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2 O que você vai aprender nessas apostilas? Nessa apostila você vai aprender sobre as matérias mais importantes e que mais caem nos vestibulinhos de todo o país, e mais especificamente nas provas da ETEC, Colégio Embraer, Senai, Colégios da UNESP, Unicamp e USP, Colégios Militares e provas de bolsa. Resumi e organizei os principais assuntos que você precisa saber para garantir uma vaga nos melhores colégios e cursos técnicos do Brasil. Está fácil, está resumido e está divertido para você aprender tudo e mandar bem nas provas para o Ensino Médio. Essas apostilas que você tem em mãos vão te ajudar a se preparar para todas as provas! Por isso conto com seu esforço e entusiasmo para estudar bastante. Tudo o que você precisa está aqui, agora é com você. #BonsEstudos 3 Quem sou eu? Meu nome é Diego William, e minha missão esse ano é fazer você passar em um vestibulinho de Ensino Médio! Sou Engenheiro de Materiais de formação e professor de coração... Sou de São José dos Campos/SP, vim de escola pública, nunca tive dinheiro pra pagar um colégio particular, por isso sempre lutei para passar em um vestibulinho e mudar minha vida. E deu certo! Passei em 6 vestibulinhos e em 8 vestibulares! Desde 2013 trabalho como professor e mentor para alunos que sonham em passar em um vestibulinho... Mas em 2018 resolvi fazer diferente: fundei o Guia do Vestibulinho, que já é o maior portal de vestibulinhos do Brasil e ajuda alunos a se prepararem para as provas de bolsa e vestibulinhos das maiores e melhores escolas do país. https://guiadovestibulinho.com.br/ 4 https://guiadovestibulinho.com.br/ 5 SUMÁRIO CONVERSÕES DE UNIDADES ............................................................................................................... 6 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ................................................................................................. 11 IMPACTOS AMBIENTAIS ................................................................................................................... 14 DESMATAMENTO ............................................................................................................................. 16 RELAÇÕES ECOLÓGICAS .................................................................................................................... 18 AGRICULTURA ORGÂNICA ................................................................................................................ 20 FATORES BIÓTICOS E ABIÓTICOS ...................................................................................................... 23 PETRÓLEO ......................................................................................................................................... 25 FONTES DE ENERGIA ......................................................................................................................... 28 LIXO E RECICLAGEM .......................................................................................................................... 34 NÍVEIS EM ECOLOGIA ........................................................................................................................ 37 PRIMEIRA LEI DE NEWTON ............................................................................................................... 39 SEGUNDA LEI DE NEWTON ............................................................................................................... 41 TERCEIRA LEI DE NEWTON ................................................................................................................ 44 ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA ........................................................................................................ 46 PESO E DENSIDADE ........................................................................................................................... 49 TEMPERATURA E CALOR ................................................................................................................... 52 PROPRIEDADES DA MATÉRIA............................................................................................................ 54 PRESSÃO ATMOSFÉRICA ................................................................................................................... 59 FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS ................................................................................................... 61 SUBSTÂNCIAS E MISTURAS ............................................................................................................... 63 SEPARAÇÃO DE MISTURAS ............................................................................................................... 66 TRATAMENTO DE ÁGUA ................................................................................................................... 71 ELEMENTOS QUÍMICOS .................................................................................................................... 74 NOÇÕES DE ÍONS .............................................................................................................................. 77 DOENÇAS SEXUALMENTE TRANSMISSÍVEIS ..................................................................................... 79 MÉTODOS CONTRACEPTIVOS ........................................................................................................... 82 SISTEMAS DO CORPO HUMANO ....................................................................................................... 95 VELOCIDADE MÉDIA ....................................................................................................................... 108 CIRCUITOS ELÉTRICOS ..................................................................................................................... 113 6 CONVERSÕES DE UNIDADES cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. As unidades podem ser convertidas, de acordo com a sua respectiva grandeza. Nas próximas subseções serão expostos os quadros de conversão para as grandezas mais utilizadas. Convertendo unidades de comprimento No SI, a medida padrão para o comprimento é o metro. Porém, como se pode observar na figura, existem outras unidades. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve multiplicação ou divisão por dezenas. De acordo com a figura, para transformar metros em quilômetros, divide-se o valor por mil (103), basicamente, pode-se afirmar que o número de casas andadas é igual ao número de zeros do denominador. De forma semelhante, para transformar metros em milímetros, multiplica-se o valor em metros por mil (103). Convertendo unidades de área 7 No SI, a medida padrão para a área é o metro quadrado. Porém, como se pode observar na figura, existem outras unidades para expressarmos essa grandeza. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve multiplicação ou divisão por dezenas. De acordo com a figura, para transformar metros quadrado em quilômetros quadrados, divide-se o valor por um milhão (106). De forma semelhante, para transformar metros quadrados em milímetros quadrados, multiplica-se o valor em 6 metros quadrados por um milhão (106). Convertendo unidade de volume No SI, a medida padrão para o volume é o metro cúbico. Porém, observa-se na Figura que existem outras unidades para expressarmos essa grandeza. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve multiplicação ou divisão por dezenas. 8 De acordo com a figura, para transformar metros cúbicos em quilômetros cúbicos, divide- se ovalor por um bilhão (109). De forma semelhante, para transformar metros cúbicos em milímetros cúbicos, multiplica-se o valor em metros cúbicos por um bilhão (109). Convertendo unidades de tempo No SI, a medida padrão para o tempo é o segundo. Porém, observa-se na figura que existem outras unidades para expressarmos essa grandeza. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve operações de multiplicação ou divisão. De acordo com a Figura, para transformar segundos em minutos, divide-se o valor por sessenta, basicamente, pode-se afirmar que um minuto equivale a sessenta segundos. De forma semelhante, para transformar horas em minutos, multiplica-se o valor em horas por sessenta. Desse modo, tem-se que uma hora equivale a sessenta minutos. 9 Convertendo unidades de massa No SI, a medida padrão para a massa é o grama. Porém, observa-se na Figura que existem outras unidades para expressarmos essa grandeza. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve operações de multiplicação ou divisão por dezenas. De acordo com a Figura, para transformar gramas em quilogramas, divide-se o valor por mil, basicamente, pode-se afirmar que o número de casas andadas equivale ao número de zeros após o algarismo um. Desse modo tem-se que um quilograma equivale a mil gramas. De forma semelhante, para transformar gramas em miligramas, multiplica se o valor em gramas por mil. Convertendo unidades de velocidade No SI, a medida padrão para a velocidade o metro por segundo. Porém, observa-se na Figura que existem outras unidades para expressarmos essa grandeza. Para realizar a conversão dessas unidades, segue-se uma regra bem simples, que envolve operações de multiplicação ou divisão por 3,6. 10 De acordo com a Figura, para transformar um metro por segundo em um quilômetro por hora, divide-se o valor por 3,6. Desse modo, tem-se que 1m/s equivale a 3,6km/h. De forma semelhante, para transformar um quilômetro por hora em metro por segundo, multiplica-se o valor do quilômetro por hora por 3,6. 11 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. O desenvolvimento sustentável é um conceito elaborado para fazer referência ao meio ambiente e à conservação dos recursos naturais. Entende-se por desenvolvimento sustentável a capacidade de utilizar os recursos e os bens da natureza sem comprometer a disponibilidade desses elementos para as gerações futuras. Isso significa adotar um padrão de consumo e de aproveitamento das matérias-primas extraídas da natureza de modo a não afetar o futuro da humanidade, aliando desenvolvimento econômico com responsabilidade ambiental. Sabemos que existem os recursos naturais não renováveis, ou seja, aqueles que não podem renovar-se naturalmente ou pela intervenção humana, tais como o petróleo e os minérios; e que também existem os recursos naturais renováveis. No entanto, é errôneo pensar que esses últimos sejam inesgotáveis, pois o seu uso indevido poderá extinguir a sua disponibilidade na natureza, com exceção dos ventos e da luz solar, que não são diretamente afetados pelas práticas de exploração econômica. Dessa forma, é preciso adotar medidas para conservar esses recursos, não tão somente para que eles continuem disponíveis futuramente, mas também para diminuir ou eliminar os impactos ambientais gerados pela exploração predatória. Assim, o ambiente das florestas e demais áreas naturais, além dos cursos d'água, o solo e outros elementos necessitam de certo cuidado para continuarem disponíveis e não haver nenhum tipo de prejuízo para a sociedade e o meio ambiente. A história do conceito de Desenvolvimento Sustentável O conceito de desenvolvimento sustentável foi oficialmente declarado na Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano, realizada em 1972, na cidade de Estocolmo, Suécia, e, por isso, também chamada de Conferência de Estocolmo. A 12 importância da elaboração do conceito, nessa época, foi a de unir as noções de crescimento e desenvolvimento econômico com a preservação da natureza, questões que, até então, eram vistas de forma separada. Em 1987, foi elaborado o Relatório “Nosso Futuro Comum”, mais conhecido como Relatório Brundtland, que formalizou o termo desenvolvimento sustentável e o tornou de conhecimento público mundial. Em 1992, durante a ECO-92, o conceito “satisfazer as necessidades presentes, sem comprometer a capacidade das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades” tornou-se o eixo principal da conferência, concentrando os esforços internacionais para o atendimento dessa premissa. Com esse objetivo, foi elaborada a Agenda 21, com vistas a diminuir os impactos gerados pelo aumento do consumo e do crescimento da economia pelo mundo. Medidas sustentáveis Dentre as medidas que podem ser adotadas tanto pelos governos quanto pela sociedade civil em geral para a construção de um mundo pautado na sustentabilidade, podemos citar: redução ou eliminação do desmatamento; reflorestamento de áreas naturais devastadas; preservação das áreas de proteção ambiental, como reservas e unidades de conservação de matas ciliares; fiscalização, por parte do governo e da população, de atos de degradação ao meio ambiente; adoção da política dos 3Rs (reduzir, reutilizar e reciclar) ou dos 5Rs (repensar, recusar, reduzir, reutilizar e reciclar); contenção na produção de lixo e direcioná-lo corretamente para a diminuição de seus impactos; diminuição da incidência de queimadas; diminuição da emissão de poluentes na atmosfera, tanto pelas chaminés das indústrias quanto pelos escapamentos de veículos e outros; opção por fontes limpas de produção de energia que não gerem impactos ambientais em larga e média escala; adoção de formas de conscientizar o meio político e social das medidas acimas apresentadas. 13 Essas medidas são, portanto, formas viáveis e práticas de se construir uma sociedade sustentável que não comprometa o meio natural tanto na atualidade quanto para o futuro a médio e longo prazo. 14 IMPACTOS AMBIENTAIS cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Impacto ambiental é a alteração no meio ambiente por determinada ação ou atividade. Atualmente o planeta Terra enfrenta fortes sinais de transição, o homem está revendo seus conceitos sobre natureza. Esta conscientização da humanidade está gerando novos paradigmas, determinando novos comportamentos e exigindo novas providências na gestão de recursos do meio ambiente. Um dos fatores mais preocupantes é o que diz respeito aos recursos hídricos. Problemas como a escassez e o uso indiscriminado da água estão sendo considerados como as questões mais graves do século XXI. É preciso que tomemos partido nesta luta contra os impactos ambientais, e para isso é importante sabermos alguns conceitos relacionados ao assunto. Poluição é qualquer alteração físico-química ou biológica que venha a desequilibrar um ecossistema, e o agente causador desse problema é denominado de poluente. Como já era previsto, os principais poluentes têm origem na atividade humana. A Indústria é a principal fonte, ela gera resíduos que podem ser eliminados de três formas: Na água: essa opção de descarte de dejetos é mais barata e mais cômoda, infelizmente os resíduos são lançados geralmente em recursos hídricos utilizados como fonte de água para abastecimento público. Na atmosfera:a eliminação de poluentes desta forma só é possível quando os resíduos estão no estado gasoso. Em áreas isoladas: essas áreas são previamente escolhidas, em geral são aterros sanitários. 15 Classificação dos resíduos: Resíduos tóxicos: são os mais perigosos e podem provocar a morte conforme a concentração, são rapidamente identificados por provocar diversas reações maléficas no organismo. Exemplos de geradores desses poluentes: indústrias produtoras de resíduos de cianetos, cromo, chumbo e fenóis. Resíduos minerais: são relativamente estáveis, correspondem às substâncias químicas minerais, elas alteram as condições físico-químicas e biológicas do meio ambiente. Exemplos de indústrias: mineradoras, metalúrgicas, refinarias de petróleo. Resíduos orgânicos: as principais fontes desses poluentes são os esgotos domésticos, os frigoríficos, laticínios, etc. Esses resíduos correspondem à matéria orgânica potencialmente ativa, que entra em decomposição ao ser lançada no meio ambiente. Resíduos mistos: possuem características químicas associadas às de natureza biológica. As indústrias têxteis, lavanderias, indústrias de papel e borracha, são responsáveis por esse tipo de resíduo lançado na natureza. Resíduos atômicos: esse tipo de poluente contém isótopos radioativos, é um lixo atômico capaz de emitir radiações ionizantes e altamente nocivas à saúde humana. 16 DESMATAMENTO cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Entende-se por desmatamento, também chamado de desflorestamento ou desflorestação, o processo de remoção total ou parcial da vegetação em uma determinada área. Geralmente, esse processo ocorre para fins econômicos, visando à utilização comercial da madeira das árvores e também para o aproveitamento dos solos para a agricultura e a pecuária. A atividade mineradora e a construção de barragens para hidrelétricas também aparecem como causas de tal ocorrência. No mundo, os primeiros a praticarem de forma intensiva o desmatamento foram os países desenvolvidos. Para o soerguimento de suas economias, sobretudo após o advento do sistema capitalista, algumas nações exploraram intensamente os seus recursos naturais, avançando essa exploração também para outras áreas. Com isso, muitas florestas do hemisfério norte foram praticamente dizimadas. Atualmente, os países que mais desmatam são os de economias emergentes, pois, embora tentem controlar esse problema, o desmatamento de suas florestas avança à medida que seus sistemas econômicos evoluem. Até bem pouco tempo atrás, o campeão mundial de desmatamento era o Brasil, principalmente em razão do crescimento da fronteira agrícola sobre as áreas da Floresta Amazônica. No entanto, recentemente, o país foi ultrapassado pela Indonésia, que possui uma ampla área verde, mas que vem desflorestando duas vezes mais do que é desmatado anualmente no território brasileiro. Segundo levantamentos realizados pela Organização das Nações Unidas (ONU), atualmente são desmatados quase sete milhões de hectares por ano. Isso significa a perda não tão somente de vegetações, mas também de várias espécies animais, pois o seu habitat encontra-se cada vez mais diminuto. Com isso, o equilíbrio ecológico pode tornar-se ameaçado. Dentre as consequências do desmatamento, podemos citar: o esgotamento dos solos com a intensificação de processos de erosão e desertificação; a extinção ou degradação de rios e lagos, graças ao maior acúmulo de sedimentos gerados; a ocorrência de desequilíbrios climáticos em razão da ausência das florestas que tinham como função gerar mais umidade do ar e absorver o calor atmosférico, dentre outros problemas. 17 Para combater o desmatamento no mundo e também no território brasileiro, é necessária a adoção de medidas em diferentes escalas, do individual ao governamental. Cada cidadão deve fazer sua parte, evitando que, nas áreas urbanas, o número de árvores por habitante não seja muito pequeno, preservando a vegetação existente e procurando cultivar novas espécies. Os governos também possuem a função de adotar medidas de conservação das áreas naturais com vigilância, fiscalização e repressão dos agressores a áreas de reservas naturais. No Brasil, vários domínios naturais foram muito devastados. O primeiro a sofrer com esse processo foi a Mata Atlântica, que hoje conta com cerca de 7% de sua área original. Os Pampas e a Mata de Araucária também passaram por graves processos de desmatamento, o que também vem ocorrendo no bioma Cerrado, esse último profundamente devastado durante a segunda metade do século XX. A Amazônia parece ser o próximo alvo e, embora os últimos anos o desmatamento tenha apresentando diminuições, a floresta ainda sofre com o corte de milhares de hectares de árvores a cada ano. 18 RELAÇÕES ECOLÓGICAS cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Todos os seres vivos relacionam-se uns com outros, tanto da mesma espécie (relações intraespecíficas) quanto de espécies distintas (relações interespecíficas). Essas relações podem ser harmônicas, quando não há prejuízo para nenhum dos indivíduos envolvidos, ou desarmônicas, quando pelo menos um se prejudica. RELAÇÕES INTRA-ESPECÍFICAS HARMÔNICAS: Sociedade: indivíduos da mesma espécie que se mantêm anatomicamente separados e que cooperam entre si por meio de divisão de trabalho. Geralmente, a morfologia corporal está relacionada com a atividade que exercem. Ex.: abelhas, cupins, formigas, etc. Colônia: indivíduos associados anatomicamente. Eles podem apresentar-se semelhantes (colônias isomorfas) ou com diferenciação corporal de acordo com a atividade que desempenham (polimorfas). Ex.: determinadas algas e caravela-portuguesa. RELAÇÕES INTRAESPECÍFICAS DESARMÔNICAS: Canibalismo: ato no qual um indivíduo alimenta-se de outro(s) da mesma espécie. Competição: disputa por territórios, parceiros sexuais, comida etc. RELAÇÕES INTER-ESPECÍFICAS HARMÔNICAS: Mutualismo: indivíduos de espécies diferentes que se encontram intimamente associados, criando vínculo de dependência. Ambos se beneficiam. Ex.: líquens (fungo + cianobactéria), cupim e protozoário, que digere a celulose em seu organismo; micorrizas (fungos + raízes de plantas) etc. 19 Protocooperação: indivíduos que cooperam entre si, mas não são dependentes um do outro para sobreviver. Ex.: peixe-palhaço e anêmona (o primeiro ganha proteção, e o segundo, restos de alimentos); pássaros que se alimentam de carrapato bovino etc. Inquilinismo: uma espécie usa a outra como abrigo, mas somente ela se beneficia, mas sem causar prejuízos à outra. Exemplo: orquídeas e bromélias associadas a árvores de grande porte. Comensalismo: relação na qual apenas uma espécie beneficia-se, mas sem causar prejuízos à outra. Exemplo: o peixe-piloto prende-se ao tubarão para se alimentar dos restos de comida dele e também se locomover com maior agilidade. RELAÇÕES INTER-ESPECÍFICAS DESARMÔNICAS: Amensalismo: uma espécie inibe o desenvolvimento de outra. Ex.: liberação de antibióticos por determinados fungos, causando a morte de certas bactérias. Predatismo: um indivíduo mata outro para alimentar-se. Ex.: serpente e rato. Parasitismo: o parasita retira do corpo do hospedeiro nutrientes para garantir a sua sobrevivência, debilitando-o. Ex.: lombriga e ser humano, lagarta e folhagens, carrapato e cachorro etc. Competição: disputa por recursos (território, presas, etc). 20 AGRICULTURA ORGÂNICA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares,ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A agricultura orgânica, também chamada de biológica, é um tipo de agricultura alternativa que prioriza a qualidade do alimento. Ela não utiliza agrotóxicos, fertilizantes sintéticos e pesticidas nas plantações. O termo surgiu na década de 20 aliado a diversos movimentos contrários a agricultura tradicional e o uso de produtos químicos. Além disso, foi um alerta à população para o consumo de alimentos mais saudáveis. Principais Características A agricultura orgânica diversifica os produtos cultivados com o intuito de garantir o equilíbrio ambiental, sobretudo do solo. Nessa perspectiva, a manutenção dos nutrientes da terra é uma importante característica. Portanto, adubos de origem orgânica são os meios mais indicados para afastar as pragas. Com a valorização de alimentos mais saudáveis, hoje em dia, esse tipo de sistema tem sido um grande aliado da saúde da população bem como do meio-ambiente. A agricultura orgânica utiliza técnicas de baixo impacto ambiental com foco na sustentabilidade e ainda, na preservação dos recursos naturais. Por outro lado, a agricultura mecanizada e com foco na alta produção, utiliza produtos tóxicos nas plantações para acelerar o processo de cultivo. Esse tipo de sistema tem agravado os problemas ambientais bem como afetado a saúde e o bem-estar da população. Estudos comprovam que o consumo desses alimentos leva a diversos problemas de saúde. Destacam-se as disfunções hormonais, problemas cognitivos, má formação do feto e ainda, o aparecimento de diversas doenças, como o câncer. Em suma, mesmo depois de lavados, os alimentos de origem não orgânica carregam os produtos que são utilizados nas culturas. 21 Vantagens da Agricultura Orgânica Preservação dos recursos naturais Produção de alimentos saudáveis e de maior qualidade Sustentabilidade e baixo impacto ambiental Manutenção da biodiversidade Uso de adubos naturais (compostagem, minhocultura, etc.) Rotatividade de culturas (policultura) Solo saudável e rico em nutrientes Utilização de energias renováveis Desvantagens da Agricultura Orgânica Mais dispendiosa e demorada Menor produção, se comparada a agricultura tradicional Impacto ambiental com o uso pesticidas e agrotóxicos de origem orgânica Produtos mais caros que os convencionais Agricultura Orgânica no Brasil No Brasil, a agricultura orgânica está intimamente relacionada com a agricultura familiar. Dados apontam que 70% dos alimentos consumidos no País são fruto da agricultura familiar. Cerca de 120 países do mundo adotam esse tipo de sistema, sendo que o Brasil é o décimo maior país em área destinada à agricultura orgânica. Ele está atrás dos Estados Unidos, China, Austrália, Espanha, dentre outros. Entretanto, o Brasil é o segundo maior produtor do mundo sendo que mais da metade da produção é dedicada ao mercado externo. Nesse sistema, técnicas tradicionais de cultivo manuais e apropriadas à realidade do local de produção são utilizadas. Ainda que isso pareça ser positivo, a agricultura tradicional e mecanizada tem ganhado força no Brasil nos últimos anos. Ela prioriza a otimização dos processos de produção agrícola e está baseada nos latifúndios e monoculturas. 22 As técnicas artificiais utilizadas são nocivas à saúde humana e causa grandes impactos ao meio-ambiente. Um exemplo notório é a produção de um único produto (monocultura) em grandes extensões de terra, por exemplo, a soja. Isso empobrece e contamina o solo, ao contrário da orgânica que está baseada na policultura e rotatividade de espécies que mantém a saúde do solo. Sendo assim, ainda temos caminhos a percorrer para que os produtos que chegam à nossa mesa sejam os mais saudáveis e sem produtos químicos. Para isso, o País precisa investir mais em políticas públicas conscientes que priorizem a saúde da população e do meio-ambiente. 23 FATORES BIÓTICOS E ABIÓTICOS cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Todo ecossistema é constituído por componentes bióticos (seres vivos e sua relações) e abióticos (elementos não vivos do ambiente). Um ecossistema pode ser tanto uma floresta como um pequeno aquário e os elementos físicos e químicos do ambiente (fatores abióticos) determinam, em larga escala, a estrutura e o funcionamento das comunidades vivas (fatores bióticos). Fatores Bióticos Os fatores bióticos são o resultado da interação entre os seres vivos em uma determinada região, constituindo uma comunidade biológica ou biota, assim como a sua influência no ecossistema do qual fazem parte. Por exemplo, em um manguezal todas as espécies animais, como caranguejos, guarás, lontras e vegetais, como o mangue preto e o mangue vermelho, compõem a biota daquele ambiente. Cadeias Alimentares São as relações entre os organismos autótrofos (que produzem o próprio alimento) e os heterótrofos (que precisam ingerir outros organismos para se alimentar). O mangue vermelho é um produtor no manguezal, o caranguejo que se alimenta de suas folhas o consumidor primário e a ave guará e o guaxinim que comem os caranguejos, são os consumidores secundários. Além dos produtores e consumidores, é de fundamental importância também os decompositores que fazem a ciclagem dos restos orgânicos. Relações Ecológicas São as interações que ocorrem dentro da mesma espécie (intraespecífica) ou entre espécies diferentes (interespecífica). Essas relações podem ser positivas, beneficiando uma ou ambas 24 as espécies envolvidas (mutualismo, sociedades, entre outras), ou negativas, trazendo desvantagens para uma ou ambas as partes (parasitismo, predação, etc). O manguezal é considerado um berçário de muitas espécies marinhas, pois muitos peixes e crustáceos utilizam essa região para se reproduzir. Fatores Abióticos Os fatores abióticos são os elementos não vivos do ambiente que afetam os organismos vivos da biota. Esses elementos podem ser físicos ou químicos. Fatores físicos Constituem o clima do ecossistema, determinado principalmente pela radiação solar que chega à Terra. As radiações além de proporcionar a luz, que é fundamental para que ocorra fotossíntese (produção de alimento pelos organismos autótrofos), também influenciam na temperatura, que é uma condição ecológica decisiva para a vida na superfície terrestre. A temperatura influencia outros fatores climáticos tais como ventos, umidade relativa do ar e pluviosidade. No caso do manguezal, a variação das marés é um fator que afeta bastante a vida dos organismos que existem ali. Na alta da maré os terrenos ficam alagados e com a maré mais baixa ficam expostos. As plantas que vivem aí tem as raízes adaptadas para se fixar bem ao terreno lamacento, são as raízes escoras que ficam expostas na maré baixa. Fatores químicos Alguns elementos químicos, como os sais minerais são nutrientes importantes e essenciais para garantir a sobrevivência dos organismos. Os fosfatos, por exemplo, são importantes para a formação dos ácidos nucleicos, o magnésio participa da clorofila. Os ciclos biogeoquímicos, do nitrogênio, do oxigênio, do carbono contribuem com a ciclagem dos nutrientes e o fluxo de energia para a manutenção do equilíbrio dos ecossistemas. O manguezal é um ecossistema formado em locais onde há mistura de água doce com água salgada. A concentração dos sais varia nesses ambiente e é outro fator abiótico que influencia a vida da comunidade biótica. 25 PETRÓLEO cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA,Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A formação do petróleo é caracterizada pelo acúmulo de material orgânico sob condições específicas de pressão e isolamento em camadas do subsolo de bacias sedimentares, sofrendo transformações por milhares de anos. Além de estar em uma bacia sedimentar, os requisitos primários para que se venha eventualmente a localizar um reservatório de petróleo são a presença de algum tipo de rocha reservatório (geralmente porosa) coberta por uma rocha seladora (que impediu que o óleo escapasse para a superfície, vindo a se dissipar). Ao contrário do que imagina o senso comum, o petróleo raramente se encontra acessível próximo à superfície, jorrando de forma espontânea e abundante. Aprisionado em rochas porosas, a extração deste óleo precisa ser feita por equipamentos que perfurem as camadas rochosas e exerçam a pressão necessária para que o óleo venha até a superfície - quase sempre misturado com sedimentos e gás. Quando a rocha reservatório não possui boa permeabilidade, pode ser necessário fraturá-la para então recuperar o óleo. Existem casos em que, mesmo comprovada a presença de petróleo, não é vantajoso comercialmente ou tecnicamente viável extraí-lo. Composição química Além das diferenças em custo de exploração e produção, dependendo das dificuldades envolvidas em acessar e colocar o reservatório em desenvolvimento, o petróleo pode variar também em composição química, fazendo com que seja necessário maior ou menor investimento em refino para transformá-lo em produtos derivados como gasolina, óleo diesel, querosene, asfaltos, solventes, lubrificantes, plásticos etc. A composição química do petróleo é uma combinação complexa de hidrocarbonetos (carbono e hidrogênio), podendo conter também quantidades pequenas de nitrogênio, oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos. Um exemplo comum - que pode variar de amostra para amostra - da proporção entre os componentes do petróleo seria: 26 Carbono - 82% - é o elemento predominante no petróleo Hidrogênio - 12% - atua com o carbono formando as moléculas Nitrogênio - 4% - encontrado na forma de amina Oxigênio - 1% - muito pouco é encontrado Sais - 0,5% - raramente aparecem Metais (ferro, cobre etc.) - 0,5% - considerados como resíduos O que se obtém a partir do petróleo O petróleo bruto é uma mistura complexa de hidrocarbonetos, que precisam ser separados por diversos processos para formar os derivados utilizados pelos consumidores e pela indústria em geral. Na etapa inicial do refino, o petróleo bruto é aquecido e as diferentes cadeias de hidrocarbonetos são separadas de acordo com as faixas de temperaturas de ebulição. Cada comprimento de cadeia tem uma propriedade diferente, que a torna útil de uma maneira específica. A partir do petróleo bruto se pode obter: - gás de petróleo: gás residual com 1 a 2 átomos de carbono, usado para aquecimento e para a indústria; - gás liquefeito de petróleo (GLP): com 3 a 4 átomos de carbono, usado principalmente para cozinhar; - nafta: com 5 a 10 átomos de carbono, é um produto intermediário que irá se transformar em gasolina ou servirá de matéria-prima para a indústria petroquímica; - gasolina: com 5 a 8 carbonos, é utilizada como combustível para motores do ciclo Otto*. É uma nafta que se transformou em gasolina por outros processos químicos; - querosene: com 11 a 12 carbonos, é usado principalmente como combustível para turbinas de jatos, além de outras aplicações; - óleo diesel: com 13 a 18 carbonos, é um combustível usado principalmente em transporte rodoviário e aquaviário, em motores do ciclo diesel, além de ser utilizado também em - termoelétricas e para aquecimento; 27 - óleo lubrificante: com 26 a 38 carbonos, é usado principalmente na lubrificação de motores e engrenagens e como matéria-prima para graxas; - óleo combustível: até 39 carbonos, é utilizado principalmente como fonte de calor no segmento industrial; - resíduos: até 80 carbonos, servem como material inicial para a fabricação de outros produtos. Nesta faixa de compostos mais pesados estão: coque, asfalto, alcatrão, breu, ceras e outros. Processos de refino do petróleo Poucos compostos já saem da coluna de destilação prontos para serem comercializados. A grande maioria deles deve ser processada quimicamente para criar outras frações, melhorar a qualidade ou atender as necessidades do mercado. Por exemplo, dependendo do processo e do tipo de petróleo, pode-se obter mais gasolina ou mais diesel, sendo possível adequar a produção dos derivados à demanda do mercado interno ou às negociações no mercado externo. Cinco exemplos de processos químicos muito utilizados nas refinarias são: - craqueamento: divide grandes cadeias de hidrocarbonetos em cadeias menores; - reforma: combina pedaços menores de hidrocarbonetos para criar outros maiores; - alquilação: rearranja várias cadeias para fazer os hidrocarbonetos desejados; - extração de aromáticos: extrai naftas aromáticas leves para a indústria química e petroquímica; - hidrotratamento: trata cataliticamente com hidrogênio frações leves e médias, como gasolinas e diesel, visando melhorar as respectivas qualidades. 28 FONTES DE ENERGIA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. As fontes de energia são recursos naturais ou artificiais utilizados pela sociedade para produção de algum tipo de energia. A energia, por sua vez, é utilizada para propiciar o deslocamento de veículos, gerar calor ou produzir eletricidade para os mais diversos fins. As fontes de energia também possuem relação com questões ambientais, pois, dependendo das formas de utilização dos recursos energéticos, graves impactos sobre a natureza podem ser ocasionados. Conforme a capacidade natural de reposição de recursos, as fontes de energia podem ser classificadas em renováveis e não renováveis. Fontes renováveis de energia As fontes renováveis de energia, como o próprio nome indica, são aquelas que possuem a capacidade de serem repostas naturalmente, o que não significa que todas elas sejam inesgotáveis. Algumas delas, como o vento e a luz solar, são permanentes, mas outras, como a água, podem acabar, dependendo da forma como são usadas pelo ser humano. Vale lembrar que nem toda fonte renovável de energia é limpa, ou seja, está livre da emissão de poluentes ou de impactos ambientais em larga escala. Energia eólica O vento é um recurso energético renovável e, portanto, inesgotável. Em algumas regiões do planeta, sua frequência e intensidade são suficientes para geração de eletricidade por meio de equipamentos específicos para essa função. Basicamente, os ventos ativam as turbinas dos aerogeradores, fazendo com que os geradores convertam a energia mecânica produzida em energia elétrica. Atualmente, a energia eólica não é tão difundida no mundo em razão do alto custo de seus equipamentos. Todavia, alguns países, como Estados Unidos, China e Alemanha, já vêm 29 adotando esse recurso substancialmente. As principais vantagens dessa fonte de energia são a não emissão de poluentes na atmosfera e os baixos impactos ambientais. Energia solar A energia solar é o aproveitamento da luz do sol para gerar eletricidade e aquecer a água para uso. É também uma fonte inesgotável de energia, haja vista que o Sol – ao menos na sua configuração atual – existirá por bilhões de anos. Há duas formas de aproveitamento da energia solar: a fotovoltaica e a térmica. Na primeira forma, são utilizadas células específicas que empregam o “efeito fotoelétrico”para produzir eletricidade. A segunda forma, por sua vez, utiliza o aquecimento da água tanto para uso direto quanto para geração de vapor, que atuará em processos de ativação de geradores de energia. É importante lembrar que podem ser utilizados também outros tipos de líquidos. Em razão dos elevados custos, a energia solar ainda não é muito utilizada. Todavia, seu aproveitamento vem crescendo gradativamente, tanto com a instalação de placas em residências, indústrias e grandes empreendimentos quanto com a construção de usinas solares especificamente voltadas para a geração de energia elétrica. Energia hidrelétrica A energia hidrelétrica corresponde ao aproveitamento da água dos rios para movimentação das turbinas de eletricidade. No Brasil, essa é a principal fonte de energia elétrica, ao lado das termoelétricas, haja vista o grande potencial que o país possui em termos de disponibilidade de rios propícios para a geração de hidreletricidade. Nas usinas hidrelétricas, constroem-se barragens no leito do rio para represamento da água que será utilizada no processo de geração de eletricidade. Nesse caso, o mais aconselhável é que as barragens sejam construídas em rios que apresentem desníveis em seus terrenos a fim de diminuir a superfície inundada. Por isso, é mais recomendável a instalação dessas usinas em rios de planalto, embora também seja possível instalá-las em rios de planícies, porém com impactos ambientais maiores. 30 Biomassa A utilização da biomassa consiste na queima de substâncias de origem orgânica para produção de energia. Ocorre por meio da combustão de materiais como lenha, bagaço de cana e outros resíduos agrícolas, restos florestais e até excrementos de animais. É considerada uma fonte de energia renovável, porque o dióxido de carbono produzido durante a queima é utilizado pela própria vegetação na realização da fotossíntese. Isso significa que, desde que seja controlado, seu uso é sustentável por não alterar a macrocomposição da atmosfera terrestre. Os biocombustíveis, de certa forma, são considerados um tipo de biomassa, pois também são produzidos a partir de vegetais de origem orgânica para geração de combustíveis. O exemplo mais conhecido é o etanol produzido da cana-de-açúcar, mas podem existir outros compostos advindos de vegetais distintos, como a mamona, o milho e muitos outros. Energia das marés (maremotriz) A energia das marés – ou maremotriz – é o aproveitamento da subida e da descida das marés para produção de energia elétrica. Funciona de forma relativamente semelhante a de uma barragem comum. Além das barragens, são construídas eclusas e diques que permitem a entrada e a saída de água durante as cheias e as baixas das marés, propiciando a movimentação das turbinas. 31 Fontes não renováveis de energia As fontes não renováveis de energia são aquelas que poderão esgotar-se em um futuro relativamente próximo. Alguns recursos energéticos, como o petróleo, possuem seu esgotamento estimado para algumas poucas décadas, o que eleva o caráter estratégico desses elementos. Combustíveis fósseis A queima de combustíveis fósseis pode ser empregada tanto para o deslocamento de veículos quanto para a produção de eletricidade em estações termoelétricas. Os três tipos principais são petróleo, carvão mineral e gás natural, mas existem muitos outros, como a nafta e o xisto betuminoso. Os combustíveis fósseis são as fontes de energia mais importantes e disputadas pela humanidade no momento. Segundo a Agência Internacional de Energia, cerca de 81,63% de 32 toda a matriz energética global advém dos três principais combustíveis fósseis citados acima. Essas fontes representam 56,8% da matriz energética brasileira. Assim, muitos países dependem da exportação desses produtos, enquanto outros tomam medidas geopolíticas para consegui-los. Outra questão bastante discutida a respeito dos combustíveis fósseis refere-se aos altos índices de poluição gerados por sua queima. Muitos estudiosos apontam que eles são os principais responsáveis pela intensificação do efeito estufa e pelo agravamento dos problemas vinculados ao aquecimento global. Energia nuclear Na energia nuclear – também chamada de energia atômica –, a produção de eletricidade ocorre por intermédio do aquecimento da água, que se transforma em vapor e ativa os geradores. Nas usinas nucleares, o calor é gerado em reatores a partir da fissão nuclear do urânio-235, um material altamente radioativo. Embora as usinas nucleares sejam menos poluentes do que outras estações semelhantes, como as termoelétricas, são alvo de muitas polêmicas, pois o vazamento do lixo nuclear produzido e a ocorrência de acidentes podem gerar graves impactos e muitas mortes. No entanto, com a emergência da questão sobre o aquecimento global, seu uso vem sendo reconsiderado por muitos países. Cada tipo de energia apresenta suas vantagens e desvantagens. No momento, não há nenhuma fonte que se apresente absolutamente mais viável que as demais. Algumas são baratas e abundantes, mas geram graves impactos ambientais; outras são limpas e sustentáveis, mas inviáveis financeiramente. O mais aconselhável é que exista, nos diferentes territórios, uma diversidade nas matrizes energéticas para que se atenuem os problemas. No entanto, isso não acontece no Brasil e em boa parte dos demais países. 33 Fontes de energia no Brasil Cerca de 42% da produção da matriz energética brasileira é proveniente de fontes renováveis de energia, como uso de biomassa, etanol, recursos hídricos, energia solar e energia eólica. Sendo assim, a matriz energética brasileira é mais renovável que a matriz mundial, que se baseia, principalmente, no uso de combustíveis fósseis para produção de energia. Dessa forma, pode-se dizer que, se comparado aos outros países, o Brasil emite menos gases de efeito estufa. Existem, hoje, no Brasil, 536 usinas eólicas, nas quais funcionam cerca de 6,6 mil cataventos, número que coloca o Brasil como líder na América Latina nesse tipo de produção de energia. Contudo, a principal fonte de energia do Brasil ainda é proveniente das usinas hidrelétricas, que representam, aproximadamente, 64% do potencial elétrico do país. A produção de energia proveniente do uso de biomassa corresponde a cerca de 9,2% da matriz energética brasileira, já a eólica representa em torno de 8,5% da matriz. 34 LIXO E RECICLAGEM cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A reciclagem é o processo de reaproveitamento do lixo descartado, dando origem a um novo produto ou a uma nova matéria-prima com o objetivo de diminuir a produção de rejeitos e o seu acúmulo na natureza, reduzindo o impacto ambiental. Pratica-se, então, um conjunto de técnicas e procedimentos que vão desde a separação do lixo por material até a sua transformação final em outro produto. Apesar de não ser a única medida a ser realizada para a diminuição do lixo produzido pela sociedade, a reciclagem possui um importante papel, uma vez que, além de reduzir a quantidade de rejeitos, também diminui a procura por novas matérias-primas. Dessa forma, quanto mais se recicla, mais se reaproveita e, consequentemente, menor é a necessidade de extrair novos materiais da natureza. Soma-se aos benefícios da redução do lixo e desoneração dos recursos naturais o fato de o processo de reciclagem ajudar a movimentar a economia, pois empresas especializadas nesse processo passam a atuar, gerando, inclusive, mais emprego e renda. Um exemplo também é a formação de cooperativas de reciclagem, como a dos catadores de papel, que, embora trabalhem quase sempre em regime informal detrabalho, conseguem adquirir uma renda para sustentar suas famílias. Há alguns casos em que a reciclagem também reduz o consumo de energia. O exemplo mais clássico nesse sentido é o alumínio, um material quase que totalmente reciclável, pois a sua produção a partir da bauxita (recurso mineral não renovável extraído do solo) demanda o consumo de uma grande quantidade de energia elétrica em uma indústria de base. Dessa forma, em alguns casos, é mais vantajoso economicamente o reaproveitamento das latas e outros produtos de alumínio do que a produção de novos materiais. O primeiro passo para a realização do processo de reciclagem é a coleta seletiva, ou seja, a separação do lixo por material, com o seu posterior destino para o reaproveitamento. Geralmente, divide-se primeiramente o material reciclável do não reciclável e, em seguida, separa-se o que é reciclável em metais, plástico, papel e vidro. 35 Embora a reciclagem, como vimos, seja muito importante, ela apresenta algumas limitações. A primeira delas é a de que, mesmo que exista uma grande eficiência na sociedade para a realização desse processo, ele não será o suficiente para diminuir em níveis aceitáveis a produção de lixo. Esse problema eleva-se quando o consumismo é desenfreado e a consequente geração de rejeitos é acentuada, sendo impossível para a reciclagem absorver tudo isso. O mais importante, na verdade, é adotar a política dos 3Rs ou, até mesmo, a política dos 5Rs, que envolve repensar, reduzir, recusar, reutilizar e reciclar. Outra das limitações da reciclagem envolve os problemas ambientais por ela gerados, isto é, os danos causados pela má utilização das técnicas e procedimentos envolvidos. Na reciclagem do papel, por exemplo, gera-se um lodo ou lama proveniente de vários produtos químicos que nem sempre é descartado da forma correta. Por todos esses motivos, devemos sempre incentivar a reciclagem, mas também precisamos entender que ela, sozinha, não resolverá os problemas da sociedade e os impactos gerados sobre o meio ambiente. 36 Portanto, reduzir o consumo, optar por materiais mais duráveis e reaproveitar ao máximo um determinado produto antes de descartá-lo são medidas que podem ajudar a melhorar a qualidade de vida das pessoas e também a conservação da natureza. 37 NÍVEIS EM ECOLOGIA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A biosfera é um dos níveis de organização estudados em Ecologia e é o local onde a vida é possível. Ao estudar Biologia, percebemos que existem diferentes níveis de organização biológica. Esses níveis ajudam-nos a compreender melhor os sistemas biológicos. São eles: Átomos - Moléculas - Células - Tecido - Órgão - Sistema - Organismo - População - Comunidade - Ecossistema - Biosfera Em Ecologia, o estudo baseia-se, em geral, nesses últimos quatro níveis, os quais serão explicados a seguir. População Dá-se o nome de população ao conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que vive em uma determinada área, em um determinado período de tempo. A ênfase na área e no período de tempo é essencial para entender que organismos de uma mesma espécie, que vivem em locais distantes, não constituem uma população. Como exemplo de população, podemos citar um grupo de elefantes que vive em uma área da Savana africana. Comunidade Chamamos de comunidade o conjunto de várias populações que vive em uma determinada área, em um determinado período de tempo. Nesse caso, observamos que a comunidade é formada por uma variada quantidade de organismos, diferentemente da população. Assim como no conceito de população, devemos ter em mente que todas as populações devem estar em uma mesma área, no mesmo período. Como exemplo de comunidade, podemos 38 citar as populações de elefantes, zebras, gnus e leões que vivem em uma área da Savana africana. Ecossistema O ecossistema, por sua vez, é um nível hierárquico que engloba a comunidade e considera, além desses organismos, o ambiente físico onde os seres vivos estão. Sendo assim, no ecossistema, consideramos tanto fatores bióticos quanto abióticos. Como exemplo, podemos citar a Savana africana, com todos seus fatores abióticos (água , solo e luminosidade) e a comunidade ali existente. Biosfera Por fim, temos a biosfera, a qual é definida como a região do planeta onde encontramos os seres vivos. De uma maneira simplificada, podemos dizer que a biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas existentes na Terra e é considerada por alguns o maior ecossistema existente. 39 PRIMEIRA LEI DE NEWTON cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. O estudo da causa do movimento dos corpos é algo que tem fascinado e aguçado a curiosidade de muitos desde os tempos de Aristóteles. Aristóteles viveu por volta do século IV a.C e, com base em seus estudos acerca da natureza do movimento dos corpos, concluiu que um corpo só se movimenta se uma força estiver sendo aplicada sobre ele. Sendo assim, segundo a proposição aristotélica, para empurrar um caixote de madeira de um lugar a outro, o movimento prevalece somente se uma força estiver atuando diretamente no caixote, ou seja, enquanto ele estiver sendo empurrado. Outros cientistas também procuraram estabelecer leis físicas que descrevessem os movimentos dos corpos, como Galileu Galilei e Isaac Newton. A explicação de Galileu para a Inércia As interpretações sobre os movimentos feitas por Aristóteles perduraram até o Renascimento(século XVII), quando Galileu, por meio de um método baseado em experimentação, propôs ideias que revolucionaram o que se pensava até então sobre a causa do movimento dos corpos. Realizando uma série de experiências, Galileu observou que, quando um caixote sobre o solo é empurrado, além da força para deslocar o caixote de uma posição para outra, existem outras forças atuantes, mas estas se opõem ao movimento do corpo. Essas forças contrárias ao movimento ocorrem em razão da resistência encontrada pelo corpo em contato com o ar que o circunda e do atrito com o solo. Logo, a partir de experimentações e reflexões sobre o que vinha sendo seu objeto de estudo, Galileu chegou à conclusão de que, se não houvesse forças contrárias ao movimento do caixote (se fosse possível eliminar a força de resistência do ar e a força de atrito com o solo), ele não cessaria o movimento, ou seja, continuaria infinitamente em movimento retilíneo e com velocidade constante após o início do movimento. 40 Esse fato opunha-se ao que pensava Aristóteles, que dizia que, quando não existisse força aplicada no objeto, consequentemente, a sua tendência seria voltar para o estado de repouso. A propriedade de permanecer em repouso quando em repouso e em movimento quando se movendo é conhecida como inércia. Inércia: a primeira lei de Newton Também no século XVII, após estabelecido o conceito de inércia por Galileu, Newton, em seu livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, formulou as leis básicas da mecânica, que hoje levam seu nome e são conhecidas como as Leis de Newton. Essas leis, também conhecidas como as leis dos movimentos, relacionam movimento e força. Concordando com as ideias de Galileu, de que um corpo pode estar em movimento mesmo que nenhuma força atue sobre ele, Newton tomou-as como base para o enunciado de sua primeira lei, conhecida como Lei da Inércia. Lei da Inércia: tendência que os corpos possuem em permanecer em seu estado natural de repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. Paraexemplificar, imaginem a seguinte situação: quando uma família viaja em um automóvel em movimento retilíneo e uniforme em relação à Terra e, por algum motivo, o motorista freia bruscamente, todos que estão no carro são atirados para frente em relação ao carro. Isso ocorre em virtude da inércia, isto é, da tendência que todos têm de manter a velocidade constante em que o carro vinha trafegando em relação à Terra. Em resumo, na ausência de forças: Um corpo ou objeto parado, em razão de sua inércia, tende a permanecer em repouso; Uma vez iniciado o movimento, a tendência do corpo é permanecer em movimento retilíneo e uniforme. 41 SEGUNDA LEI DE NEWTON cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. De acordo com a Segunda Lei de Newton: A força resultante que atua sobre um corpo é proporcional ao produto da massa pela aceleração por ele adquirida. Essa relação pode ser descrita com a equação: 𝑭𝑹 = 𝒎 ∗ 𝒂 sendo: Fr – Força resultante; m – massa; a – aceleração. De acordo com essa Lei, para que se mude o estado de movimento de um objeto, é necessário exercer uma força sobre ele que dependerá da massa que ele possui. A aceleração, que é definida como a variação da velocidade pelo tempo, terá o mesmo sentido da força aplicada, conforme mostra a figura abaixo: 42 Ao aplicar uma força sobre um objeto, imprimimos sobre ele uma aceleração que será dependente de sua massa. Podemos ver a partir da figura que, ao aplicar uma força de 2N sobre um objeto, ele adquirirá uma aceleração maior quando a massa for 0,5 kg e uma aceleração menor quando a massa for 4 kg. Isso significa que, quanto maior a massa de um corpo, maior deve ser a força aplicada para que se altere seu estado de movimento. Sendo a inércia definida como a resistência de um corpo para alterar seu estado de movimento, podemos dizer que a Segunda lei de Newton também define a massa como a medida da inércia de um corpo. A força é uma grandeza vetorial, pois é caracterizada por módulo, direção e sentido. A unidade no Sistema Internacional para força é o Newton (N), que representa kg m/s2. A Segunda Lei de Newton também é chamada de Princípio Fundamental da Dinâmica, uma vez que é a partir dela que se define a força como uma grandeza necessária para se vencer a inércia de um corpo. Força Peso A partir da Segunda Lei de Newton, também chegamos à outra importante definição na Física: o Peso. 43 A Força Peso corresponde à atração exercida por um planeta sobre um corpo em sua superfície. Ela é calculada com a equação: 𝑷 = 𝒎 ∗ 𝒈 *g é a aceleração da gravidade local. Apesar de a massa de um corpo ser fixa, não é o que ocorre com o peso. Veja um exemplo: Um corpo de massa 20 kg no planeta Terra, onde a aceleração da gravidade é 9,8 m/s2, possui o seguinte peso: P = 20. 9,8 P = 196 N O mesmo corpo em Marte, onde g = 3,711 m/s2, possui o peso: P = 20.3,711 P = 74,22 N Vemos que o peso no planeta Marte é bem menor que na Terra, pois a gravidade em Marte é menor. Isso ocorre porque a gravidade de um determinado local depende da massa do corpo. Como a massa de Marte é menor que a da Terra, ele também terá gravidade menor. 44 TERCEIRA LEI DE NEWTON cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A Terceira lei de Newton descreve o resultado da interação entre duas forças. Ela pode ser enunciada da seguinte maneira: Para toda ação (força) sobre um objeto, em resposta à interação com outro objeto, existirá uma reação (força) de mesmo valor e direção, mas com sentido oposto. A partir desse enunciado, podemos entender que as forças sempre atuam em pares. Nunca existirá ação sem reação, de modo que a resultante entre essas forças não pode ser nula, pois elas atuam em corpos diferentes. Imagine a situação em que alguém leva uma bolada no rosto. A ação seria a força feita pela bola sobre o rosto da pessoa, e a reação seria a força feita pelo rosto sobre a bola. Mesmo que a aplicação da força de reação seja involuntária, ela sempre acontece. As duas forças possuem exatamente o mesmo valor, mas são aplicadas em sentidos opostos. Na imagem abaixo, FBR é a força da bola sobre o rosto, e FRB é a força do rosto sobre a bola. 45 O caso do lançamento de foguetes Outro exemplo de aplicação da terceira lei de Newton é o caso do lançamento de foguetes. No momento em que ocorre a queima dos combustíveis na base do foguete, uma enorme quantidade de energia é liberada. Assim sendo, uma enorme força é feita contra o chão e, em reação a essa força aplicada ao chão, o foguete é impulsionado para cima. O Peso e a Normal Ao colocar um corpo sobre uma superfície, a força peso força a superfície de modo que ela responde com uma força vertical e para cima a fim de suportar o peso do objeto. O nome dessa força é Normal. 46 ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A matéria é composta por pequenas partículas e, de acordo com o maior ou menor grau de agregação entre elas, pode ser encontrada em três estados: sólido, líquido e gasoso. O volume, a densidade e a forma de um composto podem variar com a temperatura, sendo assim, os compostos apresentam características de acordo com o estado físico em que se encontram, veja as características de cada um: Estado Sólido: as moléculas da matéria se encontram muito próximas, sendo assim possuem forma fixa, volume fixo e não sofrem compressão. Por exemplo: em um cubo de gelo as moléculas estão muito próximas e não se deslocam. Estado Líquido: as moléculas estão mais afastadas do que no estado sólido e os elementos que se encontram nesse estado possuem forma variada, mas volume constante. Além dessas características, possui facilidade de escoamento e adquirem a forma do recipiente que os contém. Estado Gasoso: a movimentação das moléculas nesse estado é bem maior que no estado líquido ou sólido. Se variarmos a pressão exercida sobre um gás podemos aumentar ou diminuir o volume dele, sendo assim, pode-se dizer que sofre compressão e expansão facilmente. Os elementos gasosos tomam a forma do recipiente que os contém. Mudanças de estado físico Assim, quando uma substância muda de estado físico sofre alterações nas suas características microscópicas (arranjo das partículas) e macroscópicas (volume, forma), porém a composição continua a mesma. 47 A pressão e a temperatura, que são as variáveis de estado, influenciam no estado físico em que uma substância se encontra e ao receber ou perder certa quantidade de calor ela pode sofrer uma mudança/transição desse estado. A figura mostra o nome que se dá às transições de fase: Fusão: passagem da fase sólida para a líquida. Exemplo: o gelo derretendo e se transformando em água líquida. Vaporização: passagem da fase líquida para a gasosa. Exemplo: a água fervendo e se transformando em vapor de água, como a vaporização dos rios, lagos e mares. Solidificação: passagem da fase líquida para a sólida. Exemplo: água líquida colocada no congelador para formar gelo. Condensação: passagem da fase gasosa para a líquida. Exemplo: o vapor da água se transformando em gotículas de água quando sua temperatura fica abaixo de 100 ºC. Sublimação: passagem que se dá de forma direta, da fase sólidapara a gasosa ou da fase gasosa para a sólida; como acontece com a naftalina, por exemplo. Observação: a condensação também pode ser chamada de liquefação (quando envolve grandes pressões que "apertam" um gás e o tornam líquido nessa condição). 48 Como dito acima, tanto a pressão quanto a temperatura influenciam no estado físico que se encontra determinada substância. A água, por exemplo, em condições normais de pressão, 1 atm, está na fase sólida a temperaturas abaixo de 0 ºC; na fase líquida em temperaturas entre 0 ºC e 100 ºC e no estado gasoso para temperaturas acima de 100 ºC. 49 PESO E DENSIDADE cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. A densidade é uma propriedade específica de cada material que serve para identificar uma substância. Essa grandeza pode ser enunciada da seguinte forma: A densidade (ou massa específica) é a relação entre a massa (m) e o volume (v) de determinado material (sólido, líquido ou gasoso). Matematicamente, a expressão usada para calcular a densidade é dada por: 𝑫 = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 = 𝒎 𝑽 Unidades de medida para a densidade A unidade de medida da densidade, no Sistema Internacional de Unidades, é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais utilizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama por mililitro (g/mL). Para gases, ela costuma ser expressa em gramas por litro (g/L). Interpretação da expressão matemática da densidade Conforme se observa na expressão matemática da densidade, ela é inversamente proporcional ao volume. Isso significa que, quanto menor o volume ocupado por determinada massa, maior será a densidade. Para entendermos como isso ocorreu na prática, pense, por exemplo, na seguinte questão: o que pesa mais, 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? Na realidade, eles possuem a mesma massa, ou seja, o “peso” deles é o mesmo. A diferença entre 1 kg de chumbo e 1 kg de algodão consiste na densidade, pois 1 kg de chumbo 50 concentra-se em um volume muito menor que 1 kg de algodão. A densidade do algodão é pequena porque sua massa espalha-se em um grande volume. Desse modo, vemos que a densidade de cada material depende do volume por ele ocupado. E o volume é uma grandeza física que varia com a temperatura e a pressão. Isso significa que, consequentemente, a densidade também dependerá da temperatura e da pressão do material. Um exemplo que nos mostra isso é a água. Quando a água está sob a temperatura de aproximadamente 4ºC e sob pressão ao nível do mar, que é igual a 1,0 atm, a sua densidade é igual a 1,0 g/cm3. No entanto, no estado sólido, isto é, em temperaturas abaixo de 0ºC, ao nível do mar, a sua densidade mudará – ela diminuirá para 0,92 g/cm3. Note que a densidade da água no estado sólido é menor que no estado líquido. Isso explica o fato de o gelo flutuar na água, pois outra consequência importante da densidade dos materiais é que o material mais denso afunda e o menos denso flutua. Para compararmos essa questão, veja a figura abaixo, na qual temos um copo com água e gelo e outro copo com uma bebida alcoólica e gelo: Observe que o gelo flutua quando colocado na água e afunda quando colocado em bebidas alcoólicas. A densidade é a grandeza que explica esse fato. Conforme já dito, a densidade do gelo (0,92 g/cm3) é menor que a da água (1,0 g/cm3); já a densidade do álcool é de 0,79 g/cm3, o que significa que é menor que a densidade do gelo, por isso, o gelo afunda. 51 Densidades de alguns materiais A seguir temos as densidades de algumas substâncias do nosso cotidiano: Leite integral...........................1,03 g/cm3 Alumínio ................................ 2,70 g/cm3 Diamante .................................3,5 g/cm3 Chumbo...................................11,3 g/cm3 Mercúrio .................................13,6 g/cm3 52 TEMPERATURA E CALOR cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Temperatura e calor são conceitos fundamentais da Termologia, que é a área da Física que estuda os fenômenos associados ao calor, como a temperatura, dilatação, propagação de calor, comportamento dos gases, entre outros. Muitas vezes, esses dois conceitos são utilizados como sinônimos, porém, apesar de estarem associados, são aspectos distintos. Temperatura A temperatura é uma grandeza física utilizada para medir o grau de agitação ou a energia cinética das moléculas de uma determinada quantidade de matéria. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior será sua temperatura. O aparelho utilizado para fazer medidas de temperatura é o termômetro, que pode ser encontrado em três escalas: Celsius, Kelvin e Fahrenheit. A menor temperatura a que os corpos podem chegar é chamada de Zero Absoluto, que corresponde a um ponto em que a agitação molecular é zero, ou seja, as moléculas ficam completamente em repouso. Essa temperatura foi definida no século XIX pelo cientista inglês Willian Thompson, mais conhecido como Lord Kelvin. O zero absoluto tem os seguintes valores: 0K – escala Kelvin e -273,15 ºC – na escala Celsius. Calor O calor, que também pode ser chamado de energia térmica, corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro em razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico. É muito comum ouvirmos algumas expressões cotidianas associando calor a altas temperaturas. Em um dia quente, por exemplo, usa-se a expressão “Hoje está calor!”. Porém, corpos com baixas temperaturas também possuem calor, só que em menor 53 quantidade. Isso quer dizer apenas que a agitação das moléculas é menor em corpos “frios”. A unidade de medida mais utilizada para o calor é a caloria (cal), mas a sua unidade no Sistema Internacional é o Joule (J). A caloria é definida como a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1ºC. A relação entre a caloria e o Joule é dada por: 1 cal = 4,186 J. 54 PROPRIEDADES DA MATÉRIA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa. Porém, cada matéria pode apresentar uma ou mais características (propriedades da matéria) que são diferentes de outra matéria, como também pode apresentar características semelhantes. Quando misturamos óleo na água, ambos no estado líquido, percebemos rapidamente que um não se dissolve no outro e posiciona-se de forma diferente no recipiente. Essa simples mistura é suficiente para visualizarmos diversas propriedades da matéria, como a solubilidade (por não se dissolverem) e a densidade (por se posicionarem de forma diferente). De uma forma geral, as propriedades da matéria estão divididas em dois grupos, as gerais e as específicas, todas exploradas a seguir: Propriedades gerais da matéria São as características que toda matéria apresenta, independentemente do seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso). 55 Inércia Uma matéria sempre apresenta a tendência de manter o seu estado, seja de repouso, seja de movimento, a não ser que uma força externa influencie. Massa Fisicamente, massa é uma grandeza que indica a medida da inércia ou da resistência de um corpo de ter seu movimento acelerado.Porém, podemos, de uma forma geral, associar a massa à quantidade de partículas existentes em uma matéria. Volume É o espaço que uma matéria ocupa independentemente do seu estado físico. Impenetrabilidade Duas matérias não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo. Para enchermos uma garrafa com água, por exemplo, o ar tem que sair dela. Compressibilidade É a característica que a matéria apresenta de diminuir o espaço que estava ocupando quando submetida a uma força externa. Isso pode ser visto quando tampamos a ponta de uma seringa e empurramos o gás em seu interior com o êmbolo. Elasticidade É a característica que uma matéria tem de voltar à sua forma original quando uma força externa a estica ou comprime. 56 Divisibilidade É a capacidade que a matéria possui de ser dividida inúmeras vezes sem deixar de ser o que ela é, isto é, não há modificação de sua composição química. Propriedades específicas da matéria São características próprias de cada matéria, ou seja, se uma matéria apresenta, não quer dizer que outra também apresentará a mesma característica. Propriedades químicas É a característica que uma matéria apresenta de se transformar em outra, em um processo denominado de fenômeno químico. Muitas vezes um fenômeno químico só ocorre quando a matéria é submetida a determinadas condições (temperatura, catalisadores, eletrólise etc.). Uma matéria só se transforma em outra quando apresentam uma característica química em comum, principalmente átomos de elementos químicos em comum. Se queremos produzir iogurte, é preciso utilizar leite, e não suco de uva, por exemplo. Outro exemplo clássico de fenômeno químico é a formação da água. Nesse processo, submetemos os gases oxigênio (O2) e hidrogênio (H2) a altas pressões e temperaturas, sendo o resultado a produção de uma substância completamente diferente, a água. Isso não é possível quando reagimos os gases cloro (Cl2) e hidrogênio (H2). Nesse caso, o resultado é a formação de ácido clorídrico (Hcl). Propriedades físicas São características da matéria determinadas de forma experimental. Solubilidade (S) É a característica que uma determinada matéria apresenta de dissolver outra. A água, por exemplo, tem a capacidade de dissolver o cloreto de sódio (sal de cozinha). Vale ressaltar 57 que a quantidade de soluto, solvente e a temperatura são fatores que influenciam a solubilidade. Um exemplo da influência da temperatura, quantidade de soluto e solvente está descrito na tabela a seguir: Na tabela, podemos observar que, se tivermos 100 mL de água, a 10oC, dissolveremos 190,5 g de sacarose. Agora, se essa mesma quantidade de água estiver a 50 oC, a quantidade de sacarose que poderá ser dissolvida é de 260,4 g. Densidade (d) É a relação entre a massa (m) da matéria e o espaço (volume) que ela ocupa. Ela é calculada por meio da seguinte expressão: 𝑫 = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 = 𝒎 𝑽 Ponto de fusão (PF) É a temperatura que indica quando uma matéria deixa de ser sólida e passa a ser totalmente líquida. O ferro, por exemplo, deixa de ser sólido e passa a ser líquido a 1535 oC. Ponto de ebulição (PE) É a temperatura que indica quando uma matéria deixa de ser líquida e passa a ser totalmente gasosa. O metal mercúrio, por exemplo, deixa de ser líquido e passa a ser gasoso a 356,9 oC. 58 Tenacidade É a capacidade que uma matéria tem de resistir ao impacto com outra matéria. Quando uma pedra é arremessada no vidro, este se quebra, ou seja, a pedra é mais tenaz que o vidro. Dureza É a capacidade que uma matéria apresenta de riscar outra. Um exemplo é quando uma pedra arranha o vidro de uma janela, ou seja, a pedra é mais dura que o vidro. Propriedades organolépticas É a característica que a matéria apresenta de estimular pelo menos um dos cinco sentidos. Veja alguns exemplos: Paladar: quando ingerimos cloreto de sódio, sentimos o sabor salgado; Audição: o som produzido pelo bife sendo frito em uma panela; Tato: quando passamos uma toalha no rosto e sentimos que ela é áspera; Visão: luz percebida a partir da explosão de fogos de artifício; Olfato: o aroma liberado quando descascamos uma mexerica. 59 PRESSÃO ATMOSFÉRICA cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Antes de iniciarmos o estudo sobre pressão, faça a seguinte experiência: Pressione com o dedo a ponta de seu lápis e depois faça do mesmo modo, mesma força, com a extremidade não apontada. Você vai perceber que sentirá uma dorzinha ao pressionar a extremidade apontada. Mas porque só sentimos dor quando pressionamos a extremidade apontada se a força aplicada nas duas extremidades foi de mesma intensidade? Para respondermos a esse questionamento devemos ter conhecimento de um conceito físico denominado pressão, o qual relaciona a força e a área em que essa força foi aplicada. Define-se pressão (p) como sendo a razão entre a intensidade da força (F), aplicada perpendicularmente a uma superfície, e a área (A) dessa superfície: A unidade de pressão no Sistema Internacional de Unidades, como podemos observar se substituirmos as unidades de força (N) e área (m²) na definição de pressão, é o newton por metro quadrado ( 𝑁 𝑚² ), também conhecida como pascal (Pa). Logo: 1 𝑵 𝒎² = 𝟏 𝒑𝒂𝒔𝒄𝒂𝒍 = 𝟏𝒑𝒂 Desse modo, é fácil constatar que sentimos dor ao pressionar a extremidade do lápis apontada porque a pressão é maior sobre uma superfície de área menor. Outra unidade de pressão comumente usada é a pressão atmosférica (atm). Pressão atmosférica é a pressão que a atmosfera exerce sobre a superfície da Terra. Essa pressão se deve ao fato de a atmosfera ser composta por uma mistura de gases, sendo a maior parte formada pelos gases oxigênio e nitrogênio. Esses gases formam o ar que sofre 60 a ação do campo gravitacional terrestre e assim exerce pressão em todos os corpos na superfície da Terra. Normalmente não se sente a pressão atmosférica porque ela se aplica igualmente em todos os pontos do corpo, porém, seu valor varia de acordo com as condições do tempo e a altitude. A pressão atmosférica normal ao nível do mar é: 𝑷 = 𝟏𝑨𝑻𝑴 = 𝟏, 𝟎𝟏𝟑 ∗ 𝟏𝟎𝟓𝑷𝒂 Outra unidade usual é o milímetro de mercúrio (mmHg), que é a pressão que uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura exerce sobre uma superfície onde a gravidade g = 9,8 m/s² e temperatura 0C. A relação entre mmHg e atm é a seguinte: 𝟏𝑨𝑻𝑴 = 𝟕𝟔𝟎𝒎𝒎𝑯𝒈 Um dos primeiros a verificar a pressão exercida pela atmosfera na superfície terrestre foi Torriceli, através de um experimento onde ele utilizou um tubo com aproximadamente um metro de comprimento cheio de mercúrio, dessa experiência que se originou a unidade mmHg. 61 FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS cai nos vestibulinhos: ETEC, Colégios Militares, ENCCEJA, Jovem Aprendiz, Cursos Técnicos do SENAI, Institutos Federais, CEFET, Colégios Universitários (COTUCA, COTIL, UNESP, etc...), Colégio Embraer e Bolsas de Estudo. Fenômeno é o nome dado a toda e qualquer transformação que a matéria (tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa) pode sofrer, independentemente se a sua composição foi ou não alterada. Quando pegamos uma folha de papel e simplesmente a rasgamos, modificamos seu formato e tamanho, mas ainda temos o papel. Porém, se essa folha for queimada, teremos modificação na sua composição. O exemplo do papel representa os dois tipos de fenômenos que a matéria pode sofrer. Vamos entendê-los melhor! Fenômenos físicos São alterações sofridas pela matéria que não provocam nenhuma modificação na sua composição (substâncias que formam o material),
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