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O Colégio Integrado Polivalente (CIP) traduz-se pela participação efetiva de profissionais no processo de promoção pessoal e de restituição da cidadania daquelas pessoas que em nosso próprio território ou em outros não tiveram oportunidade de frequentar escola na idade apropriada. Instituir e manter o Colégio exigem determinação e persistência da direção e professores envolvidos na “Qualidade na arte de ensinar”. Nascido originalmente em 15 de agosto de 1991 com o intuito de atender a comunidade num contexto geral da educação, foi rapidamente ampliado e tem sido buscado por pessoas de várias comunidades. Mantido pela Associação Educacional São Lázaro, o Polivalente no ano de 2001, obteve junto a Secretaria de Educação e Conselho de Educação do Distrito Federal credenciamento e autorização (Portaria nº 112 de 23 de março de 2001) para funcionamento dos Cursos Técnicos em: Telecomunicações, Eletroeletrônica, Secretaria Escolar e Transações Imobiliárias. Também, obteve credenciamento junto ao Conselho Federal de Engenharia e Agronomia (CONFEA) e do Conselho Federal de Corretores de Imóveis (COFECI), órgãos que fiscalizam o exercício das profissões de Técnico em Transações Imobiliárias, Técnico em Telecomunicações e Técnico em Eletroeletrônica. Esses credenciamentos auxiliam os nossos alunos na conquista do emprego e dos caminhos para o registro profissional. Firmou convênios com o Centro de Integração Empresa Escola (CIEE), Instituto Brasil Global (IEG), Instituto Evaldo Lodi (IEL), e trocou experiências com outras instituições de ensino e empresas como: FURNAS, CEB, CELG, CEMIG, Brasil Telecom, NET, TELEPAR, TELEMAR, TELEMONT-TO que deram aos alunos a chance de conhecer novas realidades, proporcionando uma formação que alia teoria à prática. Em fevereiro de 2002, o Polivalente obteve junto à Secretaria de Estado da Educação e Conselho de Educação do Distrito Federal aprovação para funcionamento da Educação de Jovens e Adultos (EJA) de ensino médio na modalidade à distância (Parecer 302/2001 e portaria 75 de 8 de fevereiro de 2002) com o objetivo de atender aqueles que buscam conhecimento acadêmico e não tiveram acesso à educação na época certa e têm pouca disponibilidade de tempo. O êxito da Educação de Jovens e Adultos é positiva, pois muitos alunos já ingressaram em cursos de nível técnico, tecnólogo superior, licenciaturas ou mesmo no mercado de trabalho. Em dezembro de 2003, foi implantado a Sede II do Colégio Integrado Polivalente no Distrito Federal, localizado na Av. Santa Maria, CL 418 – lotes B e C, Santa Maria-DF, oferecendo Educação Infantil, Ensino Fundamental, Ensino Médio e Curso Normal Nível Médio (Ordem de Serviço nº 98 de 15 de dezembro de 2003). Para firmar-se no competitivo mercado de educação básica e profissional, a instituição apostou, desde a sua criação em uma filosofia de interação com o mercado. Para o futuro, a instituição investirá na criação de novas unidades, não só no Distrito Federal, mas também em diversas partes do Brasil. A educação pode contribuir para transformar relações sociais, econômicas, culturais e políticas, de forma tal que assegure a todos, um ensino de qualidade, comprometido com a formação de cidadãos conscientes de seu papel na sociedade. Nessa perspectiva, coloca-se a serviço da preparação de indivíduos para uma inserção crítica e criativa no mundo, fornecendo-lhes por meio da aquisição de conteúdos da socialização, o instrumental necessário à participação organizada e ativa na democratização social. Assim, o Colégio Integrado Polivalente tem por missão, como instituição educacional, a formação de indivíduos cientes de sua responsabilidade social, baseada na aprendizagem cidadã, capazes de aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a conviver e aprender a ser. Ao nortear suas ações educativas com base em teorias que se complementam, teoria crítico- social dos conteúdos, teoria das aprendizagens significativas, e teoria da construção de competências, o Colégio Integrado Polivalente elege os seguintes objetivos institucionais: ● Oferecer aos alunos uma educação de qualidade, voltada para as questões sociais, com vistas a uma participação organizada e ativa na democratização da sociedade; ● Favorecer a gestão participativa, numa construção coletiva das decisões/ações, por parte dos diferentes segmentos da escola; ● Valorizar o profissional de educação através ● Favorecer a gestão participativa, numa construção coletiva das decisões/ações, por parte dos diferentes segmentos da escola; ● Valorizar o profissional de educação através de condições favoráveis para o aperfeiçoamento profissional, tratamento digno, ambiente respeitoso, recursos disponíveis para o exercício de sua função; ● Contribuir para a realização de atividades com objetivos explicitamente educativos, criando um ambiente propício para a elaboração do saber e a boa convivência; ● Avaliar de forma global e interativa as ações desempenhadas ao longo do ano letivo ou período letivo; ● Contribuir para a realização de atividades com objetivos explicitamente educativos, criando um ambiente propício para a elaboração do saber e a boa convivência; ● Avaliar de forma global e interativa as ações desempenhadas ao longo do ano letivo ou período letivo; ● Valorizar os aspectos de desenvolvimento do discente na área motora, cognitiva e afetiva; ● Divulgar e respeitar os direitos e deveres do cidadão dentro de uma visão crítica e responsável da realidade social; ● Proporcionar aos alunos meios para construir novos conhecimentos, competências e habilidades o que o fará mais funcional, mais complexo e mais capaz de resolver problemas; ● Favorecer o desenvolvimento de todas as capacidades, respeitando a diversidade e as possibilidades dos diferentes alunos; ● Incentivar o processo contínuo de construção do conhecimento, que favoreça o prosseguimento de estudos; ● Criar condições para que o aluno desenvolva habilidades e competências, para enfrentar os desafios do mercado profissional; ● Planejar e avaliar a situação da prática educativa para direcionar as decisões e ações, que priorizam a qualidade da educação oferecida. Todos os cursos oferecidos via educação a distância pelo CIP são desenvolvidos por uma equipe multidisciplinar e têm uma proposta pedagógica única, que combina momentos de interatividade online com a utilização de várias mídias. O CIP mantém uma completa infraestrutura de produção (própria e ou em parceria) especialmente voltada para o desenvolvimento de material de ensino permitindo que use da mais avançada tecnologia para utilizar o canal de comunicação e a linguagem mais adequados ao assunto proposto, o que confere uma dinâmica toda especial ao curso. Um dos grandes diferenciais do CIP é a variedade de meios de aprendizagem oferecidos: CD-ROM, acesso a nossa PLATAFORMA ONLINE para tutoria, manual de orientação do aluno, caderno de atividades, exercícios disponibilizados e avaliados via online, chat e fóruns. O componente curricular FÍSICA foi elaborado com alguns TÓPICOS e ITENS especiais que precisam ser destacados para melhor compreensão de leitura e contextualização dos conteúdos abordados. Se trata de um tópico especial que traz uma visão geral sobre a disciplina que será estudada, destacando sua importância e indicando o nível proposto de aprendizagem que se deseja alcançar em cada material. Se trata de um tópico especial contendo aplicações teórico-práticas em formato de exercícios resolvidos, elaborados para o estudantepensar, analisar e abstrair conceitos estudando exemplos que relacionam a teoria com a prática em cada componente curricular. Se trata de um tópico especial contendo algumas indicações de estudo, por meio de sugestões de links, livros, sites, vídeos e outros meios que possam ser acessados pelo cursista, como forma de estudo suplementar ou de aprofundamento dos conteúdos conteúdos ministrados em cada componente curricular. Contém as respostas relacionadas aos exercícios propostos do item “HORA DE TREINAR”. Contém as principais referências utilizadas como fonte de pesquisa para elaboração do material. Se trata de um item especial, em destaque, despertando a atenção do estudante para alguma curiosidade, notícia ou assunto que tenha sido divulgado na internet, nas redes sociais ou de conhecimento do professor que esteja relacionado aos conteúdos abordados. Se trata de um item especial, em destaque, contendo algum lembrete, definição ou parte importante de um conteúdo que o professor deseja que o estudante não esqueça. • O que a Física tem a ver com o mundo e a Nossa Vida Cotidiana?______________ • Ramos da Física________________________________________________________ • Medidas de Comprimento_______________________________________________ • Medidas de Área_______________________________________________________ • Medidas de Volume_____________________________________________________ • Medidas de Massa ______________________________________________________ • Medidas de Capacidade__________________________________________________ • Medidas de Tempo______________________________________________________ • Sistema Internacional de Unidades (SI)_____________________________________ • Introdução à Velocidade_________________________________________________ • Introdução ao Movimento________________________________________________ • Equação de Torricelli____________________________________________________ • Ponto Material_________________________________________________________ • Repouso_______________________________________________________________ • Movimento____________________________________________________________ • Referencial____________________________________________________________ • Posição_______________________________________________________________ • Trajetória_____________________________________________________________ 26 26 26 27 30 • Função Horária do Movimento Uniforme___________________________________ • Movimento Progressivo__________________________________________________ • Movimento Retrógrado__________________________________________________ • Funções Horárias do Movimento Uniformemente Variado_____________________ • Movimento Acelerado___________________________________________________ • Movimento Retardado___________________________________________________ • O que é um Vetor?______________________________________________________ • Representação de um Vetor______________________________________________ • Direção e sentido de um Vetor____________________________________________ • Grandezas Escalares e Grandezas Vetoriais_________________________________ • Adição de Vetores_______________________________________________________ 26 26 26 27 30 31 32 34 O termo “Física”, do grego physis, significa natureza. Assim, a Física é a ciência que estuda a natureza; por isso ela também é chamada de ciência natural. Em qualquer ciência, acontecimentos ou ocorrências são chamados fenômenos, ainda que não sejam extraordinários ou excepcionais. Os fenômenos na natureza são tão variados e numerosos que a Física tem um campo de estudo cada vez mais amplo. O que a Física tem a ver com o Mundo e a Nossa Vida Cotidiana? Durante os nossos estudos, veremos que o fascinante mundo da Física faz parte de toda a vida do ser humano, desde o nascimento e a morte até o início e o fim do universo. Desde seu surgimento na Terra o homem se preocupa em entender e dominar o universo que o cerca. Interessa-se, por exemplo, por que um trovão faz barulho, como se vê a luz de um relâmpago, por que os corpos têm cores diferentes, como é o movimento da O Componente Curricular de FÍSICA, está inserido na Área do Conhecimento de CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS. Neste material, veremos assuntos relacionados ao MÓDULO I, equivalente a 1ª SÉRIE do ENSINO MÉDIO. Física é a ciência exata que tem por objeto de estudo os fenômenos que ocorrem na natureza. Através do entendimento dos fenômenos da natureza, podemos entender como as coisas acontecem em nosso dia a dia. A Física tem grande importância para a sociedade, pois uma infinidade de equipamentos que utilizamos hoje, em nosso cotidiano (como rádios, TV´s, celulares, computadores, laser, dentre outros), foram desenvolvidos utilizando conceitos e Leis da Física. Neste material trataremos de diversos assuntos presentes em nosso cotidiano que muitas das vezes não conseguimos observar a Física envolvida. Esperamos que através do estudo dos conteúdos propostos nesse material, colabora para que o aluno consiga enxergar os conceitos para além de suas teorias. lua em relação à Terra, como a Terra e os demais planetas se movem em relação ao Sol ou como são os movimentos dos objetos nas proximidades da superfície terrestre. Todos esses problemas, por diferentes que sejam, são estudados em Física, uma ciência tão presente em nossa vida que não podemos dispensá-la. Ramos da Física É através de seus sentidos que o homem tem suas primeiras informações do universo: vê a luz de um relâmpago, ouve o som de um trovão, e pelo tato tem, entre outras noções, a de quente e frio. Consequentemente classificou os fenômenos observados de acordo com o sentido empregado na observação. O movimento é o fenômeno mais comum na vida diária e deu origem à mecânica. O homem relacionou a luz com o ato de ver, dando origem a óptica. Através da audição, estudou as propriedades do som e surgiu outra ciência: a acústica. As noções de quente e frio, sentidas pelo tato, motivaram o estudo do calor, ou a termologia. Das propriedades elétricas e magnéticas surgiu o estudo da eletricidade e do magnetismo; e da constituição da matéria teve origem a física nuclear. Mecânica Os primeiros estudos dos movimentos foram feitos por diversos povos antigos como os egípcios, caldeus, fenícios, babilônios e gregos. Eles procuravam compreender o movimento dos astros, o fluxo das marés, o ciclo das estrelas, dentre outros. Hoje, a mecânica descreve todos os fenômenos da vida diária, desde o caminhar até a locomoção em veículos de última geração, proporcionando forças e acelerações, investigando o movimento e suas causas. Movimentos como os que podemos observar nas “figuras 1, 2 e 3” são exemplos de fenômenos estudados pela mecânica. Figura 1: Empurrar um carro. Figura 2: Caminhar. Figura 3: Locomoção de um carro. Óptica Quando o homem percebe que existe relação entre a luz e o ato de ver, surge a óptica como ciência. A óptica estuda fenômenos da natureza relacionados à luz, como o arco-íris, e fenômenos cotidianos como a correção de defeitos visuais e aplicações de lasers e fibra óptica. A óptica também é usada na medicina para correção de defeitos visuais. Figura 4: Óculos de grau. Acústica A acústica estuda as propriedades do som, de acordo com suas frequências e intensidades. Esses estudos nos proporcionam a explicação de vários fenômenos, como o da “quebra” da barreira do som por uma aeronave que ultrapasse a velocidade do som e também nacriação de aparelhos que possam dar uma qualidade melhor ao som, de forma a diminuir o aumento da poluição sonora. Estudo do calor ou termologia Os sentidos relacionados ao tato foram as motivações para o estudo do calor, também chamado de termologia. Esses estudos nos proporcionam aplicações cotidianas em metais para condutibilidade térmica para panelas, máquinas térmicas, termômetros, dentre outros; além de favorecer o estudo térmico de materiais para sua aplicação tecnológica. Ao ultrapassar a velocidade do som, o piloto não mais escuta o som de sua aeronave. Figura 5: Aeronave. Eletricidade e magnetismo Essa foi uma das áreas de maior aplicação de grandes físicos da história. Temos utilizações no cotidiano através da energia elétrica consumida por aparelhos eletrodomésticos; na produção de energia elétrica por fontes naturais como a água, o vento, o sol e até mesmo por fontes nucleares. Já o magnetismo trouxe um avanço a tecnologia através dos motores magnéticos e também em veículos modernos como o trem-bala. Veja abaixo duas aplicações de eletricidade e magnetismo. Através dos estudos sobre dilatação de líquidos foi possível medir a temperatura de um corpo por meio do equilíbrio térmico utilizando um termômetro. Figura 6: Termômetro. A produção de energia elétrica pelas usinas eólicas advém dos ventos. Figura 7: Usina eólica. Física nuclear A física nuclear estuda os núcleos atômicos. Os trabalhos com física nuclear nos proporcionam aplicações de forma a extrair o melhor de sua energia. Tais aplicações podem ser vistas em aparelhos medicinais para tratamento de doenças e também para emissão de raios X para fotografias internas do corpo humano. Há elementos químicos que liberam uma grande quantidade de energia e devem ser manuseados com segurança, sendo usados para benefício da humanidade, e não como forma de destruí-la, como foi feito com as bombas. Figura 9: Aplicação do raio X no corpo humano. O trem-bala utiliza aplicações fundamentais do campo magnético para sua locomoção. Figura 8: Trem-bala. O universo Todos os corpos na natureza são constituídos de matéria. A matéria e, portanto, todos os corpos do universo são constituídos por pequenas unidades denominadas átomos, que não podem ser vistos nem pelos mais Medidas de Comprimento As medidas de comprimento são os mecanismos de medição mais utilizados no dia poderosos microscópicos. Porém, há modelos que representam o átomo com os prótons e nêutrons no núcleo, e os elétrons girando em torno. Os átomos por sua vez formam outros agregados: as moléculas. Assim, o campo da física abrange todo o universo, desde diminutas partículas até grandes corpos como planetas e estrelas. Figura 10: Modelo atômico de Rutherford. O modelo atômico de Rutherford é o modelo estrutural atômico mais aceitável até hoje (2021). Figura 11: Astros do universo. Até mesmo os grandes astros do universo são constituídos por átomos como o representado na figura anterior (figura 10 – Modelo atômico de Rutherford) a dia. O metro é a unidade de medida principal para medir comprimento. A partir do metro são obtidas outras medidas de comprimentos que são múltiplos e submúltiplos do metro. Os múltiplos do metro são: decâmetro (dam), hectômetro (hm) e quilômetro (km); os submúltiplos são: milímetro (mm), centímetro (cm) e decímetro (dm). Figura 12: Representação de conversão de unidade de medidas de comprimento. Exemplo: Fazendo a conversão de 12 km para metro, quanto obtemos? Para converter 12 km em metros devemos multiplicar 12 por 10 três vezes. Portanto, 12 x 10 x 10 x 10 = 12000 m Medidas de Área Área é um conceito matemático que pode ser definida como quantidade de espaço bidimensional, ou seja, de superfície. Existem várias unidades de medida de área, sendo a mais utilizada o metro quadrado (m²) e os seus múltiplos: decâmetros ao quadrado (dam²), hectômetro ao quadrado (hm²) e quilômetro ao quadrado (km²) e os submúltiplos: decímetro ao quadrado (dm²), centímetro ao quadrado (cm²) e milímetro ao quadrado (mm²). Figura 13: Representação de conversão de unidade de medidas de área. https://pt.wikipedia.org/wiki/Conceito https://pt.wikipedia.org/wiki/Matemática https://pt.wikipedia.org/wiki/Espaço_matemático https://pt.wikipedia.org/wiki/Superfície https://pt.wikipedia.org/wiki/Metro_quadrado https://pt.wikipedia.org/wiki/Metro_quadrado https://pt.wikipedia.org/wiki/Múltiplos_e_sub-múltiplos https://pt.wikipedia.org/wiki/Múltiplos_e_sub-múltiplos https://pt.wikipedia.org/wiki/Múltiplos_e_sub-múltiplos https://pt.wikipedia.org/wiki/Múltiplos_e_sub-múltiplos Exemplo: 2 km² equivale a quantos metros quadrados? Para converter km² para m² basta multiplicar três vezes por 100. Portanto, 2 x 100 x 100 x 100 = 2000000 m² Medidas de Volume A medida de volume no sistema internacional de unidades (SI) é o metro cúbico (m3). As unidades do sistema métrico decimal de volume são: quilômetro cúbico (km3), hectômetro cúbico (hm3), decâmetro cúbico (dam3), metro cúbico (m3), decímetro cúbico (dm3), centímetro cúbico (cm3) e milímetro cúbico (mm3). As transformações entre os múltiplos e submúltiplos do m3 são feitas multiplicando-se ou dividindo-se por 1000. Figura 14: Representação de conversão de unidade de medidas de volume. Exemplo: Efetue a seguinte transformação: 6 m³ em dm³. Basta multiplicar por 1000 6*1000 = 6000 dm³ Medidas de Massa As medidas de massa são usadas quando queremos definir a quantidade exata de massa de um corpo. No nosso cotidiano, usamos o quilograma e o grama para medir essa quantidade em determinados objetos. A unidade de medida padrão para a massa no sistema internacional de medidas é o quilograma (kg), que pode ser divididos em 7 múltiplos e submúltiplos do grama: quilograma (kg), hectograma (hg), decagrama (dag), grama (g), decigrama (dg), centigrama (cg) e miligrama (mg). https://matematicabasica.net/multiplos-e-divisores/ Figura 15: Representação de conversão de unidade de medidas de massa. Exemplo: Converta 4 kg em mg. Converter de kg para mg é o mesmo que multiplicar 4 por 10 seis vezes. Então, 4 x 10 ⇒ 40 x 10 ⇒ 400 x 10 ⇒ 4000 x 10 ⇒ 40000 x 10 ⇒ 400000 x 10 = 4000000 mg Medidas de Capacidade As medidas de capacidade são grandezas utilizadas para estimar uma quantidade que está inserida em um reservatório/recipiente, ou seja, são empregadas na medição de líquidos. Ainda pode-se dizer que tais medidas são usadas para definir o volume no interior de um recipiente. Mas, antes de conhecer as unidades de medidas de capacidade é importante fazer a distinção entre alguns termos. Quando falarmos em volume, estamos nos referindo ao espaço que um corpo é capaz de ocupar. Mas ao falar de capacidade, estamos nos referindo ao volume de líquido que pode ser acomodado dentro do recipiente. O litro foi definido pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) como a unidade padrão de medidas de capacidade podendo ser utilizados também os seus múltiplos que são o quilolitro (kl), hectolitro (hl) e decalitro (dal), todos maiores que o litro e os submúltiplos que são menores que o litro e denominados por decilitro (dl), centilitro (cl) e mililitro (ml). Figura 16: Representação de conversão da unidade de medida de capacidade. https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/matematica/unidades-de-medida https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/matematica/unidades-de-medida Exemplo: Transforme 30 mL para em L. Para transformar de mL para L devemos dividir o número três vezes por 10, que é o mesmo que dividirpor 1000. Assim, temos: 30 : 1000 = 0,03 L Note que dividir por 1000 é o mesmo que "andar" com a vírgula três casa diminuindo o número. Medidas de Tempo Existem diversas unidades de medida de tempo, por exemplo a hora, o dia, o mês, o ano, o século. No sistema internacional de medidas a unidades de tempo é o segundo (s). Para medir o tempo utilizamos relógios que são dispositivos que medem eventos que acontecem em intervalos regulares. Figura 17: Representação de conversão das medidas de tempo. Figura 18: Representação de unidade de medidas de tempo. Exemplo: Uma hora tem quantos segundos? Como uma hora tem 60 minutos, e um minuto tem 60 segundo, então basta multiplicar os 60 minutos por 60 segundos. 60 x 60 = 3600 Sistema Internacional de Unidades (SI) O Sistema Internacional de Unidades (SI) pode ser descrito sobre sete unidades de medida básicas, baseadas nas grandezas físicas fundamentais. São elas: • Comprimento; • Tempo; • Massa; • Corrente elétrica; • Temperatura termodinâmica; • Quantidade de matéria; • Intensidade luminosa. As unidades do SI referidas a tais grandezas e seus símbolos são, respectivamente: • Metro (m); • Segundo (s); • • Quilograma (kg); • Ampére (a); • Kelvin (k); • Mol (mol) e; • Candela (cd). Na tabela da “figura 19” veremos as unidades básicas do SI, bem como seus símbolos e definições: Grandeza Unidade Símbolo Definição moderna Comprimento metro m O metro é definido como o espaço percorrido pela luz (no vácuo) em uma fração de 1/299.792.458 s. Tempo segundo s O segundo equivale a 9.192.631.770 transições hiperfinas de energia de um átomo de Césio. O Sistema Internacional de Unidades, abreviado pela sigla SI, é um conjunto de unidades de medidas correspondentes às grandezas físicas fundamentais e suas derivações. O SI representou uma evolução do sistema métrico quando estabelecido em 1960, durante a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), na França. ser vistos nem pelos mais https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-massa.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-temperatura.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/termodinamica.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/mol-numero-avogadro-qual-relacao.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-a-luz.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-grandeza.htm Massa quilograma kg Atualmente o quilograma passou a ser baseado na constante de Planck, igual a 6,62607015.10-34 J.s. Corrente elétrica ampére A O ampére é igual à passagem de 1,602176634.1019 cargas elementares por segundo, corresponde à corrente que produz uma força de 2.10-7 N entre dois fios condutores paralelos, espaçados em 1 m. Temperatura termodinâmica kelvin K Recentemente, a temperatura termodinâmica passou a ser medida em termos da constante de Boltzmann, de módulo igual a 1,380649.1023 J.s. Antigamente, era relacionada com o ponto triplo da água. Quantidade de matéria mol mol O mol é definido em termos do número de Avogadro, que define como 6,02214076.1023 o número de partículas contidas em um mol. Intensidade luminosa candela cd A intensidade luminosa é baseada em uma frequência monocromática de luz igual a 540.1012 Hz. Figura 19: Tabela – Unidades básicas do SI, símbolos e definições. Introdução à Velocidade A velocidade de um corpo é dada pela relação entre o seu deslocamento em determinado tempo. Pode ser considerada a grandeza que mede o quão rápido ele se desloca. A análise da velocidade se divide em dois principais tópicos: velocidade média e velocidade instantânea. É considerada uma grandeza vetorial, ou seja, tem um módulo (valor numérico), uma direção (Ex.: vertical, horizontal) e um sentido (Ex.: para frente, para cima). Porém, para problemas elementares, onde há deslocamento apenas em uma direção, o chamado movimento unidimensional, convém tratá-la como uma grandeza escalar (com apenas valor numérico). As unidades de velocidade comumente adotadas são: ● m/s (metro por segundo); ● km/h (quilômetro por hora); No Sistema Internacional (S.I.), a unidade padrão de velocidade é o m/s. Por isso, é importante saber efetuar a conversão entre o km/h e o m/s, que é dada pela seguinte relação: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-massa.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/constante-planck.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/constante-planck.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-corrente-eletrica.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-corrente-eletrica.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-mol.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-lei-avogadro.htm Figura 20: Conversão de unidades de velocidade. Velocidade média Indica o quão rápido um objeto se desloca em um intervalo de tempo médio e é dada pela seguinte razão: 𝑉𝑚 = ∆𝑆 ∆𝑡 Em que: 𝑉𝑚 = Velocidade Média ∆𝑆 = Intervalo do deslocamento [posição final – posição inicial] ∆𝑡 = Intervalo de tempo [tempo final – tempo inicial] Exemplo: Um carro se desloca de Florianópolis – SC a Curitiba – PR. Sabendo que a distância entre as duas cidades é de 300 km e que o percurso iniciou as 7 horas e terminou ao meio dia, calcule a velocidade média do carro durante a viagem: ∆𝑆 = (posição final) – (posição inicial) ∆𝑆 = (300 km) – (0 km) ∆𝑆 = 300 km Em que: ∆𝑡 = (tempo final) – (tempo inicial) ∆𝑡 = (12 h) – (7h) ∆𝑡 = 5 h Então: Velocidade instantânea A velocidade instantânea é a velocidade medida em um determinado momento. Diferente da velocidade média, que mede a velocidade média durante um percurso em uma variação de tempo, a velocidade instantânea mede a velocidade em um instante específico. Para calcular a velocidade instantânea utilizamos: 𝑉 = 𝑉𝑜 + 𝑎. 𝑡 Em que: V: Velocidade final V0: Velocidade inicial a: Aceleração t: tempo Exemplo: Um veículo trafega com aceleração constante de 10 m/s². Qual a velocidade do veículo após 8 segundos, sabendo que a velocidade inicial do veículo era de 4 m/s? 𝑉 = 𝑉𝑜 + 𝑎. 𝑡 𝑉 = 4 + 10.8 𝑉 = 84𝑚 𝑠⁄ Introdução ao Movimento Movimento Uniforme Quando um móvel se desloca com uma velocidade constante, diz-se que este móvel está em um movimento uniforme (MU). Particularmente, no caso em que ele se desloca com uma velocidade constante em trajetória reta, tem-se um movimento retilíneo uniforme. Movimento Uniformemente Variado Também conhecido como movimento acelerado, consiste em um movimento onde há variação de velocidade, ou seja, o móvel sofre aceleração à medida que o tempo passa. Mas se essa variação de velocidade for sempre igual em intervalos de tempo iguais, então dizemos que este é um Movimento Uniformemente Variado (MUV) também chamado de Movimento Uniformemente Acelerado, ou seja, que tem aceleração constante e diferente de zero. Aceleração Assim como para a velocidade, podemos definir uma aceleração média se considerarmos a variação de velocidade ∆𝑉 em um intervalo de tempo ∆𝑡, e esta média será dada pela razão: 𝐴𝑚 = ∆𝑉 ∆𝑡 Movimento vertical Se largarmos uma pena e uma pedra de uma mesma altura, observamos que a pedra chegará antes ao chão. Por isso, pensamos que quanto mais pesado for o corpo, mais rápido ele cairá. Porém, se colocarmos a pedra e a pena em um tubo sem ar (vácuo), observaremos que ambos os objetos levam o mesmo tempo para cair. Assim, concluímos que, se desprezarmos a resistência do ar, todos os corpos, independente de massa ou formato, cairão com uma aceleração constante:a aceleração da Gravidade. Quando um corpo é lançado nas proximidades da Terra, fica sujeito à gravidade, que é orientada sempre na vertical, em direção ao centro do planeta. O valor da gravidade (g) varia de acordo com a latitude e a altitude do local, mas durante fenômenos de curta duração, é tomado como constante e seu valor médio no nível do mar é: g = 9,80665 m/s² No entanto, como um bom arredondamento, podemos usar sem muita perda nos valores: g = 10 m/s² Equação de Torricelli A Equação de Torricelli é independente do tempo. Ela é desenvolvida a partir da junção da função horária da velocidade com a função horária da posição para o movimento uniformemente variado, ou seja, um movimento que ocorre em linha reta e com aceleração constante. A equação de Torricelli é definida pela fórmula abaixo: 𝑉² = 𝑉𝑜² + 2. 𝑎. ∆𝑆 Em que: V = Velocidade final (m/s) V0 = Velocidade inicial (m/s) a = Aceleração média (m/s²) ΔS = Deslocamento (m) Exemplo: Uma partícula, inicialmente a 2 m/s, é acelerada uniformemente e, após percorrer 8 m, alcança a velocidade de 6 m/s. Nessas condições, qual a sua aceleração, em m/s²? 𝑉² = 𝑉𝑜² + 2. 𝑎. ∆𝑆 6² = 2² + 2. 𝑎. 8 36 = 4 + 16. 𝑎 36 − 4 = 16. 𝑎 32 = 16. 𝑎 𝑎 = 32 16 𝑎 = 2𝑚 𝑠⁄ ² Como vimos na aula anterior, o ramo da Física que estuda o movimento é a mecânica. Na Física, o movimento consiste em uma mudança de posição de um corpo ou de um sistema em relação ao tempo, quando medido por um dado observador num referencial determinado. Sim, estes são novos conceitos, e é justamente por isso que antes de iniciarmos o estudo dos movimentos é importante definirmos e entendermos os seguintes conceitos: Ponto Material É como chamamos um objeto quando desprezamos suas dimensões, ou seja, o tamanho do corpo, quando isto não interfere no estudo do fenômeno; passamos então, a tratá-lo apenas como um ponto. Exemplo: Imagine um avião que decola de São Paulo com destino a Nova York. O tamanho do avião é pequeno se pensarmos na distância entre as duas cidades; por isso, dizemos que as dimensões do avião são desprezíveis, já que não afetam o estudo deste fenômeno. Repouso Dizemos que um objeto está em repouso quando a distância entre o objeto e o referencial não muda no decorrer do tempo. Exemplo: Um carro está estacionado em frente a um prédio. Em relação ao prédio, o carro está em repouso, pois não há mudança na distância entre o prédio e o carro. Movimento Quando, no decorrer do tempo, existe mudança na distância entre o objeto e o ponto de referência, dizemos que há movimento. Exemplo: No exemplo anterior, onde o referencial é o prédio, se o carro começar a se mover, ou seja, se observarmos que a distância entre o prédio e o carro se altera, dizemos que há movimento. Referencial É o ponto ou objeto com que faremos as comparações com outros objetos ou corpos. O referencial é indispensável para sabermos se o objeto estudado está em repouso ou em movimento. Exemplo: Nos exemplos anteriores temos o prédio e a pessoa que dirige como referencial. Se escolhermos o motorista dentro do carro como o novo referencial, não poderemos mais afirmar que o carro está em movimento, pois agora temos um referencial que se move junto com o carro. Isso significa que não há mudança na distância entre o referencial (a pessoa que está dirigindo) e o objeto estudado (o carro). Posição É a distância da origem até um ponto qualquer da trajetória em que se encontra o corpo. Em outras palavras, é o lugar onde se encontra o corpo num dado instante de tempo. Trajetória É o conjunto de posições sucessivas ocupadas por um móvel no decorrer do tempo. Quando dividimos o espaço percorrido pelo tempo gasto para percorrê-lo, obtemos a velocidade média (Vm). No trânsito de cidades e rodovias, nos deparamos com sinalizações que indicam qual a velocidade máxima permitida em determinado trecho. Ultrapassar a velocidade máxima permitida em locais com radares provoca multas e punições previstas no código de trânsito brasileiro. Mas, como o radar calcula a velocidade média do veículo? Os sistemas de radares fixos ou móveis calculam tal velocidade da seguinte forma: são fixados dois pontos de um trecho (A e B, no exemplo abaixo) para que o sistema marque o tempo que o veículo gasta para percorrê-lo. O sistema então divide a distância de A até B pelo tempo que foi gasto percorrendo essa distância, obtendo assim a velocidade média. O referencial pode ser qualquer coisa ou objeto que facilite o entendimento de movimento ou repouso. Figura 21: Ilustração de um trecho com dois pontos fixos: A e B. Podemos utilizar uma fórmula para calcular mais facilmente a velocidade média. 𝑉𝑚 = ∆𝑆 ∆𝑡 = 𝑆 − 𝑆₀ 𝑡 − 𝑡₀ (fórmula para calcular a velocidade média) Em que: Vm: velocidade média. ∆S: variação de espaço. S₀: posição inicial. S: posição final. ∆t: variação de tempo. t₀: tempo inicial. t: tempo final. Exemplo: Uma charrete antiga percorre 45 quilômetros em 0,5 hora (meia hora). Então sua velocidade será: 𝑉𝑚 = ∆𝑆 ∆𝑡 = 45 0,5 = 90𝑘𝑚 ℎ⁄ A velocidade com que a charrete percorreu o percurso de 45 quilômetros foi de 90 quilômetros por hora. Movimento uniforme é qualquer movimento realizado com velocidade constante, ou seja, que tenha a mesma velocidade durante todo percurso. Imagine que o velocímetro (aparelho de medição de velocidade) de um carro de Fórmula 1 mostre três pontos por onde o carro passou, marcando sempre o mesmo valor da velocidade. Pode-se concluir que esse carro de Fórmula 1 possui velocidade constante durante sua trajetória. Isto é o que chamamos de movimento uniforme. Figura 22: Carros de fórmula 1. Função Horária do Movimento Uniforme A função horária é uma função que possui elementos capazes de determinar uma posição de um corpo a certa velocidade em função da passagem do tempo. Essa função, ou seja, a equação do movimento uniforme, é dada por: 𝑆 = 𝑆0 + 𝑉. 𝑡 (fórmula da função horária do movimento uniforme) Em que: S: posição final de um móvel. S0: posição inicial, ou seja, a posição onde o móvel começou o movimento. v: velocidade constante no movimento. t: tempo gasto durante o percurso. Com essa equação é possível desde que tenhamos alguns valores, verificar o tempo gasto, o espaço percorrido e sua velocidade. Exemplo: Qual é a distância que uma bala percorre ao atingir uma parede em 0,5 segundos (s), colocando sua posição inicial igual a zero e sua velocidade constante igual a 1200 metros por segundo (m/s)? Basta substituir os valores na equação da função horária do movimento uniforme e teremos o valor da distância desejada: S: posição final de um móvel (valor desejado) S0: zero (0) v: 1200 m/s t: 0,5 s 𝑆 = 𝑆0 + 𝑉. 𝑡 𝑆 = 0 + 1200.0,5 𝑆 = 600𝑚 Com velocidade constante de 1200 m/s, a distância percorrida pela bala em 0,5 s foi de 600 m. Movimento Progressivo É o movimento em que o móvel se desloca no mesmo sentido da trajetória. No movimento uniforme (UM) não há aceleração. Figura 23: Esquema ilustrativo do movimento progressivo. A velocidade maior que zero (V > 0) indica que o movimento é progressivo. Movimento Retrógrado É o movimento em que o móvel se desloca no sentido contrário ao da trajetória. Figura 24: Esquema ilustrativo do movimento retrógrado. A velocidade menor que zero (V < 0) indica que o movimento é retrógrado. MU – Movimento Uniforme • No movimento uniforme a aceleração é nula (aceleração = 0).• Para encontrar a velocidade média, basta utilizar a equação: 𝑉𝑚 = ∆𝑆 ∆𝑡 • Para encontrar o espaço, usamos a fórmula da função horária: 𝑆 = 𝑆₀ + 𝑉𝑡 Movimento Progressivo • Possui V > 0 (velocidade maior que zero) e está no mesmo sentido da trajetória. É o movimento em que a velocidade do móvel varia no decorrer do tempo, adquirindo aceleração, que nada mais é do que a variação da velocidade no decorrer do tempo. Imagine um caminhão que iniciou seu movimento com uma velocidade de 24,97 quilômetros por hora (Km/h) e aceleração de 1,773 quilômetros por hora ao quadrado (Km/h²). A aceleração significa que o caminhão está aumentando a sua velocidade, ou seja, a cada hora, sua velocidade aumenta em 1,773 quilômetros (Km). Funções Horárias do Movimento Uniformemente Variado Observe abaixo algumas equações horárias do movimento uniformemente variado, sendo “a” a aceleração do móvel. • Equação da aceleração: 𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 = 𝑣₂ − 𝑣₁ 𝑡₂ − 𝑡₁ • Equação da velocidade em função do tempo: 𝑉 = 𝑉0 + 𝑎. 𝑡 • Equação da posição em função do tempo: 𝑆 = 𝑆₀ + 𝑉₀. 𝑡 + 𝑎. 𝑡² 2 Movimento Progressivo • Possui V > 0 (velocidade maior que zero) e está no mesmo sentido da trajetória. Movimento Retrógrado • Possui V < 0 (velocidade menor que zero) e está no sentido contrário da trajetória. Exemplos: a) Uma partícula parte do repouso e em 5 segundos percorre 100 metros. Considerando o movimento retilíneo e uniformemente variado, qual será a aceleração da partícula? Dados: V0 = 0 (repouso) S0 = 0 (repouso) S = 100 m t = 5 s a = ? (valor da aceleração que devemos encontrar) Para calcular a aceleração, podemos utilizar a equação: 𝑆 = 𝑆₀ + 𝑉₀. 𝑡 + 𝑎. 𝑡² 2 100 = 0 + 0.5 + 𝑎. 5² 2 100 = 0 + 0 + 𝑎. 25 2 100 = 12,5. 𝑎 𝑎 = 100 12,5 a = 8 m/s2 b) Qual a velocidade de um carro de fórmula 1 que possui uma aceleração de 50 metros por segundo ao quadrado (m/s²), após 2 segundos (s) partindo do repouso. Para calcular a velocidade desse carro de fórmula 1, basta utilizar a equação da velocidade em função do tempo e substituir os valores. Vejamos: ✓ Se o carro partiu do repouso, sua velocidade inicial é zero (V0 = 0) ✓ A aceleração “a” é de 50 m/s2 e; ✓ O tempo “t” é de 2 s. Substituindo na equação temos: 𝑉 = 𝑉0 + 𝑎. 𝑡 𝑉 = 0 + 50.2 𝑉 = 100𝑚 𝑠⁄ Se o carro partiu do repouso com uma aceleração de 50 m/s², após 2 s, sua velocidade será de 100 m/s, ou seja, a cada segundo, se ele continuar com essa aceleração constante, ele percorrerá 100 metros. Movimento Acelerado Quando velocidade e aceleração estão no mesmo sentido, o módulo da velocidade aumenta com o passar do tempo. Por causa disso, esse movimento é chamado de acelerado, e essas duas grandezas apresentam os mesmos sinais, conforme o representado na seguinte “figura 25”: Figura 25: Esquema ilustrativo do movimento acelerado. Movimento Retardado Quando velocidade e aceleração apresentam sentidos opostos, o módulo da velocidade diminui com o passar do tempo. Nesse caso, esse movimento é chamado de retardado, e essas duas grandezas apresentam sinais opostos conforme na “figura 26”: Figura 26: Esquema ilustrativo do movimento retardado. Quando um motorista aciona os freios de um carro, por exemplo, o movimento executado é do tipo retardado, pois ocorre diminuição de velocidade. https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/freios-abs.htm O que é um Vetor? Vetor é um segmento de reta definido em grandeza, direção e sentido. Definimos vetor como uma representação matemática caracterizada por sempre ter um módulo, direção e sentido. No plano, o vetor é dado entre dois pontos. Veja a “figura 27”, que mostra um vetor no plano cartesiano dado entre dois pontos: o ponto P (X, Y) e a origem no ponto O (0,0). O módulo do vetor é o seu comprimento. MUV – Movimento Uniformemente Variado • Para saber a aceleração usamos a seguinte fórmula: 𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 • Para saber a velocidade em função do tempo usamos a seguinte fórmula: 𝑉 = 𝑉₀ + 𝑎𝑡 • Para saber a posição em função do tempo usamos a seguinte fórmula: 𝑆 = 𝑆₀ + 𝑉₀. 𝑡 + 𝑎. 𝑡² 2 Movimento Acelerado • Velocidade e aceleração estão no mesmo sentido. Movimento Retardado • Velocidade e aceleração apresentam sentidos opostos. Figura 27: Vetor no plano cartesiano. Representação de um Vetor Um vetor é representado matematicamente da seguinte maneira (figura 28). Figura 28: Representação matemática de um vetor. O desenho (figura 28) mostra o vetor V no plano cartesiano. O vetor é representado por uma letra e sempre tem uma pequena seta sobre ela. Todo vetor possui coordenadas. Neste caso o vetor V tem coordenadas X e Y. Direção e Sentido de um Vetor Noção sobre direção Direção é o que determina se uma certa reta r, e posteriormente, o vetor, está na horizontal, vertical ou inclinada. Vejamos a “figura 29”: Figura 29: Retas com direção: horizontal, vertical e inclinada. Noção sobre sentido Numa mesma direção podemos ter dois sentidos possíveis. Por exemplo, veja as figuras abaixo. Na direção horizontal de uma reta temos os sentidos: da direita para a esquerda e da esquerda para a direita. Quando a reta está na direção vertical, teremos os sentidos de cima para baixo e de baixo para cima. Figura 30: Situações indicando o sentido de uma reta. Grandezas Escalares e Grandezas Vetoriais Grandezas escalares É aquela definida pelo seu valor numérico seguida da unidade. Exemplo: Temperatura (40º C), volume (6 L) e massa (240 kg). Grandezas vetoriais Esta, além do valor numérico e da unidade, necessita de direção e sentido para ser definida. Exemplo: Velocidade, deslocamento, força, peso e aceleração. Adição de Vetores Adição de vetores de mesma direção e mesmo sentido Figura 31: Ilustração de vetores de mesmo sentido (adição de vetores de mesmo sentido). Fᵣ = F₁ + F₂ (mesmo sentido: somamos os vetores) Exemplo: Qual é o vetor resultante entre os vetores �⃗� e �⃗⃗� sabendo que Fa (Força de a) é igual a 7 e Fb (Força de b) é igual a 4? Como os vetores �⃗� e �⃗⃗� são de mesmo sentido, logo a resultante entre eles será soma de suas Forças (F). Fᵣ = F₁ + F₂ Fᵣ = 7 + 4 Fᵣ = 11 (força resultante ou módulo da força resultante entre os vetores é igual a 11) Adição de vetores de mesma direção e sentidos contrários Figura 32: Ilustração de vetores de sentidos opostos (adição de vetores de sentidos opostos). Fᵣ = F₁ + (-F₂) Fᵣ = F₁ - F₂ (sentidos opostos: subtraímos os vetores) Exemplo: Qual é o vetor resultante entre os vetores �⃗� e �⃗⃗� sabendo que Fa (Força de a) é igual a 7 e Fb (Força de b) é igual a 4? Como os vetores �⃗� e �⃗⃗� são de sentidos opostos, logo a resultante entre eles será a subtração de suas Forças (F). Fᵣ = F₁ - F₂ Fᵣ = 7 - 4 Fᵣ = 3 (força resultante ou módulo da força resultante entre os vetores é igual a 3) Módulo de um vetor É o valor numérico assumido pelo vetor. 1. Uma partícula parte do repouso e em 10 segundos percorre 200 metros. Considerando o movimento retilíneo e uniformemente variado, podemos afirmar que a aceleração da partícula é de: a) 8 m/s2. b) 4 m/s2. c) 20 m/s2. d) 4,5 m/s2. e) Nenhuma das anteriores. 2. Um ciclista parte do repouso (velocidade inicial igual a zero) e, após 20 s sua velocidade é de 10 m/s. Qual é a aceleração do ciclista? a) 0,10 m/s². b) 0,15 m/s². c) 0,20 m/s².d) 0,25 m/s². e) 0,5 m/s². 3. São grandezas escalares todas as quantidades físicas a seguir, EXCETO: a) Massa do átomo de hidrogênio. b) Intervalo de tempo entre dois eclipses solares. c) Peso de um corpo. d) Densidade de uma liga de ferro. e) Volume de uma caixa d’água. Vídeos: ✓ COMO ENTENDER O MOVIMENTO UNIFORME? | QUER QUE DESENHE? | DESCOMPLICA https://youtu.be/UbRS2iHt-uo ✓ TUDO que VOCÊ PRECISA SABER sobre VETORES https://youtu.be/qJkGig3_M_M ✓ Aprenda a CALCULAR a VELOCIDADE MÉDIA | CINEMÁTICA https://youtu.be/G92wM5vkk2s https://youtu.be/UbRS2iHt-uo https://youtu.be/qJkGig3_M_M https://youtu.be/G92wM5vkk2s QUESTÃO ALTERNATIVA 1 B 2 E 3 C BONJORNO, José Roberto; RAMOS, Clinton Márcio. Física – História & Cotidiano. São Paulo: FTD, 2005. SILVA, Claudio Xavier da; FILHO, Benigno Barreto. Física aula por aula: Mecânica. 1ª Ed. São Paulo: FTD, 2010. BONJORNO, Regina Azenha. Física fundamental: 2º grau. Volume único. São Paulo: FTD, 1993. BONJORNO, José Roberto; RAMOS, Clinton Márcio. Física – História & Cotidiano. São Paulo: FTD, 2005. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física 1, 8ºed. Livros Técnicos e Científicos Editora S/A, 2008. SEARS, F.W., ZEMANSKY, M.W. e YOUNG, H.D. Física – Vol. 1. ✓ TUDO que VOCÊ PRECISA SABER sobre VETORES https://youtu.be/qJkGig3_M_M ✓ Aprenda a CALCULAR a VELOCIDADE MÉDIA | CINEMÁTICA https://youtu.be/G92wM5vkk2s https://youtu.be/qJkGig3_M_M https://youtu.be/G92wM5vkk2s Telefone (61) 3083 9800 Endereço Módulo I, Lotes 20/24, Residencial Santa Maria, Santa Maria – DF http://www.colegiopolivalente.com.br/ http://www.colegiopolivalente.com.br/