Estrutura da Matéria - Conteúdo, Avaliação e Medição

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Estrutura da Matéria
Dados do ProfessorDados do Professor
Professor : Marcelo Pires
Formação: Bacharelado em Física
Área de Pesquisa: Física Teórica
E-mail: marcelo.pires@ufabc.edu.br
Sala: Bloco B; 1050
Fone: 4996 0198
 
Estrutura da Matéria
Conteúdo da Disciplina
1) Forças fundamentais e macro/micro
2) Hipótese Atômica
3) Evidência do elétron
4) Modelos Atômicos
5) Dualidade Onda-Partícula
6) Átomo de hidrogênio
7) Tabela Periódica
8) Ligações Química
9) Formação de Estrutura e Materiais
 
Estrutura da Matéria
Site do Curso
As informações sobre a disciplina estarão no site:
https://sites.google.com/site/bc01022011/
https://sites.google.com/site/estruturaufabcpires/
 
Estrutura da Matéria
BibliografiaBibliografia
Na primeira parte do curso indicarei a bibliografia 
do tema, além de estarem nas notas de aula 
dos diversos professores.
Na segunda adotaremos o livro do Mahan e do 
Atkins.
 
Estrutura da Matéria
Avaliação
Os alunos serão avaliados pela média de duas 
provas, uma contendo os temas de 1 – 5 e a 
segunda de 6 – 9
A sub substitui a menor nota, mesmo ela sendo a 
menor
 
Estrutura da Matéria
O conceito será dado pela média das provas 
seguindo a tabela
Conceito Intervalo de notas
A 10,0-8,5
B 8,4-7,0
C 6,9-5,0
D 4,9-4,5
F 4,4-0,0
 
Estrutura da Matéria
Datas importantes
Turmas B tarde B noite
Prova 1 14/03 15/03
Prova 2 25/04 26/04
Prova Sub 02/05 03/05
 
Estrutura da Matéria
O que é matéria?
Tudo que pertence ao mundo material.
E o que não pertence não é matéria
Exemplo:
Mundo Material Não material
Exemplos Mesa, giz, o 
professor
Amor, alma, 
anjos
 
Matéria
Como diferenciar o mundo 
material do mundo não 
material?
Vamos dizer, por enquanto, que 
o mundo material é tudo que 
passa pelos nossos sentidos.
 
Matéria
Sendo assim, a pedra 
no outro lado da lua 
não pode pertencer 
ao mundo material 
pois jamais a 
tocaremos.
A pedra no
Lado escuro 
Da Lua
 
Matéria
Necessitamos de uma definição mais geral e 
precisa sobre o que é matéria da qual não 
houvesse dúvidas sobre a existência. 
Para resolver podemos dizer que:
Matéria é tudo aquilo que compõe os objetos
E objetos é tudo aquilo que tem uma extensão no 
espaço e, portanto, um volume no espaço
 
Matéria
Dessa forma colocamos a pedra na Lua na 
condição de objeto pois ocupa uma extensão e 
seu conteúdo é bem definido como matéria. 
 
Quantificação da extensão
Podemos quantificar a extensão da matéria 
associando o volume a uma grandeza 
mensurável proporcional a uma medida padrão 
de volume.
Aceita-se, como padrão de medida de extensão o 
metro como sendo o comprimento do trajeto 
percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo 
de tempo de 1/299 792 458 de segundo.
Um padrão para o volume é um cubo com 1 metro 
de lado, seu volume é de 1m³.
 
Outros padrões
O metro foi definido como padrão em quase 
todos o países (exceto EUA, Libéria e Mianmar) 
e faz parte do Sistema Internacional de 
Medidas.
Existem outros padrões de medida de 
comprimento que não o metro, segue 
exemplos:
Jarda Pés Côvado
Metro 0,9144 0,3048 0,3333
 
Sistema Internacional de Medidas
 
Outros padrões de volume
Existe outros padrões ou unidades de volume:
litro galão sho
m³ 0,001 0,0038 0,0018
 
Interações
Observamos que todos os objetos interagem.
As interações age de forma:
1) contato (ex. A mão interage com a mesa 
quando colocamos ela sobre a mesa)
2) ação à longas distâncias (ex. Ao soltarmos 
uma chave ela cai ao chão devido a interação 
dela com a Terra)
 
Interações
Observamos a interação através da força que 
outros objetos agem sobre o objeto em questão.
Caso não haja interação de outros objetos, pela 1ª 
lei de Newton esse objeto seguiria em velocidade 
constante.
 
Interações
Newton mostrou com a 2ª lei que o objeto altera 
sua velocidade caso um outro objeto esteja 
exercendo uma força sobre ele.
Essa variação de velocidade com o tempo, 
também conhecida por aceleração do objeto.
A 2ª lei diz que a força que o objeto sofre é 
proporcional à aceleração,
 
a⃗
¿
F⃗ =m ¿
¿
 
Massa inercial
Essa constante de proporcionalidade chamamos 
de massa inercial, ou simplesmente, massa do 
objeto.
Dessa forma, a matéria que compõe o objeto tem 
volume e tem massa.
 
Medida de massa
A observação mais direta da massa de um objeto 
é a interação dele com a Terra.
Essa interação, como veremos, faz com que o 
objeto caia com uma aceleração devido a força 
que a Terra exerce no objeto. 
 
Balança
Podemos conter a queda 
do objeto utilizando de 
um objeto que exerce 
uma força contrária 
para cessar o 
movimento acelerado. 
Chamamos esse 
objeto de balança.
Eventualmente esse 
objeto pode ter sua 
extensão alterada 
devido a essa 
interação. 
 
Medida da balança
Ao medir essa 
deformação podemos 
inferir uma 
proporcionalidade da 
massa do objeto que 
provocou a 
deformação.
Se dois objetos 
deformarem do 
mesmo modo a 
balança, diremos que 
eles tem massas 
iguais.
 
Unidade de massa
Define-se no sistema internacional o padrão de 
medida de massa o kilograma.
Esse padrão é um cilindro eqüilátero de 0,039m 
de altura por 0,039m de diâmetro composto por 
irídio e platina que está localizado no Escritório 
Internacional de Pesos e Medidas na cidade de 
Sèvres, França desde 1889.
 
Outros padrões de massa
Existe outros padrões ou unidades de massa:
libra arroba kinn
kg 0,4535924 15 0,6
 
Interações Fundamentais
Existe três tipos de interações fundamentais:
1) interação gravitaciomal
2) interação eletromagnética
3) interação nuclear
 
Interação gravitacional
A interação gravitacional de 
dois objetos com suas 
respectivas massas 
inerciais, se dá por uma 
força atrativa, chamada de 
gravitacional, proporcional 
ao produto das massas 
inerciais uma constante 
gravitacional universal,G e 
inversamente proporcional 
ao quadrado da distância 
entre os dois objetos. 
 
Interação gravitacional
Esta força é de longo alcance 
sendo seus efeitos observado em 
objetos distantes a milhares de 
milhares de quilômetros.
 
Interação eletromagnética
Desde os tempos bíblicos 
notaram-se que dois objetos, 
quando friccionados, podem 
produzir uma interação 
atrativa ou repulsiva. No 
século XVII, Coloumb 
determinou que essa força é 
inversamente proporcional 
ao quadrado da distância, 
proporcional a uma 
constante universal, k , e ao 
produto da chamada carga 
elétrica que caracteriza a 
matéria de cada um dos 
objetos.
 
Interação eletromagnética
Alguns objetos metálicos apresentavam uma 
interação atrativa ou repulsiva de natureza 
diferente da força elétrica determinada por 
Coloumb, a essa interação chamou-se de 
magnética por se tratar de magnetos (ímã em 
grego). Foi com a astúcia de Michael Faraday e 
o espírito analítico de James Clark Maxwell, 
que pudemos afirmar a igualdade da natureza 
dessas duas forças.
v⃗×B⃗
¿
E⃗ +q ¿
F⃗ =q ¿
¿
 
Interações eletromagnéticas
Essa força é de curto alcance e pode ser 
observada no dia-a-dia como força de atrito, 
força normal, além de está presente a nossa 
volta. É devido a ela que o caderno é um 
caderno, a cadeira é uma cadeira e nós somos 
o que somos.
 
Interações nucleares
Não podemos explicar alguns fenômenos 
utilizando tão somente as forças gravitacionais 
e eletromagnéticas que atuam em alguns 
objetos como exemplo nossa estrela,o Sol, 
bem como não há explicação possível partindo 
das forças gravitacionais e eletromagnéticas a 
transmutação de alguns materiais.
 
Interações nucleares
Essas interações de curtíssimo alcance ocorrem 
dentro da menor parte da matéria, o núcleo, e é 
responsável pela existência de diferentes 
substâncias.
 
Medindo a matéria e as interações
Existem diversas grandezas na natureza como, 
por exemplo, força, pressão, carga elétrica, 
energia, potência etc. 
 
 
Análise dimensional
A natureza de uma grandeza é também 
denominada de dimensão, e há uma simbologia 
para expressar a dimensão de uma grandeza. 
Para dimensões de:
 Comprimento = [L]
 Tempo = [T] 
Massa = [M]
 
Análise dimensional
A análise dimensional consiste na averiguação de 
que uma dada equação seja dimensionalmente 
homogênea
Como exemplo temos a força
F=m⋅a
 
Análise dimensional
Como exemplo temos a força cuja unidade é o 
newton (N). Qual a dimensão da força?
Da 2ª lei temos
F=m.a
 
Análise dimensional
Como a dimensão da aceleração é a de 
velocidade por tempo
a=[v]/[T] 
E como velocidade é 
v=[L]/[T]
Temos
a=[L]/[T]²
E
F=[M][L]/[T]²
 
A Medida
A unidade de medida de extensão e de massa 
adotada (o metro e o kilograma) metro, é 
conveniente para medir objetos comparados a 
escala humana.
 
A medida pelo homem
Tanto o kilograma quanto o metro são medidas 
em que sua representação é de fácil escrita
3,5 Kg 20x 70kg
0,4 m 4x 1,7m
Porém, o que fazer quando os objetos são muito 
maiores ou muito menores que o homem 
 
Notação científica
Notação científica é uma forma breve de 
representar números, em especial muito 
grandes ou muitos pequenos com a ajuda das 
potências de base 10. 
Seja um número real qualquer, ele pode ser 
representado em notação científica dado por: 
nX10*
 onde n é um número entre 9,0 e 1,0 conhecido 
como o coeficiente e * é o expoente. Segue 
exemplos: 
 
Notação científica
Uma outra maneira de representar uma grandeza 
é associar a sua potência a um símbolo.
1 cm = 0,01 m = 10-2 m
1 kg = 1000 g = 103 g
1 GeV = 
 = 1.000.000.000 eV
 = 109 eV
1 nm = 
 = 0,000000001 m
 = 10-9 m
 
Ordem de grandeza
Para avaliar o quão grande ou quão pequeno é o 
objeto de estudo, definimos a ordem de grandeza de 
uma medida através da notação científica.
 
Exemplo de ordem de grandeza
Segue alguns exemplos de ordem de grandeza.
 
Ordem de grandezas extremas
Temos como limite:
1026 m 10-16 m
 
Perguntas da disciplina
Neste curso, vamos mostrar um pouco da resposta que a ciência 
forneceu a duas perguntas:
* Do que tudo é feito? ( Partículas Elementares )
* Por que a matéria do mundo se organiza da forma como ela se 
organiza? 
 ( Interações )
Estas respostas não são simples. A humanidade levou séculos 
para desenvolvê-las, desde suas primeiras idéias de sucesso até 
os detalhes que conhecemos hoje. 
Muitas partes destas respostas envolvem uma matemática muito 
complicada, que não podemos descrever neste curso. Muitas 
vezes vamos apresentar “regras” que não poderemos justificar 
por não dominar a matemática necessária.
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