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Ordem de Grandeza ............................................................................................. 01 Sistema Internacional de Unidades ...................................................................... 02 Vetores .................................................................................................................. 03 Fundamentos da Cinemática ................................................................................ 05 Movimento Uniforme ............................................................................................. 06 Movimento Circular Uniforme ............................................................................... 07 Lançamento de Projéteis ...................................................................................... 08 As Principais Forças mecânicas ........................................................................... 09 Força de Atrito ...................................................................................................... 11 Dinâmica do Movimento Circular ......................................................................... 12 Conceituação de Trabalho ................................................................................... 13 Energia e Teorema de Energia Cinética .............................................................. 14 Energias Potencial e Elástica .............................................................................. 15 Sistemas Conservativos e Potência .................................................................... 16 Impulso, Quantidade de Movimento e Colisões .................................................. 18 Estática ................................................................................................................ 20 Gravitação ........................................................................................................... 21 Eletrostática - Carga, Força e Campo ................................................................. 22 Trabalho, Energia e Potencial ............................................................................. 25 Eletrodinâmica - Corrente, Potência e Resistores .............................................. 26 Eletromagnetismo - Campo Elétrico ................................................................... 28 Eletromagnetismo - Força e Indução .................................................................. 30 Termometria ........................................................................................................ 31 Calorimetria ......................................................................................................... 32 Propagação de Calor .......................................................................................... 34 Termodinâmica ................................................................................................... 35 Reflexão e Espelhos Planos ............................................................................... 39 Espelhos Esféricos ............................................................................................. 40 Refração ............................................................................................................... 43 Óptica da Visão e Instrumentos Ópticos ............................................................... 44 MHS - Movimento Harmônico Simples ................................................................. 46 Ondas – Conceitos Fundamentais ........................................................................ 49 Reflexão, Refração e Difração .............................................................................. 51 Ressonância, Polarização e Efeito Doppler ......................................................... 53 Acústica ................................................................................................................ 54 Os números muito grandes ou muito pequenos podem ser escritos através de um produto da forma: onde sendo b um número inteiro, portanto denominamos essa representação de notação científica. Física Ordem de Grandeza Notação Científica: Exemplos: A distância entre aqueles planetas é de 500000000000 Km Notação científica: 5x10^11 Ordem de Grandeza: A ordem de grandeza é uma estimativa produzida através da base de 10. Ou seja, não há um valor exato. Se a é menor que √10 , então então a O.G. será igual a 10^b Se a é maior que √10 , então então a O.G. será igual a 10^b+1 Para manter a didática. Consideramos a √10 como aproximadamente 3,16. M A P E A R O E N E M Grandeza é tudo aquilo que pode ser medido. SI ou Sistema Internacional, consiste nas unidades padrões adotadas para as medidas das grandezas. Física Grandezas: Sistema Internacional de Unidades Na prática: Comprimento: no SI, a unidade padrão é o metro. Massa: no SI, a unidade padrão é o quilograma. Tempo: no SI, a unidade padrão é o segundo. Sempre que formos desenvolver um exercício e não houver referência direta à exigência de unidades fora do padrão. É necessário adotarmos as medidas do SI. Os prefixos: Os prefixos surgem como uma ferramenta para abreviação de dígitos numéricos. Exemplo: "Há uma tonelada" é uma abreviação para dizer que "há mil quilos". Os prefixos: Giga = 10^9 Mega = 10^6 Kilo (quilo) = 10^3 Hecto = 10^2 Deca = 10^1 Deci = 10^-1 Centi = 10^-2 Mili = 10^-3 Micro = 10^-6 Nano = 10^-9 Pico = 10^-12 M A P E A R O E N E M Física VetoresM A P E A R O E N E M Grandezas Vetoriais: São aquelas que quando definidas o módulo, torna-se necessário o estabelecimento de especificações de sentido, direção... São exemplos: velocidade, força, aceleração. Método do paralelogramo: Neste método. Traçamos os dois vetores, A e B. E entre eles, o vetor Resultante; Afim de unir as extremidades. Observe abaixo: Grandezas Escalares e Vetoriais: Grandezas Escalares: São aquelas que quando definidas o módulo, torna-se compreensível sem a necessidades de especificações de sentido, direção... São exemplos: tempo, temperatura, volume, área. Soma de Vetores: O mais recorrente na Soma de Vetores: Dois vetores perpendiculares: Nestes casos, é usado pitágoras para somar os vetores. Física VetoresM A P E A R O E N E M Casos Especiais: Dois vetores com ângulo diferente de 90º: Dois vetores na mesma direção, mas sentidos opostos: Dois vetores na mesma direção e sentido: Física Fundamentos da cinemáticaM A P E A R O E N E M A razão entre a distância percorrida por determinado corpo, e o tempo que o corpo levou para percorrer essa distância. V=ΔS/Δt Na matemática, utilizamos o Δ para representar a variação. Ou seja, a informação final - a inicial. Consideramos Instante, todo aquele tempo medido, quando considerado, instantaneamente. Ou seja, em um momento exato. Exemplo, aquele ônibus partiu às 17:00 - abstraímos que o INSTANTE de partida do ônibus fora às 17:00 Intervalo de tempo, é todo aquele tempo medido através do Δ, anteriormente citado. Ou seja, a diferença entre instantes. Exemplo. O ônibus partiu às 17:00 e chegou às 19:00 - abstraímos que seu Δ é 2 horas - 19-17. Posição Definimos posição, na física, uma grandeza vetorial. Ou seja, uma grandeza que necessita ser amparada em referenciais. A posição de um corpo indica onde ele se localiza em relação a determinado ambiente, coisa, pessoa. No plano cartesiano, conseguimos estimar a posição de um corpo através das coordanas (x,y). Logo, sua posição dependeria, neste caso, das referências coordenadas. Movimento e Repouso Definimos movimento, na física, sempre que um corpo tiver uma velocidade diferente de zero. Seja velocidade vertical ou velocidade horizontal. Definimos como repouso, aquelas situação onde a velocidades de um corpo é nula, ou seja, zero. Variação do Espaço ou Distância Percorrida. A variação do Espaço é o mesmo que o ΔS. Ou seja, a diferença entre a posiçãofinal e a inicial de um corpo. E este resultado, representa, também, a distância percorrida pelo corpo. Velocidade Média: Instante e Intervalo de tempo: Observações importantes: quando estudamos o Sistema Internacional de unidades, vimos que a unidade padrão para a velocidade é metros/segundo. Logo, é válido sabermos como converter m/s e km/h. Física Movimento Uniforme M A P E A R O E N E M Movimento Uniforme M.U. Movimento Uniforme: Velocidade constante e diferente de zero. Função Horária das Posições: Gráficos do M.U. Física Movimento Circular Uniforme (MCU) É aquele no qual um móvel percorre uma trajetória circular, com velocidade de módulo constante (por isso uniforme). E é um movimento periódico, pois a trajetória acontecerá repetitivamente; Período (T): É o tempo que o corpo leva para realizar um ciclo na trajetória circular; Frequência: É referente a quantos ciclos o corpo consegue realizar em determinada quantidade de tempo - exemplo, se a frequência é 10 hz, significa que o corpo realizou 10 ciclos em 1 segundo. Fórmula da frequência em relação ao período: f=1 / T Velocidade angular ω: Ela mede o número de radianos percorridos em 1 segundo, é uma medida do ângulo que o móvel girou na trajetória no intervalo de tempo considerado. Fórmulas da velocidade angular: Δθ / Δt V=ωR V=2πRf ω é medido em radianos/segundos (rad/s). Introdução: Aceleração centrípeta: há aceleração no MCU. Em um movimento curvilíneo, podem haver duas acelerações, a tangencial e a centrípeta . Aceleração tangencial: é responsável por alterar o módulo da velocidade. Assim, ela está sempre na mesma direção da velocidade instantânea (direção tangencial), no mesmo sentido (acelerando) ou em sentido oposto (retardando, como na figura acima). No MCU ela não está presente, pois o módulo da velocidade não se altera. Aceleração centrípeta: está sempre normal (perpendicular) à tangencial e à velocidade, e sua função é alterar a direção do vetor velocidade. Ela está sempre apontando para o centro de curvatura da trajetória (direção radial, no caso do MCU, para o centro da circunferência). Fórmula da aceleração centrípeta: |acp|=V^2 / R Função horária da posição no MCU - Similar ao MRU, basta substituir S por θ e V ω por Portanto: θ=θ0+ωt HORIZONTAL: Ângulo de lançamento = zero; Vox = diferente de zero; Voy = zero, não existe; COMPOSIÇÃO DOS MOVIMENTOS: VERTICAL: M.U.V.; QUEDA LIVRE; HORIZONTAL: M.U.; ALCANCE = Deslocamento = S OBLÍQUO: Ângulo de lançamento = diferente de zero; No ponto mais alto, apenas a Vy = zero; COMPOSIÇÃO DOS MOVIMENTOS: VERTICAL: M.U.V.; LANÇAMENTO VERTICAL; HORIZONTAL: M.U.; ALCANCE = Deslocamento = S Física Lançamento de ProjéteisM A P E A R O E N E M Lançamentos Massa (m) além de ser proporcional à quantidade de matéria, também é uma medida indireta da inércia, pois implica em quanta força é necessária para alterar o estadoinicial de inércia do corpo; Quanto maior a massa de um corpo, maior será sua inércia; Grandeza escalar; Para um mesmo corpo, é uma grandeza invariável, não dependendo do lugar onde ele se encontra; No SI é medida em kg. Peso: É uma força de atração gravitacional entre a Terra (ou outro planeta qualquer) e um corpo de massa m; Para um mesmo corpo, é uma grandeza variável, pois depende da gravidade, g, do planeta em que o corpo se encontra; Tem direção da reta que une o centro de gravidade do corpo ao centro do planeta; Física Principais Forças da MecânicaM A P E A R O E N E M Peso/Massa: Lei de Hooke (Força Elástica): é uma força de restituição, isto é, ela sempre é oposta à deformação x causada no corpo em questão. Esta força respeita a lei de Hooke: Fel = k.x Onde K é a constante elástica da mola (ou do elástico) e deve ser medido em N/m, sendo x , medido em m, e Fel, medida em N, no SI. Força Elástica/Molas: Força Normal N: Surge devido o contato entre o corpo e a superfície; Sua representação vetorial, sobre o corpo, é perpendicular (90°) à superfície, por isso recebe o nome de normal e o sentido é para fora da superfície, contra a compressão. Observe a figura: 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. Objeto sobre uma mesa horizontal; Objeto sobre um plano inclinado sem atrito; Força Tração T: É uma força de contato, ocasionada por um fio, e surge quando ele estiver esticado (tracionado); A representação vetorial é na direção do fio e no sentido de quem puxa (traciona o fio); Fio ideal é inextensível e tem massa desprezível, dessa forma a intensidade da força tração é transmitida integralmente por todo fio. Homem puxando um carro através de um fio: Lustre Física Principais Forças da MecânicaM A P E A R O E N E M Força Normal/Tração: 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. O Atrito Estático: antes de haver movimento entre os corpos, atua o atrito estático, na intensidade necessária para evitar movimento entre os mesmos. O módulo da força de atrito estático pode ser calculado por: Fat = Força de Atrito (N); ue = coeficiente de atrito estático; FN = Força Normal entre corpos em contato; Atrito dinâmico: após iniciado o movimento entre os corpos, passa a atuar o atrito dinâmico. O módulo da força de atrito dinâmica é sempre calculado por: FatC = Força de Atrito cinético; uc = coeficiente de atrito cinético; Fn = Força Normal entre corpos em contato; Força de Atrito: Gráficos em Força de Atrito: M A P E A R O E N E M 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. Obs: 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. Física Dinâmica do Movimento Circular Resultante Centrípeta: M A P E A R O E N E M Em Física, o trabalho mede a quantidade de energia que fornecemos ou retiramos de um corpo quando, devido a uma força, ele efetua um deslocamento. T = F.d.cosO T= Trabalho (Joule) J; F= Força (Newton) N; cosO= cosseno do ângulo O formado entre a força e a distância; Em situações onde as únicas referências de força e distância que você possui são apresentadas em um gráfico. O trabalho pode ser calculado através da ÁREA do gráfico (Força x distância). Física Conceituação de Trabalho Trabalho: M A P E A R O E N E M 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. Unidade: J (joules) Teorema da Energia Cinética É válido para um sistema conservativo ou não, onde a força resultante realiza um trabalho total equivalente à variação da energia cinética. Unidade: J (joules) Física Energia e Teorema da Energia Cinética Energia Cinética: M A P E A R O E N E M Energia Potencial Gravitacional: Energia Potencial Elástica: A energia gasta ao levantar um corpo desde o solo até uma altura 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, define-se então a energia potencial gravitacional de um corpo como sendo o trabalho realizado contra a força gravitacional ao deslocá-lo desde o solo (ponto de referência) até a altura considerada. Física Energias Potenciale Elástica Define-se a energia potencial elástica, como o trabalho realizado ao se deformar a mola (ou outro corpo) de um valor (de deformação). M A P E A R O E N E MFísica Sistemas Conservativos e Potência; É a soma das energias cinética, potencial gravitacional e potencial elástica: Emecânica = Epotelástica+Epotgravitacional+Ecinética São aqueles onde não ocorre dissipação de energia mecânica. A energia cinética Ec, a energia potencial Ep e energia potencial elástica Eel podem ser variáveis, mas sua soma, que é a energia mecânica, é constante (é sempre a mesma em cada ponto). Esta conservação existe quando ele se move somente sob ação de forças conservativas (força peso, elástica, elétrica, etc.). Neste caso, então: Energia Mecânica em S. Conservativos: Energia Mecânica em S. não Conservativos: São sistemas em que há trabalho realizado por forças dissipativas (força de atrito, força de 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. Em todo sistema dissipativo, o trabalho das forças não conservativas (força de atrito, força de resistência do ar, etc.) é igual à energia total dissipada, ou seja, é igual à variação da energia mecânica M A P E A R O E N E M A potência de uma força corresponde à rapidez com que o trabalho é realizado, ou seja, com que a energia é transformada. Potência instantânea Como em um sistema real a energia total Et de um sistema nunca é convertida integralmente em energia útil, há sempre uma dissipação Ed. Podemos então calcular o rendimento observando a parcela da energia total efetivamente convertida em energia útil: Física Sistemas Conservativos e Potência; Potência e Rendimento: M A P E A R O E N E M Suponha que uma força constante atue em uma partícula, durante um intervalo de tempo. Por definição, chama-se se impulso da força constante o vetor. Se a força que atua em uma partícula durante certo intervalo de tempo não for constante, o cálculo ocorre por meio de cálculo de área de gráficos como o exemplo a seguir: O momento linear ou quantidade de movimento de uma partícula é uma grandeza vetorial dada pelo produto da massa dessa partícula por sua velocidade. Assim, adotando o conceito intuitivo, a quantidade de movimento ou momento linear de um móvel é a quantidade de matéria em movimento. No Sistema Internacional, obtém-se a unidade de medida da quantidade de movimento multiplicando a unidade de massa kg pela de velocidade m/s, portanto kg. m/s. Daí se conclui que um pacote de açúcar lançado com velocidade de 1 m/s tem momento linear de módulo 1 kg. m/s. Esse vetor quantidade de movimento possui as seguintes características: Física Impulso, Quantidade de Movimento e Colisões Impulso: Quantidade de Movimento: M A P E A R O E N E M Sistema Isolado De Forças Externas: Um sistema formado por vários corpos ou pontos materiais é considerado isolado, quando: Sobre ele não atuam forças externas. Exemplo: um astronauta no espaço, fora do campo de ação gravitacional de qualquer corpo celeste (força peso nula) e no vácuo (não existem forças resistivas); Sobre ele agem forças externas, mas a intensidade da força resultante (soma vetorial de todas as forças externas que agem sobre ele) é nula. Exemplo: um corpo se deslocando, sem atrito, sobre uma superfície plana horizontal e em movimento retilíneo e uniforme e nesse caso não existem forças horizontais (MRU) e as verticais e se anulam; As forças externas existem, mas suas intensidades são muito pequenas (praticamente desprezíveis) quando comparadas com as forças internas, que são muito grandes. Exemplos: explosões, disparos, choques, etc. Neste caso, há conservação da quantidade de movimento total do sistema analisado: Nas colisões e choques mecânicos, a intensidade das forças internas é geralmente muito mais significativo do que das forças externas. Assim, os efeitos das forças externas podem ser desprezados em comparação com as forças internas. É o que acontece, por exemplo, durante explosões e colisões. As interações rápidas constituem um sistema isolado. Portanto, a quantidade de movimento no instante imediatamente anterior e posterior ao choque ou colisão é constante. O impulso da força resultante de um sistema de forças que age sobre um corpo é igual à variação da quantidade de movimento do corpo". Física Impulso, Quantidade de Movimento e Colisões Teorema do Impulso: Sistema Mecanicamente Isolado: Colisões e Choques Mecânicos: P E A R O E N E M Estática de um Ponto Material: 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 M.R.U.. Se a velocidade resultante também é nula, o corpo está em equilíbrio estático. Física Estática Momento de uma Força: É a capacidade dessa força de provocar o giro ou a tendência de giro de um objeto em torno de um eixo. M = F.x 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. A unidade de medida é N. m. M A P E A R O E N E M Leis de Kepler: 1ª Lei de Kepler: Lei das órbitas, esta lei 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. 2ª Lei de Kepler: Lei das Áreas, o vetor raio que une o sol a um planeta varre áreas iguais no plano da órbita em tempos iguais. Área varrida A é proporcional ao tempo t, ou seja: A1 = área varrida 1 A2 = área varrida 2 t = tempo para varrer a área 1 t2 = tempo para varrer a área 2 3ª Lei de Kepler: Lei dos períodos menciona que o quadrado do período da órbita de um planeta é proporcional ao cubo do raio médio da elipse orbital descrita por esse planeta. Em termos matemáticos: Onde é K é a 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. As leis de Kepler valem também para o movimento de satélites ao redor dos planetas. Nesse caso, o corpo central é o próprio planeta. Como Kepler descreveu o movimento dos corpos celestes sem relacioná-los às suas causas, pode-se afirmar que ele estudou a cinemática do movimento planetário. F = força de atração entre dois corpos de massas m1 e m2; G = constante de gravitacional universal (constante para qualquer meio); d = distância entre os corpos; Leis da Gravitação Universal de Newton: Física Gravitação 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. Quantização de 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 = n.e 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.M A P E A R O E N E M 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). 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. Atrito: dois corpos encontram-se inicialmente neutros, após a fricção eles estarãoeletrizados com cargas de sinais contrários. Assim, diz-se que 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. Física Eletrostática: Carga, Força e Campo Carga Elétrica: Processos de Eletrização: M A P E A R O E N E M 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. Contato: Processo de eletrização de 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. A 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: constante eletrostática (N. m²/C²). Física Eletrostática: Carga, Força e Campo Processos de Eletrização: Lei de Coulomb: Linhas de Campo: Campo Elétrico: É capaz de produzir uma força elétrica numa carga de prova colocada na região onde ele atua. Definimos o campo elétrico como o vetor, tal que: E: Campo Elétrico; F: Força Elétrica; q: Carga elétrica; M A P E A R O E N E M 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; maior intensidade do campo, quanto mais perto as linhas de força estiverem entre si; duas linhas de força de uma mesma carga nunca se cruzam. Cargas isoladas puntiformes formam campos radiais, que são convergentes ou divergentes. Física Eletrostática: Carga, Força e Campo Campo Elétrico - Interações Cargas elétricas de mesmo sinal: Cargas elétricas de sinais opostos: M A P E A R O E N E M 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. A diferença de potencial elétrico entre as placas é dada por: U = d.E d= distância entre os pontos A e B; E = valor do módulo do campo elétrico uniforme. 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. Física Trabalho, Energia e Potencial Trabalho, Energia e Potencial Trabalho: O trabalho realizado pela força elétrica sobre a carga de prova é dado pela equação. Energia: Considere uma carga elétrica colocada num ponto de um campo elétrico. Ela adquire energia potencial elétrica Epel. M A P E A R O E N E M Cálculo da intensidade da corrente elétrica: Define-se corrente elétrica como a razão entre quantidade de carga que atravessa certa secção transversal do condutor num intervalo de tempo. A unidade de medida é Coulomb por segundo (C/s), chamado de ampère (A) no Sistema Internacional em homenagem ao físico e matemático francês André-Marie Ampère. I= corrente (Ampere - A) Q = quantidade de carga (Coulomb - C) t = variação do tempo (segundos - s) Física Eletrodinâmica - Corrente, Potência e Resistores Corrente Elétrica: Lei de Ohm: Simbologia - Circuito elétrico: Gráfico Tensão Elétrica X Corrente Elétrica: Nos resistores ôhmicos (que obedecem às leis de Ohm) a representação gráfica da relação entre tensão e corrente é linear (uma reta) e passa pela origem (zero). Resistores que não tem esta característica são chamados de não-ôhmicos. M A P E A R O E N E M 1º Lei de Ohm: Resistência elétrica é a dificuldade encontrada pela corrente elétrica para atravessar um resistor ou um condutor. R= Resistência; U= Tensão (volts - V); i - corrente (Ampere - A) R=U/i 2ª Lei de Ohm: mostra que a resistência elétrica R de um material é diretamente proporcional ao produto de sua resistividade elétrica ρ pelo seu comprimento L e inversamente proporcional à área A da seção transversal do condutor. Associação em sério: Todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica; A d.d.p. total entre os terminais da associação é a soma das d.d.p. 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: 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 d.d.p.. Física Eletrodinâmica - Corrente, Potência e Resistores Lei de Ohm: Potência Elétrica e Efeito Joule Associação de Resistores: Inseparabilidade dos polos de um ímã (domínios magnéticos de Weiss). Como não existem monopolos magnéticos, ou seja, polos magnéticos isolados (só Norte ou só Sul), quando um ímã se quebra ou é cortado, dá origem a novos ímãs, como mostra a figura abaixo: Campo magnético da Terra: Considera-se o planeta Terra um ímã gigantesco. Atribui-se o magnetismo terrestre a enormes correntes elétricas que circulam no núcleo do planeta (região chamada nife), que é constituído de ferro e níquel no estado líquido, em razão das altas temperaturas e das correntes de convecção. Então, diz-se que: Quando a agulha magnética aponta para uma região próxima do Polo Norte geográfico é porque nela existe um polo sul magnético; Quando aponta para uma região próxima do Polo Sul geográfico é porque nela existe um polo norte magnético.M A P E A R O E N E M É a região do espaço na qual um pequeno corpo de prova (carga elétrica q) fica sujeito à ação de uma força de origem magnética. Características dos Ímãs: Atraem principalmente Ferro, Níquel, Cobalto e outras ligas metálicas como o aço. (Ímã natural: magnetita: Fe3 O4); Possuem dois polos distintos: Norte e o Sul; 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. Polos magnéticos de mesmo nome repelem-se e de nomes contrários se atraem. Física Eletromagnetismo - Campo Elétrico Conceitos Básicos: M A P E A R O E N E M Intensidade: Experimentalmente, verifica-se que a intensidade do campo magnéticocriado por uma corrente ao passar por um fio longo e reto é proporcional à intensidade de corrente que o atravessa e inversamente proporcional à distância do ponto até o fio. uo= permeabilidade magnética do meio onde o fio está inserido. No vácuo esse valor é B= Campo magnético medido em tesla (T). R = raio da espira (metros - m); n = número de espiras; Direção e sentido - Regra da Mão Direita: Na regra da mão direita considera-se o dedo polegar representando a corrente elétrica e os demais dedos (que contornam o fio) representando o sentido do campo magnético. Física Eletromagnetismo - Campo Elétrico Campo Magnético Gerado por Fio Campo Magnético Gerado por Espira: M A P E A R O E N E M Uma carga elétrica q em movimento numa região de campo magnético B, deslocando-se com velocidade v, sofre ação de uma força magnética caracterizada por ser perpendicular ao vetor velocidade e ao vetor campo magnético. A direção e o sentido representam-se pela regra da mão esquerda. Fio reto: Considerando que váriascargas 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: Física Eletromagnetismo - Força e Indução Regra da Mão Esquerda: Lei de Faraday M A P E A R O E N E M Temperatura: Mede o grau de agitação (energia cinética) das moléculas de um corpo. Calor: É a energia térmicaem movimento, sempre no sentido do corpo que tem temperatura maior para o corpo que tem menor temperatura. Equilíbrio térmico: Quando corpos distintos que possuem diferentes temperaturas entram em contato, trocam energia até que fiquem com a mesma temperatura. Quando isso acontece, dizemos que eles atingiram o equilíbrio térmico. Física Termometria Na escala Celsius, ao pegarmos um termômetro e colocarmos em contato com gelo fundente, ao nível do mar e esperarmos o equilíbrio térmico, caso seja de mercúrio, este acusará 0°C. Colocando esse mesmo termômetro em contato com água fervente (ebulição), ao nível do mar, o termômetro receberá calo até atingir o equilíbrio térmico, durante o processo ocorrerá expansão do mercúrio e esse novo comprimento corresponderá a temperatura de 100° C. Quando temos dois valores de referência, denominamos essas temperaturas de pontos fixos: Temperatura de fusão da água / ponto de gelo (PF) T = 0°C Temperatura de ebulição da água / ponto de vapor (PE) T = 100°C Introdução: Escalas de Temperatura: Escalas de Temperatura: M A P E A R O E N E M Calor especifico sensível (c) é a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura em um grau, de uma unidade de massa. Apenas a temperatura da substância varia. Mudança de Estado Físico e Calor Latente de Transformação Mudanças de estado físico: Fusão:passagem do estado sólido para o liquido; Vaporização:passagem do estado liquido para o gasoso. Evaporação:velocidade mais lenta; Ebulição: velocidade média; Calefação: velocidade mais rápida. Liquefação (Condensação): passagem do estado gasoso para o liquido; Solidificação: passagem do estado liquido para o sólido; Sublimação: passagem do estado sólido para o gasoso, e vice-versa. Física Calorimetria Calor Específico: M A P E A R O E N E M O Calor latente (L) é a quantidade de calor necessária para alterar o estado físico de um corpo, sem alterar sua temperatura. Física Calorimetria Calor latente: Trocas de Calor sem Mudança de Estado Físico: Sistema isolado:onde não há troca de calor com o ambiente. Quando corpos de temperaturas diferentes estão em um sistema isolado, eles trocam de energia até alcançar a temperatura de equilíbrio. Como não há perda ou ganho de calor com o ambiente, todo calor perdido de um corpo é recebido por outro corpo desse mesmo sistema isolado. Ou seja, a somatória da quantidade de calor de um sistema isolado é igual a zero. Calorímetro é um equipamento utilizado como ambiente para o estudo a troca de calor de corpos de temperaturas diferentes. Ele pode ser ideal (quando isola o sistema) ou não. Trocas de Calor com Mudança de Estado Físico: Acontece quando um dos corpos do sistema tem energia suficiente para alterar o estado físico do outro corpo. Estamos trabalhando em um sistema isolado, então ainda temos que: Como estamos supondo uma troca de calor com mudança de estado físico, teremos que considerar nos corpos do sistema que apresentarem a mudança, o seu calor latente. M A P E A R O E N E MFísica Condução: É a transmissão de energia de entre moléculas que compõe um sistema. Exemplo: Ao esquentar uma barra de metal em uma das pontas, a barra esquenta gradativamente até aquecer o outro extremo. Convecção: Ocorre com o fluxo de mudança de densidade pela temperatura. Quando em um mesmo sistema temos densidades diferentes, a região mais quente é menos densa e tende a subir enquanto que a região mais fria é mais densa e tende a descer. Essa movimentação gera o que chamamos de corrente de convecção. Ex: Esquentar um líquido em uma panela, refrigeração da geladeira. Irradiação: Transfere energia através de ondas eletromagnéticas. É o único meio que não precisa de um meio material para se propagar. Ex: raios do sol, microondas. Em regime estacionário ou permanente, isto é, quando um corpo está em contato térmico em suas extremidades, com dois meios em temperaturas diferentes e constantes, o calor flui espontaneamente da extremidade “quente”, maior temperatura, para extremidade “fria”, menor temperatura, com fluxo de calor constante, representado pela letra grega φ. Exemplo: Na figura abaixo, colocamos uma barra condutora em contato térmico em suas extremidades, com vapor de água a 100° C e gelo mais água a 0°C. Para garantir que não haverá perda de energia térmica para o meio externo cobrimos a barra com lã de vidro (isolante térmico). lembre-se que esse valor é constante no regime estacionário. Unidade (cal/s, J/s = W, cal/min, J/min, ...); Q, representa a quantidade de calor conduzida (cal, J); t representa o intervalo de tempo (s, min, h);Propagação do Calor Processos de Transferência de Calor: Condução - Equação de Fourier: M A P E A R O E N E M Transformação Isobárica: quando a Pressão é constante e o Volume e a Temperatura são variáveis. Supomos que um gás esteja em uma condição inicial e sofre uma transformação que o deixa em uma condição final. Sabendo que o número de moléculas e a constante universal dos gases não são alteradas, e considerando a Equação de Clapeyron, deduzimos a Equação geral dos gases. Sejam: i: condição inicial; o: condição final. OBS: a Temperatura da Equação geral dos gases tem que ser sempre na escala Kelvin (K). Equação Geral dos Gases: FísicaLeis da Termodinâmica Transformações Gasosas: Transformação Isovolumétrica/Isométrica/Isocórica: quando o Volume é constante e a Pressão e a Temperatura são variáveis. Transformação Isotérmica: quando a Temperatura é constante e o Volume e a Pressão são variáveis. Trabalho de um Gás: Considere um gás contido em um recipiente fechado por um êmbolo móvel. Ao aumentar a temperatura no recipiente, o volume aumenta também, deslocando o êmbolo e realizando trabalho. M A P E A R O E N E M Gráfico PxV FísicaLeis da Termodinâmica 1ª Lei da Termodinâmica Considere um gás contido em um recipiente fechado por um êmbolo móvel. Ao aumentar a temperatura no recipiente, o volume aumenta também, deslocando o êmbolo e realizando trabalho. Transformação Isométrica:Transformação Isobárica: FísicaLeis da Termodinâmica Transformação Isométrica: M A P E A R O E N E M FísicaLeis da TermodinâmicaM A P E A R O E N E M Transformação Adiabática: Máquinas Térmicas e Rendimentos: 2ª Lei da Termodinâmica: M A P E A R O E N E M Definições: Reta normal: É a reta perpendicular à superfície no ponto de incidencia; Ângulo de incidência (i): é o ângulo entre o raio incidente e a reta normal; Ângulo de reflexão (r): é o ângulo entre a normal e o raio refletido. Leis da reflexão: 1ª Lei: Raio incidente, raio refletido e a reta normal são coplanares; 2ª Lei: ângulo de incidência = ângulo de reflexão Espelhos planos: A imagem de um objeto refletido em um espelho plano será: Virtual (“atrás” do espelho); Direita (mesma posição em relação ao objeto); Mesmo tamanho; Mesma distância do espelho; Enantiomorfa (sentido direita-esquerda invertido em relação ao objeto). Campo de Visualização: FísicaReflexão e Espelhos Planos Reflexão - Leis / Espelho Plano: 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: Identificar onde está localizada a imagem do observador; Traçar retas a partir das extremidades do espelho até a imagem observador; Fazer prolongamentos das retas do passo anterior, no lado do observador. Essas retas serão o limite do campo visual. M A P E A R O E N E M Espelhos esféricos são espelhos que possuem a forma de uma calota esférica.Eles podem ser: Côncavo: o lado espelhado é como se fosse o lado interno da esfera; Convexo: o lado espelhado é como se fosse o lado externo da esfera. Elementos: 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 optico: é a reta que passa pelo centro de curvatura e o vértice do espelho. Raios notáveis: Todo raio paralelo ao eixo ótico que reflete o espelho esférico, incide sobre o foco; FísicaEspelho Esférico Reflexão - Introdução / Raios Notáveis Raios notáveis: Todo raio que incide sobre o centro de curvatura reflete um raio sobre ele mesmo; Raios notáveis: Todo raio que incide sobre o vértice reflete um raio simétrico em relação ao eixo principal. Determinação Gráfica da Imagem: Característica da imagem: A imagem é formada no encontro dos raios notáveis. Ela possui as seguintes aracterísticas: Natureza: Virtual ou real; Orientação: Direita ou invertida em relação ao objeto; Tamanho: Maior, menor ou igual em relação ao objeto. M A P E A R O E N E M Posição do objeto no espelho côncavoAntes do centro de curvatura: Imagem real, invertida e menor. No centro de curvatura: Imagem real, invertida e igual. No foco:Imagem imprópria: os raios notáveis são paralelos e não formam imagem. Depois do foco: Imagem virtual, direita e maior. FísicaEspelho Esférico Posição do objeto no espelho côncavo: Posição do objeto no espelho convexo: No espelho convexo a imagem terá a mesma característica, independente da posição do objeto.Imagem virtual, direita e menor. Reflexão: Determinação Analítica da Imagem: M A P E A R O E N E MFísicaEspelho Esférico Reflexão: Determinação Analítica da Imagem: M A P E A R O E N E M Definições: Ângulo de incidência (i): é o ângulo entre o raio incidente e a reta normal; Ângulo de refração (r): é o ângulo entre a normal e o raio refratado. Índice de Refração: Ao mudar de um meio para o outro, existe também uma mudançade velocidade. Podemos medir essa diferença através do índice de refração. Sejam: N: índice de refração do meio; c: a velocidade da luz no vácuo (3x10^8m/s); v: a velocidade da luz no meio. Leis da refração: 1ª Lei: Raio incidente, raio refratado e a reto normal são coplanares; 2ª Lei (Lei de Snell-Descartes): Sejam,índices de refração respectivamente do meio 1 e do meio 2. Temos que: Física Refração Introdução / Índice de Refração / Leis da Refração: Ângulo Limite e Reflexão Total: Reflexão total: Seja um cenário onde a luz parte de um meio com índice de refração maior para um meio com índice menor. Ao aumentar o ângulo de incidência, o raio de refração vai se aproximando do limite entre os dois meios. Quando o ângulo de refraçãofor 90º, o raio refratado coincidirá com esse limite. Nesse caso em especifico, oângulo de incidênciaé chamado de ângulo limite e temos que: M A P E A R O E N E M Instrumentos Ópticos: Olho humano: Doenças: Miopia: Quando a imagem é formada antes da retina e não dá 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; 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. : Lupa: Utilizada para aumentar uma imagem com uma lente convergente. Física Óptica da Visão e Instrumentos Ópticos Óptica da Visão: M A P E A R O E N E M Microscópio Composto: Utilizada para aumentar uma imagem com duas lentes convergentes: a objetiva e a ocular. As lentes têm a distância focal na ordem dos centímetros. Instrumentos Ópticos: FísicaÓptica da Visão e Instrumentos Ópticos Luneta astronômica: Utilizada para ampliar uma imagem que está bem longe com as lentes convergentes objetiva e ocular. Luneta terrestre: Igual à luneta astronômica, a única diferença é a lente ocular que será divergente. Assim a imagem final será direita, e não invertida. Período (T): É o intervalo de tempo em que um evento periódico se repete. Como período é tempo, a unidade de medida pode ser horas, minutos, segundos, dias, meses, etc. No SI, usa-se a unidade segundo(s). Relação entre período e frequência M A P E A R O E N E M Sistema massa - mola: Um corpo de massa M realiza MHS quando, sobre uma trajetória retilínea, oscila periodicamente em torno de uma posição de equilíbrio 0, sob ação de uma força denominada força restauradora, nesse caso a Força elásticaque sempre é dirigida para 0. A força elástica é fornecida pela expressão: Relembrando Conceitos: Frequência (f) É o número de vezes em que determinado fenômeno acontece em certo intervalo de tempo. No SI, a frequência é medida em rotações por segundo, denominada hertz (Hz) em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz.Assim, 3 Hz, por exemplo, correspondem a três rotações por segundo. Instrumentos Ópticos: FísicaMHS - Movimento Harmônico Simples Cinemática do MHS - Dedução Matemática M A P E A R O E N E M Valores Notáveis para ângulos: FísicaMHS - Movimento Harmônico Simples Cinemática do MHS - Dedução Matemática M A P E A R O E N E M Valores Notáveis para ângulos: FísicaMHS - Movimento Harmônico Simples Energia no MHS: M A P E A R O E N E M Definição: Onda é uma perturbação que transporta energia sem transportar matéria. Classificações da Onda: Segundo sua forma: Longitudinal: quando a vibração da onda está no mesmo sentido da sua propagação. Ex: som; Transversal: quando a vibração da onda está no sentido perpendicular à sua propagação.Ex: luz. Segundo sua natureza: Mecânica: necessita de um meio material para se propagar. Ex: som; Eletromagnética: se propaga no vácuo e em meios materiais de forma transversal. Ex: luz. OBS: Velocidade da luz no vácuo (c): 3.108m/s. Segundo a direção da propagação: Unidimensional (1D): quando a propagação é apenas em uma direção. Ex: onda em uma corda; Bidimensional (2D): quando a propagação é feita em duas direções. Ex: onda em uma superfície de água; Tridimensional (3D): quando a propagação é feita em três dimensões. Ex: ondas de luz. Propriedades: Frequência (f): É o número de ciclos realizados por uma certa unidade de tempo; Período (T): é o intervalo de tempo para realizar um único ciclo. Temos que: Definições e Propriedades: FísicaOndas: Conceitos Fundamentais; M A P E A R O E N E M Definições: Crista:ponto mais alto da onda; Vale:ponto mais baixo da onda; Amplitude: é a distância entre o eixo de equilíbrio até a crista ou até o vale; Comprimento de onda: é a distância entre o início de um ciclo de onda para outro,ou seja, é o equivalente à distância entre duas cristas ou dois vales. Equação Fundamental da Ondulatória: FísicaOndas: Conceitos Fundamentais; M A P E A R O E N E M Relembrando: Ângulo de incidência (i) = Ângulo de reflexão (r); Em líquidos: A velocidade, a frequência e o comprimento da onda de incidência são os mesmos da onda refletida. Em gases: O Eco é uma reflexão de onda sonora no ar. A temperatura do ambiente influencia na velocidade do som. Refração: A refração da onda em uma superfície liquida acontece na mudança de um meio para outro meio de profundidade diferente. É nessa transição que acontece a mudança de velocidade da onda. O comprimento de onda também sofre alteração, mas a frequência permanece a mesma. Reflexão: FísicaReflexão, Refração e Difração Refração: M A P E A R O E N E M Quando a onda encontra um obstáculo e se espalhar de maneira a se propagar em formato circular em torno dele. Difração: FísicaReflexão, Refração e Difração Polarização:É uma propriedade das ondas transversais. O polarizador possui linhas intercaladas e orientadas em uma mesma direção que funcionam como um filtro. Quando uma onda transversal passa pelo polarizador, somente as ondas que possuem o mesmo sentido das linhas irão conseguir atravessar. Ressonância: Quando um sistema recebe periodicamente um impulso e a frequência de vibração de ambas coincidem, a amplitude da vibração irá aumentar significantemente. Exemplo: taça de cristal. Quando uma fonte sonora alcança tem a mesma frequência natural do material da taça, a energia aumenta até a taça se quebrar. M A P E A R O E N E M Efeito Doppler:Ressonância e Polarização: Física Ressonância, Polarização e Efeito Doppler Quando temos uma fonte ondulatória e um observador em velocidades diferentes, percebemos uma alteração na frequência da onda conforme ambos se aproximam ou se afastam. Temos que: Eco: M A P E A R O E N E M Altura: A altura do som tem a ver com frequência. Som alto -> som agudo; Som baixo -> som grave. Timbre: É a característica que nos permite distinguir os sons próprios de cada instrumento. Intensidade: A intensidade do som tem a ver com a mplitude. Amplitude maior -> som forte; Amplitude menor -> som fraco. A intensidade é medida em W por m²: O nível sonoro (ß) é medido em Decibel. Sejam: I: intensidade que está sendo no momento; I: intensidade mínima que o ouvido humano consegue perceber e vale 1.10-12W/w2 Acústica é o estudo das ondas do som. Características do som: O som que o ser humano consegue ouvir tem sua frequência entre 20 Hz e 20kHz; Onda mecânica; Onda longitudinal. Velocidade do som: A velocidade do som depende da temperatura e do estado físico do meio onde o som vai se propagar; Quando um som emitido encontra um obstáculo, parte do som é refletido. Eco: Quando o tempo de ida e retorno do som é maior que 0,1 segundo; Reverberação: Quando o tempo de ida e retorno do som é aproximadamente 0,1 segundo; Reforço: Quando o tempo de ida e retorno do som é menor que 0,1 segundo. Características do Som: Física Acústica Introdução: