FisicaBasicaVol I
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da matéria são fracas, não sendo 
suficientes para manter uma estrutura rígida, no caso dos sólidos o tipo de ligação entre os vários 
constituintes é de tal natureza que a matéria consegue manter uma estrutura rígida, o que se traduz 
em uma forma que se mantém no tempo. 
Mesmo para materiais sólidos o nível de organização é variável. Contudo, podemos dividir esses 
materiais em dois grandes grupos: os cristalinos e os amorfos. O que define cada um deles é a ordem 
microscópica. Os materiais cristalinos (ou simplesmente cristais) possuem uma ordem de longo 
alcance enquanto os materiais amorfos possuem apenas ordem de curto alcance. 
Por ordem de longo alcance entendemos a existência de estruturas que se repetem no espaço 
periodicamente. Observe a Figura 8 que mostra a estrutura do sal de cozinha (cloreto de sódio14). 
 
14
 NaCl: um átomo de sódio (símbolo Na ) e outro de Cloro (símbolo Cl). 
Átomos de sódio 
Átomos de Cloro 
Curso de Física Básica \u2013 Volume I 26 
 
Prof Dr Paulo Ricardo da Silva Rosa 
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Nessa figura os átomos de sódio são representados por pequenas esferas claras e os átomos de cloro 
são representados por esferas escuras. Observando melhor você verá que esta figura é composta pela 
repetição na estrutura mostrada na Figura 9. 
Figura 9 - Célula unitária do Cloreto de Sódio (NaCl). 
Essa estrutura recebe o nome de célula unitária, pois a grande estrutura é obtida pela superposição 
de várias dessas unidades básicas, colocadas lado a lado. 
Figura 10 - Exemplo de uma estrutura amorfa. 
Por outro lado, o termo ordem de curto alcance significa que podemos até identificar estruturas 
locais, mas estas não se repetem. Veja, por exemplo, a Figura 10 que mostra, esquematicamente, a 
estrutura de um material amorfo como um vidro. 
Exemplo 8 
As características de um sistema físico são representadas por grandezas físicas denominadas variáveis 
de estado. Por exemplo, um gás contido em uma lâmpada pode ser considerado como um sistema 
Curso de Física Básica \u2013 Volume I 27 
 
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físico e podemos caracterizá-lo por variáveis de estado tais como: o volume ocupado, a temperatura, 
a pressão, etc. 
Como poderíamos caracterizar um sistema físico composto por uma massa oscilando pendurada em 
uma mola vertical e de massa desprezível? 
Solução 
Este sistema pode ser caracterizado pelas seguintes variáveis de estado: deformação da mola, 
velocidade da massa, altura da massa. Podemos definir outras quantidades associadas a essas: 
energia de configuração da mola, energia de configuração entre a Terra e a massa, energia de 
movimento da massa, etc. 
Carga elétrica 
Desde os antigos gregos já havia sido observado que materiais atritados poderiam atrair ou repelir 
outros materiais. Em particular, o âmbar apresentava essa característica. Do nome grego para o 
âmbar amarelo, élektron, este fenômeno ficou conhecido como eletricidade. Observou-se desde 
muito cedo que os objetos poderiam ser divididos em dois grupos a partir de suas propriedades de 
atração ou de repulsão. Os elementos de um grupo quando atritados com os elementos do outro 
grupo repeliam todos os elementos do seu próprio grupo e atraiam todos os elementos do outro 
grupo. Isto indicava que existiam dois e somente dois tipos de eletricidade. Muito tempo depois, 
Benjamin Franklin15 denominou-os tipos positivo e negativo, denominação que persiste até hoje. 
Cabe aqui um comentário. A Física ainda não encontrou uma razão pela qual existem somente dois 
tipos de carga elétrica e não três, quatro ou mais. O fato é que em todos os níveis em que estudamos 
a matéria, encontramos sempre os mesmos dois tipos com as mesmas propriedades. No século XX se 
descobriu que a quantidade de eletricidade (chamada de quantidade de carga elétrica) é sempre um 
múltiplo de um valor fundamental, a carga de um elétron. 
No Sistema Internacional de Unidades a quantidade de carga elétrica é medida em Coulomb16 
(símbolo: C) e a carga elementar (símbolo: e) vale 1,6 x 10 \u201319 C. 
 
15
 Benjamin Franklin: físico e político americano (1706 \u2013 1790). 
16 Charles Augustin Coulomb, físico e matemático francês (1736-1806). 
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Simetrias 
O conceito de simetria é um daqueles conceitos capazes de unificar vários ramos do pensamento 
humano: a Física e a Escultura, a Matemática e a Poesia, etc. A arte em geral sempre foi guiada por 
parâmetros de simetria para definir o Belo. 
Mas o que é uma simetria? Para nossos propósitos vamos definir uma simetria como uma 
propriedade que se mantém inalterada quando executamos alguma operação sobre o objeto 
analisado. 
Vamos estudar mais adiante este conceito de uma forma mais aprofundada, mas adiantaremos aqui 
um teorema muito importante para a Física (o Teorema de Noether17). Esse teorema associa a cada 
simetria observada no Universo uma grandeza física conservada. A importância desse teorema vem 
do fato de que grandezas físicas que se conservam, ou seja, não mudam de valor com o tempo, nos 
ajudam a prever o valor de outras grandezas que variam no tempo. Em tese, se soubéssemos todas as 
simetrias do Universo conheceríamos todas as grandezas que se conservam e poderíamos predizer 
com exatidão a sua evolução. 
Exemplo 9 
Segundo o teorema de Noether a cada simetria observada no Universo associa-se uma grandeza física 
que se conserva. 
Figura 11 -Exemplo 9. 
Estas últimas são úteis para prever outras grandezas que variam com o tempo. Assim, por exemplo, 
em um corpo de massa m preso na extremidade de uma mola, que oscila verticalmente próximo da 
superfície terrestre, as energias de configuração da mola, somada com a de configuração do sistema 
 
17 Emmy Amalie Noether, 1882 \u2013 1935. 
m 
Terra 
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corpo - Terra e mais a de movimento permanece constante no tempo. Quais grandezas físicas 
poderíamos determinar utilizando a conservação da energia? 
Solução 
Poderíamos utilizar esta simetria para determinarmos como a velocidade da massa varia com o 
tempo, ou como sua posição varia no tempo. 
Propriedades da energia 
Diferentemente da matéria, a energia é uma entidade que é mais bem definida por suas instâncias 
particulares. Contudo, certas propriedades da energia têm caráter geral. 
Extensão 
Ao contrário da matéria, a qual ocupa certo espaço, a energia é no espaço, mas não o ocupa no 
sentido de expulsar desse espaço outras formas de energia ou mesmo a matéria. Pela expressão ser 
no espaço, entendemos que podemos associar a cada ponto do espaço certa quantidade de energia, a 
qual chamamos de densidade de energia. 
Tipos de energia 
Ao contrário da matéria, para a qual existe apenas um tipo18, a energia pode se apresentar em 
diferentes formas: de movimento, de configuração e formas de transferência. 
As formas de energia associadas ao movimento são chamadas de cinéticas19 enquanto aquelas que 
dependem da posição relativa das partículas que compõem o sistema são ditas energias de 
configuração ou potencial. As formas de transferência são aquelas pelas quais a energia flui de um 
sistema físico para outro. Todas serão objeto de estudo mais detalhado nos próximos capítulos. 
 
 
 
18
 A bem da verdade, são dois: matéria e antimatéria. No