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SISTEMA DE UNIDADES Copyright © 2016 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 1 AULA 1 – PREFIXOS Os prefixos que acompanham a unidade de medida são múltiplos ou submúltiplos da unidade principal. Cada prefixo possui um símbolo e um valor correspondente. Eles são mais utilizados em situações que o valor apresentado com a unidade, sem o prefixo, apresenta um valor muito grande ou muito pequeno, nessas situações, escrevemos esses valores utilizando o prefixo mais adequado, ou seja, apresentamos a medida utilizando múltiplos ou submúltiplos. (Importante: A medida é a mesma). Exemplos: Comprimento Comprimento do palito de fósforo 3 cm (centímetros) Espessura de um vidro: 4 mm (milímetros) Distância entre dois estados: 400 km (quilômetros) Massa Substância contida no remédio: 250 mg (miligramas) Massa de uma melancia: 9 kg (quilograma) Observe nesses exemplos que as palavras: centi, mili e quilo foram os prefixos utilizados. Tabela de prefixos Nome do prefixo Símbolo potência de 10 Exemplos: Transformar de prefixo para unidade simples giga G 109 9 GHz (gigahertz) = 9 ⋅ 109𝐻𝑧 mega M 106 700 Mbytes (megabytes) = 700 ⋅ 106 𝑏𝑦𝑡𝑒𝑠 quilo (kilo) k 103 400 km (quilômetro) = 400 ⋅ 103𝑚 hecto h 102 36 hV (hectovolt) = 36 ⋅ 102𝑉 deca da 101 38 daL (38 decalitros) = 38 ⋅ 10 𝐿 deci d 10−1 58 dV (58 decivolt) = 58 ∙ 10−1𝑉 centi c 10−2 250 cg (centigramas) = 250 ∙ 10−2𝑔 mili m 10−3 250 mg (miligramas) = 250 ⋅ 10−3𝑔 micro 𝜇 10−6 8 C (microcoloumbs) = 8 ∙ 10−3𝐶 nano n 10−9 250nm (nanômetros) = 250 ∙ 10−9𝑚 pico p 10−12 12 pF(12 picofaraday) = 12 ⋅ 10−12𝑝𝐹 AULA 2 – ANÁLISE DIMENSIONAL É uma ferramenta muito importante para o estudo da Física, ajuda a identificar grandezas, determinar unidades de medida, verificar a homogeneidade de equações e prever expressões matemáticas a partir de uma conclusão de um experimento. http://www.stoodi.com.br/ SISTEMA DE UNIDADES Copyright © 2016 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 2 Sete grandezas fundamentais: GRANDEZA SÍMBOLOS DIMENSIONAIS UNIDADE NO SI comprimento L metros (m) massa M quilograma (kg) tempo T segundos (s) temperatura kelvin (K) corrente elétrica I ampère (A) quantidade de matéria N mol intensidade luminosa Io candela (cd) Observação: Seria mais interessante adotar a carga elétrica como grandeza fundamental da eletricidade, mas a comunidade científica adotou a corrente elétrica por conveniência. Ao estudar a dimensão de uma grandeza utilizamos a seguinte notação: [X] => análise dimensional da grandeza X Podemos representar a análise dimensional utilizando os símbolos dimensionais ou unidades do SI. Alguns Exemplos: GRANDEZA EQUAÇÃO SÍMBOLOS DIMENSIONAIS UNIDADE NO SI Velocidade 𝑣 = ∆𝑆 ∆𝑡 [𝑣] = 𝐿 𝑇 ⇒ [𝑣] = 𝐿. 𝑇−1 [𝑣] = 𝑚 𝑠 Aceleração 𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 [𝑎] = 𝐿 𝑇 𝑇 = 𝐿 𝑇 ∙ 1 𝑇 = 𝐿 𝑇2 ⇒ [𝑎] = 𝐿. 𝑇−2 [𝑎] = 𝑚 𝑠2 Força 𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑎 [𝐹𝑟] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−2 [𝐹𝑟] = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠2 = 𝑁 Trabalho 𝜏 = 𝐹. 𝑑. 𝑐𝑜𝑠𝜃 [𝜏] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−2. 𝐿 ⇒ [𝜏] = 𝑀. 𝐿². 𝑇−2 [𝜏] = 𝑘𝑔. 𝑚² 𝑠2 = 𝐽 Potência 𝑃 = 𝜏 ∆𝑡 [𝑃] = 𝑀. 𝐿2. 𝑇−2 𝑇 ⇒ [𝑃] = 𝑀. 𝐿2. 𝑇−3 [𝑃] = 𝑘𝑔. 𝑚2 𝑠3 = 𝑊 Quantidade de Movimento 𝑄 = 𝑚. 𝑣 [𝑄] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−1 [𝑄] = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠 = 𝑁. 𝑠 Impulso 𝐼 = 𝐹. ∆𝑡 [𝐼] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−2. 𝑇 ⇒ [𝐼] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−1 [𝐼] = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠 = 𝑁. 𝑠 Pressão 𝑝 = 𝐹 𝐴 [𝑝] = 𝑀. 𝐿. 𝑇−2 𝐿2 ⇒ [𝑝] = 𝑀. 𝐿−1. 𝑇−2 [𝑝] = 𝑘𝑔 𝑚. 𝑠² = 𝑁 𝑚² Densidade 𝑑 = 𝑚 𝑉 [𝑑] = 𝑀 𝐿3 ⇒ [𝑑] = 𝑀. 𝐿−3 [𝑑] = 𝑘𝑔 𝑚³ Carga Elétrica 𝑄 = 𝑖. ∆𝑡 [𝑄] = 𝐼. 𝑇 [𝑄] = 𝐴. 𝑠 = 𝐶 Calor específico 𝑐 = 𝑄 𝑚. ∆𝜃 [𝑐] = 𝑀. 𝐿2. 𝑇−2 𝑀. 𝜃 ⇒ [𝑐] = 𝐿2. 𝑇−2. 𝜃−1 [𝑐] = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠2 𝑘𝑔. 𝐾 = 𝑚 𝑠. 𝐾 = 𝐽 𝑘𝑔. 𝐾 Sendo N newton, J Joule, W watt, C coulomb, K Kelvin Homogeneidade Dimensional Para a equação ser dimensionalmente verdadeira é necessário que cada parcela apresente a mesma unidade de medida. Exemplo 1 A = B.x + C.y² Portanto para que essa equação seja dimensionalmente verdadeira temos: http://www.stoodi.com.br/ SISTEMA DE UNIDADES Copyright © 2016 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 3 [A] = [B.x] = [C.y²] ATENÇÃO: Na igualdade acima está sendo afirmado que as grandezas apresentam a mesma unidade, não significa, que apresentam o mesmo valor. Exemplo 2 Função horária da posição no MUV 𝑆 = 𝑆0 + 𝑉0 ∙ 𝑡 + 𝑎 ∙ 𝑡2 2 Portanto para que essa equação seja dimensionalmente verdadeira temos: [𝑆] = [𝑆0] = [𝑉0 ∙ 𝑡] = [𝑎 ∙ 𝑡 2] No último termo não representamos o 2 porque ele é um fator matemático e não uma grandeza. Nessa equação todas as grandezas representam unidades de comprimento L, ou, utilizando o sistema internacional metros m. Utilizando essas informações conseguimos obter as unidades da velocidade e da aceleração: Pelos símbolos dimensionais [𝑉0 ∙ 𝑡] = 𝐿 [𝑉0] ∙ 𝑇 = 𝐿 [𝑉0] = 𝐿/𝑇 [𝑎 ∙ 𝑡2] = 𝐿 [𝑎] ∙ 𝑇2 = 𝐿 [𝑎] = 𝐿/𝑇² Pelo SI [𝑉0 ∙ 𝑡] = 𝑚 [𝑉0] ∙ 𝑠 = 𝑚 [𝑉0] = 𝑚/𝑠 [𝑎 ∙ 𝑡2] = 𝑚 [𝑎] ∙ 𝑠2 = 𝑚 [𝑎] = 𝑚/𝑠² Previsão de Fórmulas Utilizando análise dimensional podemos determinar o significado de uma grandeza ou até determinar uma fórmula. Exemplo 1: Pressão no fundo de um recipiente de profundidade h: 𝑝 = 𝐴 + 𝑑. 𝐵. ℎ Sendo p a pressão no fundo do recipiente, d a densidade do líquido e h a profundidade, determine o significado físico das grandezas A e B. Para que a equação seja dimensionalmente verdadeira é necessário que: [𝑝] = [𝐴] = [𝑑. 𝐵. ℎ] Analisando a equação temos que a grandeza A representa pressão e a grandeza B: Pelo SI [𝑑. 𝐵. ℎ] = 𝑁/𝑚² 𝑘𝑔 𝑚³ . [𝐵]. 𝑚 = 𝑁 𝑚² 𝑘𝑔 𝑚² . [𝐵] = 𝑁 𝑚² 𝑘𝑔. [𝐵] = 𝑁 Sabemos que 𝑁 = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠2 Então 𝑘𝑔. [𝐵] = 𝑘𝑔. 𝑚 𝑠2 [𝐵] = 𝑚 𝑠2 B representa aceleração. Exemplo 2: O período do pêndulo simples é proporcional ao comprimento do fio L, massa do objeto m, aceleração da gravidade g e uma constante adimensional k. Determine a fórmula do período do pêndulo simples. Pela proporcionalidade: 𝑇 = 𝑘. 𝐿𝑥 . 𝑚𝑦. 𝑔𝑧 Utilizando análise dimensional: [𝑇] = [𝐿𝑥 . 𝑚𝑦. 𝑔𝑧] Pelo símbolos dimensionais: 𝑇 = 𝐿𝑥 . 𝑀𝑦. ( 𝐿 𝑇−2 ) 𝑧 𝑇 = 𝐿𝑥 . 𝑀𝑦. 𝐿𝑧 . 𝑇−2𝑧 http://www.stoodi.com.br/ SISTEMA DE UNIDADES Copyright © 2016 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 4 𝑇 = 𝐿𝑥+𝑧. 𝑀𝑦 . 𝑇−2𝑧 Como o lado esquerdo da igualdade é igual o direito: { 𝑥 + 𝑧 = 0 𝑦 = 0 −2𝑧 = 1 Resolvendo o sistema temos: 𝑥 = 1 2 ; 𝑦 = 0; 𝑧 = − 1 2 Portanto a fórmula do período: 𝑇 = 𝑘. 𝐿1/2. 𝑚0. 𝑔−1/2 𝑇 = 𝑘. 𝐿1/2. 𝑔−1/2 𝑇 = 𝑘. 𝐿 1 2 𝑔 1 2 𝑇 = 𝑘. √ 𝐿 𝑔 Importante ressaltar que o período do pêndulo simples não depende de sua massa. http://www.stoodi.com.br/
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