velocidade que ora aumenta, ora diminui.<br />Uma folha de papel cai mais lentamente no ar do que no vácuo por causa da resistência do ar.<br />Por definição temos:<br /> <br /> <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Exemplo:<br />Qual a velocidade media de um corpo que percorre 0,4 m em 2 s?<br />Vm = d = 0,4 <br /> t = 2<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Quando o brasileiro Joaquim Cruz ganhou a medalha de ouro nas Olimpíadas de Los Angeles, correu 800m em 100s. Qual foi sua velocidade média?<br /><br />2) Um nadador percorre uma piscina de 50m de comprimento em 25s. Determine a velocidade média desse nadador.<br /><br />3) Suponha que um trem-bala gaste 3 horas para percorrer a distância de 750 km. Qual a velocidade média deste trem?<br /><br />4) Um automóvel passou pelo marco 30 km de uma estrada às 12 horas. A seguir, passou pelo marco 150 km da mesma estrada às 14 horas. Qual a velocidade média desse automóvel entre as passagens pelos dois marcos?<br /><br />5) Um motorista de uma transportadora recebeu seu caminhão e sua respectiva carga no km 340 de uma rodovia às 13 horas, entrou a carga no km 120 da mesma rodovia às 16 horas. Qual foi a velocidade média desenvolvida pelo caminhão?<br /><br />6) No verão brasileiro, andorinhas migram do hemisfério norte para o hemisfério sul numa velocidade média de 25 km/h. Se elas voam 12 horas por dia, qual à distância percorrida por elas num dia?<br /><br />TRANSFORMAÇÃO DA VELOCIDADE<br /> <br />“Para transformar uma velocidade em km/h para m/s, devemos dividir a velocidade por 3,6. Para transformar uma velocidade em m/s para km/h, devemos multiplicar a velocidade por 3,6”.<br />Exemplo:<br />Velocímetro de um carro indica 72 km/h. Expresse a velocidade deste carro em m/s.<br /> 72 km/h : 3,6 = 20 m/s<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Uma velocidade de 36 km/h corresponde a quantos metros por segundo? E 15 m/s correspondem a quantos quilômetros por hora?<br />2) transforme:<br />a) 20 m/s em km/h. b) 36 km/h em m/s. c) 15 m/s em km/h.<br />EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES PARA RESOLVER E ENTREGAR.<br />1) Uma tartaruga consegue percorrer a distância de 4m em 200s. Qual sua velocidade média em m/s?<br /><br />2) Um atleta percorre uma pista passando pelo ponto de posição 20 m no instante 7s e pelo ponto de posição 12 m no instante 9s. Calcule a velocidade média do atleta no intervalo de tempo dado.<br /><br />3) Se você pegasse carona em um foguete, que viaja com velocidade média de aproximadamente 60000 km/s, quanto tempo você gastaria para chegar à Lua? (A distância da Terra à Lua é de 184000 km, aproximadamente).<br /><br />4) Um navio está em alto-mar e navega com velocidade constante de 35 km/h entre 8h e 18h. Qual à distância que ele percorre nesse intervalo de tempo?<br /><br />5) A velocidade média de um homem andando normalmente é de 4 km/h. Em quanto tempo ele anda do km 12 ao km 18 de uma estrada?<br /><br />6) Uma pessoa, andando normalmente, desenvolve uma velocidade média da ordem de 1 m/s. Que distância, aproximadamente, essa pessoa percorrerá, andando durante 120 segundos?<br /><br />7) Um foguete é lançado à Lua com velocidade constante de 17500 km/h, gastando 22 horas na viagem. Calcule, com esses dados, à distância da Terra à Lua em quilômetros.<br /><br />8) Um trem viaja com velocidade constante de 50 km/h. Quantas horas ele gasta para percorrer 200 km?<br /><br />9) Uma motocicleta percorre uma distância de 150 m com velocidade média de 25 m/s. Qual o tempo gasto para percorrer essa distância?<br /><br />10) Uma pessoa caminha com a velocidade media de 30m/s durante 1min. Qual o deslocamento escalar do móvel.<br /><br />MOVIMENTO UNIFORME<br /> Dizemos que um corpo está em movimento uniforme quando a sua velocidade não variar, isto é, for mantida constante com o decorrer do tempo, qualquer que seja a forma de sua trajetória.<br />Você certamente já andou em uma escala rolante, não é mesmo? Então, deve ter notado que ela o levou de um ponto a outro, sempre com a mesma velocidade.<br /> Se você passou por isso realizou movimento uniforme, ou seja, se moveu com velocidade constante durante um certo intervalo de tempo.<br /> Situações como essa, em que os movimentos são realizados sempre com a mesma velocidade, são bastante simples. <br /> v t <br /><br /> s0 s <br />s = s0 + vt<br /> <br />Exemplo:<br />Uma bicicleta movimenta-se sobre uma trajetória retilínea segundo a função horária s=10+2t (no SI). Pede-se:<br />a) sua posição inicial; b) sua velocidade.<br />S = 10 + 2t V = 2 m/s<br />So = 10 m <br />EXERCÍCIOS<br />1) A posição de um móvel varia com o tempo, obedecendo à função horária s = 30 + 10t, no S.I. Determine a posição inicial e a velocidade do móvel.<br /><br /><br /><br />2) Uma partícula move-se em linha reta, obedecendo à função horária s = -5 + 20t, no S.I. Determine:<br />a) a posição inicial da partícula; b) a velocidade da partícula; c) a posição da partícula no instante t = 5 s.<br /><br />3) Um móvel movimenta-se de acordo com a função horária s = 20 + 4 t, sendo a posição medida em metros e o tempo, em segundos. Determine sua posição depois de 10 segundos.<br /><br />4) Um ponto material movimenta-se sobre uma trajetória retilínea segundo a função horária s = 10 + 2t (no SI). Determine o instante em que o ponto material passa pela posição 36 m?<br /><br />5) Se em 20 s um trem percorre 600 m em UM, qual é a sua velocidade nesse intervalo de tempo?<br />ACELERAÇÃO MÉDIA<br />Nos movimentos variados, a velocidade pode variar rapidamente ou lentamente. A rapidez com que a velocidade varia chama-se aceleração.<br />A aceleração serve para sabermos se a mudança da velocidade é rápida ou lenta. Assim:<br /> Quanto maior a aceleração, mais rapidamente um móvel muda, (varia) a sua velocidade (V).<br /> Quanto menor a aceleração, mais lentamente um móvel muda, (varia) a sua velocidade (V). <br />Assim podemos dizer que a aceleração é a medida da variação (mudança) da velocidade (V) durante um intervalo de tempo (t).<br />Por definição, temos que aceleração média é:<br /> <br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Entre 0 e 3s, a velocidade de um helicóptero em MUV varia de 4 m/s para 21 m/s. Qual a sua aceleração?<br /><br />2) Durante as experiências no laboratório, um grupo de alunos verificou que, entre os instantes 2s e 10s, a velocidade de um carrinho varia de 3 m/s a 19 m/s. Calcule o valor da aceleração desse movimento.<br /><br />3) Em 4s, a velocidade de um carro passa de 8 m/s para 18 m/s. Qual a sua aceleração?<br /><br />4) Em 2 horas, a velocidade de um carro aumenta de 20 km/h a 120 km/h. Qual a aceleração nesse intervalo de tempo?<br /><br />5) Um rapaz estava dirigindo uma motocicleta a uma velocidade de 20 m/s quando acionou os freios e parou em 4s. Determine a aceleração imprimida pelos freios à motocicleta.<br />FUNÇÃO HORÁRIA DA VELOCIDADE DO M.U.V<br /> No movimento uniformemente variado, a velocidade muda ao longo do tempo. Para representa-la, podemos usar uma tabela, ou um grafico, ou entao escrever uma formula matematica. <br /> Esta é afunçao horaria da velocidade no movimento uniformente variado. <br /><br /><br />v = vo + a.t<br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um carro em movimento adquire velocidade que obedece à expressão v=10-2t (no SI). Pede-se:<br />a) a velocidade inicial; b) a aceleração; c) a velocidade no instante 6s.<br /><br />2) Um automóvel em movimento retilíneo adquire velocidade que obedece à função v=15-3t (no SI). Determine:<br />a) a velocidade inicial; b) a aceleração; c) a velocidade no instante 4s.<br /><br />3) É dada a seguinte função horária da velocidade de uma partícula em movimento uniformemente variado: v=15+20t (no SI). Determine o instante em que a velocidade vale 215 m/s.<br /><br />4) Um automóvel parte do estacionamento e é acelerado à razão de 5m/s2. Calcule a sua velocidade 30s após a sua partida.<br /><br />5) Um automóvel parte do repouso com aceleração constante de 2 m/s2. Depois de quanto ele atinge a velocidade de 40 m/s?<br /><br />EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES PARA RESOLVER E ENTREGAR <br />1) Qual a diferença entre velocidade e aceleração?<br /><br />2) Um veículo parte do repouso e adquire aceleração de 2 m/s2. Calcule a sua velocidade no instante t = 5s.<br /><br />3) Um carro parte do repouso com aceleração de 6 m/s2. Quanto tempo ele gasta para atingir 30 m/s?<br /><br />4) Explique o que é aceleração.<br /><br />5) Que significa dizer que um corpo tem aceleração de 10 m/s2?<br /><br />6) Dê um exemplo que caracterize o movimento retilíneo uniformemente variado?<br /><br />7) Qual a diferença entre movimento acelerado e retardado?<br /><br />8) Qual a diferença entre o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado?<br /><br />9) Um trem de carga viaja com velocidade de 20 m/s quando, repentinamente, é freado e só consegue parar 70s depois. Calcular a aceleração.<br /><br />10) Um automóvel tem velocidade de 25 m/s e freia com aceleração de -5m/s2. Depois de quanto tempo ele pára?<br /><br /><br />FUNÇÃO HORÁRIA DAS POSIÇÕES DO M.U.V.<br /><br /><br />s = so + vot + at2<br /><br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um móvel descreve um MUV numa trajetória retilínea e sua posição varia no tempo de acordo com a expressão: s = 9 + 3t - 2t2. (SI) Determine: a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração.<br /><br />2) É dado um movimento cuja função horária é: s = 13 - 2t + 4t2. (SI) Determine: a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração.<br /><br />3) A função horária de um móvel que se desloca numa trajetória retilínea é s=20+4t+5t2, onde s é medido em metros e t em segundos. Determine a posição do móvel no instante t=5s.<br /><br />4) Um móvel parte do repouso da origem das posições com movimento uniformemente variado e aceleração igual a 2 m/s2. Determine sua posição após 6 s.<br /><br />5) Um móvel parte com velocidade de 10 m/s e aceleração de 6 m/s2 da posição 20 metros de uma trajetória retilínea. Determine sua posição no instante 12 segundos.<br /><br />6) Um ponto material parte do repouso com aceleração constante e 10 s após encontra-se a 40 m da posição inicial. Determine a aceleração do ponto material.<br /><br />EQUAÇÃO DE TORRICELLI<br /> A equação de Torricelli é uma equação que relaciona a variação da velocidade ( V) com o deslocamento ( S). Note que nesta equação não utilizamos a grandeza física tempo.<br /><br /><br />v2 = vo2 + 2.a. s<br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um automóvel possui num certo instante velocidade de 10 m/s. A partir desse instante o motorista imprime ao veículo uma aceleração de 3 m/s2. Qual a velocidade que o automóvel adquire após percorrer 50 m?<br /><br />2) Um automóvel parte do repouso e percorre 256 m de uma rodovia com uma aceleração igual a 8 m/se. Determine sua velocidade no final do percurso.<br /><br />3) Um veículo tem velocidade inicial de 4 m/s, variando uniformemente para 10 m/s após um percurso de 7 m. Determine a aceleração do veículo.<br /><br />4) A velocidade de um corpo em MUV varia de 6 m/s a 9 m/s, num trajeto de 3 m. Calcule a aceleração do corpo.<br /><br />5) Um carro de corrida inicialmente em repouso é sujeito a aceleração de 5 m/s2. Determine a distância percorrida pelo carro até atingir a velocidade de 10 m/s.<br /><br />6) Um trem trafega com velocidade de 15 m/s. Em determinado instante, os freios produzem um retardamento de -1,5 m/s2. Quantos metros o trem percorre durante a freagem, até parar?<br /><br />EXERCÍCIOS ENVOLVENDO AS EQUAÇÕES DO MUV<br /> <br /><br />1) Um carro de corrida, que estava parado, arranca com movimento retilíneo uniformemente acelerado. O valor da sua aceleração é de 4 m/s2. Quanto tempo o carro gasta para atingir a velocidade de 12 m/s?<br /><br />2) Ao pousar, um avião toca a pista de aterrissagem com uma velocidade de 70 m/s. Suponha que seu movimento, a partir desse instante, seja retilíneo uniformemente retardado, com aceleração a = - 5 m/s2. Qual será a velocidade do avião 10 s após ele tocar o solo?<br /><br />3) Um carro, com movimento retilíneo uniformemente acelerado, de aceleração a = 1,5 m/s2, partiu do repouso. Qual a distância que o carro percorre em 4 s?<br /><br />4) Uma moto com velocidade inicial de 20 m/s freia com aceleração igual a -2 m/s2. Escreva a função horária da velocidade para esta moto.<br /><br />5) Uma ave voa, a partir do repouso, com aceleração de 8 m/s2. Qual é a velocidade atingida em 20 s?<br /><br />6) Para decolar numa pista de 2 km, a partir do repouso, um avião precisa atingir a velocidade de 360 km/h. Qual a aceleração do avião?<br /><br />7) Um veículo tem velocidade inicial de 4 m/s, variando para 10 m/s após um percurso de 7m. Determine a aceleração do veículo.<br /><br />PRIMEIRA LEI DE NEWTON OU LEI DA INÉRCIA<br />“Inércia é a propriedade comum a todos os corpos materiais, mediante a qual eles tendem a manter o seu estado de movimento ou de repouso”.<br />"Um corpo livre da ação de forças permanece em repouso (se já estiver em repouso) ou em movimento retilíneo uniforme (se já estiver em movimento)”.<br /><br />Questões<br />1) Explique a função do cinto de segurança de um carro, utilizando o conceito de inércia.<br /><br />2) Por que uma pessoa, ao descer de um ônibus em movimento, precisa acompanhar o movimento do ônibus para não cair?<br /><br />3) Um foguete está com os motores ligados e movimenta-se no espaço, longe de qualquer planeta. Em certo momento, os motores são desligados. O que irá ocorrer? Por qual lei da física isso se explica?<br /><br />SEGUNDA LEI DE NEWTON<br /><br /><br />F = m.a<br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1)Um corpo com massa de 0,6 kg foi empurrado por uma força que lhe comunicou uma aceleração de 3 m/s2. Qual o valor da força?<br /><br />2) Um caminhão com massa de 4000kg está parado diante de um sinal luminoso. Quando o sinal fica verde, o caminhão parte em movimento acelerado e sua aceleração é de 2 m/s2. Qual o valor da força aplicada pelo motor?<br /><br />3) Sobre um corpo de 2 kg atua uma força horizontal de 8 N. Qual a aceleração que ele adquire?<br /><br />4) Uma força horizontal de 200 N age corpo que adquire a aceleração de 2 m/s2. Qual é a sua massa?<br /><br />5) Partindo do repouso, um corpo de massa 3 kg atinge a velocidade de 20 m/s em 5s. Descubra a força que agiu sobre ele nesse tempo.<br /><br />6) A velocidade de um corpo de massa 1 kg aumentou de 20 m/s para 40 m/s em 5s. Qual a força que atuou sobre esse corpo?<br /><br />7) Uma força de12 N é aplicada em um corpo de massa 2 kg. A) Qual é a aceleração produzida por essa força? B) Se a velocidade do corpo era 3 m/s quando se iniciou a ação da força, qual será o seu valor 5 s depois?<br /><br />8) Sobre um plano horizontal perfeitamente polido está apoiado, em repouso, um corpo de massa m=2 kg. Uma força horizontal de 20 N, passa a agir sobre o corpo. Qual a velocidade desse corpo após 10 s?<br /><br />9) Um corpo de massa 2 kg passa da velocidade de 7 m/s à velocidade de 13 m/s num percurso de 52 m. Calcule a força que foi aplicada sobre o corpo nesse percurso.<br /><br />10) Um automóvel, a 20 m/s, percorre 50 m até parar, quando freado. Qual a força que age no automóvel durante a frenagem? Considere a massa do automóvel igual a 1000 kg.<br /><br />11) Sob a ação de uma força constante, um corpo de massa 7 kg percorre 32 m em 4 s, a partir do repouso. Determine o valor da força aplicada no corpo.<br /><br /><br />PESO E MASSA DE UM CORPO<br />Massa: quantidade de matéria (nunca muda)<br />Peso: força da gravidade (depende do planeta)<br /><br />P = m.g<br /><br /><br />Exercícios<br />1) Calcule a força com que a Terra puxa um corpo de 20kg de massa quando ele está em sua superfície. (Dado: g=10 m/s2)<br /><br />2) Na Terra, a aceleração da gravidade é em média 9,8 m/s2, e na Lua 1,6 m/s2. Para um corpo de massa 5 kg, determine:<br />a) o peso desse corpo na Terra. b) a massa e o peso desse corpo na Lua.<br /><br />3) Um astronauta com o traje completo tem uma massa de 120 kg. Determine a sua massa e o seu peso quando for levado para a Lua, onde a gravidade é aproximadamente 1,6 m/s2.<br /><br />4) Na Terra, num local em que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2, um corpo pesa 98N. Esse corpo é, então levado para a Lua, onde a aceleração da gravidade vale 1,6m/s2?. Determine sua massa e o seu peso na Lua.<br /><br />5) Em Júpiter, a aceleração da gravidade vale 26 m/s2, enquanto na Terra é de 10 m/s2. Qual seria, em Júpiter, o peso de um astronauta que na Terra corresponde a 800 N?<br /><br />6) Qual é o peso, na Lua, de um astronauta que na Terra tem peso 784 N? Considere gT = 9,8 m/s2 e gL = 1,6 m/s2.<br /><br />DEFORMAÇÃO ELÁSTICA<br /><br /><br /> <br /><br /><br /> x<br />F = k.x<br />F = força elástica (N)<br />k = constante elástica da mola (N/cm)<br />x = deformação da mola (cm)<br /><br />Exercícios<br />1) Uma mola tem constante elástica de 10 N/cm. Determine a força que deve ser aplicada para que a mola sofra uma deformação de 5cm.<br /><br />2) A constante elástica de uma mola é de 30 N/cm. Determine a deformação sofrida pela mola ao se aplicar nela uma força de 120 N.<br /><br />3) Uma mola de suspensão de carro sofre deformação de 5 cm sob ação de uma força de 2000 N. Qual a constante elástica dessa mola?<br />4) Uma mola é submetida à ação de uma força de tração. O gráfico abaixo indica a intensidade da força tensora em função da deformação x. Determine: <br />a) a constante elástica da mola; b) a deformação x quando F=270N. <br /> F(N)<br />18 .........................<br /> <br /> <br /> <br /> 0 6 x (cm) <br />5) Aplicando-se uma força de 100 N numa mola ela sofre uma deformação de 2 cm. Qual a força que deforma a mola de 10 cm?<br /><br /><br />TERCEIRA LEI DE NEWTON OU LEI DA AÇÃO E REAÇÃO<br />“A toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários”. <br /><br />Exercícios<br />1) Dois blocos de massas mA = 2 kg e mB = 3 kg, apoiados sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa, são empurrados por uma força F de 20 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força que o corpo A exerce no corpo B.<br /><br /> <br /><br />2) Os corpos A e B encontram-se apoiados sobre uma superfície horizontal plana perfeitamente lisa. Uma força F de 40 N é aplicada em A conforme indica a figura. Dados: mA= 2 kg e mB= 8 kg. Determine: <br />a) aceleração dos corpos A e B; b) a força que A exerce em B.<br /><br /> <br /><br />3) Os blocos da figura têm massas mA= 20kg e mB= 10kg. Despreze os atritos. Sabendo-se que F=300N, pede-se: a) Qual a aceleração do sistema? b) Qual a força que A aplica em B? <br /><br /> <br /><br />4) Dois corpos A e B, de massas mA= 6 kg e mB= 4 kg estão interligados por um fio ideal. A superfície de apoio é horizontal e perfeitamente lisa. Aplica-se em B uma força horizontal de 20 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força de tração no fio.<br /> <br /><br /> <br />5) Dois corpos A e B, de massas mA= 10 kg e mB= 5 kg estão interligados por um fio ideal. A superfície de apoio é horizontal e perfeitamente lisa. Aplica-se em B uma força horizontal de 30 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força de tração no fio.<br /> <br /> <br /> <br />6) Dois corpos A e B de massas respectivamente iguais à 5 kg e 3 kg, interligados por um fio de massa desprezível, são puxadas sobre um plano horizontal liso por uma força horizontal F. A aceleração do conjunto é de 6 m/s2. Determine: a) a força F; b) a força de tração no fio.<br /><br /> <br /><br /> <br /><br /><br /><br /><br />7)Na situação do esquema abaixo, não há atrito entre os blocos e o plano, mA=2kg e mB=8kg. Sabe-se que o fio que une A com B suporta, sem romper-se uma tração de 32N. Calcule a força admissível à força F, para que o fio não se rompa. <br /><br /> <br /><br /> <br /><br /><br />FORÇA DE ATRITO<br />"Quando um corpo é arrastado sobre uma superfície rugosa, surge uma força de atrito de sentido contrário ao sentido do movimento."<br /> F<br /> fat<br /><br /><br />fat = .N<br /><br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1) Um bloco de massa 8 kg é puxado por uma força horizontal de 20N. Sabendo que a força de atrito entre o bloco e a superfície é de 2N, calcule a aceleração a que fica sujeito o bloco. Dado: g = 10 m/s2.<br /><br />2) Um bloco de massa 10 kg movimenta-se numa mesa horizontal sob a ação de uma força horizontal de 30 N. A força de atrito entre o bloco e a mesa vale 20 N. Determine a aceleração do corpo.<br /><br />3) Um corpo de massa m = 5 kg é puxado horizontalmente sobre uma mesa por uma força F = 15 N. O coeficiente de atrito entre o corpo e a mesa é = 0,2. Determine a aceleração do corpo. Considere g = 10 m/s3.<br /><br />4) Um bloco de massa 2 kg é deslocado horizontalmente por uma força F = 10 N, sobre um plano horizontal. A aceleração do bloco é 0,5 m/s2. Calcule a força de atrito.<br /><br />5) Um sólido de massa 5 kg é puxado sobre um plano horizontal por uma força horizontal de 25 N. O coeficiente de atrito entre o sólido e o plano é 0,2. <br />a) Qual a força de atrito? b) Qual é a aceleração do corpo? Dado: g = 10 m/s2.<br /><br />6)Um corpo de massa igual a 5 kg, repousa sobre um plano horizontal. O coeficiente de atrito entre o corpo e o plano é 0,1. Que força horizontal deve ser aplicada para se obter uma aceleração de 3 m/s2?<br /><br />7)Um corpo de massa 6 kg é lançado com velocidade inicial de 8 m/s. Determine a distância que o corpo percorrerá até parar, sabendo que o coeficiente de atrito entre o corpo e a superfície é 0,1. Adote g = 10 m/s2.<br /><br />8)Um pequeno bloco de massa 20 kg, em movimento com a velocidade de 20 m/s, atinge uma superfície áspera onde a força de atrito vale 8 N. Determine a distância percorrida pelo bloco até parar.<br /><br />9) Um carro de massa 900 kg e velocidade de 30 m/s freiam bruscamente e pára em 3 s. Calcule a força de atrito.<br />10)Uma força horizontal de 10 N arrasta um corpo de massa 2,5 kg, que estava inicialmente em repouso, deslocando-o 3 m, em uma superfície horizontal. A velocidade final do corpo é 2 m/s. Qual a força de atrito entre o corpo e a superfície?<br /><br /><br />TRABALHO DE UMA FORÇA PARALELA AO DESLOCAMENTO<br />"Quando aplicamos uma força sobre um corpo, provocando um deslocamento, estamos gastando energia, estamos realizando um trabalho."<br /> <br /><br /> ---------- d ------------<br /><br /><br /> = F.d<br /><br /><br /><br />TRABALHO MOTOR ( >0) : A força tem o sentido do movimento.<br />TRABALHO RESISTENTE ( <0) : A força tem sentido contrario ao sentido do movimento.<br /><br />Exercícios<br />1) Calcular o trabalho realizado por uma força de 28 N que desloca um objeto numa distância de 2 m na mesma direção e sentido da força.<br /><br />2) Uma força constante de 20 N produz, em um corpo, um deslocamento de 0,5 m no mesmo sentido da força. Calcule o trabalho realizado por essa força.<br /><br />3) Um boi arrasta um arado, puxando-o com uma força de 900 N. Sabendo que o trabalho realizado pelo foi de 18000 J, calcule a distância percorrida pelo boi.<br /><br />4) Um carrinho se desloca num plano horizontal sob a ação de uma força horizontal de 50 N. Sendo 400 J o trabalho realizado por essa força, calcule a distância percorrida.<br /><br />5) Aplica-se uma força horizontal de 10 N sobre um corpo que se desloca numa trajetória retilínea de acordo com a equação s = 10 + 3t + t2, no SI. Calcule o trabalho realizado pela força em 5 s.<br /><br />6) Sobre um corpo de massa 10 kg, inicialmente em repouso, atua uma força F que faz variai sua velocidade para 28 m/s em 4 segundos. Determine:<br />a) a aceleração do corpo; b) o valor da força F; c) o trabalho realizado pela força F para deslocar o corpo de 6 m.<br /><br />7) Um carro percorre uma estrada reta e horizontal, em movimento uniforme, com velocidade constante de 20 m/s, sob a ação de uma força de 1800 N exercida pelo motor. Calcule o trabalho realizado pelo motor em 4s.<br /><br /><br />TRABALHO DE UMA FORÇA NÃO-PARALELA AO DESLOCAMENTO<br /><br /> <br /> ) <br /> <br /> ------------ d ----------<br /> = F.d . cos <br /> = ângulo formado pela força e a direção horizontal.<br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo é arrastado sobre um plano horizontal por uma força de 20 N. Essa força forma ângulo de 37o com o deslocamento do corpo, que é de 4 m. Calcule o trabalho da força. Dado: cos 37o = 0,8.<br />2. Um trenó é puxado sobre uma superfície plana e horizontal por uma força F = 600 N. O ângulo entre essa força e o sentido do movimento é 30o . Sendo o deslocamento do trenó igual a 50 m, calcule o trabalho realizado pela força F. Dado: cos 30o = 0,9<br /><br />TRABALHO DA FORÇA PESO<br /> -------<br /><br /> P h<br /><br /><br /><br /> = P. h<br /><br /><br />( >0) : A força tem o sentido do movimento.<br />( <0) : A força tem sentido contrario ao sentido do movimento.<br /><br />Exercícios<br />1) Para elevar um livro que pesa 5 N, do chão até uma altura de 2m, qual o valor do trabalho necessário?<br /><br />2) Uma pessoa realizou um trabalho de 9 J para levantar verticalmente uma caixa que pesa 4 N. Quantos metros atingiu a altura da caixa?<br /><br />3) Um bloco de massa 2 kg é tirado do solo e colocado a uma altura de 5 m. Determine o trabalho da força peso.<br /><br />4) Uma pedra de massa 0,5 kg é libertada da altura de 20 m em relação ao solo. Determine o trabalho da força peso para trazê-la até o solo.<br /><br />5) Você pega do chão um pacote de açúcar de 5 kg e coloca-o em uma prateleira a 2m de altura. Enquanto você levanta o pacote, a força que você aplica sobre ele realiza um trabalho. A força peso que age sobre o pacote também realiza um trabalho. Considerando g = 10 m/s2, determine: <br />a) quanto vale o peso desse pacote de açúcar? <br />b) calcule o trabalho realizado pela força peso durante a subida do pacote. Lembre que esse trabalho é negativo.<br /><br />6) Um corpo de peso P = 200 N é levantado até a altura de 2 m por uma força F = 250 N. Calcule o trabalho realizado:<br />a) pela força F; b) pelo peso P.<br /><br /><br />POTÊNCIA<br />"A potência relaciona o trabalho realizado por uma força, com o tempo gasto para realizar esse trabalho."<br /><br />Pot = <br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1)Calcule a potência de um motor, sabendo que ele é capaz de produzir um trabalho de 180 J em 20 s.<br /><br />2)Uma máquina a vapor realiza um trabalho de 20000 J em 50 s. Qual é sua potência?<br /><br />3)Em quanto tempo um motor de potência igual a 1500 W realiza um trabalho de 4500 J?<br /><br />4)Um motor de potência 55000 W aciona um carro durante 30 minutos. Qual é o trabalho desenvolvido pelo motor do carro?<br /><br />5)Uma máquina eleva um peso de 400 N a uma altura de 5 m, em 10 s. Qual a potência da máquina?<br /><br />6)Um elevador de peso 4000 N sobe com velocidade constante, percorrendo 30 m em 6 s. Calcule a potência da força que movimenta o elevador.<br /><br />7)Um corpo de massa 2 kg está inicialmente em repouso. Num dado instante passa a atuar sobre ele uma força F = 10 N. Sabendo que ele gasta 5s para percorrer 10 metros, calcule:<br /> a) o trabalho da força F; b) sua potência.<br /><br /><br />GRÁFICOS DO MOVIMENTO UNIFORME (construção)<br /> No movimento uniforme, a velocidade não varia com o tempo. A tabela representa a velocidade de um móvel nos diversos instantes de tempo. Trançando o gráfico da velocidade em função do tempo com esses valores, obtém-se reta paral4la ao eixo dos tempos. <br /> Exemplo:<br />t(s) V (m/s)<br />1 8<br />2 8<br />3 8<br />4 8<br />5 8<br /><br /> O gráfico v x t do UM é uma reta paralela ao eixo dos tempos.<br /><br /><br /><br /><br /> Qual a utilização do gráfico v x t?<br /> O retângulo da figura tem base t e altura v. Área do retângulo: A = (base) . (altura) Como: d = v.t concluímos que:<br /> <br /><br />Isto quer dizer que o numero que mede a “área” do retângulo compreendido entre o gráfico v x t e o eixo dos tempos são iguais ao numero que mede a distancia percorrida por um móvel.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 10+10.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.<br /><br />2 Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 4+2.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.<br /><br />3) Um ponto material movimenta-se segundo a função s = 20 - 4t (SI). Faça o gráfico dessa função no intervalo de tempo, 0 a 5s.<br /><br />4) Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 20.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-60141032331747011692009-09-09T15:30:00.000-07:002009-09-09T15:35:03.858-07:00APOSTILA DE FISICA 3ªSERIEELETRICIDADE<br /> A eletricidade está presente em praticamente todos setores das nossas atividades. É através dela que assistimos programas favoritos de televisão; conversamos com pessoas situadas a milhares de quilômetros; à noite a cidade é iluminada, tomamos banhos quentes, alimentos podem ser conservados em baixa temperatura, aviões podem ser orientados em noites de tempestades, computadores realizam tarefas em velocidades antes inimagináveis;....<br /><br />FENÔMENOS ELÉTRICOS<br /> A eletricidade é à parte da física que estuda os fenômenos de natureza elétrica.<br /> Neste módulo, vemos estudar as cargas elétricas em repouso (eletrostática) e em +movimento (correntes e circuitos elétricos).<br /> As primeiras descobertas das quais se têm notícias, relacionadas com os fenômenos elétricos, foram feitas pelos gregos. Thales de Mileto observou que um pedaço de âmbar, após ser atritado com uma pele de animal, adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pedaços de palha e sementes de grama. No entanto, somente a partir do século XV é que começaram a ser feitas observações sistemáticas e cuidadosas a respeito dos fenômenos elétricos.<br /> Como a palavra grega que significa âmbar é elétron, os termos eletrizados, eletrização, eletricidade, etc. foram surgindo para fazerem referências aos comportamentos semelhantes ao do âmbar.<br /><br />Carga elétrica positiva e negativa<br />Realizando–se experiências com vários corpos eletrizados, verifica-se que eles podem ser separados em dois grandes grupos: um, constituído pelos corpos que têm comportamento igual ao de uma barra de vidro atritada com seda e que chamamos de corpos eletrizados positivamente (adquiriram carga elétrica positiva) e outro, constituído pelos corpos que se comportam com uma barra de borracha atritada com um pedaço de lã e que dizemos que estão eletrizados negativamente ou que possuem carga negativa.<br />Observa-se que os corpos pertencentes a cada um dos grupos repelem –se uns ao outros, mas atraem os corpos do outro grupo, o que nos faz concluir que:<br /><br />EXISTEM DOIS TIPOS DE CARGAS ELÉTRICAS: CARGAS POSITIVAS (+) E CARGAS NEGATIVAS (-). AS CARGAS ELÉTRICAS DE MESMO SINAL SE REPELEM E AS DE SINAL CONTRÁRIO SE ATRAEM.<br /><br />A experiência que se faz quando se passa um pente seguidamente nos cabelos e logo após, o colocamos próximo a pedacinhos de papel (o papel é atraído pelo pente), demonstra um dos tipos de eletrização: a eletrização por atrito.<br /> Mas não é o atrito o único forma de eletrizarmos um corpo; existe uma outra forma de eletrização que é observada em certos materiais, conhecida como eletrização por indução.<br /> Os corpos são constituídos por átomos, - que, por sua vez, se constituem de prótons (partículas com carga positiva), neutros (partículas sem carga) e elétrons (partículas com carga negativa). Nos metais, as cargas negativas dos átomos têm a capacidade de se movimentar no interior do material, como se pode ver por essa experiência: se colocarmos duas metades de uma esfera metálica (A), suspensas por dois fios de seda, de forma que fiquem juntas (veja a ilustração) e aproximarmos um bastão carregado positivamente do lado esquerdo da esfera (B), os elétrons do metal serão atraídos para este lado, deixando a metade da direita com falta de elétrons, ou seja, carregada positivamente. Se, neste instante, afastamos rapidamente a meia esfera da direita, separando-a da metade da esquerda (C), cada uma das partes se apresentará carregada eletricamente: uma positiva (a da direita) e outra negativa (a da esquerda).<br /> Então, podemos dizer que:<br /> Há dois tipos de eletrização: eletrização por atrito, onde há necessidade de contato entre os corpos, e eletrização por indução, onde é necessária, apenas, a aproximação dos corpos.<br />Lembre-se de que:<br />Ø No processo de eletrização, o número total de prótons e de elétrons não se altera, o que acontece uma separação de cargas elétricas;<br />Ø Pelo atrito, apenas os elétrons podem ser trocados entre dois corpos, porque os prótons, por estarem no núcleo do átomo, não se deslocam por simples atrito;<br />Ø O atrito é uma maneira de se fazer com que os átomos de dois corpos interajam; perderá elétrons o átomo que exercer menor força sobre eles.<br /><br />ISOLANTES E CONDUTORES<br />As pessoas que trabalham com eletricidade usam, normalmente, luvas de borracha ou plástico, ferramentas com proteção de borracha e, até mesmo, sapatos com sola de borracha. Com essas precauções evita-se a possibilidade de um choque, porque certos materiais têm a capacidade de bloquear os efeitos elétricos.<br />Assim:<br />Isolantes ou Dielétricos são materiais que dificultam a transmissão de eletricidade.<br /> São exemplos de isolantes à porcelana, a borracha, o vidro, a madeira, o plástico, o papel, etc.<br /> Ao contrário dos isolantes, os condutores são materiais que, por terem elétrons livres, possibilitam o movimento de cargas no seu interior, ou seja:<br /><br />CONDUTORES NÃO MATERIAIS QUE PERMITEM A TRANSMISSÃO DE ELETRICIDADE.<br /><br />Bons Condutores<br />Bons Isolantes<br />F metais em geral<br />F grafite<br />F cerâmica<br />F água<br />F vidro<br />F cera<br />F borracha<br />F seda<br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Relacione algumas invenções onde está presente a eletricidade, desde o passado até os dias de hoje.<br /><br /><br />2) Dê exemplo de como seria o mundo sem eletricidade?<br /><br /><br />3) Como é constituída a matéria? 4) Quais são as partículas do átomo?<br /><br /><br />5) Como é um átomo? 6) Qual o nome do átomo quando ele perde elétrons?<br /><br /><br />7) Qual o nome do átomo quando ele ganha elétrons? 8) Quando é que um corpo está eletrizado?<br /><br /><br />9) O que é carga elétrica? 10) O que é eletrosfera?<br /><br /><br /><br /><br />Processos de Eletrização<br /> Há três estados possíveis de eletrização de um corpo: Neutro, quando o número de prótons é igual ao número de elétrons. Carga positiva, quando o número de prótons é superior ao número de elétrons.Carga negativa, quando o número de elétrons é superior ao número de prótons. Existem duas maneiras básicas de se eletrizar um corpo: atrito e contato.<br />Os processos de eletrização acarretam uma transferência de elétrons entre corpos. Alguns desses processos remontam aos primeiros estudos de eletricidade.<br />Obs: ne é o número de elétrons e nP o número de prótons.<br /><br />Eletrização por Atrito<br />Ao atritarmos dois corpos, observamos que ocorre uma passagem de elétrons de um corpo para outro. O corpo que recebe elétrons fica eletrizado negativamente e o corpo que perde elétrons fica eletrizado positivamente. Por exemplo, se atritarmos um bastão de vidro a um pedaço de lã, elétrons irão passar da lã para o vidro. Assim a lã ficará eletrizada positivamente (perde elétrons), e o vidro ficará eletrizado negativamente (ganha elétrons).<br />lã plástico<br />--------__-- <br /><br /> + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _<br /> Perde elétrons recebe elétrons<br /><br /><br />Eletrização por Contato<br />Após o ContatoA eficiência nessa forma de eletrização depende de os corpos serem condutores ou isolantes. Se um deles for isolante, a eletrização será local, isto é, vai restringir-se aos pontos de contato. Quando, porém, os dois são condutores, um eletrizado e o outro neutro, e colocados em contato, podemos imagina-los como um único corpo eletrizado. A separação entre eles resulta em dois corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal.<br />Corpo Positivo<br />Antes do Contato<br />Contato<br />Transferência de elétrons<br />Corpo Positivo<br />Corpo Positivo<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Eletrização por Indução<br />Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que exista contato, o corpo neutro tem parte das cargas elétricas separadas (indução eletrostática), podendo ser eletrizado.<br />Ao atritarmos um pente e aproximamos o mesmo de um filete de água, a água será atraída pelo pente por indução.<br /><br /><br /><br /> <br />Após a Indução<br />Na Indução<br />IndutorO processo de indução, simplesmente, não eletriza um corpo. O que ocorre é um rearranjo no posicionamento das cargas.<br />Antes da Indução<br /><br /><br />Podemos, dentro deste procedimento, fazer uma ligação a terra do corpo induzido e eletrizá-lo.<br />Corpo Induzido<br />Ligando o corpo Induzido a terra, teremos, neste caso, o deslocamento de elétrons da terra para o corpo.<br />Como o corpo estava neutro, bastava um único elétron que ele ficaria negativo. <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />OBS: Caso a região ligada a terra seja negativa, haverá deslocamento de elétrons do corpo para terra, fazendo com que o corpo fique positivo.<br /><br /><br />Pêndulo elétrico<br />Para constatar se um corpo está ou não eletrizado, utilizamos dispositivos denominados eletroscópios. Existem os eletroscópios de folhas e o de pêndulo.<br />O eletroscópio de pêndulo é baseado no processo de indução para detectar se um corpo está ou não eletrizado. Ele possui um fio isolante amarrado a uma esfera metálica.<br />Se colocarmos um corpo eletrizado positivo ou negativamente em contato com essa esfera neutra, ela adquire cargas elétricas de sinal igual ao do corpo carregado. Portanto sempre há repulsão.<br />Se aproximarmos, sem tocar, um corpo eletrizado positivo ou negativamente da esfera inicialmente neutra, a superfície voltada para ele adquire cargas elétricas de sinal contrario ao corpo carregado. Portanto a esfera é sempre atraída.<br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br />Eletroscópios<br />O eletroscópio de folhas também se utiliza o processo de indução para detectar se um corpo está ou não eletrizado. Caso seja aproximado um corpo eletrizado positivamente da esfera condutora, as cargas negativas serão atraídas para a esfera, já as cargas positivas se acumularão nas lâminas metálicas que irão abrir, devido à repulsão de cargas iguais.<br />Ao se eletrizar a esfera metálica, como o bastão é condutor, as duas laminas (ou folhas) se abrem porque ficam eletrizadas com cargas de mesmo sinal.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um bastão de vidro, eletrizado positivamente, é aproximado de uma esfera condutora, sem tocá-la. Verifica-se que o bastão atrai a esfera. O que se pode afirmar sobre a carga elétrica da esfera?<br /><br />2) Você aprendeu que existem três processos de eletrização: por atrito, por contato e por indução. Em quais dos processos há passagem de cargas de um corpo para outro durante a eletrização?<br /><br />3) Na eletrização por indução:<br />a) Há passagem de cargas de indutor para o induzido. b) Há passagem de cargas induzida para o indutor.<br />c) A passagem de cargas dependerá do sinal de cargas do indutor.<br />d) Há separação de cargas no induzido, devido à presença do indutor. e) n.d.a.<br /><br />4) Que partícula é transferida de um corpo para o outro no processo de eletrização por atrito?<br /><br />5) Um pedaço de borracha é atritado em uma certa região de sua superfície, adquirindo uma carga negativa naquela região. Esta carga se distribuirá na superfície de borracha? Por que?<br /><br />6) Um condutor eletrizado positivamente é aproximado de um condutor neutro, sem tocá-lo. Podemos afirmar que o condutor neutro:<br />a) se eletriza. b) fica eletrizado positivamente <br />c) fica eletrizado negativamente d) é atraído pelo condutor eletrizado.<br /><br />7) Como é feita a eletrização por contato?<br /><br />8) Considere um pendulo elétrico com a esfera neutra. O que acontece com a esfera quando um carregado:<br />a) é encostado nela? b) é aproximado dela, sem tocá-la?<br /><br /><br />9) Assinale as afirmações corretas.<br />a) A carga elétrica do próton é igual a do elétron com o sinal trocado.<br />b) O nêutron possui carga elétrica. c) O elétron atrai o nêutron.<br />d) Cargas de sinais iguais se repelem.<br />e) Cargas de sinais contrários se atraem, somente, quando colocadas em contato.<br />f) Se o átomo de urânio possui, normalmente, 92 prótons e 92 elétrons, ele está eletricamente neutro.<br /><br />10) Considere um pendulo elétrico com a esfera neutra. O que acontece com a quando um corpo carregado:<br />a) é encostado nela? b) é aproximado dela, sem tocá-la?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />TRABALHO<br />Faça pesquisa sobre Augustin Coulomb<br /><br /><br /><br /><br />Unidade de Carga Elétrica (Q)<br />A carga elétrica é uma grandeza física escalar. O sistema internacional de unidades define a unidade de carga elétrica a partir da unidade de intensidade de corrente. A unidade de carga elétrica é o Coulomb (C).<br /><br />Carga Elementar (e)<br />Um elétron tem carga igual, em módulo, a uma carga elementar. A quantidade de carga elétrica será sempre igual a um número inteiro de cargas elementares negativas ou positivas, de tal forma que:<br />e = 1,6 x 10-19 C<br />Tendo em vista que a eletrização de um corpo se deve a falta ou excesso de elétrons, podemos escrever que a carga elétrica de um corpo é calculada da seguinte forma:<br />Unidades no SI:<br />Q ® carga elétrica Þ Coulomb (C)<br />n ® número de elétrons em excesso (-) ou em falta (+)<br />e ® carga elementar Þ Coulomb (C)<br /><br /><br /><br />A unidade mais utilizada para medir quantidade de carga é: Coulomb (C), unidade do Sistema Internacional (SI) ou MKS.<br />1 milicoulomb = 1mC = 10-3 C 1 microcoulomb = 1mC = 10-6 C<br />1 nanocoulomb = 1 nC = 10-9 C 1 picocoulomb = 1 pC = 10-12 C<br /><br /><br />Exemplos<br />1) Um corpo eletrizado apresenta uma carga elétrica de –3,2mC. Quantos elétrons em excesso apresentam esse corpo?<br />Solução:<br />Q = - 3,2mC = - 3,2 . 10-6C Q = e . n<br />e = 1,6 . 10-19C - 3,2 . 10-6 = 1,6 . 10-19 . n <br />n = ? - 1,6 . 10-19 n = - 3,2 . 10-6<br /> n = -3,2 . 10-6<br /> -1,6 . 10-19 n = 2 . 1013 ® número de elétrons em excesso. <br />EXERCÍCIOS<br />1) Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera?<br /><br /><br />2) Na eletrosfera de um átomo de nitrogênio temos 10 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera?<br /><br /><br />3) Um corpo tem uma carga igual à –32 . 10-6 C. Quantos elétrons há em excesso nele?<br /><br /><br />4) É dado um corpo eletrizado com carga + 6,4 . 10-6C. Determine o número de elétrons em falta no corpo.<br /><br />5) Quantos elétrons em excesso têm um corpo eletrizado com carga de -16.10-9 C?<br /><br /><br />6) Um corpo eletrizado 3. 1017 elétrons. Determine o valor da carga elétrica adquirida pelo corpo e o sinal?<br /><br /><br />7) Um corpo eletrizado com uma carga de –64mC. O número de elétrons em excesso é: (Dado: e = 1,6 . 10-19 C).<br /><br /><br />8) Quantos elétrons devem colocar num corpo neutro para que o mesmo fique eletrizado com –1,0 C de carga?<br /><br /><br />9) Que tipo de carga elétrica se movimenta em um fio metálico?<br /><br /><br />10) Qual é o valor da carga elétrica adquirida pelo corpo que perdeu 5 . 10-15 elétrons? Determine também o sinal da carga.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Lei de Coulomb<br />No fim do século XVIII, o físico francês Charles Augustin Coulomb realizou uma série de experiências que permitiram medir o valor da força eletrostática que age sobre uma carga elétrica puntiforme, colocada uma em presença de uma outra.<br />As cargas elétricas exercem forças entre si, denominado-se interações elétricas as ações mutuas que ocorrem entre elas.<br />Para duas cargas puntiformes q e Q, separadas por uma distância d, Coulomb concluiu:<br />A intensidade da força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.<br />Podemos então escrever:<br />A constante k mostra a influência do meio onde a experiência é realizada. No vácuo, utilizando as unidades do SI seu valor será: k = 9 . 109 N.m2/C2.<br />Unidades no SI:<br />Q e q ® carga elétrica Þ Coulomb (C)<br />d ® distância entre as duas cargas Þ metro (m)<br />k ® constante eletrostática Þ N. m2/C2<br />Direção ® Coincidente com a direção da reta que une as cargas.<br />Sentido ® depende dos sinais das cargas; casos as cargas possuam sinais iguais, teríamos:<br /><br /><br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Duas cargas elétricas puntiformes Q = + 10 mC e q = - 2 mC estão situadas no vácuo e separadas por uma distância de 20 cm. Qual é a intensidade da força de interação?<br />Solução: F = K Q . q<br />1 mC (microcoulomb) = 10-6C d2<br />Q = + 10mC = + 10 . 10-6C = + 10-5C F = 9 . 109 . (10-5) (-2 10-6)<br />q = - 2 mC = - 2 . 10-6C (0,2)2<br />d = 20cm = 0,2 m F = - 9 . 109 . 2 . 10-11<br /> 4 . 10-2<br /> F = - 18 . 10-2 = - 4,5 ½F ½= 4,5 N<br /> 4 10-2<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Duas cargas puntiformes q1 = 2 mC e q2 = - 4mC estão separadas por uma distância de 3 cm, no vácuo. Qual a intensidade da força elétrica que atua nessas cargas?<br /><br /><br /><br />2) Sabendo que as cargas A e B possuem valores respectivamente iguais a - 10 mC, 9 mC, determine a força elétrica e sua natureza (atrativa ou repulsiva) na situação dada abaixo:<br /> 3 cm<br />A<br />B<br /><br /><br /><br />3) Na figura dada a seguir, temos que q = 10-4 C e as cargas extremas são fixas nos pontos A e C. Determine: a intensidade da força resultante sobre a carga – q, fixa em B.<br />4) Determinar a intensidade da força resultante que atua sobre uma carga Q3 = 1 mC colocada no ponto C. Considere o meio como sendo o vácuo.<br /><br /><br />5) Uma carga de 10-12 C é colocada a uma distância de 10-5 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 27.10-4 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br /><br /><br /><br />6) A que distância no vácuo deve ser colocada duas cargas positivas e iguais a 10-4C, para que a força elétrica de repulsão entre elas tenha intensidade 10 N?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Campo Elétrico<br />Para entendermos o conceito de campo elétrico façamos uma analogia com o campo gravitacional.<br />mSabemos que a Terra cria um campo gravitacional em torno de si e cada ponto desse campo existe um vetor campo gravitacional g. Assim um corpo colocado num ponto desse campo fica sujeito a uma força de atração gravitacional chamada Peso.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Com as cargas elétricas o fenômeno é semelhante, um corpo eletrizado cria em torno de si um campo elétrico. Cada ponto desse campo é caracterizado por um vetor campo elétrico E. Qualquer carga colocada num desses pontos ficará submetida a uma força elétrica. A grande diferença aqui é que a força poderá ser de atração ou repulsão.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Para determinarmos o módulo do vetor campo elétrico pode recorrer a analogia feita anteriormente com o campo gravitacional. Sabemos que a aceleração da gravidade local pode ser calculada como sendo a razão do Peso e da massa de um corpo colocado na região do campo gravitacional.<br />Portanto o campo elétrico de uma carga de prova q colocada em um ponto desse mesmo campo será dado pela razão da Força sobre ela (natureza elétrica) e o valor dessa carga.<br />Unidades no SI:<br />q® carga elétrica Þ Coulomb (C)<br />F ® Força Elétrica Þ Newton (N)<br />E ® Campo Elétrico Þ Newton/Coulomb (N/C)<br /><br />EXEMPLO<br />1) Em um ponto do espaço, o vetor campo elétrico tem intensidade 3,6.103 N/C. Uma carga puntiforme de 1.10-5 C colocada nesse ponto sofre a ação de uma força elétrica. Calcule a intensidade da força.<br />Resolução: E = F<br />E = 3,6 . 103 N/C q<br />q = 1 . 10-5 C 3,6 . 103 = F<br />F = ? 1 . 10-5<br /><br /> F = 3,6 .10-2 N<br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Uma carga q = -2 mC é colocada num ponto A de um campo elétrico, ficando sujeita à ação de uma força de direção horizontal, sentido para a direita, e de módulo F = 8 . 10-3 N. Determine as características do vetor campo elétrico nesse ponto A.<br /><br /><br /><br />2) Uma partícula de massa m = 2,0 g e carga elétrica q = 5,0 C estão em equilíbrio estático, sujeita simultaneamente a ação de um campo elétrico vertical e ao campo gravitacional terrestre (g = 10 m/s2). Determinar as características do vetor campo elétrico no ponto onde se encontra essa partícula.<br /><br /><br /><br />3) Calcule o valor do campo elétrico num ponto do espaço, sabendo que uma força de 8N atua sobre uma carga de 2C situada nesse ponto.<br /><br /><br /><br />4) Devido ao campo elétrico gerado por uma carga Q, a carga q = +2.10-5 fica submetida à força elétrica F = 4.10-2 N. Determine o valor desse campo elétrico.<br /><br /><br /><br />5) O corpo eletrizado Q, positivo, produz num ponto P o campo elétrico , de intensidade 2.105 N/C. Calcule a intensidade da força produzida numa carga positiva q = 4.10-6 C colocada em P.<br /><br /><br /><br /><br />6) Uma carga de prova q = -3.10-6 C, colocada na presença de um campo elétrico , fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 9N, horizontal, da direita para a esquerda. Determine a intensidade do vetor campo elétrico e sua orientação.<br /><br /><br /><br /><br />Campo Elétrico em função da distancia à carga<br />Consideremos uma carga puntiforme Q. Colocamos uma carga de prova q a uma distância d da carga geradora Q. Imaginando que as duas cargas são positivas, termos a situação que se segue:<br /><br /><br /><br />Como conseqüência, do que vimos acima, podemos concluir que o campo elétrico no ponto estudado não depende da carga de prova e sim da carga que gera o campo.<br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Calcule o campo elétrico criado por uma carga Q = 2.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 3.10-2 m de Q.<br />Resolução: E = K Q<br />Q = 2.10-6 C d2<br />K = 9.109 N.m2/C2 E = 9.109 . 2.10-6<br />d = 3.10-2 m (3.10-2) 2<br />E = ? E = 18 .103 = E = 2 . 107 N/C<br /> 9.10-4<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Determinar a intensidade do campo elétrico gerado por uma carga puntiforme Q = 4,0 mC, num ponto situado a 3,0 cm, admitindo que o meio seja o vácuo.<br /><br /><br /><br />2) Calcule a intensidade do campo elétrico criado por uma carga puntiforme Q = 2mC, situado no vácuo, em um ponto distante 3 cm de Q.<br /><br /><br /><br />3) Considere uma carga Q, fixa, de -5.10-6 C, no vácuo.<br />a) Determine o campo elétrico criado por essa carga num ponto A localizado a 0,2 m da carga;<br />b) Determine a força elétrica que atua sobre uma carga q = 4.10-6 C, colocada no ponto A.<br /><br /><br /><br />4) Uma carga Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela o campo elétrico tem intensidade E = 14,4.106 N/C. Sendo o meio o vácuo, determine Q.<br /><br /><br /><br />5) Calcule o campo elétrico criado por uma carga Q = 2.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 3.10-2 m de Q.<br /><br /><br /><br />Energia Potencial elétrica<br /> Podemos compreender o que é energia potencial elétrica, fazendo uma comparação com o modelo mecânica da mola. Uma mola comprimida possui energia potencial elástica, e, devido a essa energia, os corpos encostados nela podem ser lançados.<br />Seja Q e q duas cargas elétricas puntiformes, separadas por uma distância d, sendo q fixa.<br /><br /><br /><br /><br />Se quisermos determinar o valor da energia potencial elétrica adquirida pela carga q ao ser colocada no ponto A, temos que calcular o trabalho realizado pelo o campo elétrico ao transportar a carga q do ponto A até o nível de referência.<br /><br />EP = Energia potencial elétrica (J)<br />Q = carga elétrica (C)<br />q = carga de prova (C)<br />d = distância entre as cargas (m)<br />K = constante eletrostática (N.m2/C2)<br />Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br /> <br /><br /><br /><br />Observamos que se as cargas Q e q tiverem o mesmo sinal, a energia potencial do sistema será positiva e caso tenham sinais opostos à energia será negativa.<br /><br />EXEMPLO<br />1) No campo elétrico produzido por uma carga puntiforme Q = 3 . 10-2 C,qual é a energia potencial elétrica de uma q = 2. 10-7C, colocado a 12 cm de Q? As cargas estão no vácuo.<br />Solução: Ep = K . Q .q<br />Ep = ? d<br />Q = 3 . 10-2 C Ep = 9.109 . 3 . 10-2 . 2 . 10-7 <br />q = 2 . 10-7C 0.12<br />K = 9.109 N.m2/C2 Ep = 54 . 10-0 = Ep = 450 J <br />d = 12 cm = 0,12 m 0,12<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Duas cargas puntiformes Q1 = 4 mC e Q2 = - 8mC estão separadas por uma distância d = 50 cm. Determinar:<br />a) O potencial elétrico resultante num ponto A, situado na reta que une as cargas e a 20 cm de Q1;<br />b) O valor da energia potencial elétrica das cargas.<br /><br /><br /><br />2) No campo elétrico produzido por uma carga pontual Q = 3.10-2 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = 3.10-7 C, colocada a 12.10-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo.<br /><br /><br /><br />3) No campo produzido por uma carga pontual Q = 5.10-3 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = - 4.10-8 C, situada a 9.10-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo.<br /><br /><br />4) No campo produzido por uma carga pontual Q 5. 10-3C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = -4 . 10-8C, situada a 9 cm de Q? O meio é o vácuo.<br /><br /><br /><br />5) Quando uma carga elétrica se afasta de outra devido à repulsão mutua, a sua energia potencial elétrica aumenta ou diminui?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Potencial ElétricO<br />Uma carga elétrica q, ao ser colocada num ponto A de um campo elétrico, adquire uma certa quantidade de energia potencial elétrica EP. Definimos o potencial elétrico do ponto A através da relação:<br />Unidades no SI:<br />q® carga elétrica Þ Coulomb (C)<br />EP ® Energia Potencial Þ Joule (J)<br />V ® Potencial Elétrico Þ Joule/Coulomb (J/C) ou Volt (V)<br />K = constante eletrostática (N.m2/C2) K = 9.109 N.m2/C2<br /> <br /><br /><br />Essa relação não depende da carga q utilizada, pois se mudarmos a carga q mudaremos também o valor da EP, mas a relação , permanecerá constante.<br />Se considerarmos dois pontos A e B de um campo elétrico, sendo VA e VB os seus potenciais elétricos, definimos tensão elétrica ou diferença de potencial, ddp, entre os pontos A e B, através da expressão:<br />Observe ainda que as grandezas trabalho, energia potencial, potencial elétrico e tensão elétrica são grandezas escalares e por este motivo, deveremos trabalhar com os sinais + e – das grandezas envolvidas na resolução dos exercícios.<br /><br />EXEMPLO<br />1) A energia potencial elétrica de uma carga q, situada no ponto P de um campo elétrico, vale 40 J. Calcule o potencial elétrico no ponto P, quando q = 5 C.<br />Solução: V = Ep<br />Ep = 40 J q<br />V = ? V = 40 = V = 8 . 106V<br />q = 5 C 5 . 10-6 C 5 . 10-6<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) No campo elétrico produzido por uma carga puntiforme Q = - 6 C calcule o potencial elétrico em um ponto situado a 9 cm de Q. O meio é o ar.<br /><br /><br />2) No campo elétrico criado por uma carga elétrica Q= 3 C, determine:<br />a) o potencial elétrico num ponto P situado a 0,3 m da carga Q;<br />b) a energia potencial elétrica que uma carga q= 2 C adquire no ponto P. O meio é o vácuo.<br /><br /><br />3) Uma carga Q tem um potencial de 12 V em um ponto P. Qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = 5 C, colocada no ponto P?<br /><br />4) A energia potencial elétrica de uma carga q, situada no ponto P de um campo elétrico vale -20 J. Calcule o potencial elétrico no ponto P, quando q = 0,05 C.<br /><br />5) No campo elétrico produzido por uma carga pontual Q = 4 . 10-7C, calcule o potencial elétrico em um ponto P, situado a 2 m de Q. O meio é o ar<br /><br />Corrente Elétrica<br />Suponhamos um pedaço de fio de cobre isolado. Nesse metal, os elétrons livres não estão em repouso: eles descrevem um movimento caótico, sem nenhuma direção preferencial. No entanto, quando aplicamos uma diferença de potencial nos extremos desse fio, estabelecemos um movimento de elétrons numa direção preferencial, do menor para o maior potencial elétrico, constituindo o que chamamos de corrente elétrica.<br />Dizemos que existe uma corrente elétrica quando portadores de cargas elétricas (positivos e/ou negativos) se movimentam numa direção preferencial em relação às demais.<br />Exemplos: EMetais: portadores de cargas elétricas elétrons.<br />E Soluções Eletrolíticas: portadores de cargas elétricas íons positivos e negativos.<br /><br /><br /><br /><br />E Gases: portadores de cargas elétricas íons e elétrons.<br />Embora a corrente elétrica nos metais seja constituída de elétrons em movimento ordenado, por convenção, tradicionalmente aceita, admite-se que o sentido da corrente elétrica é oposto ao movimento dos elétrons.<br />No estudo da corrente elétrica, dizemos que sua direção é a mesma da dos portadores de cargas elétricas, sejam positivos ou negativos. Com relação ao sentido, adotamos o sentido convencional: o sentido da corrente elétrica é o mesmo do movimento dos portadores de cargas elétricas positivas ou, por outro lado, sentido contrário ao do movimento dos portadores de cargas elétricas negativas.<br /><br /> <br /><br /> <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Portanto de agora em diante iremos utilizar o sentido convencional, para indicar o sentido da corrente elétrica.<br /><br /><br />Intensidade de Corrente Elétrica<br />Definimos intensidade de corrente elétrica como sendo a quantidade de carga que passa numa seção transversal de um condutor durante um certo intervalo de tempo.<br />Indicando por Q a carga total, em valor absoluto, que atravessa a superfície (S) do condutor, no intervalo de tempo t, definimos intensidade média de corrente elétrica (im), nesse intervalo de tempo, pela relação: <br /><br /><br /><br />É importante dizer que seção transversal é um corte feito no fio para medir, como num pedágio, quantos elétrons passa por ali num intervalo de tempo.<br />Portanto, podemos escrever que:<br />Unidades no SI:<br />Q ® carga elétrica Þ Coulomb (C)<br />Dt ® intervalo de tempo Þ segundo (s)<br />i ® intensidade de corrente elétrica Þ Coulomb por segundo (C/s) = Ampére (A)<br /><br /><br />F Freqüentemente utilizamos submúltiplos do Ampére.<br />1 mA = 10-3 A (miliampère)<br /> 1 mA = 10-6 A (microampàre)<br /><br />Tipos de corrente<br />- Corrente contínua<br />É aquela cujo sentido se mantém constante.<br />Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, etc.<br />- Corrente alternada<br />É aquela cujo sentido varia alternadamente.<br />Ex: corrente usada nas residências.<br /><br />EXEMPLO<br />1) Por uma secção transversal de um fio de alumínio passam 360 C de carga em 4 minutos. Calcule a intensidade da corrente elétrica nesse fio.<br />Solução: <br /> i = q<br /> Dt<br />Dt = 4 minutos = 4 . 60 s = 240 s i = 360<br />q = 360 C 240<br />i = ? i = 1,5 A<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Através de uma seção transversal de um fio condutor passaram 2,5 x 1021 elétrons num intervalo de tempo de 200 s. Qual o valor da intensidade de corrente elétrica através desse condutor?<br /><br /><br />2) Por uma secção transversal de um fio de cobre passam 20C de cargas em 2 segundos. Qual é a intensidade da corrente elétrica?<br /><br />3) Um condutor metálico é percorrido por uma corrente de 10.10-3A. Qual o intervalo de tempo necessário para que uma quantidade de carga elétrica igual a 3C atravesse uma secção transversal do condutor?<br /><br />4) Pela secção transversal de um condutor metálico passam 6.1020 elétrons durante 2s. Qual a corrente elétrica que atravessa o condutor? É dada a carga elétrica elementar: e = 1,6.10-19 C.<br /><br /><br />5) O gráfico anexo representa a intensidade da corrente que percorre um condutor em função do tempo. Sendo a carga elementar e = 1,6 x 10-19 C, determine:<br />a) a carga elétrica que atravessa a seção transversal do condutor em 6 s;<br />b) o número de elétrons que nesse intervalo de tempo atravessou a seção;<br />c) a intensidade média de corrente elétrica entre 0 e 6 s.<br />Diferença de Potencial (d.d.p)<br />Normalmente as cargas elétricas livres de um condutor metálico isolado estão em movimento desordenado, caótico. Falamos anteriormente que em certas condições podemos transformar este movimento desordenado em movimento ordenado basta ligarmos as extremidades do condutor aos terminais de um dispositivo chamado gerador. A função do gerador é fornecer às cargas elétricas energias elétricas, evidentemente à custa de outra forma de energia. Resumindo, um gerador é o dispositivo elétrico que transforma um tipo qualquer de energia em energia elétrica.<br />São exemplos de geradores às pilhas, as baterias de relógio e as baterias de automóvel.<br />À medida que as cargas se movimentam elas se chocam com os átomos que constituem a rede cristalina do condutor, havendo uma conversão de energia elétrica em energia térmica. Assim, as cargas elétricas irão “perdendo” a energia elétrica que receberam do gerador. Portanto, considerando o condutor representado na extremidade B cada carga elementar possui uma energia elétrica EB menor que a energia elétrica na extremidade A EA (EB < EA).<br /><br /><br /><br /><br /><br />A relação entre energia elétrica que a partícula possui num determinado ponto do condutor e a sua carga elétrica (carga elementar) define uma grandeza física chamada de potencial elétrico (V).<br /> e <br />Entre esses pontos haverá uma diferença de potencial elétrico (d.d.p.) ou tensão elétrica (U), dada por:<br /> Onde VA > VB<br /><br />Unidades no SI:<br />E ® energia Þ Joule (J)<br />e ® carga elementar Þ Coulomb (C)<br />V ® potencial elétrico Þ Joule por Coulomb = Volt (V)<br />U ® d.d.p. Þ Joule por Coulomb = Volt (V)<br /><br /><br /><br /><br /><br />Consideremos uma carga q, deslocada de um ponto A até outro ponto B de um campo elétrico, e sejam VA e VB os valores dos potenciais elétricos nesses pontos.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />O trabalho realizado pelo campo elétrico nesse deslocamento é igual à diferença entre a energia potencial armazenada pela carga nos pontos A e B:<br />Lembrando que ou , resulta:<br /><br /> <br />Esta expressão nos dá o valor do trabalho realizado pelo campo elétrico quando uma carga elétrica q se desloca no seu interior.<br />EXEMPLO<br />1) Determinar o trabalho realizado pela força elétrica para transportar uma carga q = 6.10-6 C de um ponto A até um ponto B, cujos potenciais são, respectivamente, 60V e 40V.<br />Solução: t = q.(VA – VB )<br />t = ? t = 6.10-6. (60 – 40)<br />q = 6.10-6 C t = 6.10-6. (20)<br />VA = 60 V t = 120 . 10-6 J<br />VB = 40 V<br />EXERCÍCIOS<br />1) Determinar o trabalho realizado pela força elétrica para transportar uma carga q = 3.10-6 C de um ponto A até um ponto B, cujos potenciais são, respectivamente, 80V e 20V.<br /><br /><br />2) Uma partícula eletrizada com carga q=75 C encontra-se num campo elétrico. A partícula é deslocada de um ponto A (VA=30V) até um ponto B (VB=18V). Qual o trabalho da força elétrica?<br /><br /><br />3) Uma carga elétrica q = 2 C é deslocada de um ponto A para outro ponto B de um campo elétrico. se o trabalho realizado pela força elétrica é t AB = 3.10-4J, calcule a diferença de potencial entre os pontos.<br /><br /><br />4) Uma carga elétrica puntiforme q = 20 C é levada de um ponto A para um ponto B de um campo elétrico. Sendo VA=10V e VA=50V, determine o trabalho realizado pela força elétrica entre A e B.<br /><br /><br />5) O trabalho para deslocar uma carga elétrica sobre uma superfície equipotencial:<br />a) depende do valor da carga. b) depende da distância que a carga terá de percorrer.<br />c) é nulo. d) é infinitivo. e) é negativo.<br /><br /><br />Potência Elétrica<br /> Quando uma força desloca um corpo de um ponto A para um ponto B no intervalo de tempo Dt, a potencia dessa força é definida como sendo a relação entre o trabalho realizado pela força que desloca o corpo e o intervalo de tempo Dt.<br /> P = tAB <br /> Dt<br />Se a força realiza um trabalho de 6J em 2s, a potência dessa força é:<br /> P = 6 J = 3 J = 3W (watt)<br /> 2 s s<br />Podemos encarar a potência como sendo a maior ou menor rapidez com que um trabalho é realizado em determinado intervalo de tempo. No exemplo anterior realiza trabalho de 3joules em cada segundo, ou o corpo em deslocamento sob a ação da referida força absorve energia de 3 joules por segundo.<br />Quando uma carga elétrica q se desloca de A para B, vimos que:<br /> como P = tAB, então: P = q(VA – VB) <br /> Dt Dt<br />Lembramos que i = q e U = VA – VB, temos:<br /> Dt<br /> P = U.i (Potencial Eletrica)<br /> A potência elétrica indica o consumo ou a produção de determinado equipamento. Por exemplo: uma lâmpada de 100 Watts, 127 Volts, consome a potência de 100 W quando está ligada a uma fonte de tensão de 127 Volts. Um gerador de 100 kWatts tem capacidade de produção de 100 kW.<br />Sua medida é o Watt, em homenagem ao engenheiro e inventor escocês James Watt (1736-1819), que construiu a primeira máquina a vapor.<br />Quanto consome um aquecedor de 8 Ampères, 220 Volts ?<br />P = 220 volts x 8 A = 1760 Watts ou simplesmente 1760 W.<br />Se este aquecedor é ligado por 8 horas todos os dias durante os meses de inverno, quanto custará o seu consumo mensal, supondo que a concessionária de energia é a CEA, cuja tarifa de fornecimento é igual a R$ 0,17333/kWh?<br />Consumo mensal = 1,76 kW x 8 horas x 30 dias x R$ 0,17333/kWh = R$ 73,21<br />O kWh é a unidade usada para especificar consumo residencial e industrial, mas muitas vezes usamos também a caloria. 1 kWh é a energia consumida, com potencia de 1 kW, durante 1 hora. Potência de alguns equipamentos em watt<br />Lâmpada incandescente<br />15 a 200<br />Lâmpada fluorescente<br />15 a 80<br />Geladeira<br />100 a 300<br />Ferro elétrico<br />500 a1500<br />Torneira elétrica<br />2000 a 4000<br />Chuveiro elétrico<br />2000 a 6000<br />Televisão<br />70 a 200<br />Maquina de lavar roupa<br />500 a 1000<br />Freezer<br />350 a 500<br />Ar condicionado<br />750 a 4000<br />Liquidificador<br />150 a 300<br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia?<br />Solução: DE = P . Dt . mês<br />P = 4000W 1000 kw<br />Dt = 0,5 h DE = 4000 . 0,5 . 30 = DE = 60 kWh<br />kWh = ? 1000<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia?<br /><br /><br />2) Qual é o consumo de energia, em kWh de uma lâmpada de 60W que fica acesa 5h por dia durante os 30 dias do mês?<br /><br /><br />3) Em um ferro elétrico, lê-se a inscrição 600W-120V. Isso significa que, quando o ferro elétrico estiver ligado a uma tensão de 120V, a potência desenvolvida será de 600W. Calcule a energia elétrica (em kWh) consumida em 2h.<br /><br /><br />4) Uma torradeira dissipa uma potência de 3000W. Ela é utilizada durante 0,5h. Pede-se:<br />a) a energia elétrica consumida em kWh;<br />b) o custo da operação, considerando o preço do kWh igual a R$ 0,12.<br /><br /><br /><br />5) Qual é o consumo de energia, em kWh de uma lâmpada de 60W que fica acesa 5 h por dia durante os 30 dias do mês?<br /><br /><br /><br />TRABALHO<br />A historia da Eletricidade (A revolução eletricidade desde os tempos antigos)<br /><br /><br />RESISTORES<br />Num circuito elétrico, os condutores que atravessados por uma corrente elétrica transformam a energia elétrica em energia térmica (calor) são chamados de resistores.<br />Esquematicamente:<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Esse fenômeno de transformação é conhecido como Efeito Joule e é resultado de choques entre os elétrons que constituem a corrente elétrica e os átomos, o que ocasiona um aquecimento do condutor. Existem alguns eletrodomésticos que possuem como função básica à transformação de energia elétrica em energia térmica, tais como: ferro elétrico, chuveiro elétrico, aquecedores, etc.<br />Os resistores podem ser representados das seguintes maneiras:<br /><br /><br /><br />O resistor possui uma característica de dificultar a passagem de corrente elétrica através do condutor. Essa característica é chamada de resistência elétrica.<br /><br />1ª Lei de Ohm<br />O físico George S. Ohm verificou, experimentalmente, no século XIX, que alguns condutores possuíam um comportamento similar.<br />Ao alterar a tensão para valores U1, U2, U3, ...,UN, a intensidade de corrente no condutor também se altera, mas de uma maneira sempre igual.<br />De tal forma que ao dividirmos as tensões pelas respectivas intensidades de corrente elétrica, para um mesmo condutor, a divisão será uma constante, esta constante é a resistência elétrica.<br />Consideremos um resistor, submetido a uma d.d.p. U e atravessado por uma corrente elétrica i.<br />Unidades no SI:<br />U ® d.d.p entre os pontos A e B ou tensão elétrica Þ Volt (V)<br />i ® intensidade de corrente elétrica Þ Ampére (A)<br />R ® resistência elétrica Þ Ohm (W)<br />Os condutores que possuem este comportamento são chamados de condutores ôhmicos e para eles vale a seguinte relação:<br /><br /><br /><br /><br />Graficamente um condutor ôhmico é representado mostra o comportamento de algum condutor que não respeita a lei de Ohm. Este condutor é chamado de não-ôhmico.<br /><br /><br /><br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Um chuveiro elétrico é submetido a uma ddp de 220V, sendo percorrido por uma corrente elétrica de 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro?<br />Solução: U = R . i<br />U = 220V 220 = R . 10<br />i = 10 A R = 22 W<br />R = ?<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um resistor ôhmico é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 5 A, quando submetido a uma d.d.p. de 100 V. Determine:<br />a) a resistência elétrica do resistor;<br />b) a intensidade de corrente que percorre o resistor quando submetido a uma d.d.p. de 250 V;<br />c) a d.d.p. a que deve ser submetido para que a corrente que o percorre tenha intensidade de 2 A.<br /><br /><br />2) Variando-se a d.d.p. U nos terminais de um resistor ôhmico; a intensidade da corrente i que percorre varia de acordo com o gráfico da figura. Determine:<br />a) a resistência elétrica do resistor;<br />b) a intensidade de corrente que atravessa o resistor quando a d.d.p. em seus terminais for 100 V;<br />c) a d.d.p. que deve ser estabelecida nos terminais desse resistor para que ele seja percorrido por corrente de intensidade 6 A. <br /><br /><br />3) Determine a ddp que deve ser aplicada a um resistor de resistência 6 para ser atravessado por uma corrente elétrica de 2A.<br /><br /><br />4) Uma lâmpada incandescente é submetida a uma ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada.<br /><br /><br />5) Nos extremos de um resistor de 200 , aplica-se uma ddp de 100V. Qual a corrente elétrica que percorre o resistor?<br /><br /><br /><br />Potência Elétrica Dissipada no Resistor<br /> Os elétrons de uma corrente elétrica estão em movimento graça a energia recebida de uma fonte, por exemplo, a pilha. Quando colidem com os átomos ou íons do resistor, parte dessa energia é transforma em calor aquecendo o resistor. <br /> <br /> <br /> <br />A corrente elétrica aquece o resistor. (efeito joule)<br /><br />A dissipação de energia em um resistor, sob forma de calor, foi estudada por Joule e é chamado efeito Joule. Ocorre no chuveiro, filamentos das lâmpadas de incandescência, ferro de passar roupa, fusíveis e em todos os dispositivos dotados de resistores. Os resistores transformam em calor toda a energia elétrica consumida.<br />Cálculo da potência dissipada por um resistor<br /> Esta fórmula mostra que a potência elétrica dissipada em resistor varia com o quadrado da intensidade da corrente que o atravessa.<br />P = U.i P = R.i2 <br />Unidade de potência no SI: W (watt)<br />EXEMPLO<br />1) Em um resistor, de resistência igual a 10W, passa uma corrente com a intensidade de 2 A. Calcule a potência dissipada pelo resistor?<br />Solução: P = R . i2<br />R = 10W P = 10 . (2)2<br />i = 2 A P = 40 W<br />P = ?<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Quando uma lâmpada é ligada a uma tensão de 120V, a corrente que flui pelo filamento da lâmpada vale 1A. Qual a potência da lâmpada?<br /><br /><br />2) Calcule a corrente que percorre o filamento de uma lâmpada de 120V e 60W.<br /><br /><br />3) A ddp nos terminais de um resistor, de resistência igual a 200W, é de 60 V. Qual é a potência dissipada pelo resistor?<br /><br /><br /><br />4) Um resistor, de resistência igual a 5 W, pode dissipar até 20 W de potencia, sem se danificar. Calcule a corrente elétrica máxima que o resistor pode suportar.<br /><br /><br /><br />5) Em uma lâmpada elétrica vem inscrito 100W – 110V. Quanto vale a resistência dessa lâmpada?<br /><br /><br />6) Qual é o valor da resistência elétrica de um chuveiro, cujos valores nominais (dado do fabricante) são 2200W – 220V?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Resistividade – 2ª Lei de Ohm<br />É importante salientar que o título 2a Lei de Ohm é apenas didático. Na História da Física temos apenas o conhecimento da Lei de Ohm e não 1a e 2a, mas para fins de uma melhor organização do conteúdo faremos essa separação.<br />Um aspecto importante, levantado por Ohm, foi a descoberta de fatores que influem no valor da resistência elétrica de um resistor, são eles:<br />F A dimensão do resistor (área e comprimento);<br />F O material que constitui este resistor.<br />Consideremos um fio condutor de comprimento L e área de seção transversal A.<br /><br /><br /><br /><br /><br />Para compreendermos melhor a relação entre resistência, área e comprimento, podemos fazer uma analogia com tubos de água, vejamos a figura posterior:<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Como podemos, a água possui maior facilidade para sair pelo cano de menor comprimento e maior área, já no cano mais longo existe uma maior dificuldade para água se locomover e o estreitamento do cano aumenta esta dificuldade.<br />No caso da energia elétrica e do condutor o comportamento é mantido o mesmo:<br />F a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do fio, ou seja, quanto maior o comprimento do fio maior é a dificuldade de movimentação dos elétrons.<br />F A resistência elétrica é inversamente proporcional ao valor da área da seção transversal do fio, ou seja, quanto maior a área mais fácil é a movimentação dos elétrons, portanto a resistência elétrica diminui.<br />Unidades no SI:<br />R ® resistência elétrica Þ Ohm (W)<br />L ® comprimento do fio Þ metro (m)<br />A ® área da seção transversal Þ metro quadrado (m2)<br />r ® Resistividade Þ Ohm . Metro (W . m)<br />Logo podemos escrever que:<br /> <br /><br /><br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Quanto vale a resistividade de um condutor de 12m de comprimento, 16 mm2 de área de secção transversal e resistência de 60W?<br />Solução: R = P L<br />P = ? A<br />L = 12m 60 = P. 12<br />A = 16 mm2 16<br />R = 60W 12P = 960 ® P = 960 = P = 80 W . mm2<br /> 12 m<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Um fio metálico é feito de um material cuja resistividade é 0,20 W . mm2/m e tem seção transversal de área 0,10 mm2. Determine a resistência elétrica desse fio por metro de comprimento.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />2) Um reostato de cursor tem resistência elétrica igual a 20 W, quando o fio que o constitui tem comprimento igual a 25 cm. Qual a resistência elétrica do reostato para um comprimento de fio de 2,0 m?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />3) Calcule a resistividade de um condutor metálico de 3 cm de comprimento, 1 cm2 de área da secção transversal e resistência igual a 6W.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />4) Um fio metálico, de resistividade 8 . 10-8 W. m, tem 100 m de comprimento e secção transversal com área de 4 . 10-6 m2. Calcule a resistência elétrica desse fio.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />5) Um fio é feito de um material de resistividade 40 . 10-8 W. m. Determine a resistência de 25 m desse fio, sendo que a área da secção transversal é 5 mm2.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />TRABALHO<br />Pesquisa sobre Geradores e Receptores.<br /><br /><br /><br />Associação de Resistores<br />Até agora aprendemos a trabalhar com apenas um resistor. Na prática teremos circuitos com vários resistores ligados entre si, constituindo o que chamamos de uma associação de resistores. Portanto a partir de agora iremos trabalhar com dois tipos básicos de associação: a associação em série e a associação em paralelo.<br />Lâmpadas, pilhas, rádios, geladeiras, motores elétricos, etc. possuem resistência elétrica. Conforme as necessidades e finalidades.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Estaremos preocupados em determinar o valor da chamada resistência equivalente a uma dada associação; entende-se por resistência equivalente a uma única resistência que submetida à mesma tensão da associação deverá ser percorrida pela mesma corrente.<br /><br /><br />Associação de Resistores em Série<br />Um grupo de resistores está associado em série quando estiverem ligados de tal forma que sejam percorridos pela mesma corrente elétrica.<br />Consideremos três resistores, associados em série:<br /><br /><br /><br /><br />Os três resistores serão percorridos pela mesma corrente elétrica e, portanto cada resistor possuíra uma d.d.p. correspondente ao valor de sua resistência.<br />Nomenclatura:<br />i ® intensidade de corrente elétrica que atravessa os resistores<br />U ® tensão elétrica total<br />R1, R2, R3 ® resistência elétrica 1, 2 e 3<br />U1, U2, U3 ® tensão elétrica 1, 2 e 3<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />U = U1 + U2 + U3<br />i = i1 = i2 = i3<br />Req = R1 + R2 + R3<br /><br /><br /> Req = resistência equivalente ( )<br /> U = ddp da associação (V)<br /><br />Para determinarmos a resistência equivalente Req, ou seja, aquela que submetida à mesma tensão U é atravessada pela mesma corrente i, devemos proceder da seguinte maneira:<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />EXEMPLO<br />1) Na figura R1 = 2W e R2 = 6W estão associados em série. A corrente que passa pelos resistores é de 4A. Calcule:<br /> R1 R2 <br /> <br />A B<br />a) a resistência equivalente. b) a ddp em cada resistor. c) a ddp total.<br />R = R1 + R2 = 2 + 6 ® R = 8W U1 = R1 . i = 2 . 4 ® U1 = 8 V U = U1 + U2 = 8 + 24V ou<br /> U2 = R2 . i = 6 . 4 ® U2 = 24 V U = R . i = 8 . 4 ® U = 32V <br />d) a potência dissipada em cada resistor. e) a potência total.<br />P1 = U1 . i = 8 . 4 = 32® P1 = 32W P = P1 + P2 = 32 +9 6 ou <br />P2 = U2 . i = 24. 4 = 32® P2 = 96W P = U . i = 32 . 4 ® P = 128<br /><br />EXERCÍCIOS<br />1) Na associação de resistores dada a seguir, a d.d.p. entre os pontos A e B é igual a 120 V.<br /><br /><br /><br />a) determine a resistência equivalente entre os pontos A e B;<br />b) determine a intensidade da corrente no trecho AB; c) qual a d.d.p. em cada resistor?<br /><br /><br /><br />2) Considere a associação em série de resistores esquematizada abaixo. Determine:<br />a) a resistência equivalente da associação;<br />b) b) a corrente elétrica i; c) a ddp em cada resistor.<br /> R1=2 R2=4 R3=6<br /> A B<br /><br /> U=36V<br /><br />3) A intensidade da corrente que atravessa os resistores da figura abaixo vale 0,5 A. Calcule:<br />a)a resistência equivalente;<br />b) a ddp em cada resistor; c) a ddp total.<br /> <br /> R1= 6 <br /> R2=2 <br /> R3=4<br /> <br /><br /><br />4) Duas resistências R1 = 1 e R2 = 2 estão ligadas em série a uma bateria de 12 V. Calcule: a) a resistência equivalente; b) a corrente total do circuito.<br /><br /><br /><br />5) Um fogão elétrico, contém duas resistências iguais de 50 . Determine a resistência equivalente da associação quando essas resistências forem associadas em série.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Associação de Resistores em Paralelo<br />Um grupo de resistores está associado em paralelo quando todos eles estiverem submetidos a uma mesma diferença de potencial elétrico (d.d.p.).<br />Consideremos 3 resistores associados em paralelo:<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />A intensidade de corrente elétrica é dividida para cada resistor de acordo com o valor de cada resistência elétrica, mas a d.d.p. é igual para todos os resistores.<br />Nomenclatura:<br />i ® intensidade de corrente elétrica total.<br />U ® tensão elétrica total.<br />R1, R2, R3 ® resistência elétrica 1, 2 e 3.<br />i1, i2, i3 ® intensidade de corrente elétrica para os resistores 1, 2 e 3.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Req= resistência equivalente ( )<br />U = ddp da associação (V)<br />U = U1 = U2 = U3<br />i = i1 + i2 + i3<br /><br />A resistência equivalente Req , seria a representada abaixo:<br /><br /><br /><br /><br />Para determinarmos a resistência equivalente neste tipo de associação deveríamos proceder da seguinte forma:<br />EXEMPLO<br />1) Na figura R1 = 2W e R2 = 6W estão associados em paralelo, e a ddp entre os pontos A e B vale 6 V. Calcule:<br />a) a resistência equivalente<br />b) a corrente em cada resistor.<br />c) a corrente total.<br />d) a potencia dissipada em cada resistor.<br />Solução:<br />a) 1 + 1 + 1 = 1 + 1 = 3 + 1 = 4 \R = 1,5W b) i1 = U1 = 6 \i = 3 A ® i2 = U2 = 6 \ i2 = 1 A<br /> R R1 R2 2 6 6 6 R1 2 R2 6<br /><br />c) i = i1 + i2 = 3 + 1 ou i = U = 6 ® i = 4A d) P1 = U1 . i1 = 6 . 3 \P1 = 18 W<br /> R 1,5 P2 = U2 . i2 = 6 . 1 \ P2 = 6 W<br />e) P = P1 + P2 = 18 + 6 ou P = U . i = 6 . 4 \P = 24 W<br /><br /> <br />EXERCÍCIOS<br />1) No circuito esquematizado a seguir, a tensão entre os pontos A e B é 120 V.<br />Determine:<br />a) A resistência equivalente;<br />b) A corrente elétrica total;<br />c) A corrente que atravessa cada resistor.<br /><br /><br /><br />2) Três resistores de resistências elétricas R1 = 5 W, R2 = 8 W e R3 = 10 W são associados em paralelo. A associação é percorrida por uma corrente de intensidade de 20 A. Determine:<br />a) a resistência equivalente;<br />b) a d.d.p. a que está submetida a associação;<br />c) a intensidade da corrente que percorre cada um dos resistores;<br />d) a d.d.p a que está submetido cada um dos resistores.<br /><br /><br /><br />3) Para a associação esquematizada na figura, determine:<br />a) a resistência elétrica R1;<br />b) a intensidade de corrente i3;<br />c) a intensidade de corrente i2;<br />d) a resistência elétrica R2;<br />d) a resistência equivalente da associação.<br /><br /><br /><br />4) Duas resistências R1 = 2 e R2 = 3 estão ligadas em paralelo a uma bateria de 12 V. Calcule:<br />a) a resistência equivalente da associação;<br />b) as correntes i1 e i2; c) a corrente total do circuito.<br /><br />2) Calcule o resistor equivalente da associação representada pela figura abaixo.<br /> R1=2<br /><br /> R2=3<br /><br /> R3=6<br /><br /><br />3) Calcule o valor da resistência R1, sabendo que a resistência equivalente da associação vale 4 .<br /> R1<br /><br /><br /><br /><br /> R2=12<br /><br /><br /><br />Associação de Resistores Mista<br />Na maioria dos exercícios e na prática do dia-a-dia encontraremos associações em série e paralelo no mesmo circuito, este tipo de associação é chamada mista. Para se obter a resistência equivalente a uma associação mista, resolve-se primeiro as associações que, com certeza, estão em serie ou em paralelo. É conveniente ir mudando o desenho a medida que se resolve cada associação.<br />Resistores em série: um depois do outro, sem ramificação.<br />Resistores em paralelo: ligado ao mesmo ponto.<br /><br />EXEMPLO<br />1) Calcule a resistência equivalente a associação:<br /><br />A<br />B<br /><br /><br />Solução:<br />Os resistores de 4 estão paralelo. A resistência equivalente é:<br />1 = 1 + 1<br />R’ 4 4<br />R’= 2<br /><br /><br />O circuito se transforma então, e R’ = 2 e o resistor de 3 ficam em serie. A resistência equivalente é:<br />R” = 2 +23<br />R” = 3<br /><br /><br /><br />Novo esquema:<br /><br />A<br />B<br /><br /><br />Agora R”= 5 e o resistor de 10 estão em paralelo. A resistência equivalente final R é:<br /> 1 = 1 + 1 = 2 + 1 = 3 \ R = 10<br />R 5 10 10 10 3<br /><br /><br /><br />EXERCÍCIOS<br /> 1) Determine a resistência equivalente entre os pontos A e B em cada caso abaixo:<br /><br /> a) b)<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> c)<br /> Dado que R = 12 W<br /><br /><br /><br /><br /><br />2) No circuito a seguir, F1 é um fusível de resistência 0,3 W e que suporta uma corrente máxima de 5 A e F2 é um fusível de resistência 0,6 W que suporta uma corrente máxima de 2 A. Determine o maior valor da tensão U, de modo a não queimar nenhum fusível.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />3)Determine a resistência equivalente das associações esquematizadas a seguir.<br />a) R1=6<br /> R3=10<br /> <br /><br /> <br /> R2=12<br /><br /><br />b) R1=2<br /><br /> R2=5 R4=5<br /> <br /> R3=10<br /><br /><br />4) Por que nas instalações elétricas residenciais as ligações são todas feitas em paralelo?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />5) Cite três exemplos de geradores de eletricidade.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />TRABALHO<br />Pesquisa sobre capacitores.<br /><br />CAMPO MAGNÉTICO<br />“Campo magnético é toda região ao redor de um imã ou de um condutor percorrido por corrente elétrica”.<br />N S<br /> <br />Pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem.<br />Se seccionarmos (corta-lo) um imã ao meio, surgirão novos pólos norte e sul em cada um dos pedaços, constituindo cada um deles um novo imã.<br /><br />Campo magnético criado por um condutor retilíneo<br />“Segure o condutor com a mão direita de modo que o polegar aponte no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor campo magnético, no ponto considerado. (Regra da mão direita)”.<br /> i i<br /> <br /> <br /> <br /><br /> r<br />B = intensidade do vetor campo magnético em um ponto (T)<br />= permeabilidade magnética do meio (T.m/A)<br />= 4 .10-7 T.m/A (no vácuo)<br />r = distância do ponto ao fio (m)<br /> A unidade de no SI é o tesla (T).<br /><br />Exercícios<br />1) Um fio retilíneo e longo é percorrida por uma corrente elétrica contínua i = 2A. Determine o campo magnético num ponto distante 0,5m do fio. Adote = 4 .10-7 T.m/A<br /><br /><br /><br /><br />2) Um condutor reto e extenso é percorrido por uma corrente de intensidade 2A. Calcular a intensidade do vetor campo magnético num ponto P localizado a 0,1 m do condutor. O meio é o vácuo.<br /><br /><br /><br /><br />3) A 0,4 m de um fio longo e retilíneo o campo magnético tem intensidade 4.10-6 T. Qual é a corrente que percorre o fio? Adote = 4 .10-7 T.m/A.<br /><br /><br /><br /><br />4) Como podemos verificar experimentalmente se existe um campo magnético em um certo ponto do espaço?<br /><br />5) O que acontece se colocarmos um imã sobre uma fita magnética?<br /><br /><br />6) Sabe-se que a Lua, ao contrário da Terra, não possui um campo magnético. Sendo assim, poderia um astronauta se orientar em nosso satélite usando uma bússola comum? Explique.<br /><br /><br /><br />7) Dada a figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P.<br /> i1<br /><br /><br /> 0,1m P 0,2m i2<br /><br /><br /> Dados:<br />= 4 .10-7 T.m/A.<br />i1 = 4 A<br />i2 = 10 A<br />8) Dada à figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P.<br /><br /> <br /> i2<br /><br /> i1 0,6m P 0,2m <br /><br /> Dados:<br />= 4 .10-7 T.m/A.<br />i1 = 3A<br />i2 = 5 Aneidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-1843120377020270241.post-33170877491077869742009-09-09T15:25:00.000-07:002009-09-09T15:27:38.346-07:00HISTORIA DA FISICAHistória da Física: resumo<br /> A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. Suas formulações são em geral compactantes expressas em linguagem matemática.<br /> A introdução da investigação experimental e a aplicação do método matemático contribuíram para a distinção entre Física, filosofia e religião, que , originalmente, tinham como objetivo comum compreender a origem e a constituição do Universo.<br /> A Física estuda a matéria nos níveis molecular, atômico, nuclear e subnuclear. Estuda os níveis de organização ou seja os estados sólido , líquido, gasoso e plasmático da matéria. Pesquisa também as quatro forças fundamentais: a da gravidade ( força de atração exercida por todas as partículas do Universo), a eletromagnética ( que liga os elétrons aos núcleos), a interação forte (que mantêm a coesão do núcleo e a interação fraca (responsável pela desintegração de certas partículas - a da radiatividade).<br /><br /> Física teórica e experimental - A Física experimental investiga as propriedades da matéria e de suas transformações, por meio de transformações e medidas, geralmente realizada em condições laboratoriais universalmente repetíveis . A Física teórica sistematiza os resultados experimentais, estabelece relações entre conceitos e grandezas Físicas e permite prever fenômenos inéditos.<br /><br />FATOS HISTÓRICOS<br /> A Física se desenvolve em função da necessidade do homem de conhecer o mundo natural e controlar e reproduzir as forças da natureza em seu benefício.<br />Física na Antigüidade<br />É na Grécia Antiga que são feitos os primeiros estudos "científicos" sobre os fenômenos da natureza. Surgem os "filósofos naturais" interessados em racionalizar o mundo sem recorrer à intervenção divina.<br /><br />Atomistas Gregos<br /><br /> A primeira teoria atômica começa na Grécia, no século V a.C. Leucipo, de Mileto, e seu aluno Demócrito, de Abdera (460 a.C. - 370 a.C.) , formulam as primeiras hipóteses sobre os componentes essenciais da matéria. Segundo eles, o Universo é formado de átomos e vácuo. Os átomos são infinitos e não podem ser cortados ou divididos. São sólidos mas de tamanho tão reduzido que não podem ser vistos. Estão sempre se movimentando no vácuo.<br /><br />Física Aristotélica<br /><br />É com Aristóteles que a Física e as demais ciências ganham o maior impulso na Antigüidade . Suas principais contribuições para a Física são as idéias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade" ) e o geocentrismo . A lógica aristotélica irá dominar os estudos da Física até o final da Idade Média.<br /><br /> Aristóteles - (384 a.C. - 322 a.C. ) Nasce em Estagira, antiga Macedônia (hoje, Província da Grécia) . Aos 17 anos muda-se para Atenas e passa a estudar na Academia de Platão, onde fica por 20 anos . Em 343 a.C. torna-se tutor de Alexandre, o grande, na Macedônia. Quando Alexandre assume o trono, em 335 a.C. , volta a Atenas e começa a organizar sua própria escola, localizada em um bosque dedicado a Apolo Liceu - por isso, chamada de Liceu . Até hoje, se conhece apenas um trabalho original de Aristóteles (sobre a Constituição de Atenas) . Mas as obras divulgadas por meio de discípulos tratam de praticamente todas as áreas do conhecimento : lógica, ética, política, teologia, metaFísica, poética, retórica, Física, psicologia, antropologia, biologia. Seus estudos mais importantes foram reunidos no livro Órganom .<br /><br /> Geocentrismo - Aristóteles descreve o cosmo como um enorme (porém finito) círculo onde existem nove esferas concêntricas girando em torno da Terra, que se mantêm imóvel no centro delas.<br /><br /> Gravidade - Aristóteles considera que os corpos caem para chegar ao seu lugar natural. Na antiguidade, consideram-se elementos primários a terra, a água, ar e fogo. Quanto mais pesado um corpo (mais terra) mais rápido cai no chão. A água se espalha pelo chão porque seu lugar natural é a superfície da Terra. O lugar natural do ar é uma espécie de capa em torno da Terra. O fogo fica em uma esfera acima de nossas cabeças e por isso as chamas queimam para cima.<br /><br />Primórdios da Hidrostática<br /><br /> A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Diz a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka !" ( Achei, achei !) . No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro.<br /><br /> Princípio de Arquimedes - A partir dessas experiências Arquimedes formula o princípio que leva o seu nome: todo corpo mergulhado em um fluído recebe um impulso de baixo para cima ( empuxo ) igual ao peso do volume do fluído deslocado. Por isso os corpos mais densos do que a água afundam e os mais leves flutuam. Um navio, por exemplo, recebe um empuxo igual ao peso do volume de água que ele desloca. Se o empuxo é superior ao peso do navio ele flutua.<br /><br /> Arquimedes - (287 a.C. - 212 a.C.) - nasce em Siracusa, na Sicília . Freqüenta a Biblioteca de Alexandria e lá começa seus estudos de matemática. Torna-se conhecido pelos estudos de hidrostática e por suas invenções, como o parafuso sem ponta para elevar água. também ganha fama ao salvar Siracusa do ataque dos romanos com engenhosos artefatos bélicos. Constrói um espelho gigante que refletia os raios solares e queimava a distância os navios inimigos. É também atribuído a Arquimedes o princípio da alavanca . Com base neste princípio, foram construídas catapultas que também ajudaram a resistir aos romanos. Depois de mais de três anos, a cidade é invadida é Arquimedes e assassinado por um soldado romano.<br /><br />Yin e Yang<br /> Os chineses também iniciaram na Antiguidade estudos relacionados à Física. Não se ocupam de teorias atômicas ou estrutura da matéria. Procuram explicar o Universo como resultado do equilíbrio das forças opostas Yin e Yang . Estas palavras significam o lado sombreado e ensolarado de uma montanha e simbolizam forças opostas que se manifestam em todos os fenômenos naturais e aspectos da vida. Quando Yin diminui, Yang aumenta e vice-versa .<br /> A noção de simetria dinâmica de opostos inaugurada pela noção de Yin e Yang será retomada no inicio do século XX com a teoria quântica (ver Princípio da incerteza neste capítulo) .<br /><br />REVOLUÇÃO COPERNICANA<br />Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo. No livro Commentariolus diz pela primeira vez que a Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Enfrenta a oposição da Igreja Católica, que adotara o sistema aristotélico como dogma e faz da Física um campo de estudo específico.<br /> Para muitos historiadores, a revolução copernicana se consolida apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas dos planetas de Joannes Kepler ( 1571- 1630).<br /><br /> Heliocentrismo - "O centro da Terra não é o centro do mundo ( Universo) e sim o Sol ". Este é o princípio do heliocentrismo (que tem o Sol do grego hélio - como centro), formulado por Nicolau Copérnico e marco da concepção moderna de Universo. Segundo o heliocentrismo, todos os planetas, entre eles a Terra, giram em torno do Sol descrevendo órbitas circulares.<br /><br /> Nicolau Copérnico - ( 1473 - 1543) nasce em Torum, na Polônia. Estuda matemática, os clássicos gregos, direito canônico ( em Bolonha, na Itália) e medicina (em Pádua, Itália) e só depois se dedica exclusivamente à área que realmente lhe interessava: a astronomia. Em 1513 constrói um observatório e começa a estudar o movimento dos corpos celestes. A partir dessas observações, escreve Das revoluções dos corpos celestes com os princípios do heliocentrismo. Copérnico revoluciona a idéia que o homem tinha de si mesmo (visto como imagem de Deus e por isso centro de tudo) e dá novo impulso a todas as ciências ao colocar a observação e a experiência acima da autoridade e dos dogmas.<br /><br />Física CLÁSSICA<br /><br /> O século XVII lança as bases para a Física da era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para seus país, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na óptica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton ( 1642-1727), cientista inglês, o grande nome dessa época: são dele a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal.<br /><br /> Isaac Newton - (1642- 1727) nasce em Woolsthorpe, Inglaterra, no mesmo ano da morte de Galileu. (começa a estudar na Universidade de Cambridge com 18 anos e aos 26 já se torna catedrático. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural. Dois anos depois é eleito membro do Parlamento como representante da Universidade de Cambridge. Já em sua época é reconhecido como grande cientista que revoluciona a Física e a matemática. Preside a Royal Society ( academia de ciência) por 24 anos. Nos últimos anos de vida dedica-se exclusivamente a estudos teológicos.<br /><br /> Cálculo diferencial - por volta de 1664, quando a universidade é fechada por causa da peste bubônica, Newton volta à sua cidade natal. Em casa, desenvolve o teorema do binômio e o método matemático das fluxões. Newton considera cada grandeza finita resultado de um fluxo contínuo, o que torna possível calcular áreas limitadas por curvas e o volume de figuras sólidas. Este método dá origem ao cálculo diferencial e integral .<br /><br /> Decomposição da luz - Newton pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca se decompõe nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta.<br /><br /> Leis da mecânica - A mecânica clássica se baseia em três leis.<br />Primeira lei - É a da inércia. Diz que um objeto parado e um objeto em movimento tendem a se manter como estão a não ser que uma força externa atue sobre eles.<br />Segunda lei - Diz que a força é proporcional à massa do objeto e sua aceleração. A mesma força irá mover um objeto com massa duas vezes maior com metade da aceleração.<br />Terceira lei - Diz que para toda ação há uma reação equivalente e contrária. Este é o princípio da propulsão de foguetes: quando os gases "queimados"(resultantes da combustão do motor) escapam pela parte final do foguete, fazem pressão em direção oposta, impulsionando-o para a frente.<br /><br /> Gravitação universal - observando uma maçã que cai de uma árvore do jardim de sua casa, ocorre a Newton a idéia de explicar o movimento dos planetas como uma queda. A força de atração exercida pelo solo sobre a maçã poderia ser a mesma que faz a Lua "cair" continuamente sobre a Terra.<br /><br /> Principia - Durante os 20 anos seguintes , Newton desenvolve os cálculos que demonstram a hipótese da gravitação universal e detalha estudos sobre a luz, a mecânica e o teorema do binômio. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural, conhecida como Principia, obra-prima científica que consolida com grande precisão matemática suas principais descobertas. Newton prova que a Física pode explicar tanto fenômenos terrestres quanto celestes e por isso é universal.<br /><br />Física APLICADA<br /><br /> No século XVIII, embora haja universidades e academias nos grandes centros, mais uma vez é por motivos práticos que a Física se desenvolve. A revolução industrial marca nova fase da Física. As áreas de estudos se especializam e a ligação com o modo de produção torna-se cada vez mais estreita.<br />Termodinâmica<br /><br /> Estuda as relações entre calor e trabalho. Baseia-se em dois princípios: o da conservação de energia e o de entropia. Estes princípios são a base de máquinas a vapor, turbinas, motores de combustão interna, motores a jato e máquinas frigoríficas.<br /> A partir de uma máquina concebida para retirar a água que inundava as minas de carvão, o inglês Thomas Newcomen cria em 1698 a máquina a vapor, mais tarde aperfeiçoada pelo escocês James Watt. É em torno do desempenho dessas máquinas que o engenheiro francês Sadi Carnot estabelece uma das mais importantes sistematizações da termodinâmica, delimitando a transformação de energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho).<br /><br /> Primeiro princípio - É o da conservação da energia. Diz que a soma das trocas de energia em um sistema isolado é nula. Se, por exemplo, uma bateria é usada para aquecer água, a energia da bateria é convertida em calor mas a energia total do sistema, antes e depois de o processo começar, é a mesma.<br /><br /> Segundo princípio - Em qualquer transformação que se produza em um sistema isolado, a entropia do sistema aumenta ou permanece constante. Não há portanto qualquer sistema térmico perfeito no qual todo o calor é transformado em trabalho. Existe sempre uma determinada perda de energia.<br /><br /> Entropia - tendência natural da energia se dispersar e da ordem evoluir invariavelmente para a desordem. O conceito foi sistematizado pelo austríaco Ludwig Boltzmann ( 1844-1906) e explica o desequilíbrio natural entre trabalho e calor.<br /> Zero absoluto - 0 Kelvin (equivalente a -273,15º C ou -459,6º F) ou "zero absoluto" não existe em estado natural. A esta temperatura a atividade molecular (atômica) é nula.<br /><br /> Lord Kelvin - (1824- 1907) é como ficou conhecido o físico irlandês William Thomson, barão Kelvin of Largs. Filho de matemático, forma-se em Cambridge e depois se dedica à ciência experimental. Em 1832 descobre que a descompressão dos gases provoca esfriamento e cria uma escala de temperaturas absolutas.<br /><br />ELETROMAGNETISMO<br /> Em 1820, o dinamarquês Hans Oersted relaciona fenômenos elétricos aos magnéticos ao observar como a corrente elétrica alterava o movimento da agulha de uma bússola. Michel Faraday inverte a experiência de Oersted e verifica que os magnetos exercem ação mecânica sobre os condutores percoridos pela corrente elétrica e descobre a indução eletromagnética, que terá grande aplicação nas novas redes de distribuição de energia.<br /><br /> Indução eletromagnética - Um campo magnético (variável) gerado por uma corrente elétrica (também variável) pode induzir uma corrente elétrica em um circuito. A energia elétrica também pode ser obtida a partir de uma ação mecânica: girando em torno de um eixo, um enrolamento de fio colocado entre dois imãs provoca uma diferença de potencial (princípio do dínamo).<br /><br /> Michael Faraday - (1791-1867) é um caso raro entre os grandes nomes da ciência. Nasce em Newington, Inglaterra. Começa a trabalhar aos 14 anos como aprendiz de encadernador. Aproxima-se das ciências como autodidata e depois torna-se assistente do químico Humphy Davy. Apesar de poucos conhecimentos teóricos, o espírito de experimentação de Faraday o leva a importantes descobertas para a química e Física. Consegue liquefazer praticamen descobertas para a química e Física. Consegue liquefazer praticamente todos os gases conhecidos. Isola o benzeno. Elabora a teoria da eletrólise, a indução eletromagnética e esclarece a noção de energia eletrostática.<br /><br /> Raios catódicos - São feixes de partículas produzidos por um eletrodo negativo (cátodo) de um tubo contendo gás comprimido. São resultado da ionização do gás e provocam luminosidade. Os raios catódicos são identificados no final do século passado por Willian Crookes. O tubo de raios catódicos é usado em osciloscópios e televisões.<br /><br /> Raios X - Em 1895 Wilhelm Konrad von Röntgen descobre acidentalmente os raios X quando estudava válvulas de raios catódicos. Verificou que algo acontecia fora da válvula e fazia brilhar no escuro focos fluorescentes. Eram raios capazes de impressionar chapas fotográficas através de papel preto. Produziam fotografias que revelavam moedas nos bolsos e os ossos das mãos. Estes raios desconhecidos são chamadas simplesmente de "x" .<br /><br /> Wilhelm Konrad von Röntgen - (1845-1923) nasce em Lennep, Alemanha, e estuda Física na Holanda e na Suíça . Realiza estudos sobre elasticidade, capilaridade, calores específicos de gases, condução de calor em cristais e absorção do calor por diferentes gases. Pela descoberta dos raios X recebe em 1901 o primeiro prêmio Nobel de Física da História.<br /><br /> Radiatividade - É a desintegração espontânea do núcleo atômico de alguns elementos (urânio, polônio e rádio), resultando em emissão de radiação. Descoberta pelo francês Henri Becquerel ( 1852 - 1909) poucos meses depois da descoberta dos raios X. Becquerel verifica que, além de luminosidade, as radiações emitidas pelo urânio são capazes de penetrar a matéria.<br /> Dois anos depois, Pierre Curie e sua mulher, a polonesa Marie Curie, encontram fontes radiativas muito mais fortes que o urânio. Isolam o rádio e o polônio e verificam que o rádio era tão potente que podia provocar ferimentos sérios e até fatais nas pessoas que dele se aproximavam.<br /><br /> Tipos de radiação - Existem três tipos de radiação; alfa, beta e gama. Á radiação alfa é uma partícula formada por um átomo de hélio com carga positiva. Radiação beta é também uma partícula, de carga negativa, o elétron. A radiação gama é uma onda eletromagnética. As substâncias radiativas emitem continuamente calor e têm a capacidade de ionizar o ar e torná-lo condutor de corrente elétrica. São penetrantes e ao atravessarem uma substância chocam-se com suas moléculas.<br /><br />Estrutura do Átomo<br /><br /> Em 1803 , John Dalton começa a apresentar sua teoria de que a cada elemento químico corresponde um tipo de átomo . Mas é só em 1897, com a descoberta do elétron, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisível como se acreditava desde a Antiguidade.<br /><br /> Descoberta do elétron - Em 1897 Joseph John Thomson, ao estudar os raios X e raios catódicos, identifica partículas de massa muito pequena, cerca de 1.800 vezes menores que a do átomo mais leve. Conclui que o átomo não é indivisível mas composto por partículas menores.<br /><br /> Modelo pudim - Thomson diz que os átomos são formados por uma nuvem de eletricidade positiva na qual flutuam, como ameixas em volta de um pudim, partículas de carga negativa - os elétrons.<br /><br /> Modelo planetário - Em 1911 Ernest Rutherford bombardeia uma lâmina de ouro com partículas em alta velocidade. Observa que algumas partículas atravessam o anteparo e outras ricocheteiam. Descobre que existem espaços vazios no átomo, por isso algumas partículas passaram pela lâmina. Verifica também que há algo consistente contra o que outras partículas se chocaram e refletiram. Conclui que o átomo possui um núcleo (de carga positiva) em volta do qual orbitam elétrons, como planetas girando em torno do Sol. O modelo planetário é aperfeiçoado por Niels Bohr com fundamentos da Física quântica.<br /><br /> Prótons - 1919 Rutherford desintegra o núcleo de nitrogênio e detecta partículas nucleares de carga positiva. Elas seriam chamadas de prótons. Segundo Rutherford, o núcleo é responsável pela maior massa do átomo. Anuncia a hipótese de existência do nêutron, confirmada apenas 13 anos depois.<br /><br /> Nêutrons - 1932 James Chadwick membro da equipe, de Rutherford, descobre os nêutrons, partículas nucleares com a mesma massa do próton mas com carga elétrica neutra.<br /><br /> Ernest Rutherford - (1871 - 1937) nasce em Nelson, na Nova Zelândia, onde começa a estudar Física. Suas maiores contribuições foram as pesquisas sobre radiatividade e teoria nuclear. Em 1908 cria um método para calcular a energia liberada nas transformações radiativas e recebe o prêmio Nobel de química. Em 1919 realiza a primeira transmutação induzida e transforma um núcleo de nitrogênio em oxigênio através do bombardeamento com partículas alfa. A partir daí dedica-se a realizar transmutações de vários tipos de elementos. Em 1931 torna-se o primeiro barão Rutherford de Nelson<br /><br />ERA QUÂNTICA<br /><br /> A grande revolução que leva a Física à modernidade e a teoria quântica, que começa a se definir no fim do século XIX . É a inauguração de uma nova "lógica" resultante das várias pesquisas sobre a estrutura do átomo, radiatividade e ondulatória.<br /> Max Planck é quem define o conceito fundamental da nova teoria - o quanta. Mas a teoria geral é de autoria de um grupo internacional de físicos, entre os quais: Niels Bohr (Dinamarca), Louis De Broglie (França), Erwin, Shrödinger e Wolfgang , Pauli (Áustria), Werner Heisenberg (Alemanha), e Paul Dirac (Inglaterra).<br /><br /> Quanta - Em 1900 o físico alemão Max Planck afirma que as trocas de energia não acontecem de forma continua e sim em doses, ou pacotes de energia, que ele chama de quanta. A introdução do conceito de descontinuidade subverte o princípio do filósofo alemão Wilhelm Leibniz (1646-1716), "natura non facit saltus"( a natureza não dá saltos), que dominava todos os ramos da ciência na época.<br /><br /> Max Planck - (1858-1947) nasce em Kiel, Alemanha. Filho de juristas, chega a oscilar entre a carreira musical e os estudos científicos. Decide-se pela Física e se dedica à carreira acadêmica até o fim da vida. Em 14 de dezembro de 1900, durante uma reunião da Sociedade Alemã de Física, apresenta a noção de "quanta elementar de ação". Em sua autobiografia Planck diz que na época não previa os efeitos revolucionários dos quanta. Em 1918 recebe o prêmio Nobel de Física.<br /><br /> Modelo quântico do átomo - Surge em 1913, elaborado por Niels Bohr (1885-1962). Segundo ele, os elétrons estão distribuídos em níveis de energia característicos de cada átomo. Ao absorver um quanta de energia, um elétron pode pular para outro nível e depois voltar a seu nível original, emitindo um quanta idêntico.<br />Dualidade Quântica<br /> A grande marca da mecânica quântica é a introdução do conceito de dualidade e depois, com Werner Heisenberg, do princípio de incerteza. Para a mecânica quântica, o universo é essencialmente não-deterministico. O que a teoria oferece é um conjunto de prováveis respostas. No lugar do modelo planetário de átomo, com elétrons orbitando em volta de um núcleo, a quântica propõe um gráfico que indica zonas onde eles têm maior ou menor probabilidade de existir. Toda matéria passa a ser entendida segundo uma ótica dual: pode se comportar como onda ou como partícula. É o rompimento definitivo com a mecânica clássica, que previa um universo determinístico.<br /><br /> Princípio da incerteza - Em 1927 Werner Heisenberg formula um método para interpretar a dualidade da quântica, o princípio da incerteza. Segundo ele, pares de variáveis interdependentes como tempo e energia, velocidade e posição, não podem ser medidos com precisão absoluta. Quanto mais precisa for a medida de uma variável, mais imprecisa será a segunda. "Deus não joga dados", dizia Albert Einstein, negando os princípios na nova mecânica.<br /><br />RELATIVIDADE<br /> A teoria da relatividade surge em duas etapas e altera profundamente as noções de espaço e tempo. Enquanto a mecânica quântica é resultado do trabalho de vários físicos e matemáticos, a relatividade é fruto exclusivo das pesquisas de Albert Einstein.<br /><br /> Relatividade Restrita - Em 1905 ele formula a Teoria da Relatividade Restrita (ou especial), segundo a qual a distância e o tempo podem ter diferentes medidas segundo diferentes observadores. Não existe portanto tempo e espaço absolutos como afirmara Newton no Principia, mas grandezas relativas ao sistema de referência segundo o qual elas são descritas.<br /> Raios simultâneos - Einstein dá o exemplo dos raios e o trem. Dois indivíduos observam dois raios que atingem simultaneamente as extremidades de um trem (que anda em velocidade constante em linha reta) e chamuscam o chão. Um homem está dentro do trem, exatamente na metade dele. O segundo indivíduo está fora, bem no meio do trecho entre as marcas do raio. Para o observador que está no chão, os raios caem simultaneamente. Mas o homem no trem dirá que os raios caíram em momentos sucessivos, porque ele, ao mesmo tempo que se desloca em direção ao relâmpago da frente, se afasta do relâmpago que cai na parte traseira. Este último relâmpago deve percorrer uma distância maior do que o primeiro para chegar até o observador. Como a velocidade da luz é constante, o relâmpago da frente "chega" antes que o de trás.<br /><br />Relatividade Geral<br /> Dez anos depois, Einstein estende a noção de tempo-espaço à força da gravidade. A Teoria Geral da Relatividade (1916), classificada pelo próprio Einstein como "bonita esteticamente", é também uma teoria da gravidade capaz de explicar a força de atração pela geometria tempo-espaço .<br /><br /> A fórmula relativa - A "revolução" de Einstein Torna popular a fórmula Física E= mc2 (energia é igual a massa vezes o quadrado da velocidade da luz). A equivalência entre massa e energia (uma pequena quantidade de massa pode ser transformada em uma grande quantidade de energia) permite explicar a combustão das estrelas e dar ao homem maior conhecimento sobre a matéria. É a expressão teórica das enormes reservas de energia armazenadas no átomo na qual se baseiam os artefatos nucleares.<br /><br /> Bomba atômica - Artefato nuclear explosivo que atinge seu efeito destrutivo através da energia liberada na quebra de átomos pesados (urânio 235 ou plutônio 239). Armas atômicas foram superadas pelas bombas termonucleares, que têm maior poder destrutivo. As bombas termonucleares (bomba H e bomba de nêutrons) agem por meio de ondas de pressão ou ondas térmicas. Produzem essencialmente radiação, mortal para os seres vivos, sem destruir bens materiais. São bombas de fusão detonadas por uma bomba atômica e podem ter o tamanho de um paralelepídedo.<br /><br /> Velocidade relativa - A relatividade também revoluciona a noção de velocidade. Ao demostrar que todas as velocidades são relativas, explica que, apesar do movimento, nenhuma partícula poderia se deslocar a uma velocidade superior à da luz ( 299.792.458 metros por segundo). À medida que se aproximasse dessa velocidade, a energia e a massa da partícula também aumentariam, tomando cada vez mais difícil a aceleração.<br /><br /> Geometria espaço-tempo - Enquanto Newton descrevera a gravitação como uma queda, para Einstein é uma questão espacial. Quando um corpo está livre, isto é, sem influência de qualquer força, seus movimentos apenas exprimem a qualidade de espaço-tempo. A presença de um corpo em determinado local causa uma distorção no espaço próximo.<br /><br /> Espaço curvo - Um raio de luz proveniente de uma estrela distante parece sofrer uma alteração de trajetória ao passar perto do Sol. Isto não é causado por qualquer força de atração, diz Einstein. Em função da enorme massa do Sol, o espaço a sua volta está deformado. É como se ele estivesse " afundado". O raio apenas acompanha esta curvatura, mas segue sua rota natural. E se a matéria encurva o espaço, é possível admitir que todo o Universo é curvo. A confirmação experimental do espaço curvo só acontece em 1987, com a observação de galáxias muito distantes.<br /><br /> Albert Einstein ( 1879-1955) nasce um Ulm, Alemanha, em 1879. Chega a ser considerado deficiente mental porque até 4 anos não fala fluentemente. Durante o secundário, é considerado pelos professores um estudante medíocre. Mas, fora da escola, Einstein mostra desde jovem interesse pela matemática. Começa seus estudos de matemática e Física na Alemanha e depois assume nacionalidade suíça. Em 1921 recebe o prêmio Nobel. No apogeu do nazismo vai para os EUA e se naturaliza norte-americano. Depois da 2a guerra, passa a defender o controle internacional de armas nucleares. Morre em Princeton, EUA.<br /><br />PARTÍCULAS SUBATÔMICAS<br /><br /> A história das partículas que compõem o átomo é bastante recente. Só em 1932 confirma-se que os átomos são formados por nêutrons, prótons e elétrons. Em seguida são encontradas partículas ainda menores como o pósitron, o neutrino e o méson - uma partícula internuclear de vida curtíssima (um décimo milésimo milionésimo de segundo).<br /><br /> Quarks e léptons - Hoje já se conhecem 12 tipos de partículas elementares. Elas são classificadas em duas famílias: quarks e léptons. Estes são os tijolos da matéria. Há seis gerações de partículas quark e seis de léptons. A primeira geração de quarks é a dos upe down (alto e baixo), que formam, por exemplo, os nêutrons e os prótons.<br /><br /> Os quarks de segunda e terceira geração, os charm e strange (charme e estranho) e os bottom e top (base e topo), existiram em abundância no início do Universo. Hoje, são partículas muito raras e só recentemente foram identificadas. O quark top foi detectado pela primeira vez em abril do ano passado. Os mésons também são formados por quarks . A família dos leptons reúne gerações de partículas mais leves. Entre eles, os mais conhecidos são o elétron e o neutrino.<br /><br /> O tamanho do átomo - O diâmetro de um átomo é de aproximadamente 10-10 m, ou um centésimo milionésimo de centímetro. Se uma laranja fosse ampliada até ter o tamanho da Terra, seus átomos teriam o tamanho de cerejas. Uma proporção semelhante é a que existe entre o átomo e o núcleo dele. Se um átomo pudesse ser ampliado e ter o tamanho de uma sala de aula, ainda assim o núcleo não seria visível a olho nu.<br /><br /> Estudo do núcleo - Apesar de todo avanço tecnológico, nunca foi possível ver o interior do átomo. Para descobrir características e propriedades das partículas, os físicos usam métodos indiretos de observação. Bombardeiam núcleos atômicos e depois verificam os "estragos". Registram as ocorrências e fazem curvas de comportamento. Depois fazem abstrações matemáticas (modelos) que serão testados para confirmação.<br /><br /> Aceleradores de partículas - Os aceleradores são os aparelhos desenvolvidos para "olhar " o núcleo atômico. São eles que fornecem altas doses de energia para que partículas possam romper o campo de força que envolve o núcleo e atingi-lo. Essas partículas podem ser elétrons, prótons, antiprótons. Em grandes anéis circulares ou túneis, as partículas são aceleradas em direção oposta e produzem milhares de colisões por segundo. Um detector registra o rastro das partículas que resultam de cada choque e um computador seleciona as colisões a serem analisadas.<br /><br />TENDÊNCIAS ATUAIS<br /><br /> A fusão nuclear controlada e a Física dos primeiros instantes do Universo são atualmente os campos mais desafiantes da fisica.<br /><br /> Fusão Nuclear Controlada - A fusão nuclear é um processo de produção de energia a partir do núcleo do átomo. Este fenômeno ocorre naturalmente no interior do Sol e da estrelas. Núcleos leves como o do hidrogênio e seus isótopos - o deutério e o trítio -se fundem e criam elementos de um núcleo mais pesado, como o hélio. Neste processo, há uma enorme liberação de energia. Até hoje, só foi possível produzir energia nuclear pela fissão (quebra) do núcleo dos átomos. Esta "quebra"resulta em energia, mas libera resíduos radiativos e por isso não pode ser considerada uma fonte segura.<br /><br /> Combustível nuclear - Um dos desafios da Física atual é reproduzir o processo de fusão de maneira controlada e obter combustível nuclear. Será uma alternativa mais econômica e limpa. Pode ser obtida a partir de matéria-prima abundante (água) e sem efeitos poluidores (como o monóxido de carbono, resultante da queima de combustíveis, ou a radiação).<br /><br /> Deutério - O combustível para a fusão, o deutério, é um isótopo de hidrogênio abundante na água. Na fusão nuclear, uma única gota de deutério (obtida a partir de 4 litros de água comum) produziria energia equivalente à queima de 1.200 litros de petróleo.<br /><br /> Teoria do Campo Unificado - Neste campo, as teorias sobre a evolução do Universo a partir do seu momento inicial, o Big Bang (Grande Explosão), se encontra com as teorias das partículas elementares. A hipótese aceita hoje em dia é que, logo após o Big Bag, teria se formado uma espécie de "sopa" superquente de partículas básicas das quais se constitui toda a matéria e que, ao se resfriarem, teriam dado origem à matéria em seu estado atual. O grande desafio é estabelecer uma teoria do campo unificado que descreva a ação das forças fundamentais (gravitacionais, eletromagnéticas e nucleares) num único conjunto de equações ou a partir de um princípio geral, que seria a "força" presente no início dos tempos.<br /><br />ESPECIALIZAÇÕES DA Física<br /> Cosmologia e astroFísica - Tratam da natureza do universo físico, sua origem, evolução e possíveis extensões espaço-temporais.<br /> Física atômica, molecular e de polímeros - Dedicam-se à descrição da estrutura e das propriedades de sistemas de muitos elétrons, como os átomos complexos, ou como moléculas e compostos orgânicos.<br /> Física da matéria condensada e do estado sólido - Ocupa-se das propriedades gerais dos materiais, como cristais, vidros ou cerâmicas. Tem como subespecializações a Física de semicondutores e a Física de superfícies.<br /> Física nuclear - Estuda a estrutura nuclear e os mecanismos de reação, emissão de radiatividade natural, de fissão e fusão nuclear.<br /> Física dos plasmas - Estuda a matéria a centenas de milhares de graus ou mesmo a milhões de graus de temperatura, estado em que a estrutura atômica regular é desfeita em íons e elétrons ou em que ocorrem fusões nucleares, como no Sol e nas demais estrelas.<br /> Física das partículas elementares - Trata dos constituintes fundamentais da matéria.<br /> Física das radiações - Estuda os efeitos produzidos pela absorção da energia da radiação eletromagnética em geral ou da radiação ionizante em particular.<br /> Gravitação e relatividade geral - Tratam das propriedades geométricas do espaço/tempo, como decorrentes das concentrações de massa no Universo.<br /> Mecânica dos fluídos - Estuda as propriedades gerais e as leis de movimento dos gases e dos líquidos.<br /> Óptica - Estuda propriedades e efeitos de fontes de luz (como os raios laser), de transmissores de luz (como as fibras ópticas) e de fenômenos e instrumentos ópticos (como o arco-íris e os microscópios).<br /><br /><a href="http://www.fisica.net/"></a>neidefisicahttp://www.blogger.com/profile/14591223084742151469noreply@blogger.com0