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Física Página | 1 Sumário Deslocamento escalar ................................................. 2 Velocidade escalar média ........................................... 2 Função horária da posição .......................................... 2 1ª lei: lei da inércia ..................................................... 2 2ª lei: princípio fundamental da dinâmica ................... 2 3ª lei: lei da ação e reação .......................................... 2 Força elástica .............................................................. 3 Atrito estático ............................................................. 3 Atrito dinâmico ........................................................... 3 Força centrípeta ......................................................... 3 Energia cinética .......................................................... 4 Tipos de equilíbrio ...................................................... 5 Alavancas ................................................................... 5 Momento de uma força .............................................. 5 Teorema de Stevin ...................................................... 6 Teorema de Pascal ...................................................... 6 Teorema de Arquimedes ............................................ 6 Vazão ......................................................................... 6 Escalas Termométricas ............................................... 7 Dilatação linear ........................................................... 7 Dilatação superficial ................................................... 7 Dilatação volumétrica ................................................. 7 Dilatação anômala da água ......................................... 7 Calor Sensível (Q)........................................................ 8 Calor Latente .............................................................. 8 Transferência de calor ................................................ 8 Isobárica ..................................................................... 9 Isovolumétrica, isométrica ou isocórica ...................... 9 Isotérmica .................................................................. 9 Elementos de uma onda ........................................... 10 Reflexão ................................................................... 10 Refração ................................................................... 10 Difração .................................................................... 10 Interferência ............................................................. 10 Polarização ............................................................... 11 Ressonância .............................................................. 11 Fenômenos ondulatórios .......................................... 11 Velocidade da onda em uma corda ........................... 11 Movimento harmônico simples ................................ 11 Ótica ......................................................................... 12 Meios ópticos .......................................................... 12 Espelhos planos ....................................................... 13 Espelho esférico ....................................................... 13 Reflexão total ........................................................... 14 Dioptro plano ........................................................... 14 Física da visão .......................................................... 15 Doenças da visão...................................................... 15 Instrumentos ópticos ............................................... 15 Carga elétrica ........................................................... 15 Quantização da Carga Elétrica .................................. 16 Processos de eletrização .......................................... 16 Lei de Coulomb ........................................................ 17 Energia potencial elétrica ......................................... 18 Potencial elétrico ..................................................... 18 Equilíbrio eletrostático ............................................. 19 Capacitores .............................................................. 19 1ª lei de Ohm ........................................................... 21 2ª lei de Ohm ........................................................... 21 Amperímetro ........................................................... 21 Voltímetro ............................................................... 22 Curto circuito ........................................................... 22 Geradores ................................................................ 22 Magnetismo terrestre .............................................. 23 Força magnética ....................................................... 24 Lei de Faraday .......................................................... 24 Física Página | 2 Cinemática Repouso e movimento: relativos, dependendo do referencial. Trajetória: caminho do objeto que depende um referencial, também sendo relativa. Distância: é tudo o que percorreu entre X instantes. Deslocamento: vetor do ponto de partida ao ponto de chegada. Deslocamento escalar S = S –So Velocidade escalar média ∆𝑺 ∆𝑻 Km/h --- ÷3,6 ---> M/s M/s --- x3,6 ---> Km/h Classificação dos movimentos Os sinais são em relação a posição. Progressivo: com velocidade e aceleração positiva. Retrogrado: velocidade e aceleração negativa. Acelerado: velocidade aumenta. Retardado: velocidade diminui. Movimento acelerado: V e A com sinais iguais. Movimento retardado: V e A com sinais contrários. Movimento uniforme: velocidade constante. Função horária da posição S = So + v * t S = v * t Em um gráfico velocidade x tempo, a área é numericamente igual ao S. Movimento uniformemente variado Velocidade varia, com aceleração constante. Função horária da posição S = So + Vo * t + at2/2 Função horária da velocidade V = Vo + at Equação de torricelli V2 = Vo2 + 2aS Gráficos – parábola Concavidade para cima: aceleração positiva. Concavidade para baixo: aceleração negativa. Ponto de inversão do movimento: vértice da parábora. Aceleração x tempo, a área é numericamente igual ao V. Grandezas físicas Escalar: definida pelo valor. Vetorial: módulo, direção e sentido. Direção: horizontal e vertical. Sentido: direita ou esquerda Método do paralelograma R2 = a2 + b2 + 2abcos60o Decomposição vetorial Fx = F * Cos. Fy = F * Sen. Com ângulo, cosseno. Sem ângulo, seno. Leis de Newton 1ª lei: lei da inércia Tendência dos corpos em manter o seu estado de repouso ou de movimento. FR = 0, em repouso ou MRU. Quanto maior a massa, maior a inércia. 2ª lei: princípio fundamental da dinâmica Quanto maior a FR, maior a aceleração. FR = m * a Não se aplica em corpos com movimento circular. 3ª lei: lei da ação e reação Não se anulam, pois são corpos diferentes. Mesmo módulo e mesma direção, com sentidos opostos. Movimento vertical livre A altura é o ∆𝑺. O tempo de queda não depende da massa do corpo. Em alturas iguais, as velocidades do corpo sempre têm o mesmo módulo. Na altura máxima, a velocidade é zero. Se a gravidade é 10m/s2, diz-se que cada 1 segundo a velocidade varia 10m/s. Lançamento horizontal Quando um corpo é lançado horizontalmente, ele descreve um movimento que pode ser decomposto em dois movimentos: 1. Na horizontal: M.U; 2. Na vertical: M.U.V. com aceleração vertical para baixo, de módulo igual a g. No lançamento horizontal, a velocidade inicial no eixo Y necessariamente será zero, senão teremos um lançamento oblíquo. Como o movimento verticalé independente do movimento horizontal, o tempo de queda não depende da velocidade horizontal. V2 = Vx2 + Vy2 Lançamento oblíquo Quando um corpo é lançado obliquamente, ele descreve um movimento que também pode ser decomposto em dois movimentos: Física Página | 3 1. Na horizontal: M.U. 2. Na vertical: M.U.V. com aceleração vertical para baixo, de módulo igual a g. Velocidades iniciais em um lançamento oblíquo onde a velocidade inicial v0 faz um ângulo α com a horizontal, podemos calcular as velocidades iniciais na horizontal e vertical decompondo o vetor velocidade: Vox = Vo * cos α Voy = Vo * sem α Alcance = tempo total do movimento e multiplicado pela velocidade horizontal, Vx. A velocidade inicial no eixo necessariamente será diferente de zero. Ângulos complementares determinam o mesmo alcance. Para calcular a altura máxima atingida, Vy = 0. Tempo de subida é o tempo necessário para se atingir a altura máxima. Força Peso Age para o centro da terra e depende do lugar em que o corpo está. A reação ao é a força que faz para o centro da Terra. FR = m * a P = m * g Força Normal Perpendicular à superfície. Surge devido o contato entre o corpo e a superfície. Não é a reação da força peso. Na balança, a normal é a força que você comprime a superfície. Quanto maior for a compressão mais intensa será a força normal, da mesma forma, quanto menor a compressão menos intensa será. Caso não exista compressão (contato) a força normal será nula. Força de Tração É uma força de contato, ocasionada por um fio, e surge quando ele estiver esticado (tracionado). Se a corda é a mesma, a tração é a mesma também. T2 = T1 * 2 Roldanas ou polias Fixas: apenas transmite a força que está sendo aplicada. Móvel: divide a força que está sendo aplicada. F = T1/2n, sendo o n o número de polias. Força elástica Retorna ao seu estado original. Lei De Hooke: F x. K: constante elástica, depende do material, dimensão, tipo. F = k * x Associação de molas – em série F1 = F2. 1/K = 1/K1 + 1/K2. Sistema de blocos T = m * a. Força de atrito Surge devido ao contato entre duas superfícies rugosas ou diferentes, com origem eletromagnética. A força de atrito se opõe localmente (na região de contato entre as duas superfícies) ao movimento ou à tendência do movimento de cada corpo. Atrito estático Antes de haver movimento entre os corpos, atua o atrito estático, na intensidade necessária para evitar movimento entre os mesmos. Fae = e * N = coeficiente de atrito estático. N: módulo da força normal entre os corpos em contato. Atrito dinâmico Passa a atuar após iniciado o movimento entre os corpos. Fat = d * N : coeficiente de atrito dinâmico. Quando estático : dinâmico, é mais difícil para o movimento começar. A força de atrito estático máxima é maior que a força de atrito dinâmica. Plano inclinado Px = p * sen. Py = p * cos. Desceno: Pseno: sem ângulo. Com ângulo: cosseno. Força centrípeta Sempre em um movimento circular, deve existir uma força resultante centrípeta responsável pelo surgimento da aceleração centrípeta. A resultante centrípeta sempre apontará para o centro do movimento circular, isto é, perpendicularmente à direção que tangencia o movimento. Se perde velocidade: aceleração tangencial contrária ao movimento. Se a velocidade é constante, não tem aceleração tangencial. A resultante centrípeta é uma resultante de forças, isto é, não existe uma força efetivamente centrípeta e sim o resultado da soma de forças atuantes no corpo. Rcp = m * acentrípeta Rcp = m * v2*T/R Rcp = m * 2 * R Física Página | 4 Trabalho mecânico O trabalho mede a quantidade de energia que fornecemos ou retiramos de um corpo quando, devido a uma força, ele efetua um deslocamento. É dado em Jaule, ou seja, N/M. A área é numericamente igual ao trabalho tanto para força constante ou variável, em um gráfico Força x Distância, porém, a fórmula vale apenas para força constante. W = f * cos. * d Se positiva, a fora ajuda no deslocamento, ou seja, tem o mesmo sentido dele. Energia cinética É a energia que um corpo possui quando está em movimento, pois nesse caso é capaz de realizar trabalho, efetuando um deslocamento ou produzindo uma deformação em outro corpo. Ec em jaule, massa em kg e velocidade em m/s. Ec = m * v2/2 Energia potencial gravitacional A energia gasta ao levantar um corpo desde o solo até uma altura h fica retida no campo gravitacional. Pode-se observar este fato notando que ao soltarmos o corpo ele entra em movimento acelerado aumentando, deste modo, a energia cinética. Assim, a energia potencial gravitacional de um corpo é definida como sendo o trabalho realizado contra a força gravitacional ao deslocá-lo desde o solo (ponto de referência) até a altura considerada. E = m * g * h Energia potencial elástica O trabalho realizado ao se deformar a mola (ou outro corpo) de um valor x (de deformação). Eel = kx2 / 2 Energia mecânica É a soma das energias cinética, potencial gravitacional e potencial elástica. Emec = Ec + Ep + Eel Sistemas conservativos São aqueles onde não ocorre dissipação de energia mecânica. A energia cinética, a potencial e a potencial elástica podem ser variáveis, mas sua soma, que é a energia mecânica, é constante. Eca + Epa = Ecb + Epb Sistemas dissipativos São sistemas em que há trabalho realizado por forças dissipativas, ou seja, força de atrito, resistência do ar, etc. Parte da energia mecânica do sistema é então dissipada nas formas de energia térmica, sonora, etc. Assim, a energia mecânica do sistema diminui. Emecânica = Emfinal- Eminicial Em = Ec + Ep Potência Força correspondente à rapidez com que o trabalho é realizado, ou seja, com que a energia é transformada. J/s = watt. P = E/t P = f * d/t P = f * v Potência instantânea: F * V * cos Rendimento Como em um sistema real a energia total de um sistema nunca é convertida integralmente em energia útil, já sempre uma dissipação. e = Pútil/ Ptotal ou seja, energia útil/energia total (consumida) Quantidade de movimento Q = m * v Sistemas isolados: não tem forças externas. Qantes = Qdepois. Colisões: parcialmente estática, perde energia, porém, mesmo com a perde de energia, Qantes = Qdepois. O air-bag aumenta o tempo de colisão para diminuir a força média atuante sobre o ocupante na colisão. Cinto de segurança impede que o ocupante continue se deslocando em movimento retilíneo na colisão. Lei de Kepler Teoria geocêntrica: Terra é o centro do universo e os planetas giram ao redor do sol. Teoria heliocêntrical: Sol no centro. 1. Lei das órbitas: descreve a forma da órbita dos planetas em torno do Sol. Todos os planetas, inclusive a Terra, giram em torno do Sol em órbitas elípticas. Em cada uma dessas órbitas, o Sol ocupa um dos focos da elipse. 2. Lei das áreas: o vetor raio que une o sol a um planeta varre áreas iguais no plano da órbita em tempos iguais. A1 = área varrida 1. A2 = área varrida 2. t1= tempo para varrer a área 1. t2 = tempo para varrer a área 2. 3. Lei dos períodos: o quadrado do período da órbita de um planeta é proporcional ao cubo do raio médio da elipse orbital descrita por esse planeta. Física Página | 5 K é constante de proporcionalidade, isto é, será a mesma adotada para todos os planetas de um mesmo sistema e não depende da massa do corpo que está em órbita. Lei da gravitação universal Quando dois corpos se atraem com força diretamente proporcional ao produtodas suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância média que separa seus centros de gravidade. Constante gravitacional: 6,67*10-11 n*m2/kg2. Aceleração da gravidade Quando um corpo, de massa m, é inserido no campo gravitacional de um corpo celeste de massa M, esse corpo fica sujeito à força gravitacional F, que é seu próprio peso P. Centro de gravidade Ponto onde toda força peso está aplicada. Ponto material: dimensões desprezíveis. Corpo extenso: significativa, depende do referencial. Em corpos regulares o centro de massa coincide com o centro geométrico. Em corpos irregulares o centro de massa fica mais próximo da região de maior massa. Estática Tipos de equilíbrio A condição necessária e suficiente para o equilíbrio dinâmico de um ponto material é que a força resultante sobre ele seja nula. Sendo a força resultante nula, o polígono de forças é fechado. Nesse caso, temos o estado de repouso ou de MRU. Se a velocidade resultante também é nula, o corpo está em equilíbrio estático. Estável: se tira, retorna, com V = 0. O ponto de apoio está em cima do centro de gravidade. Instável: não volta ao início, ou seja, muda de posição. O ponto de apoio está abaixo do centro de gravidade. Indiferente: centro de gravidade. Estático: em repouso. Dinâmico: movimento. Alavancas Interpotente: local de aplicação da força entre o ponto fixo e a resistência. Exemplo: pinça. Interfixa: ponto fixo entre o local de aplicação e a resistência. Exemplo: tesoura. Inter-resistente: resistência entre a aplicação da força e o ponto fixo. Exemplo: espremedor de limão. Momento de uma força A capacidade dessa força de provocar o giro ou a tendência de giro de um objeto em torno de um eixo. Sendo uma grandeza vetorial, o momento tem módulo, direção, sentido e unidade de medida. O sentido do momento define-se pelo sinal positivo (+), quando gira em sentido horário, ou negativo (–), quando gira em sentido anti-horário. d: distância da força peso até o ponto fixo. Fy * d = F + sen. o * d Equilíbrio no corpo extenso Sujeito à ação de várias forças, o corpo encontra-se em equilíbrio estático quando não está sofrendo movimento de translação nem movimento de rotação relativamente a um referencial. Se um corpo extenso está em equilíbrio devido à ação de apenas três forças, as mesmas deverão ser paralelas ou concorrentes obrigatoriamente. Momemnto PA = Momemnto PB Pa * da = Pb * db Ma * g = mb * g Hidrostática Densidade No SI a unidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m³), mas são usados também o grama por centímetro cúbico (g/cm³) e o quilograma por litro (kg/L). Pressão No SI a unicade é o Newton por metro quadrado (N/m²) também denominado de pascal (Pa). Outra unidade de pressão muito utilizada é a atmosfera (atm) que equivale a 105 Pa. Patm a nível do mar = 760 mmHg ou 76 cmHg. Em pascal = 10m de água. A pressão hidrostática é exercida pela coluna de líquido. P = peso/área. = m * g/A. P = * v * g/A. P = * h * g Não depende da área do recipiente. Em caso de a coluna estar exposta à atmosfera aberta, a pressão absoluta é a total exercida em um ponto do líquido, sendo calculada: Física Página | 6 P = Po + Phidrostática P = Po + * h * g Massa específica = massa/volume. Em objetos maciços, a densidade é igual a massa específica. Em objetos ocos, a densidade é menor que a massa específica. Teorema de Stevin Dois pontos na mesma horizontal de um mesmo fluido em equilíbrio têm a mesma pressão. Experimento de Torricelli Torricelli determinou a pressão atmosférica ao nível do mar. Ele usou um tubo de um metro, cheio de mercúrio (Hg), com a extremidade superior fechada. Tampou a extremidade aberta do tubo e a introduziu no mercúrio. Observou que após destampar o tubo, o nível de mercúrio desceu e estabilizou na marca 76 cm. Assim, a pressão exercida pela coluna de mercúrio foi equilibrada com a pressão exercida pelo ar (pressão atmosférica). Torricelli concluiu que a pressão atmosférica equivale à pressão exercida por uma coluna de 76 cm de mercúrio (cmHg). Teorema de Pascal O acréscimo de pressão dado a um ponto transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido que estejam na mesma altura. F1/F2 = A1/A2 = Deslocamento2/Deslocamento1 Vasos Comunicantes Colocando-se um líquido em recipientes de formas diferentes, cujas bases sejam ligadas entre si, observa- se que, estabelecido o equilíbrio, todos os vasos apresentam a mesma altura de líquido. Nesse sistema, qualquer que seja a capacidade e forma de cada um dos vasos ou a sua posição relativa, supondo-os abertos, as superfícies livres do líquido, ficam situadas, em todos eles, ao mesmo nível. Teorema de Arquimedes Todo corpo imerso, total ou parcialmente, num líquido recebe uma força vertical, de baixo para cima, denominada empuxo, cujo módulo é igual ao peso da porção de líquido deslocada pelo corpo. O empuxo se deve à diferença das pressões exercidas pelo fluido (líquido ou gás) nas superfícies em todas as direções. Como a pressão aumenta com a profundidade, as forças aplicadas pelo fluido na face inferior do corpo são maiores que as exercidas na face superior. Vdesl. = volume do líquido deslocado (m³). d= densidade (kg/m³). g = aceleração da gravidade (10 m/s²). E = Plíq deslocado E = mlíq deslocado * g E = * Vdo líq. Deslocado * g E > P FR >> a >> E < P FR << a << E = P FR = 0 a = 0 Termodinâmica Vazão O líquido ideal é incompressível, não viscoso e flui em escoamento estacionário. A vazão é dada pelo V/T. Vazão = A * velocidade. Temperatura Medida indireta do grau de vibração dos átomos e das moléculas do corpo. Zero absoluto ou zero Kelvin Menor estado de agitação da matéria. 0K = -273OC = -459,4OF Limite mínimo de temperatura. Calor Energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Sempre flui espontaneamente da região de maior temperatura para a região de menor temperatura. Não é armazenado em um corpo. Equilíbrio térmico Dois ou mais corpos estão com temperaturas iguais e param de trocar calor. Física Página | 7 Escalas Termométricas Equação mifiesquerda=mifidireita Temp. Coluna líq. 50 F 12 T M H 10 I 2 M – I/ F - I = M – I/ F – I T – 10/ 50 – 10 = H – 2/ 12 – 2 T – 10/ 40 = H – 2/ 12 – 2 (T – 10).10 = (H-2). 4 T = 4H + 2 OC OF K PE F 100 212 373 T M TC TF TK PF I 0 32 273 TC – 0/ 100 – 0 = TF – 32/ 212 – 32 = TK – 273/ 373 – 273 TC/100 = TF – 32/ 180 = TK – 273/ 100 TC = TK – 273 Variação de temperatura É o delta pequeno (PF – T) dividido pelo delta maior (PE – PF). DTC/100 = DTF/ 180 = DTK/ 100 Dilatação linear Fatores que influenciam Tamanho. Material. Variação de temperatura. ∆𝑳 = 𝑳𝒐 − 𝑳 ∆𝑳 = 𝑳𝒐 ∆T O Delta e o comprimento (Lo) são dados em metro, a temperatura em OC e o coeficiente de dilatação linear, que corresponde ao material, é dado em oC-1. Quanto maior o coeficiente de dilatação, mais o material dilata. Quando dois materiais estão grudados, o com maior coeficiente de dilatação curva pra cima quando aumenta a temperatura e curva pra baixo quando diminui. Dilatação superficial Quando em um material uma das superfícies tem tamanho desprezível. Para encaixar um material no outro, você pode aquecer os dois, se o com maior coeficiente de dilatação for o que fica por fora. ∆𝑺 = 𝑺𝒐 ∗ 𝜷 ∗ ∆𝑻 𝜷 = 𝟐𝜶, com a mesma unidade do alfa. Dilatação volumétrica Quando as três dimensões do objeto são significativas. ∆𝑽 = 𝑽𝒐 ∗ 𝜹 ∗ ∆𝑻 𝜹= 𝟑𝜶 Dilatação anômala da água A 4oC, a água ocupa um volume mínimo e uma densidade máxima. Torna possível a manutenção da vida em locais muito frios, pois o gelo a OoC tem densidade menor que a água que está abaixo. Tensão térmica: um recipiente de vidro quebra quando é colocado água em ebulição, pois uma parte dele dilata e a outra não, pois o vidro é um isolante térmico e o calor não flui rapidamente. Líquidos Dilatação volumétrica. ∆𝑽𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = volume do líquido que vazou do recipiente. ∆𝑽𝑙í𝑞 = ∆𝑽𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + ∆𝑽𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 Calor Causa uma variação de temperatura: sensível. Causa uma mudança de estado físico: latente. Capacidade térmica (C) Quantidade de calor fornecida/ variação de temperatura que o corpo vai sofrer Depende do objeto. Em um gráfico Q sobre T, a capacidade térmica é numericamente igual a tangente do ângulo entre o Q e o T. Quanto maior a inclinação, maior a tangente e maior a capacidade térmica. 𝑪 = 𝑸 𝑻 1 cal = 4, 186 J Calor específico (c) Quantidade de calor específico para fazer cada grama variar. Depende da substância. A água tem 1 cal/gºC. Quanto maior o calor específico, menor a variação de temperatura para uma certa quantidade de calor fornecida. Q = Cal, J, Btu M = g, Kg c = cal/gºC 𝒄 = 𝑪 𝒎 𝒄 = 𝑸 𝒎 ∗ 𝑻 Física Página | 8 Calor Sensível (Q) Mudança de temperatura. De acordo com a unidade do calor específico, se estabelece as outras. 𝑸 = 𝒎 ∗ 𝒄 ∗ ∆𝑻 Calor Latente Mudança de estado físico. Absorve calor: endotérmica, como na fusão e na vaporização. Libera calor: exotérmica, como na solidificação e na condensação. M = massa que muda de estado. Se o calor latente de fusão é x, o reverso também é x, só que com sinal oposto, ou seja, o de solidificação é – x. Q = m * L Evaporação: temperatura de evaporação é menor que a temperatura de ebulição, assim, quanto maior a superfície de contato entre os meios, maior a quantidade de vento, menor a umidade e maior a temperatura do ambiente, mais rápida a evaporação. Quanto maior a volatilidade, maior a evaporação. Ebulição: acontece em uma temperatura bem definida. Calefação: em uma superfície mais quente que a temperatura de ebulição, a mudança de temperatura é muito rápida. Sublimação: não passa pelo estado líquido. Mudança de estado Quanto maior a pressão, maior a temperatura de ebulição. No ponto tríplice do diagrama de fases, existe os três estados físicos. Na panela de pressão, o orifício central controla a pressão, assim, se abaixar o fogo após a fervura, a pressão não altera. Antes do fim da linha líquida, está o vapor, que se aumentar a pressão sem mexer na temperatura, ele muda de fase. Após a linha do líquido, pode-se aumentar o que for a pressão do gás, que ele não mudará de estado físico, assim, precisa-se diminuir a temperatura. O ponto crítico divide o gás do vapor, assim, se a temperatura for menor do que a do ponto crítico, é possível a mudança de estado físico. O estado líquido não existe para pressões menores do que a do ponto tríplice, assim, a sublimação nunca ocorre para pressões maiores do que a do ponto tríplice. No diagrama de aquecimento, as linhas inclinadas são calor sensível, pois há mudança de temperatura e as linhas horizontais são calor latente, pois há mudança de estado. Princípio geral da troca de calor O calor cedido e o calor recebido são numericamente iguais, com sinais contrários, assim: 𝑸𝑪 + 𝑸𝑹 = 𝟎 mc * cc * Tc + mr * cr * Tr = 0 Se só calor sensível, usa essa fórmula. Se também houver calor latente, adiciona-se m * L na equação. Potência 𝑷 = 𝑬 𝑻 𝑷 = 𝑸 𝑻 Q: J, cal, Btu. T: s, min, h. P: J/s = Watt. 1 cal = 4,186 J. 1 Btu = 252 cal. Transferência de calor Condução É a transferência de calor devido à vibração dos átomos e moléculas de um corpo onde a vibração passa de átomo para átomo e de molécula para molécula. Ocorre em sólidos, líquidos e gases. Apesar de temperaturas iguais, as sensações são diferentes para materiais diferentes. Casacos são isolante térmico, impedindo a perca de calor para o ambiente. Não ocorre através do vácuo. Fluxo de calor Quanto maior o K, maior a velocidade de condução térmica. ∅ = 𝑸 𝑻 ∅ = 𝒌 ∗ 𝑨 ∗ 𝒕 𝑳 Convecção É a transferência de calor devido ao deslocamento de matéria. Ocorre nos fluidos, ou seja, líquidos e gases. Não ocorre através do vácuo. O ar mais denso, frio, desce, e o mais quente sobe. Radiação ou irradiação Transferência de calor por ondas eletromagnéticas (raios infravermelhos). Um corpo quente emite raios ultravioletas com maior energia. Uma camisa preta absorve toda a radiação que chega nele, causando aquecimento. Frequências 1. Raios gama 2. Raios X 3. Raios ultravioletas 4. Luz visível Física Página | 9 5. Raios infravermelhos 6. Micro-ondas Gases Não há mudança de estado físico. Gás ideal é quando as moléculas se colidem não perdem energia. Equação de Clapeyron p* V = n * R * T R: constante universal dos gases: 0,082 atmL/molK ou 8,31 J/molK. P: 1atm = 105 Pa = 760 mmHg V: 1M3 = 103 L = 106 cm3 T: kelvin Transformações gasosas p1V1 = n1RT1/ p2V2 = n2RT2 Em sistemas fechados, n1 = n1. Isobárica Pressão constante. Tira da equação a constate, o número de mols que não muda e a pressão, que também é constante. V1/V2 = T1/T2. No gráfico VxT, é uma reta pois são grandezas diretamente proporcionais. Isovolumétrica, isométrica ou isocórica Volume constante. p1/p2 = T1/T2. No gráfico PxT, é uma reta pois são grandezas diretamente proporcionais. Isotérmica Temperatura é constate. p1V1 = p2V2. No gráfico PxV, em que são grandezas inversamente proporcionais, é uma curva. Teoria cinética dos gases Pressão de um gás = m * v2 / 3 * V Energia interna (U, Ei) U= 3/2 p * v ou 3/2 n * R * T Para gases monoatômicos. A variação da energia interna pode ser positiva, quando ela aumenta, toda vez que a temperatura aumenta, assim, a pressão e o volume também aumentam. Se a pressão, a velocidade e a temperatura são constantes, a variação é zero. Trabalho termodinâmico Expansão: o volume aumenta e o gás realiza trabalho sobre o meio externo. Compressão: o volume diminui e o gás recebe trabalho do meio externo. W = F * d ou W = p * V Somente para força ou pressão constante. O trabalho é positivo quando tem expansão e negativo quando tem compressão, e é zero quando o volume é constante. Quando a pressão for constante, utiliza-se o método da área do gráfico pressão x volume, em que a área é numericamente igual ao trabalho. 1º lei da termodinâmica Lei da conservação da energia. Toda energia que chega na forma de calor vai para alguma função, seja para variar a energia interna, seja para realizar trabalho. Q = U + W Q: positiva quando o gás absorve calor do meio externo, negativa quando o gás libera e zero quando ocorre a transformação adiabática, em que não troca calor. U: positivo quando o gás aquece (quando o produto pressão x volume aumenta de valor), negativa quando Física Página | 10 o gás resfria e zero quando o produto p x v final é igual ao inicial. W: positivo quando o gás realiza trabalho, ou seja, o volume expande, negativa quando o gás recebe trabalho, ou seja, o volume comprime e zero quando a transformação é isovolumétrica. Transformações cíclicas Pressão, volume e temperatura iniciais iguais as finais. A variação da energia interna do ciclo é zero. Se o volume é constate não tem trabalho, visto que esseaumenta com o aumento do volume. O trabalho do ciclo é numericamente igual a área interna. Se o ciclo for horário o trabalho é positivo, como um motor. Se o ciclo for anti-horário, o trabalho é negativo, como um refrigerador. 2ª lei da termodinâmica A quantidade de calor que chega tem uma parte jogada “fora” e a outra que realiza trabalho. O rendimento ou é a razão da energia útil/energia consumida, e não pode ser negativo. Q2 > Q1. Eficiência é a razão da energia útil/energia consumida. R = W/Q ou R = 1 – Q2/Q1 e = Q2/W Não existe, em hipótese alguma, um motor que transforme todo o calor em trabalho. Ondulatória Onda: são uma forma de transporte de energia, em que não transporta matéria. 1. Mecânicas: precisam de um meio para se propagar. Cordas, som, terremoto, ultrassom, mar, maremoto. 2. Eletromagnéticas: não precisam de um meio para se propagarem. Raio X, ondas de rádio, ondas de TV, ondas de celular, luz, raios UV. 1. Longitudinal: a vibração e a propagação possuem a mesma direção. São mecânicas. 2. Transversal: a vibração e a propagação possuem direções perpendiculares. Podem ser eletromagnéticas ou mecânicas. Elementos de uma onda Cristas e vales Estabelece o comprimento de uma onda, sendo de uma crista até a próxima crista. Amplitude Do 0 até a crista ou até ao vale. Período (T) Tempo necessário para que se forme uma onda completa. Frequência Número de repetições por determinado tempo. Só de altera se mudar a fonte que gera a onda. É 1/período. Velocidade É caracterizada pelo meio em que se propaga. V = comprimento de onda/ período, ou V = comprimento de onda * frequência. Reflexão A onda incide em uma separação de meios e retorna para onde estava. O módulo da velocidade, o comprimento de onda e a frequência permanecem constantes. V som = 2 distância/ T 01. Extremidade fixa Reflexão com inversão de fase. 02. Extremidade livre Reflexão sem inversão de fase. Refração A onda incide em uma separação de meios e passa de um meio para o outro. A velocidade e o comprimento de onda variam, e a frequência é constante. A onda nunca sofre inversão de fase. V1/Y1 = V2/Y2 Difração Propriedade que uma onda possui de contornar o obstáculo, ao ser parcialmente interrompida por ele. Quanto maior o comprimento de onda em relação ao tamanho da fenda, mais intensa a refração. Comprova a natureza ondulatória da luz. Interferência Duas ondas que se interferem têm suas características físicas individuais inalteradas. É uma consequência do princípio da superposição de ondas e este, por sua vez, como consequência do princípio da conservação de energia. Construtiva: quando duas cristas ou dois vales se encontram. Há uma soma nas amplitudes das ondas. Nos ventres. Destrutiva: quando uma crista e um vale se cruzam. Há uma redução na amplitude da onda resultante. Em nós. Física Página | 11 Polarização Somente ondas transversais podem ser polarizadas. O som não pode ser polarizado pois ele é uma onda longitudinal. Todas as partículas do meio vibram numa única direção perpendicular à direção de propagação da onda. Ressonância Quando recebe energia em uma determinada frequência igual à do corpo, fazendo com que ele ganhe amplitude de vibração. Frequência natural: frequência na qual o corpo mais consegue absorver vibração. Som – propriedades fisiológicas Humanos: de 20 a 20.000Hz. Menor que 20Hz: infrassom. Maior que 20.000: ultrassom. Som alto: com alta frequência, também chamado de agudo. Som grave: com baixa frequência. Timbre: forma da onda que permite distinguir instrumentos diferentes, mesmo com a mesma nota musical. Som forte: alto volume. Som fraco: baixo volume. Altura: frequência. Intensidade: amplitude. Intensidade: volume da onda, proporcional à amplitude. Quanto maior a amplitude, maior o volume. Quanto maior a distância, menor a intensidade. A intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância. I: W/m2. I = potência da fonte sonora/área I = p/ 4d2 Fenômenos ondulatórios Reflexão de ondas sonoras Vsom = 2d/t Efeito Doppler Percepção diferente da frequência devido ao afastamento ou a aproximação da fonte de som. Aproximação: faparente > f: som mais agudo. Afastamento: faparente < f: som mais grave. Velocidade relativa Dois afastando, soma-se a velocidade. Dois aproximando, soma-se a velocidade. Dois se deslocam para o mesmo lado, faz-se a diferença das velocidades. Faparente = f * V _ Vobservador/ V _ Vfonte sonora O sinal depende da situação. Quando é para o mesmo lado, subtrai, quando para lados opostos, soma. Radar: emite ondas eletromagnéticas que incidem em determinada frequência para o carro, que refletem e retornam para o radar com uma frequência aparente, sendo possível determinar a velocidade do carro. Velocidade da onda em uma corda Equação de Taylor V = F/d d = m/L Se a corda é a mesma, a velocidade de propagação é a mesma. Se diminui o comprimento da corda, diminui o comprimento da onda. 1º harmônico: um fuso, com f1. 2º harmônico: f2 = 2f1 = 2L/N N = número de fusos Movimento harmônico simples São movimentos oscilatórios e periódicos que podem ser descritos por funções harmônicas. Sistema massa-mola Amplitude: deslocamento máximo da mola. O período depende da massa. T = 2m/k Pêndulo simples Amplitude: elongação máxima. O período não depende da massa. T = 2L/g Força restauradora A força é contrária ao sentido da deformação. FR é máxima, a aceleração é máxima. Os pontos de inversão do movimento apresentam velocidade zero, ganhando velocidade até passar para a posição de equilíbrio, ou seja, na posição central a velocidade é máxima. A energia potencial é máxima quando o x, ou seja, a deformação, é máximo. A energia cinética é zero quando a deformação é máxima. A energia mecânica se conserva. Posição central: Ep = 0, Ecmáxima Deformação máxima: Epmáxima, Ec = 0. Em = Ec + Ep Em = m*v2/2 + mgh Física Página | 12 Ótica Luz: onda eletromagnética com frequência visível para os seres humanos, viaja em linha reta. Velocidade da luz no vácuo ou ar = 3*108 m/s. A luz pode ser encarada como onda ou como partícula. Frequências 1. + Raios y 2. Raios x 3. UV 4. Luz 5. IV 6. Micro-ondas 7. - Rádio Luz 1. + Violeta 2. Anil 3. Azul 4. Verde 5. Amarelo 6. Alaranjado 7. – Vermelho Cor do objeto Por reflexão de luz branca ou por luz azul para o objeto parecer azul. Raio de luz: elemento geométrico que indica para onde a luz se propaga. Feixes de luz: conjunto de raios de luz. Convergente: converge os raios de luz em um ponto específico. Quando os raios de luz passam pela lente, eles começam a convergir para um ponto, que é conhecido como foco. Divergente: os raios de luz chegam à lente, mas ao atravessarem se espalham. Fontes de luz 1. Primária: emite luz própria. Incandescente: alta temperatura, como o sol. Luminescentes: baixa temperatura, como: Fosforescente: absorve a luz e continua emitindo energia luminosa depois de apagar a luz. Fluorescente: precisa de um agente externo estimulando ela a brilhar, ou seja, a eletricidade. Quimioluminescente: emitem luz devido a uma reação química. Bioluminescente: um ser vivo emite luz própria. 2. Secundária: reflete a luz proveniente de outras fontes, como os seres humanos. Meios ópticos Transparente: os raios de luz são transmitidos em trajetórias regulares formando imagens nítidas. Translúcidos: os raios são transmitidos em trajetórias irregulares formando imagens de baixa nitidez. Opaco: os raios não são transmitidose não há formação de imagem (não quer dizer que são opacos a todos os tipos de ondas eletromagnéticas). Princípios da óptica Princípio de propagação retilínea: em meios transparentes e homogêneos a luz sempre se propaga em linha reta. Princípio da independência dos raios de luz: dois raios de luz que se cruzam seguem suas trajetórias mantendo todas as características iniciais. Princípio da reversibilidade: a trajetória seguida pelo raio de luz, num sentido, é a mesma quando o raio troca o sentido de percurso. Sombras e penumbras Sombra: região completamente escura. Penumbra: região parcialmente iluminada. A luz visível deve propagar em linha reta. Câmara escura Forma imagem menor e invertida. H/h = B/b dos triângulos formados dentro e fora. Cores Cada onda de luz tem uma frequência, e cada frequência se comporta de uma maneira diferente e representa uma cor. A cor que enxergamos de um determinado objeto é a cor que foi refletida, todas as outras cores são absorvidas pelo material. Quando vemos a cor preta significa que todas as luzes são absorvidas. Quando vemos a cor branca significa que todas as luzes são refletidas. Por isso que um raio de luz branca pode ser decomposto nas demais cores. Formação de objetos e imagens Ponto objeto: cruzamento de raios de luz que chegam em um sistema óptico definem o ponto onde está localizado um objeto. Objeto real: cruzamento dos raios de luz se encontram antes. Objeto virtual: raios de luz são prolongados para se encontrarem. Objeto impróprio: raios que chegam na superfície não se encontram, tendendo ao infinito. Ponto imagem: o cruzamento de raios de luz que saem de um sistema óptico definem o ponto onde está localizada uma imagem. Imagem real: raios de luz se encontram e, somente essas podem ser projetadas. Toda imagem real é invertida. Imagem virtual: precisa prolongar os raios para se encontrarem, pois eles estão se afastando. Toda imagem virtual é direita. Imagem imprópria: raios de luz paralelo tendem a se encontrar no infinito. Física Página | 13 Reflexão Ângulos: sempre o de incidência é igual ao de reflexão. Espelhos planos A partir de um objeto real forma um imagem virtual. Raios de luz inclinados refletem com o mesmo ângulo de incidência. Raios de luz perpendiculares ao espelho, ou seja, com ângulo de incidência zero, refletem na linha normal. Vobjeto = Vimagem, em relação ao espelho. Hobjeto = himagem. Posição objeto= posição. Características da imagem A imagem de um objeto real gerada por um espelho plano é sempre revertida, ou seja, enantiomorfa, sendo também virtual, direita e do mesmo tamanho do objeto. A imagem sempre se desloca com mesma distância e mesma velocidade do objeto. Uma pessoa que está à 3 metros do espelho plano, vê sua imagem a seis metros de si. Campo visual É toda região que um observador consegue enxergar na reflexão de um espelho. Para poder determinar o campo visual de um espelho plano, precisamos: 1. Identificar onde está localizada a imagem do observador; 2. Traçar retas a partir das extremidades do espelho até a imagem observador; 3. Fazer prolongamentos das retas do passo anterior, no lado do observador. Essas retas serão o limite do campo visual. Observador é desenhado atrás do espelho em forma de imagem, traçando linhas dos olhos do observador que passam pelas bordas do espelho, formando o campo visual, o qual ele consegue ver. O tamanho do espelho não depende da distância em que você está do espelho, dependendo apenas do tamanho da pessoa que quer se ver e da posição em que estão os olhos dela. Espelho esférico São espelhos que possuem a forma de uma calota esférica. Eles podem ser: 1. Côncavo: o lado espelhado é como se fosse o lado interno da esfera. Foco real, com distância focal positiva. 2. Convexo: o lado espelhado é como se fosse o lado externo da esfera. Imagem sempre virtual, direita e menor. Foco virtual e com distância focal negativa. Vértice: é um ponto central do espelho. Centro de curvatura: é o centro da esfera da qual o espelho faz parte. Foco: é o ponto médio entre o centro de curvatura e o vértice. Eixo ótico: é a reta que passa pelo centro de curvatura e o vértice do espelho. Raios notáveis Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal reflete passando pelo foco. Todo raio que incide passando pelo foco reflete paralelamente ao eixo principal. Todo raio que incide passando pelo centro de curvatura reflete passando pelo próprio centro. Todo raio que incide passando pelo vértice reflete simétrico ao eixo principal. O cruzamento dos raios que saem do sistema ótico forma a imagem. R = 2distância focal De cada par objeto/imagem, sempre, o elemento mais próximo do espelho é o menor, e o mais afastado é o maior. Equação de Gauss f: distância focal: depende do tipo do espelho. p: posição do objeto: + quando real, - quando virtual. p': posição da imagem: + quando real, - quando virtual. Refração Fenômeno em que ocorre alteração da velocidade da luz em virtude da mudança de meio. f meio 1 = f meio 2. Índice de refração Mede a dificuldade da luz em “viajar” num determinado meio. Todas as cores de luz têm a mesma velocidade no vácuo (c = 3*108 m/s). Menos refringente = menor índice de refração = a luz se propaga com maior velocidade. Índice de refração relativo = n1/n2 ou V2/V1 ou y2/y1. O índice de refração absoluto é igual ou menor que 1. Nmeio = C/Vmeio Velocidade da luz em meio material Maior a frequência da luz, menor fica a velocidade dela no meio e, portanto, maior o índice de refração. Uma onda de maior frequência, interage mais com o meio e perde mais velocidade. Ao incidir na superfície de separação entre dois meios, parte da luz refrata e outra parte sofre reflexão. Continuidade óptica: índices de refração iguais, não havendo refração nem reflexão. As velocidades são iguais em ambos, como no vidro com a glicerina. Física Página | 14 Leis da refração 1. O raio de luz incidente, o raio de luz refratado e a reta normal, são coplanares. 2. Snell-Descartes: o ângulo de incidência é o raio de incidência com a linha normal e o ângulo refratado é o raio de refração com a linha normal. n1 * sen. i = n2 * sen. r n1/n2 = v2/v1 = y2/y1 = sen. r/sen. i Só quando a luz incidir inclinada. Metamaterial: a refração ocorre para o lado contrário, com índice de refração negativo. A luz refrata, muda de meio, mas não atravessa a linha normal. Reflexão total Só ocorre se a luz estiver se propagando do meio mais refringente para o menos refringente e se o ângulo de incidência for maior do que o ângulo limite. Sen. L = n menor/n maior Miragem: asfalto quente com índice de refração menor, aumentando até o ar frio, em cima do asfalto. A luz se afasta da normal. Podem induzir à percepção de que há água onde não existe, consequência da refração da luz nas camadas de ar próximas do chão quente. Mais refringente (mais legal) pro menos refringente (menos legal), o raio de luz desvia-se afastando da normal. Dioptro plano Seja um cenário onde temos dois meios diferentes, homogêneos e transparentes. Quando um observador vê um objeto que está no outro meio, existe uma distorção em relação à verdadeira localização desse objeto. A imagem se forma acima da posição real. 1. h_i: distância entre a imagem observada do objeto e o limite entre os meios. 2. h_o: distância entre o objeto real e o limite entre os meios. 3. n_1: índice de refração do meio onde o raio incide. 4. n_2: índice de refração do meio onde o raio refrata. Dispersão da luz Feixe de luz branco chega no prisma e refrata dentrodele, com desvio diferente de cada cor de luz. O ângulo de refração para a luz violeta é o menor, e o para a luz vermelha é o maior. nvioleta > ..... > nvermelha. Vvermelha > ..... > Vvioleta. n1 * sen. i = constante. Maior a frequência, maior o desvio. (sen. r) = constante/ nprisma Quanto maior a frequência da luz, maior é o índice de refração do prisma e, portanto, menor a velocidade da luz em seu interior. Formação do Arco-íris O arco-íris é um fenômeno óptico que se forma em razão da separação das cores que formam a luz solar. Ele pode ser observado sempre que existirem gotículas de água suspensas na atmosfera e a luz solar estiver brilhando acima do observador em baixa altitude ou ângulo, ou seja, ele pode acontecer durante ou após uma chuva. Esse acontecimento ocorre em razão da dispersão da luz. A luz do sol é uma onda de luz branca formada por várias cores, quando essa luz incide sobre uma gota de água os raios luminosos penetram nela e são refratados, sofrendo assim a dispersão. O feixe de luz colorido, dentro da gota, é refletido sobre a superfície interna da mesma e sofre novo processo de refratação, motivo que provoca a separação das cores que um observador consegue ver. É evidente que essa dispersão ocorre com todas as gotas de água que estiverem na superfície recebendo a luz proveniente do Sol. Ele não existe, trata-se de uma ilusão de óptica cuja visualização depende da posição relativa do observador. É importante salientar que todas as gotas de água refratam e refletem a luz da mesma forma, no entanto, apenas algumas cores resultantes desse processo é que são captadas pelos olhos do observador. Lentes esféricas Elementos das lentes: AFOFA Foco. Antiprincipal: é o ponto que tem o dobro da distância do foco com a lente. Centro ótico (O): é o ponto onde o eixo optico encontra a lente. Existem dois pontos de cada elemento, um de cada lado da lente. Convergência: raios chegam paralelos e se unem em um ponto. Divergente: raios chegam paralelos e se afastam. Física Página | 15 Quando o índice de refração da lente for maior do que o meio. Condições para nitidez de Gauss A espessura deve ser muito menor se comparada às dimensões dos raios de curvatura da lente. Os raios incidentes devem ser paralelos (ou pouco inclinados) e próximos ao eixo principal. Raios notáveis Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal refrata passando pelo foco. Todo raio que chega sobre o ponto antiprincipal refrata passando pelo outro ponto antiprincipal. Física da visão A imagem projetada na retina é real, invertida e menor, portanto, o cristalino é uma lente convergente. O ponto mais próximo onde se pode enxergar com nitidez, é de 25 cm. O ponto remoto é o ponto mais longe até onde se pode enxergar com nitidez. Doenças da visão Miopia: quando a imagem é formada antes da retina e há dificuldade para enxergar de longe. Correção: lente divergente. Hipermetropia: quando a imagem é formada depois da retina e não dá para enxergar de perto. Correção: lente convergente. Presbiopia: quando há dificuldade em focalizar objetos muito próximos. Com o tempo os músculos ciliares passam a não funcionar tão bem e o cristalino não se adapta mais da melhor forma à focalização da imagem. Dificuldade de ver de perto e ao tempo tem também de ver de longe. Conhecida como “vista cansada”. Daltonismo: é a dificuldade em diferenciar cores. Acontece porque os elementos da retina responsáveis pela percepção das cores não existem em número suficientes ou apresentam alguma alteração genética. Astigmatismo: quando as imagens ficam distorcidas devido a um problema na curvatura da córnea. A visão fica borrada e com dificuldade acentuada de enxergar contornos. A correção é feita com lente cilíndrica. Instrumentos ópticos Luneta astronômica: utilizada para ampliar uma imagem que está bem longe com as lentes convergentes objetiva e ocular. Luneta terrestre: igual a luneta terrestre, a única diferença é a lente ocular que será divergente. Assim a imagem final será direita, e não invertida. Lupa Eletrostática Carga elétrica Átomo A matéria forma-se de pequenas partículas, os átomos, que se constituem de partículas ainda menores: no núcleo, os prótons (carga positiva) e os nêutrons (sem carga). Na eletrosfera, os elétrons (negativos). A grandeza básica da eletrostática é a carga elétrica. O próton e o elétron têm diferentes massas, porém igual quantidade de carga em módulo. Essa quantidade mínima de carga, fisicamente possível, recebeu o nome de carga elementar (e). Um corpo nunca ganha ou perde prótons. Neutro: possui um número de prótons igual ao número de elétrons. Física Página | 16 Quantização da Carga Elétrica Os objetos diretamente observados na natureza possuem cargas que são múltiplos inteiros da carga do elétron. Sua unidade é o Coulomb (C). Q: quantidade de carga (medida em Coulomb — C). n: diferença entre prótons e elétrons ou o número de elétrons em falta ou excesso em relação a um corpo neutro. e: carga de 1 elétron, que vale 1,6 * 10-19-C. Condutores Metais: elétrons livres. Solução eletrolítica: íons. Gás ionizado: elétrons e íons Isolantes: madeira, plástico, borracha, cerâmica. Em certas circunstâncias, um isolante pode se comportar como condutor. Atração e repulsão de objetos Corpo neutro com objeto positivo: atração. Processos de eletrização Processos de troca de cargas elétricas entre dois ou mais corpos. Nesses processos, devemos observar que não há criação nem destruição de cargas, ou seja, a carga elétrica total do sistema é sempre conservada, fato este que é conhecido por Princípio de Conservação das Cargas Elétricas. Série triboelétrica Após o atrito, quem estiver acima ficará positivo em relação a quem estiver em posição inferior. Atrito Se dois corpos se encontram inicialmente neutros, após a fricção eles estarão eletrizados com cargas de sinais contrários. Após essa eletrização irão se atrair, conservando a quantidade de carga total antes do atrito igual à quantidade após o atrito. O corpo que perde elétrons eletriza-se positivamente e aquele que ganha elétrons, negativamente. Os corpos são eletrizados com cargas iguais, mas de sinais contrários. Os sinais que eles irão adquirir dependem dos tipos de substâncias atritadas. Contato Dois corpos condutores, estando um deles eletrizado e o outro neutro, através do contato entre eles. O corpo neutro adquire uma carga elétrica de mesmo sinal que a do corpo já inicialmente eletrizado. E se forem de mesmas dimensões, os módulos também serão iguais, caso contrário o maior ficará com mais carga e o menor com menos. No contato interno, o objeto dentro fica eletricamente neutro. QA + QB antes do contato e após o contato são iguais. Indução Indução eletrostática é a separação das cargas de um corpo condutor provocada pela aproximação de um corpo eletrizado. Na eletrização por indução, o corpo induzido sempre se eletriza com carga de sinal contrário à do indutor. Um bastão eletrizado negativamente é colocado nas imediações de uma esfera condutora que está aterrada. A esfera então se eletriza, sendo sua carga total positiva. Física Página | 17 Atração e repulsão Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem. Lei de Coulomb Declara que forças de atração ou repulsão entre partículas carregadas são diretamente proporcionais às quantidades de carga destas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância que as separa. F: Força Elétrica (N). q: carga elétrica (C). d: distância entre as cargas (m). k: constanteeletrostática (N. m²/C²): 9 * 109. Características da força elétrica É uma grandeza vetorial. A direção das forças é paralela à linha que une as cargas elétricas em questão. O sentido depende da natureza das cargas; se forem de sinais contrários, atraem-se; se os sinais forem iguais, repelem-se. A lei de Coulomb obedece à terceira lei de Newton, ou seja, são forças de mesma direção e intensidade. Campo Elétrico Linhas de Campo É capaz de produzir uma força elétrica numa carga de prova colocada na região onde ele atua. Definimos o campo elétrico como o vetor: E: N/C. No S.I. a unidade do campo elétrico é N/C. As linhas de campo sempre saem da carga positiva (divergentes) e chegam na carga negativa (divergente). Uma carga elétrica qualquer gera, nos pontos à sua volta, um campo elétrico que pode ser calculado pela expressão: Força elétrica e campo elétrico têm sempre a mesma direção. Numa carga positiva, a força elétrica tem sempre o mesmo sentido do campo elétrico. Numa carga negativa, a força elétrica tem sempre sentido oposto ao do campo elétrico. Uma carga positiva sempre desloca espontaneamente no mesmo sentido do campo elétrico. As linhas de força ou de um campo elétrico têm as seguintes propriedades: Divergência das cargas positivas e convergência para cargas negativas. Tangenciamento do vetor campo elétrico à linha de força. Duas linhas de força de uma mesma carga nunca se cruzam. Linhas de campo elétrico mais próximas tem campo elétrico mais forte, independente do sentido. Em linhas paralelas e igualmente afastadas, existe um campo elétrico uniforme, em que o campo elétrico tem o mesmo valor, independentemente de estar em cima da linha ou não. Cargas isoladas puntiformes formam campos radiais, que são convergentes ou divergentes. https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-campo-eletrico.htm Física Página | 18 Cargas elétricas de mesmo sinal Cargas elétricas de sinais opostos Energia potencial elétrica Se positiva, está ocorrendo uma repulsão. Se negativa, está ocorrendo uma atração. Ep = q * V Potencial elétrico O potencial elétrico, grandeza escalar, é associado a um ponto do campo elétrico e definido como a relação entre a energia potencial elétrica e o valor da carga. Para calcular o potencial de uma carga puntiforme usa- se a seguinte relação: Energia potencial elétrica em sistemas de várias cargas Como energia potencial elétrica não é uma grandeza vetorial, portanto a energia potencial elétrica de um sistema é a somatória de toda energia potencial elétrica de todas as cargas envolvidas. Potencial elétrico em um sistema de várias cargas Várias cargas geram potencial resultante, que é a soma algébrica, considerando-se o sinal, dos potenciais gerados por elas. Trabalho realizado pela força elétrica sobre a carga de prova Não depende da trajetória descrita pela carga. No campo elétrico não há perda de energia. W = q * VAB W = variação da energia cinética Superfície equipotencial São superfícies que apresentam o mesmo potencial elétrico V, uma característica importante é que o campo elétrico é perpendicular as superfícies equipotenciais. 1. Superfícies equipotenciais (linhas circulares) para 1 carga puntiforme isolada no espaço. Na esquerda um exemplo para uma carga positiva e na direita um exemplo para uma carga negativa. 2. Duas cargas negativas isoladas no espaço, as linhas com seta, representam as linhas de força e as linhas fechadas representam superfícies equipotenciais. Uma carga negativa solta numa região de campo elétrico E e potencial elétrico V, espontaneamente irá para um potencial elétrico maior V’. Uma carga positiva solta numa região de campo elétrico E e potencial elétrico V, espontaneamente irá para um potencial elétrico menor V’. Caso uma carga imersa numa região de campo elétrico E e potencial elétrico V, saia do ponto A e vá para um ponto B, sabendo que A e B estão sobre uma mesma superfície equipotencial elétrico, o trabalho da Fel é nulo. Campo elétrico uniforme O campo elétrico é uniforme quando o vetor campo elétrico tem mesma intensidade, mesma direção e mesmo sentido em todos os pontos. Assim, as linhas de força são retas, paralelas e equidistantes. Para produzir um campo com essas características, utiliza-se duas placas planas e paralelas eletrizadas com cargas de mesmo módulo e sinais opostos. Física Página | 19 Potencial elétrico no campo elétrico uniforme A diferença de potencial elétrico entre as placas é dada por: d: distância entre os pontos A e B. E: valor do módulo do campo elétrico uniforme. Uma carga positiva sempre gera potencial elétrico positivo e uma carga negativa sempre gera potencial elétrico negativo. Próximo a uma carga positiva o potencial elétrico é sempre maior e próximo a uma carga negativo o potencial elétrico é sempre menor. Cargas positivas sempre buscam, espontaneamente, uma região de menor potencial elétrico e a negativa uma região de maior. Diferença de potencial – DDP, Uab ou Vab Potencial de A – potencial de B. De AB ou BA é o mesmo potencial, mudando apenas o sinal. 220V = 220 J/1 C, ou seja, a cada 1C são entregues 220 jaules de energia elétrica. Uma capacitância de 5F, ligado a uma ddp de 1V, ele armazena 5C de carga, se em uma ddp de 2V, ele armazena 10C. A capacitância é constante, mas quanto maior a tensão que liga o capacitor, mais carga ele armazena. U = d * E Equilíbrio eletrostático No interior de um condutor eletrizado e em equilíbrio eletrostático: 1. O campo elétrico é sempre igual a zero. 2. O potencial elétrico é sempre constante e diferente de zero. 3. A diferença de potencial é sempre igual a zero. Gaiola de Faraday Uma superfície condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu interior dado que as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora. No experimento de Faraday foi utilizada uma gaiola metálica, onde foi colocado um isolante e uma cadeira de madeira cujo Faraday se sentou, foi dada uma descarga elétrica e nada aconteceu a ele, provando que um corpo dentro da gaiola poderia permanecer lá, isolado e sem levar nenhuma descarga elétrica pois os elétrons se distribuem em sua parte exterior da superfície. Quando objetos condutores em forma de barra possuem uma carga líquida, por exemplo, estas buscarão as extremidades opostas, devido à repulsão eletrostática entre cargas de mesmo sinal. Isto ocorre devido à tendência natural de cargas elétricas de mesmo sinal é de ocuparem regiões de maior distância possível umas das outras, de modo a minimizar a diferença de potencial eletrostático, causando um efeito chamado de blindagem eletrostática. Quando cascas esféricas têm carga líquida, estas se distribuirão na superfície externa da mesma. Poder das pontas Um objeto de formato irregular concentrará em suas pontas mais cargas. A ponta tem campo elétrico mais intenso. Emáx = k * Q / R2 Densidade superficial de cargas É constante em um objeto regular. = Q / A Rigidez dielétrica Valor do campo elétrico necessário para fazer um material isolante se comportar como um condutor. F = E * q Capacitância Indica a quantidade de eletricidade algum objeto consegue armazenar. Não muda com o fato de colocar mais ou menos carga dentro do objeto. É dada em Coulomb/volt = F (farad). C = Q / U C = Q / K * Q/R C = R/K Capacitores Armazenam energia potencial elétrica, através do acúmulo de cargas, quando submetidos a uma diferença de potencial fornecida por uma bateria. Posteriormente podemos aproveitar essa energiaelétrica, por exemplo, descarregando-a num resistor. Para mudar a capacidade do capacitor deve-se mexer nas dimensões do capacitor ou no material entre as placas. EO: permissividade elétrica do vácuo. Energia armazenada num capacitor A energia potencial elétrica que um capacitor consegue armazenar é dada por: Capacitor equivalente: sozinho armazena a mesma energia elétrica que os outros juntos armazenam. Física Página | 20 Associação de capacitores em série A carga elétrica é igual em todos os capacitores. Para dois capacitores em série: Ceq = C1 * C2 / C1 + C2. “N” capacitores iguais em série: Ceq = capacitância/número de capacitores Associação de capacitores em paralelo A tensão elétrica, ou seja, a ddp, é igual para todos os capacitores. Quando os capacitores se encontram no mesmo nó. Corrente elétrica: i É o movimento ordenado de cargas elétricas. Nos metais: elétrons livres. Nas soluções eletrolíticas: íons, cátions e ânios com sentidos contrários. Nos gases ionizados: íons e elétrons, do polo positivo para o polo negativo. Para calcular a corrente elétrica constante: Q = coulomb. t = segundos. i = ampère. 5A: a cada 1 segundo, passa 5 coulombs de carga elétrica. Quando a corrente varia ao longo do tempo, a carga total será dada pela área sob a curva da corrente em função do tempo: Diferença de potencial (DDP) ou tensão elétrica (V ou U) V = energia elétrica/carga. Energia = jaule. Carga = coulomb. V = jaule/coulomb. Resistência elétrica Oposição de um objeto/corpo à passagem de corrente elétrica. Quanto maior a resistência, menor a corrente elétrica. R = volt/ampère = ohm. R = V/i U = R * i Gráfico tensão elétrica x corrente elétrica Nos resistores ôhmicos, a representação gráfica da relação entre tensão e corrente é linear e passa pela origem. Resistores que não tem esta característica são chamados de não-ôhmicos. Portanto: Resistor Física Página | 21 Componente com função de transformar energia elétrica exclusivamente em calor. Não ôhmico: a resistência varia, portanto, a resistência e a corrente não crescem na mesma proporção. 1ª lei de Ohm Mantendo-se a temperatura de um resistor constante, a diferença de potencial aplicada nos seus extremos é diretamente proporcional à corrente que o percorre. 2ª lei de Ohm Em metais: quanto maior a temperatura, maior a resistividade elétrica. R: resistência elétrica (Ω). L: comprimento (m). A: área da seção transversal (m²). p : resistividade (Ω . m). Consumo energia elétrica kW = 1000W. 1h = 3600 segundos. E = P * t Potencia elétrica Unidade da potência: Disjuntor Para proteção, pois limita o valor máximo de corrente que pode passar ali. Associação de resistores em série Todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica. É um divisor de tensão. A ddp total entre os terminais da associação é a soma das ddp em cada resistor. A resistência do resistor equivalente entre os terminais da associação é a soma das resistências dos resistores originais. Associação de resistores em paralelo Dois ou mais resistores estão em paralelo quando duas extremidades de cada um deles estão conectadas aos mesmos pontos elétricos. A corrente total que atravessa a associação divide-se entre resistores, de forma inversamente proporcional a cada resistência, ou seja, onde a resistência é maior passará menor corrente. Todos os resistores são submetidos à mesma tensão elétrica (U) ou ddp. Caso 2 resistores em paralelo “n” resistores de igual valor Amperímetro Aparelho destinado a medir corrente elétrica. Para não interferir na medição do circuito em questão deve ter resistência interna nula, que é o ideal. Deve ser ligado em série com o ponto desejado para verificar a intensidade de corrente. Física Página | 22 Voltímetro Aparelho destinado a medir tensão elétrica. Ele não interfere na medição do circuito em questão. Tem resistência interna infinitamente grande, o que é ideal. Usado para verificar a ddp, liga-se em paralelo com o aparelho estudado ou trecho de circuito. Curto circuito Quando dois pontos de um circuito são ligados por um fio de resistência desprezível, dizemos que há curto- circuito, o que significa que os dois pontos têm o mesmo potencial. Em alguns casos, provocando um curto-circuito podemos eliminar um resistor do circuito, pois ele deixará de ser percorrido por corrente. Quando a corrente elétrica atinge o ponto X, ela é totalmente desviada pelo fio de resistência r = 0, indo para o ponto Y. Desse modo, os pontos X e Y passam a ter o mesmo potencial e podem ser considerados o mesmo ponto, como mostra a figura abaixo. O resistor de resistência R2 não é percorrido por corrente e pode ser eliminado do circuito. Desse modo, a resistência equivalente desse circuito é calculada da seguinte maneira: Req = R1 + R3 + R4 Portanto, a resistência equivalente diminui, a corrente aumenta e a potência dissipada também, podendo fornecer maior brilho para uma lâmpada e até queimá- la. Geradores Elemento do circuito responsável por transformar alguma outra forma de energia, geralmente mecânica ou química (baterias), em energia elétrica, fornecendo uma diferença de potencial ao circuito. Essa diferença de potencial permite a circulação de uma corrente no circuito. Equação E = ddp total gerada pelo gerador. O produto r*i é a ddp dissipada na forma de calor; U é a ddp fornecida pelo gerador para um aparelho. Potência de um gerador Rendimento elétrico no gerador Mede quanto da energia gerada e transmitida aos portadores de carga (potência total gerada) está sendo efetivamente fornecida (potência útil) ao circuito. É dado por: Receptor elétrico A relação entre energia mecânica e quantidade de carga elétrica que atravessa o aparelho chama-se força contra eletromotriz. Física Página | 23 A corrente elétrica, no interior do receptor, vai do maior para o menor potencial, pois ocorre em razão do movimento espontâneo. Equação do receptor Potência de um receptor Rendimento elétrico no receptor Mede o quanto de energia elétrica foi convertida em energia não térmica. Eletromagnetismo Magnetismo: cargas elétricas em movimento geram magnetismo. Repouso: só campo elétrico. Movimento: campo elétrico e campo magnético Um objeto magnetizado pode perder suas propriedades magnéticas com o aquecimento ou com choques mecânicos. Todo ímã possui dois polos magnéticos, um polo norte e um polo sul, que são impossíveis de serem separados. Princípio de atração e repulsão Polos opostos sempre se atraem, ou seja, polo norte atrai polo sul e polo sul atrai polo norte. Magnetismo terrestre O polo norte de uma bússola sempre tem o mesmo sentido das linhas de campo magnético. Características dos Ímãs Atraem principalmente Ferro, Níquel, Cobalto e outras ligas metálicas como o aço. (Ímã natural: magnetita: Fe3 O4). A extremidade do ímã que se alinha com Norte Geográfico é o polo Norte deste ímã, e a extremidade do ímã voltada para o Sul Geográfico é o polo Sul deste ímã. 1. Ferromagnéticos: são fortemente atraídos por um ímã. 2. Diamagnéticos: são sempre repelidos por um ímã. 3. Paramagnéticos: sofrem atração desprezível de um ímã. Campo magnético É uma região com influência magnética. Dentro do ímã, as linhas do campo magnético são sempre orientadas do polo sul para o polo norte. Fora do ímã, as linhasde campo magnético são sempre orientadas do polo norte para o polo sul. As linhas de campo magnético são sempre linhas fechadas. As linhas de campo magnético são circulares e concêntricas com o fio. Regra da mão direita Polegar aponta para corrente elétrica e os outros dedos apontam para as linhas do campo magnético. Física Página | 24 Intensidade o: permeabilidade magnética do meio onde o fio está inserido. No vácuo esse valor é ; 4 * 10-7 * m/A. B : campo magnético medido em tesla (T). Campo magnético gerado por espira Curvando-se o fio, tem-se a chamada espira circular. Usando a regra da mão direita determina-se o vetor campo magnético concêntrico ao fio em vários pontos da espira. A intensidade do campo magnético no centro da espira é representada por: Força magnética Orientação: regra da mão direita: 4 dedos apontam para o sentido do campo magnético, a velocidade é apontada pelo polegar. Deve-se dar um “tapa” na carga, com a palma da mão se a carga for positiva e com as costas da mão se for negativa. A força magnética é sempre perpendicular ao campo magnético e à velocidade da carga. O ângulo é entre a velocidade o campo magnético. Se esse ângulo foi 0o ou 180o, a força magnética será nula. Trajetória de uma carga movendo-se em um campo magnético 1. Movimento circular uniforme Quando o ângulo de lançamento é 90o, a partícula descreve movimento circular uniforme, pois a força magnética é resultante centrípeta. Força magnética sobre fio conduzindo corrente elétrica 1. Fio reto Considerando que várias cargas estejam em movimento, sob ação de um campo magnético uniforme, surgirá nele uma força magnética que ocorre, por exemplo, num motor elétrico e o faz girar. Sendo o ângulo entre a direção do fio e a direção do campo magnético, a força atuante será: 2. Força magnética entre dois fios retilíneos paralelos Quando dois condutores paralelos são percorridos por correntes de mesmo sentido, há entre eles uma força de atração, Caso sejam correntes de sentidos opostos, a força é de repulsão. A corrente elétrica é gerada num circuito fechado quando á variação do campo magnético. Indução eletromagnética Lei de Lenz: o campo magnético induzido é gerado por uma corrente induzida, de modo a equilibrar a variação de fluxo de indução magnética. Lei de Faraday Fluxo magnético em uma superfície Considere uma espira que delimita uma superfície de área A, imersa num campo magnético B que forma o ângulo com a normal à superfície com certa quantidade de linhas de indução atravessando a superfície. : fluxo magnético medido no SI em weber (Wb). B: campo magnético em resla (T). A: área por onde passam linhas de campo magnético. Quanto maior a área da superfície, maior será o número de linhas de indução que atravessam e maior será o fluxo magnético. Quando o campo magnético for uniforme e a superfície de área constante, o fluxo será nulo se = 90o. Se o fluxo do campo magnético através da superfície limitada por um circuito fechado varia com o tempo, aparece nesse circuito uma força eletromotriz induzida dada por: A variação do fluxo magnético em uma espira fechada faz surgir uma corrente elétrica induzida. A corrente induzida gera um campo magnético induzido que se opõe à variação do fluxo magnético. Física Página | 25 Transformadores Dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão. Um transformador é constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada). Seu funcionamento é baseado na criação de uma corrente induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário. Eles não funcionam com corrente contínua, ou seja, bateria. A tensão de entrada e de saída são proporcionais ao número de espiras em cada bobina. Sendo: