Introdução à Física

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CTPM-AM
1 Trimestre de 2021
Professor: Mônica Cozzi
E-mail: tiradentescozzi@gmail.com
1º ANO
Física
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Questões ENEM: https://questoesenem.ebc.com.br/
Introdução: Física
O que é Física?
Física é uma ciência natural que estuda as propriedades da matéria e da energia,
estabelecendo relações entre elas. Baseia-se em experimentações, observações e
formulações matemáticas voltadas à interpretação de questões fundamentais da
natureza, relativas a um grande número de fenômenos, compreendidos desde escalas
subatômicas até macro cósmicas.
● Grandes contribuintes da Física:
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https://questoesenem.ebc.com.br/
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-materia.htm
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-energia.htm
● Nicolau Copérnico (1473 – 1543): foi quem anunciou o modelo heliocêntrico,
“colocando” o Sol no centro do sistema solar.
● Tycho Brahe (1546 – 1601): utilizou de forma pioneira equipamentos de medição
para mapear posições de corpos celestes, contribuindo imensamente com a
astronomia.
● Galileu Galilei (1564 – 1642): além de inaugurar o método científico, estudou o
movimento de corpos em queda livre.
● Isaac Newton (1642 – 1727): com suas leis conseguiu explicar praticamente
todos os tipos de movimentos.
● James Clerk Maxwell (1831 – 1879): uniu a eletricidade e o magnetismo, dando
origem ao eletromagnetismo.
● Albert Einstein (1879 - 1955): publicou em 1905 três extraordinários artigos:
Teoria da relatividade restrita; Efeito fotoelétrico; Movimento browniano.
É importante que se saiba que todos deram significativa contribuição, o próprio
Newton disse: “Se pude enxergar mais distante, foi porque estive apoiado em
ombros de gigantes”.
Video aula: https://youtu.be/bcN-2Goi25E
Áreas da Física:
● Obs: se você está iniciando seus estudos em física, saiba que, embora tenhamos
uma divisão didática, só existe uma física e todas as áreas estão relacionadas.
● Mecânica: estuda o movimento. É subdividida em: cinemática, dinâmica,
gravitação, estática e hidrostática.
● Termologia: estuda os fenômenos térmicos. É subdivida em termometria,
calorimetria e termodinâmica.
● Óptica: estuda os fenômenos ligados à luz e pode ser subdividida em
óptica geométrica e óptica física.
● Ondulatória: estuda as ondas e engloba a acústica, que trata das ondas
sonoras.
● Eletricidade: estuda os fenômenos elétricos e magnéticos, é subdividida
em eletrostática, eletrodinâmica e eletromagnetismo.
● Física moderna: envolve a relatividade especial, a mecânica quântica e a
física nuclear.
https://youtu.be/bcN-2Goi25E
● Video aula: https://youtu.be/k-KkFhTxe2o
MÉTODO CIENTÍFICO
● O método científico pode ser definido como um conjunto de procedimentos por
meio dos quais um cientista consegue propor um conjunto de explicações para
fenômenos, constituição e formação de materiais etc. De forma geral, o método
científico pode apresentar as seguintes etapas:
● 1º - Observação: É a etapa em que o pesquisador observa uma
determinada matéria ou fenômeno.
● 2º - Elaboração do problema (fase do questionamento): Nessa etapa,
o cientista ou pesquisador elabora perguntas sobre o fenômeno ou material
analisado, tais como:
● Por que esse fenômeno ocorre?
● Como esse fenômeno ocorre?
● Quais são os fatores que originaram esse fenômeno?
● Qual é a composição do material?
● Que substâncias formam esse material?
● Qual é a importância desse material?
● 3º - Hipóteses: É a etapa em que o pesquisador responde às perguntas
feitas na etapa anterior. Essas respostas podem ser pautadas em seu
conhecimento prévio sobre materiais ou fenômenos semelhantes.A
elaboração das hipóteses deve ser feita com muita cautela porque é por
meio delas que a fase da experimentação será realizada, ou seja, elas serão o
ponto de partida da experimentação.
● 4º - Experimentação: Nessa etapa, experimentos e pesquisas bibliográficas
são realizados com base nas hipóteses levantadas. O objetivo é encontrar a
resposta para cada um dos questionamentos que foram elaborados.Cada
cientista desenvolve essa etapa de acordo com os conhecimentos que possui
e as práticas que são necessárias para o esclarecimento de cada hipótese.
● 6º - Conclusão: A conclusão é a etapa em que o cientista verifica se os
experimentos e pesquisas realizados respondem aos questionamentos
levantados e permitem que ele faça afirmações acerca dos fenômenos ou
materiais analisados.Todas as afirmações realizadas após a utilização do
método científico são chamadas de teorias. Quando diferentes hipóteses e
https://youtu.be/k-KkFhTxe2o
experimentações são realizadas e o resultado é sempre o mesmo, passamos
a ter uma lei.
● Video aula: https://youtu.be/XjZL1ZQ81Nc
● Grandezas físicas e unidades de medida: As grandezas físicas
se resumem em unidades de medidas criadas através do Sistema
Internacional de Unidades (SI), responsável por tal padronização.Na
mecânica, o SI corresponde ao sistema MKS, que tem como unidades
fundamentais: metro, quilograma e segundo.Em toda medida, os algarismos
corretos e o primeiro duvidoso são chamados de algarismos significativos.
● As grandezas físicas podem ser classificadas em diretas
(fundamentais) ou indiretas (derivadas), e ainda como
escalares ou vetoriais. Veja a seguir as definições de cada
uma delas:
● Video aula: https://youtu.be/MLEZI03kUkE
● https://youtu.be/lEyUFyKPqXA
https://youtu.be/XjZL1ZQ81Nc
https://youtu.be/MLEZI03kUkE
https://youtu.be/lEyUFyKPqXA
● Diretas (ou fundamentais): são aquelas que apenas com uma medida já se
obtém o resultado, não precisando envolver outra grandeza física na
medição. Um exemplo seria ao medir a altura de uma mesa, basta usar uma
trena e já se obtém a medida. Ou medir o tempo para ir ao mercado,
bastando apenas usar um relógio e já se tem a medida desejada.
● Indiretas (ou derivadas): são aquelas que envolvem mais de uma
grandeza a ser medida e, por possuir duas grandezas físicas ou mais,
são chamadas também de derivadas, pois serão compostas de grandezas
diretas (ou fundamentais). A velocidade é um exemplo. Definida como a
distância dividida pelo tempo, precisa-se calcular duas grandezas
físicas, espaço e tempo, para depois dividi-las, obtendo um novo
resultado, uma nova grandeza física, derivada de duas grandezas
fundamentais.
● Escalares: são aquelas em que basta o número e a unidade de medida para
defini-la. Exemplos podem ser a medida de uma febre de 40ºC, o tempo de
caminhada de 30 minutos, 3 litros de água, 5 kg de arroz, entre outros.
● Vetoriais: são aquelas em que só o número e a unidade de medida não
são suficientes, é necessário saber também a direção (horizontal,
vertical, diagonal, etc.) e o sentido (direita, esquerda, para cima, para
baixo, a noroeste, horário, anti-horário, etc.). Nas grandezas físicas
vetoriais a direção e o sentido faz toda a diferença, e, por isso, sempre
haverá uma pergunta para fazer além da medida a ser feita, por
exemplo: Junior caminhou 6 m, mas para onde? Será necessário
responder a pergunta. No caso, suponha-se que Junior caminhou 6m da
porta da casa até a beira do mar. Contudo, se é dito que João tem 60
kg, já está claro, não há perguntas a se fazer, por isso que massa é uma
grandeza escalar e não vetorial.
● Unidades de medida:
●
● Dessas unidades há outras unidades derivadas como: a área, o
volume, a velocidade, a aceleração, veja algumas:
● Unidade de área: m . m = m2
● Unidade de Força: N ou kg . m/s2
● Unidade de volume: m . m . m = m3
● Unidade de Pressão: Pa oukg/(m . s2)
● Unidade da velocidade: m/s
● Unidade de Energia: J ou kg . m2/s2
● Unidade da aceleração = m/s2
● Unidade de Carga elétrica: C ou A . s
● Prefixos do SI
● https://youtu.be/752KWWVH_VU
●
● Ordem e Grandeza
Em geral, para fazermos cálculos aproximados, precisamos de certa dose
de intuição e algum conhecimento referente à situação estudada. No
nosso exemplo, podemos partir do fato de que devemos beber cerca de
https://youtu.be/752KWWVH_VU
dois litros de água por dia. Como são quatro escoteiros, são necessários
pelo menos oito litros de água por dia. Em uma semana, o número de
litros de água que cada pessoa necessita é 56.
Para dar certa margem de segurança, podemos arredondar esse número
para 60. Assim, o ideal é que as pessoas levem pelo menos 60 litros de
água. Esse é um exemplo básico do caso em que não existe um valor exato,
pois o que se pode fazer é um cálculo aproximado.
Quando nossos cálculos são aproximados, costumamos dar o resultado
final, ou seja, a resposta expressa em potência de 10 mais próxima do
resultado encontrado. A resposta dada dessa maneira costuma ser
chamada de ordem de grandeza. Assim, no exemplo citado
anteriormente, em que a quantidade de água foi estimada em 60 litros,
podemos observar que as potências de 10 mais próximas de 60 são 101 e
102:
10
1
< 60 < 10
2
Mas 60 está mais próximo de 10² que de 10¹, assim, a ordem de grandeza de 60 é 10².
Consideremos, por exemplo, o número 850. As potências de 10 mais próximas do número 850 são 10² e 10³:
102 < 850 < 103
Porém, o número 850 está mais próximo de 103 do que 102. Assim, a ordem de grandeza de 850 é 103.
Para obtermos a ordem de grandeza de um número N qualquer, em primeiro lugar, devemos fazer a sua
representação na notação científica:
N = x .10y
1 ≤ x <10 e y é um número inteiro
Em seguida, verificamos se x é maior ou menor que 5,5. Portanto:
Se x > 5,5 fazemos x ≈ 10
Se x < 5,5 fazemos x ≈ 1
● Aula: https://youtu.be/kPEqh74QvWU
● Vetores
Vetor é um segmento de reta orientado que apresenta módulo (tamanho), direção e sentido. Os vetores são usados
para expressar grandezas físicas vetoriais, ou seja, aquelas que só podem ser completamente definidas se
conhecemos o seu valor numérico, a direção em que atuam (horizontal e vertical), bem como o seu sentido (para
cima, para baixo).
Posição, velocidade, aceleração, força e quantidade de movimento são bons exemplos de grandezas vetoriais.
● Por exemplo, se quisermos saber a posição de algum local, é necessário que se aponte para uma direção. Nesse caso, o
sentido do movimento é dado pela ponta do dedo.
●
● Para desenharmos vetores, é necessário perceber que sua representação deve levar em conta o seu tamanho. Ou
seja, um vetor que representa uma grandeza de valor numérico igual a 10 deve ser desenhado com a metade do
tamanho de um vetor que tenha tamanho 20.
https://youtu.be/kPEqh74QvWU
●
● As direções de um vetor podem ser definidas com base no sistema de coordenadas escolhido, por exemplo.
Usando-se o sistema cartesiano, as direções do espaço seriam x e y e um vetor poderia ser escrito como V = (x, y).
O sentido, por sua vez, diz respeito à seta na ponta do vetor, que o indica, podendo ser tanto positivo como
negativo.
●
● Quando escrevemos que um vetor é definido por suas coordenadas x e y, dizemos que x e y são as suas
componentes horizontal e vertical, respectivamente. Quando um vetor encontra-se inclinado, sem coincidir com
qualquer um dos eixos do sistema de coordenadas, é possível determinar o tamanho das suas componentes. Para
tanto, basta conhecermos o ângulo θ, formado entre o vetor e a direção horizontal, e o módulo do vetor a:
●
● Para calcularmos essas componentes, é necessário fazer o seguinte cálculo:
https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/plano-cartesiano.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/decomposicao-vetores.htm
●
● Com base nas componentes a
x
e a
y
de um vetor, é possível calcular o seu módulo (tamanho). Para isso,
basta aplicarmos o teorema de Pitágoras, uma vez que essas componentes são perpendiculares entre si:
●
● Vetor resultante
● Vetor resultante é o nome dado ao vetor que se obtém após realizar-se uma soma vetorial. Na soma
vetorial, devemos considerar o módulo, a direção e o sentido dos vetores para encontrarmos o vetor
resultante. Vejamos, a seguir, alguns casos de operações com vetores.
● Operações com vetores
● → Soma de vetores
● Vetores paralelos são aqueles que se encontram na mesma direção e no mesmo sentido. O ângulo
formado entre esses vetores é sempre nulo. Observe a figura abaixo:
●
● Caso esses vetores tenham também o mesmo módulo, dizemos que se trata de vetores iguais. Para
encontrarmos a resultante desses vetores, basta somarmos o módulo de cada um, além disso, o vetor
resultante estará na mesma direção e sentido dos vetores paralelos, e seu tamanho deverá ser o tamanho
dos dois vetores originários:
https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/o-teorema-pitagoras-aplicado-no-estudo-trigonometria.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/soma-vetores.htm
●
● Para calcularmos o módulo do vetor R, podemos utilizar a seguinte fórmula:
●
● → Subtração de vetores
● Vetores opostos fazem um ângulo de 180º entre si, encontram-se na mesma direção, porém com
sentidos contrários, como mostra a figura:
●
● O vetor resultante de dois vetores opostos é dado pela diferença no módulo desses, como é possível ver na
figura seguinte:
●
● Nesse caso, o vetor resultante terá sua direção e sentido determinados pelo vetor de maior módulo e
poderá ser calculado por meio da seguinte fórmula:
●
●
● → Vetores perpendiculares: Teorema de Pitágoras
● Vetores perpendiculares formam um ângulo de 90º entre si. Para encontrarmos o vetor resultante de dois
vetores perpendiculares, devemos ligar o início de um dos vetores à ponta do outro. O vetor resultante,
nesse caso, formará a hipotenusa de um triângulo retângulo, observe:
●
● O módulo desse vetor resultante pode ser calculado usando o teorema de Pitágoras:
●
● → Vetores oblíquos: regra do paralelogramo
● Vetores que não se encaixam em nenhum dos casos anteriores podem ser determinados geometricamente
pela regra do paralelogramo, como na próxima figura:
●
● Sendo θ o ângulo formado entre os dois vetores de base (azul e vermelho), o módulo do vetor resultante
poderá ser obtido por meio da próxima fórmula:
●
● → Resultante de vários vetores
● Quando temos diversos vetores e queremos encontrar o vetor resultante, devemos conectá-los uns aos
outros. Nesse processo, que independe da ordem escolhida, devemos ligar a ponta de um vetor ao início do
próximo. No fim, o vetor resultante será aquele que liga o início do primeiro vetor com a ponta do último:
●
● Para encontrarmos o módulo desse vetor, somamos as componentes x e y de cada um dos vetores a, b, c, e
d, e, no fim, aplicamos o Teorema de Pitágoras.
●
● aula: https://youtu.be/RRgBdqBl6Ig
● aula: https://youtu.be/98sMzk4rzR0
https://youtu.be/RRgBdqBl6Ig
https://youtu.be/98sMzk4rzR0