FUNDAMENTOS DE FISICA | Aula 1

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FUNDAMENTOS DE FÍSICA 
AULA 1 
Prof. César Chiesorin Baganha 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Bem-vindos à nossa disciplina! Os conhecimentos de básicos de física 
possibilitam um entendimento amplo do mundo em que vivemos, e fazem com 
que enxerguemos o mundo à nossa volta com outros olhos. Esperamos que 
aproveitem esta aula. Vamos começar? 
CONTEXTUALIZANDO 
Iniciamos nosso curso introdutório de física com os conceitos gerais de 
física e como a física evoluiu desde a antiguidade até os dias de hoje. Vamos 
neste curso sobrevoar por todos os temas de física, que são importantes para 
serem aprendidos, e de total importância para a carreira de um físico. Espero 
sinceramente que você aproveite os seus estudos! Toda nova tecnologia precisa 
ser aperfeiçoada; por exemplo, repare como os aparelhos celulares que usamos 
hoje são diferentes daqueles de dez, quinze anos atrás. Muita coisa mudou, 
porém a principal função desse aparelho continua a mesma, que é conectar 
pessoas. Com o cinema é a mesma coisa, apesar das adaptações tecnológicas 
– sua essência ainda é entreter as pessoas. 
TEMA 1 – EVOLUÇÃO E IMPORTÂNCIA DA FÍSICA 
A física sempre fascinou o ser humano, inicialmente nos fenômenos 
naturais e desconhecidos, passando pelo advento da matemática como uma 
ciência natural, e agora com todas as descobertas tecnológicas que ela 
proporcionou ao homem. Assim como a história, a física evoluiu de acordo com 
os registros da antiguidade, passando pela idade média, moderna e 
contemporânea. 
1.1 Idade Antiga 
Na Idade Antiga, os fenômenos da natureza e um pensamento voltado ao 
homem trouxeram as mitologias e a resposta aos fenômenos observacionais. A 
ira dos deuses explicava a causa de diversos fenômenos naturais. Contudo, 
mesmo na Idade Antiga, começaram a surgir os primeiros intelectuais, os quais 
hoje chamaríamos de cientistas. São eles os filósofos naturais. Entre eles estão 
por exemplo Tales de Mileto, que foi um dos primeiros a indagar se a água é a 
 
 
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essência geral de todas as coisas. E também Aristóteles, que estudou 
principalmente os efeitos e o movimento dos corpos, desenvolvendo com base 
em suas ideias as escolas peripatéticas. 
1.2 Idade Média 
Com a evolução das escolas católicas, metafísica e alquimia começaram 
a ser desenvolvidas. Muitos freis e padres eram também matemáticos e 
contribuíram para a ciência natural na parte de princípios físico-químicos. 
1.3 Idade Moderna 
A matemática de Galileu Galilei é a mais divulgada linguagem aplicada 
na ciência. Apresentou muitos experimentos controversos ao senso comum da 
época. Depois, temos Isaac Newton e outros grandes filósofos naturais. 
Enquanto a experimentação ganhava mais adeptos, na metodologia científica, 
Francis Bacon e René Descartes demonstravam a importância de se ter um 
rigor científico para a experimentação e a apresentação de novas ideias. 
As leis físicas propostas por Newton dão origem ao cálculo diferencial, as 
origens do que conhecemos hoje como mecânica clássica, e à gravitação 
universal. Os princípios de óptica de Newton também foram muito importantes 
para compreendermos a formação de cores e para criar alguns instrumentos 
ópticos. 
1.4 Idade Contemporânea 
Após algumas reviravoltas sobre o caráter onda-partícula da luz, 
fenômenos físicos até então sem explicação começam a se sobressair, e uma 
explicação quântica torna-se ideal para entendermos a matéria. Assim surge a 
Física Moderna, idealizada pela teoria dos quanta de luz, proposta por Max 
Planck, e seguida por muitos físicos famosos da época, como Albert Einstein, 
Erwing Schrödinger, Niels Born, Werner Heisenberg, Louis de Broglie e 
Paul Dirac. Além da quantização da energia, surge um novo conhecimento 
sobre a relatividade entre referenciais; a velocidade da luz no vácuo torna-se 
uma constante universal. 
 
 
 
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1.5 Influência e importância 
A física é uma ciência muito importante e relevante em diversas áreas do 
conhecimento. Apesar de grande parte dos cientistas modernos terem sido 
julgados por seus experimentos, que iam contra os pensamentos de intelectuais 
e da igreja, hoje os conhecimentos de física podem ser aplicados em todas as 
áreas, como por exemplo nas engenharias, nas ciências da saúde, nas ciências 
da terra e nas ciências biológicas. 
Pode-se considerar a física e a matemática como precursoras das 
engenharias modernas desde sua forma fundamental, em virtude dos 
questionamentos relacionados aos comportamentos dos sólidos, aos princípios 
da estática e também da dinâmica, a análises de falhas e também aos critérios 
usados em dinâmicas de fluidos. Na área da saúde, a física atua principalmente 
na radiologia, e também na busca de materiais que possam ser biocompatíveis 
com o ser humano. No caso das ciências da terra, a física está relacionada com 
as evoluções físico-química da atmosfera, além da degradação e da análise dos 
solos e das características geofísicas de determinada área geológica. Nas 
ciências biológicas, a física tem um papel importante para a determinação físico-
química de novas substâncias. 
TEMA 2 – LEI FÍSICA E MÉTODO CIENTÍFICO 
As leis físicas explicam os fenômenos naturais com base em 
experimentos, intuição, métodos empíricos, ou por meio da descrição de 
modelos matemáticos que podem prever a natureza desses fenômenos. 
Na Antiguidade, as leis da física estavam muito baseadas nos sentidos do 
ser humano, sendo provenientes da intuição. 
Na Idade Moderna, a ciência começa a ser mais rigorosa, devido à 
formação do método científico. O método científico consiste em algumas regras 
que devem ser aplicadas para validar determinada teoria física, podendo ser 
reproduzido por outros pesquisadores. Francis Bacon foi filósofo e estadista; 
acreditava que o método científico deveria estabelecer uma ideia experimental 
qualitativa e intuitiva dos fenômenos naturais. René Descartes também era 
filósofo, matemático e cientista natural, e acreditava que, para estabelecer uma 
verdade científica, deveríamos usar a razão, a lógica matemática e o 
reducionismo. Tendo por base as ideias desses dois pensadores modernos, o 
 
 
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método científico moderno está fundamentado na questão-problema, nas 
informações requeridas para chegar à questão problema, na proposição de 
hipóteses e na análise de experimentos; a partir disso, chega a conclusões para 
validar ou não determinado pensamento científico 
TEMA 3 – RAMOS DA FÍSICA E SUAS APLICAÇÕES 
Ao longo da história, a física foi se ramificando, e algumas noções foram 
expandidas. O caráter eletromagnético juntou forças e os experimentos de física 
moderna abriram novas teorias e perspectivas sobre o futuro da física e da 
tecnologia. No que concerne ao período em que vivemos, a física está presente 
em praticamente tudo. Estamos mergulhados na física, desde a conceituação 
mais básica e simples, até os mecanismos de alta tecnologia. 
A física é a ciência natural que trata os fenômenos, desde os astronômicos 
até os microscópios. Com base no estudo da matéria e na energia e das relações 
espaço-tempo, foi possível ao homem viajar no espaço, além de criar o 
computador e todos os equipamentos modernos usados hoje em dia. 
Basicamente, a física se divide em física clássica e física moderna. Na 
física clássica, estão presentes os conceitos de mecânica clássica, 
termodinâmica, mecânica de fluidos, eletromagnetismo e mecânica 
ondulatória. A física moderna envolve conceitos da mecânica quântica e 
mecânica relativista. 
A mecânica clássica tem por fundamentos o movimento, as forças 
envolvidas em determinado corpo, sendo usada principalmente nas 
engenharias, como por exemploem aplicações da construção civil e no 
desenvolvimento de máquinas e mecanismos. Também usamos parte da 
mecânica clássica para explicar conceitos de astronomia. Na termodinâmica, 
são apresentados os conceitos fundamentais de temperatura e calor, além da 
desordem do sistema dado pela entropia. Além desses conceitos, surge a 
aplicação da física térmica no desenvolvimento de máquinas térmicas: 
termoquímica e mecânica estatística. A mecânica de fluidos baseia-se em fluidos 
escoando e estáticos, que podem explicar desde o funcionamento de turbinas 
em hidroelétricas até a aerodinâmica de automóveis. No eletromagnetismo, são 
abordados os conceitos da eletricidade e magnetismo, que são de interesse em 
eletrônica, eletrotécnica e tecnologia da informação. As propriedades elétricas 
do cérebro são de interesse da neurociência e também se prestam ao estudo de 
 
 
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partículas subatômicas. A ondulatória refere-se a uma grande área da física, da 
qual seguem princípios para o entendimento de oscilações em instrumentos de 
percussão e sopro, além de elucidar a vibração de equipamentos e a natureza 
onda-partícula da luz e do elétron. 
 No caso da física moderna, a mecânica quântica se baseia nos princípios 
fundamentais da matéria no nível atômico, na produção de sistemas quânticos e 
no estudo físico-químico de materiais importantes para as ciências de materiais. 
A relatividade geral traz uma análise mais abrangente do espaço, e caracteriza 
uma outra coordenada, conhecida como espaço-tempo. A partir dela, foi 
possível construir satélites, GPS (Global Positioning System) e a engenharia 
espacial. 
TEMA 4 – SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, NOTAÇÃO CIENTÍFICA 
E ORDEM DE GRANDEZA 
Com o avanço da física e da matemática ao longo do tempo, 
pesquisadores do mundo todo começaram a desenvolver seus próprios modelos 
matemáticos, com base em unidades de medida comuns na sua região de 
origem. Um exemplo de unidade de medida comum é o metro, o ºC, mas também 
existem a polegada in, o grau Fahrenheit ºF, e outras unidades, como o galão 
(que era uma unidade de volume), a jarda (referente a uma medida de distância), 
a libra (referente a uma unidade de força). O problema desses modelos e 
unidades de medida diferenciadas é que nem sempre eram simples de serem 
reproduzidas por outros pesquisadores, ou as unidades não tinham equivalentes 
de um sistema de medidas para outro. Muitas unidades referiam-se a medidas 
do corpo humano, o que já apresentava uma incerteza grande, pois de um 
indivíduo para o outro existem diferenças. Para tentar padronizar os sistemas de 
unidades escritos em artigos e em rótulos, surge o Sistema Internacional de 
Unidades SI. O SI corresponde a um acordo de diversos países para padronizar 
as unidades a serem usadas na ciência. Assim, padrões reais de grandezas 
físicas primitivas fundamentais foram construídos e servem de referência para 
a calibração de equipamentos de medição usados ao redor do mundo. 
Ao todo existem sete grandezas físicas primitivas fundamentais, que 
são a base para determinar todas as outras grandezas físicas. Por exemplo, as 
grandezas físicas primitivas “comprimento” e “tempo” são ditas fundamentais 
pois elas não dependem de outra; e são primitivas, pois caracterizam um 
 
 
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conceito físico primitivo. O quadro a seguir apresenta as sete grandezas 
primitivas fundamentais e suas respectivas unidades de medida no sistema 
internacional. 
Quadro 1 – Grandezas físicas primitivas fundamentais e suas unidades no SI 
Grandezas Unidades SI 
Comprimento m (metro) 
Massa kg (quilo) 
Tempo s (segundo) 
Corr. Elétrica A (ampere) 
Int. Luminosa cd (candela) 
Temperatura K (kelvin) 
Quant. Matéria mol 
 
Essas grandezas físicas primitivas apresentam um padrão real ou um 
modelo teórico para explicar o valor da unidade. Por exemplo, o valor de 1 kg é 
calibrado com o valor físico de uma massa construída no instituto de pesos e 
medidas de Paris. Já a definição de metro corresponde ao comprimento do 
trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299 792 
458 de segundo. O tempo de 1 segundo por sua vez é baseado na emissão 
radioativa de um núcleo de Césio 133. 
Com base nessas grandezas físicas primitivas, são construídas as outras 
grandezas físicas, como velocidade, aceleração e pressão. 
4.1 Notação científica 
Devido ao fato de ser muito comum trabalhar com valores de medidas 
fundamentais de ordens de grandeza muito grandes ou muito pequenas, 
convenciona-se na ciência a utilização da notação científica. Vejamos alguns 
exemplos do uso da notação científica. 
Quando o sistema se refere a potências de 10, é comum usar a seguinte 
notação: 
 2200000 = 2,2 x 106 
 0,0000051 = 5,1 x 10-6 
Transforme para notação científica os seguintes valores: 
 10 = 
 100 = 
 
 
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 153 = 
 250000000= 
 0,1= 
 0,000345 
Com base no valor da potência de 10, pode-se utilizar os prefixos do 
quadro a seguir. 
Quadro 2 – Prefixos na unidade de medida 
POTÊNCIA PREFIXO SÍMBOLO 
103 quilo k 
102 hecto h 
101 deca da 
10-1 deci d 
10-2 centi c 
10-3 mili m 
 
Vejamos alguns exemplos do uso de prefixos na notação científica: 
 10 km = 10 x 103 m 
 80 kg = 80 x 103 g 
 20 cm = 20 x 10-2 m 
Agora, atribua o prefixo para a notação científica dos seguintes valores: 
 10 m = 
 100 A = 
 153 K = 
 250000000 m = 
 0,1 m = 
 0,000345 mol = 
Outro tipo de medida que pode ser interessante em um cálculo físico é a 
ordem de grandeza da medida. A ordem de grandeza corresponde a um valor 
qualitativo de quão grande ou pequeno o valor envolvido na medida é. Não 
importa o numeral, mas sim a potência de 10 relacionada ao sistema. Por 
exemplo, a massa de um cachorro é da ordem de quilos (103 g). 
 
 
 
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TEMA 5 – GRANDEZAS DIRETAMENTE E INVERSAMENTE PROPORCIONAIS 
Muitas relações entre duas grandezas físicas têm certa proporcionalidade 
em física. Enquanto uma grandeza cresce, a outra cresce também, ou diminui 
proporcionalmente. Devido à recorrência desse tipo de relação em física, é 
importante estudar as grandezas que são diretamente ou inversamente 
proporcionais. 
5.1 Grandeza diretamente proporcional 
Uma relação entre duas grandezas “A” e “B” é dita diretamente 
proporcional quando o quociente entre elas é igual a uma constante. 
 
Por exemplo, o número de laranjas para fazer suco de laranjas. A tabela 
a seguir traz um exemplo de grandezas diretamente proporcionais. Quanto maior 
o número de laranjas, maior será a quantidade de suco. 
Tabela 1 – Grandeza diretamente proporcional 
LARANJAS SUCO (L) RAZÃO 
7 1 7 
14 2 7 
21 3 7 
28 4 7 
Aumentando o número de laranjas, aumenta-se a quantidade de suco. A 
razão entre a quantidade de "Suco (L) " /"Laranjas" = Constante. Logo, Suco (L) 
∝ Nº de Laranjas. O gráfico da quantidade de suco como função do número de 
laranjas é uma reta, conforme mostra o Gráfico 1. 
Gráfico 1 – Quantidade de suco em função do número de laranjas 
 
 
 
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5.2 Grandeza inversamente proporcional 
Duas grandezas A e B são ditas inversamente proporcionais quando o 
produto entre elas é igual uma constante: 
 
Por exemplo, o número de operários em uma obra e valor recebido por 
cada um. A tabela abaixo mostra um exemplo de grandeza inversamente 
proporcional, pela relação entre o valor recebido por operário como função do 
número de funcionários, considerando um produto da empresa constante de 
10000. 
Tabela 2 – Grandeza inversamente proporcional 
Operários Valor Produto 
1 10000 10000 
2 5000 10000 
4 2500 10000 
8 125010000 
O valor recebido é proporcional a ∝ 1/(Número de operários); ou seja, o 
valor por operário é menor de acordo com a quantidade de funcionários que a 
empresa tem. O gráfico da grandeza inversamente proporcionais corresponde a 
uma hipérbole. 
Gráfico 2 – Valor recebido por funcionário como função do número de 
funcionários 
 
 
 
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FINALIZANDO 
Iniciamos nossa disciplina de introdução a física com uma visão geral do 
curso, e já apresentamos alguns conceitos relacionados às grandezas físicas. 
Espero que tenham aproveitado.