Aulas 05 e 06 - Introdução à Física

Prévia do material em texto

Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
 
 
 
CURSO DE FÍSICA 
AULA 3 - UNIDADES NA FÍSICA 
PROF. FABRÍCIO SCHEFFER - FÁBRIS 
 
 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
Aula 1 – Introdução à Física 
1.1 O que é Física? 
 Física (do grego antigo: φύσις physis "natureza") é 
a ciência que estuda a natureza e seus fenômenos em seus 
aspectos mais gerais. Analisa suas relações e propriedades, 
além de descrever e explicar a maior parte de suas 
consequências. Busca a compreensão científica dos 
comportamentos naturais e gerais do mundo em nosso 
torno, desde as partículas elementares até o universo como 
um todo. 
 
Historicamente, a afirmação da física como ciência 
moderna está intimamente ligada ao desenvolvimento 
da mecânica, que tem como pilares principais de estudo 
a energia mecânica e os momentos linear e angular, suas 
conservações e variações. Desde o fim da Idade Média havia 
a necessidade de se entender a mecânica, e os 
conhecimentos da época, sobretudo aristotélicos, já não 
eram mais suficientes. Galileu centrou seus estudos dos 
projéteis, dos pêndulos e nos movimentos dos planetas, 
e Isaac Newton elaborou mais tarde os princípios 
fundamentais da dinâmica ao publicar suas leis e 
a gravitação universal em seu livro Principia, que se tornou a 
obra científica mais influente de todos os tempos. 
 
Aristóteles (384 a.c. – 322 a.c.) Galileu Galilei (1564-1642) 
 
Isaac Newton (1643-1727) e sua mais famosa obra. 
A termodinâmica, que estuda as causas e os 
efeitos de mudanças na temperatura, pressão 
e volume em escala macroscópica, teve sua origem na 
invenção das máquinas térmicas durante o século XVIII. 
Seus estudos levaram à generalização do conceito 
de energia. 
 
Máquina à vapor construída no século XVIII 
A ligação da eletricidade, que estuda cargas 
elétricas, com o magnetismo, que é o estudo das 
propriedades relacionadas aos ímãs, foi percebida apenas 
no início do século XIX por Hans Christian Orsted. As 
descrições físicas e matemáticas da eletricidade e 
magnetismo foram unificadas por James Clerk Maxwell, e a 
partir de então estas duas áreas, juntamente com a óptica, 
passaram a ser tratadas como visões diferentes do mesmo 
fenômeno físico, o eletromagnetismo. 
 
No início do século XX, a incapacidade da descrição 
e explicação de certos fenômenos observados, como 
o efeito fotoelétrico, levantou a necessidade de abrir novos 
horizontes para a física. Albert Einstein publicou a teoria da 
relatividade geral em 1915, afirmando a constância 
da velocidade da luz e suas consequências até então 
imagináveis. A teoria da 
relatividade de Einstein leva a 
um dos princípios de 
conservação mais importantes 
da física, a relação 
entre massa e energia, expressa 
pela famosa equação E=mc². 
A relatividade geral 
também unifica os conceitos de 
espaço e tempo: a gravidade é 
apenas uma consequência da 
deformação do espaço-
tempo causado pela presença de massa. 
X 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
Max Planck, ao estudar a radiação de corpo negro, 
foi forçado a concluir que a energia está dividida em 
"pacotes", conhecidos como quanta. Einstein demonstrou 
fisicamente as ideias de Planck, fixando as primeiras raízes 
da mecânica quântica. 
 
 
Max Planck: pai da Física Quântica. 
 
1.1.1 Ramos da Física 
 
Mecânica 
 
A mecânica clássica descreve o movimento de 
objetos macroscópicos, desde projéteis a partes 
de máquinas, além de corpos celestes, 
como espaçonaves, planetas, estrelas e galáxias. 
A mecânica clássica em si também é muito ampla e 
várias especializações são derivadas dela. Referente aos 
conceitos abordados, pode ser dividida em Cinemática, que 
estuda os movimentos sem se preocupar com suas causas, 
a Estática, que aborda sistemas sob ação de forças que se 
equilibram, e a Dinâmica, que estuda o movimento 
considerando suas causas, em outras palavras, aborda 
sistemas sob ação de forças que não se equilibram. 
 
Gravitação Universal 
 
 A astronomia é uma das ciências mais antigas da 
humanidade. Culturas pré-históricas deixaram vestígios do 
que seriam práticas e rituais regidos pelos astros, como o 
Sol e a Lua. A Gravitação como ciência se estabeleceu no 
século XVI com Johannes Kepler. Ele estudou as 
observações do lendário astrônomo Tycho Brahe, e 
descobriu, por volta de 1605, que estas observações 
seguiam três leis matemáticas relativamente simples. 
 Newton estudou o mecanismo que fazia com que 
a Lua girasse em torno da Terra. Estudando os princípios 
elaborados por Galileu Galilei e por Johannes Kepler, 
conseguiu elaborar uma teoria que dizia que todos os 
corpos que possuíam massa sofreriam atração entre si. 
Física térmica 
 
Precedendo a termodinâmica pode-se encontrar 
a Termologia, que é basicamente o estudo do calor, ou seja, 
o estudo da energia térmica em trânsito, que se diferencia 
de temperatura, que é o grau de agitação das moléculas. 
Porém, os conceitos mais arraigados desta área 
encontram-se na termodinâmica, que estuda as relações 
entre o calor trocado e o trabalho realizado. 
 
Ondulatória 
 
A ondulatória, na física clássica, estuda as 
características e as propriedades das ondas e seus 
movimentos e relações. A onda consiste-se de 
perturbações, pulsos ou oscilações ocorridas em um 
determinado meio, que pode ser material ou não. 
Transporta energia cinética da fonte para o meio, sendo 
incapaz de transportar matéria. 
 
 
 Eletrostática Eletrodinâmica 
Magnetismo 
 
O eletromagnetismo é basicamente a unificação 
da eletricidade, que é o estudo das cargas elétricas, 
estáticas (eletrostática) ou em movimento (eletrodinâmica), 
com o magnetismo, que é basicamente o estudo dos ímãs. 
 
Óptica 
 
A luz é uma radiação eletromagnética, e seu 
campo de estudo, a óptica, também faz parte do 
eletromagnetismo. 
 
Física moderna 
 
No final do século XIX, permeava no pensamento 
científico a satisfação de que todos os fenômenos naturais 
poderiam ser descritos pela ciência já desenvolvida até 
então. As contribuições iniciais de Max Planck e 
sobretudo Albert Einstein abriram novos campos para a 
explicação destes fenômenos e abriram margens para 
descobertas e ponderações até então inimagináveis. 
 
Física Nuclear 
 
A Física Nuclear começou no fim do século 
passado, a começar pela descoberta dos raios X, pelo 
alemão Wilhelm Roentgen. No ano seguinte, em 1896, com 
uma questão que se debateu à volta dos raios X. 
 
Fonte: Wikipédia 
 
 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
1.2 Regra de 3 simples e direta 
 
 
1.3 Sistema Internacional de unidades 
1.3.1. Grandezas fundamentais e derivadas 
 
 Embora existam dezenas de grandezas físicas, são 
estabelecidos padrões e definidas unidades para um número 
mínimo de grandezas denominadas fundamentais. A partir das 
grandezas fundamentais são definidas unidades para todas as 
demais grandezas - são as grandezas derivadas. Assim, por 
exemplo, a partir da grandeza fundamental comprimento cuja 
unidade é o metro, definem-se unidades de grandezas derivadas, 
como área (metro quadrado) e volume (metro cúbico). De duas 
grandezas fundamentais, comprimento e tempo, definem-se, por 
exemplo, as unidades de velocidade (metro por segundo) e 
aceleração (metro por segundo ao quadrado). 
1.3.2. Sistema Internacional de Unidades (S.I.) 
 
 Até 1960, havia em todo o mundo diversos sistemas de 
unidades, isto é, conjuntos diferentes de unidades fundamentais 
que davam origem a inúmeras unidades derivadas. Grandezas 
como força e velocidade, por exemplo, tinham cerca de uma 
dezena deunidades diferentes em uso. Por essa razão, a 11a 
Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) criou o Sistema 
Internacional de Unidades (SI) com o objetivo de eliminar essa 
multiplicidade de padrões e unidades. O SI deveria atribuir a cada 
grandeza uma só unidade, o que foi acordado na 14a CGPM, em 
1971. Nessa conferência foram selecionadas as unidades básicas 
do SI: metro, quilograma, segundo, ampere, kelvin, mol e 
candela, correspondentes às grandezas fundamentais: 
comprimento, massa, tempo, intensidade de corrente elétrica, 
temperatura termodinâmica, quantidade de matéria e intensidade 
luminosa. Da mesma forma, foram estabelecidos os seus 
símbolos, unidades derivadas, unidades suplementares e 
prefixos. O progresso científico e tecnológico tem possibilitado a 
redefinição dos padrões dessas grandezas 
 
Unidades usuais de comprimento 
 
Em 1889, o padrão do metro foi substituído por uma barra com secção 
transversal em "X", composta por uma liga de platina e irídio altamente 
estável, mais precisa do que o padrão original de 1799. O comprimento 
desta barra, a 0ºC, era equivalente a um metro. Vários países receberam 
cópias destes padrões, precisamente calibrados com comparadores 
ópticos desenvolvidos na época. 
 
 
Quilômetro: 1 km = 1000 m = 103 m ou 
 1 m = 0,001 km = 10-3 km 
Metro: 1m = 100 cm = 102 cm ou 
1 cm = 0,01 m = 10-2 m 
Milímetro: 1 m = 1000 mm = 103mm ou 
1 mm = 0,001 m = 10-3 m 
Então: 
1 km = 1000 m = 100000 cm = 1000000 mm ou 
1 km =103 m = 105 cm = 106 mm 
 
 
I. 
 
II. 
 
 
 
Duas barras com 
secção transversal 
em "X", compostas 
por liga de platina -
irídio, representando 
o metro padrão de 
1889. 
 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
 Unidades usuais de área 
 
 
III. 
 
 
Unidades usuais de volume 
 
 
 
 
IV. 
 
 
Unidades usuais de massa 
 
 
 
Quilograma: 1kg = 1000 g = 103 g ou 
 1g = 0,001 kg = 10-3 kg 
Tonelada: 1t = 1000 kg = 103 kg 
Então: 
 1t = 103 kg = 106 g 
 
V. 
 
 
VI. 
 
 
 
 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
Unidades usuais de tempo 
 
 
Hora: 1 h = 60 min ou 
 1 min = h 
Minuto: 1 min = 60 s ou 1 s = min 
Dia: 1 dia = 24 h = 24 x 60 min = 
 1440 min = 24 x 3600 s = 86400 s 
 
Então: 
 1 h = 60 min = 60 x 60 s = 3600 s ou 
 1 s = min= h 
 
 
VII. Exprimir em segundos 
 
 
 
 
VIII. 
 
 
 
 
IX. 
 
60
1
60
1
60
1
3600
1
 
 
Aula 3 – Unidades - Transformação simples 
 
X. 
 
 
Gabarito 
 
I. 
 
 
II. 
 
 
III. 
 
 
IV. 
 
V. 
 
VI. 
 
VII. 
 
VIII. 
 
IX. 
 
X. 
 
m/s