Nota: este glossário contém apenas conceitos básicos que constituem a espinha dorsal do módulo. Muitos dos conceitos importantes já foram definidos e explicados de forma simples nas respectivas unidades. Se os estudantes tiverem dificuldades com as definições aqui apresentadas são encorajados a visitar a pag. da inernet www.en.wikipedia.org. Se este material é lido como um ficheiro de computador, as palavras-chave podem ser ligadas ao material usado de wikipedia.
Campo Central
Em física atómica a aproximação campo central para muitos electrões nos átomos toma a combinação campo eléctrico do núcleo e todos os electrões actuando em qualquer um dos electrões para serem radial e para serem iguais aos restantes electrões. Isto é, todo o electrão está sujeito ao mesmo potencial V (r) que é apenas uma função da distância a
partir do núcleo. Isto facilita uma solução analítica aproximada para o problema do valor
de eigen para o operador de Hamilton.
Movimento Circular
Em física movimento circular é a rotação ao longo dum circo: um caminho circular ou uma órbita circular. A rotação em torno de um eixo fixo de um corpo tridimensional envolve o movimento circular de suas partes. Pode-se falar do movimento circular de um objecto se se ignorar o seu tamanho para que se tenha o movimento de um ponto de massa num plano.
Exemplos de movimento circular são: um satélite artificial orbitando em torno da Terra em órbita geosynchoronous, uma pedra volteada atada a uma corda (o lancamento de pedra nos jogos olímpicos), um carro de corridas fazendo uma curva na pista de corridas, um electrão que se move perpendicularmente a um campo magnético, um volante que gira em torno de um mecanismo.
O movimento circular envolve a aceleração do objecto que se move pela força centrípeta que puxa o objecto para o centro da órbita circular. Sem esta aceleração o objecto poderia mover-se inercialmente em linha recta de acordo com a 1ª Lei de movimento de Newton. O movimento circular é acelerado mesmo que a velocidade seja constante porque o objecto que possui a velocidade está constantemente mudando de direcção.
Força e Efeito de Coriolis
O efeito de coriolis é uma deflexão aparente dos objectos em movimento a partir de uma linha recta quando são vistos a partir de um referencial em rotação. O nome é dado em honra ao cientista francês Gaspard-Gustave Coriolis que descreveu este fenómeno em 1835, apesar de a matemática ter aparecido nas equações de tidal de Pierre- Simin Laplace em 1778. O efeito de Coriolis é causado pela força de Coriolis a qual aparece na equação de movimento num objecto em rotação, por vezes esta força é chamada de força fictícia (ou pseudo força), porque ela não aparece quando o movimento é exprimido em referencial inercial, no qual o movimento de um objecto é explicado pelas forças reais que actuam em conjunto com a inércia. Numa estrutura rotacional, a força de Coriolis, que depende da velocidade do objecto em movimento e a força centrífuga, a qual não depende, são necessárias na equação para correctamente descreverem o movimento.
Força: é o vector acção de um corpo sobre outro.
Oscilador Harmónico e Movimento Harmónico Simples
Um sistema deve possuir duas quantidades para que a oscilação mecânica ocorra: elasticidade e inércia. Quando o sistema é deslocado da sua posição de equilíbrio a elasticicidade providencia a força restauradora de tal forma que o sistema tenta voltar ao equilíbrio. A propriedade de inércia faz com que o sistema ultrapasse a posição de equilíbrio. Este constante jogo entre as propriedades elástica e de inércia é o que permite que ocorra o movimento oscilatório. A frequência natural da oscilação é relacionada às propriedades elástica e inércia pela expressão:
inercia de elasticida fo o 2
O exemplo mais simples de um sistema em oscilação é uma massa conectada a uma fundação rígida por meio de uma mola. A constante k da mola providencia a força elástica restauradora e a inércia de massa m providencia a ultrapassagem do ponto de equilíbrio. Aplicando a Segunda Lei de Newton F = ma a massa, pode obter-se a equação do movimento do sistema:
0 2 2 kx dt x d m 22 x0 m k dt x d 0 2 0 2 2 x dt x d onde 0 k mé a frequência natural de oscilação. As soluções desta equação de movimento tomam a forma
) cos(
)
(t x t
x o onde xm é a amplitude da oscilação e φ é a constante de fase da
oscilação. Ambos xm e φ são constantes determinadas pelas condições iniciais
(deslocamento inicial e velocidade) quando o tempo é t = 0s quando se começa a observar o movimento oscilatório.
As Três Leis de Kepler
1. A órbita de todo o planeta é uma elipse com o sol num dos focos. Uma elipse é caracterizada por dois pontos de focos; veja-se a ilustração. Por isso Kepler rejeitou a crença antiga de movimento circular Aristoteliana, Ptolemiana e copercaniana.
2. O segmento de recta que une o planeta e o sol varre áreas iguais em iguais intervalos de tempo a medida que o planeta circula pela órbita. Isto significa que o planeta viaja mais rápido quando está perto do sol e mais devagar quando esta mais afastado do sol. Kepler destruiu com esta lei a teoria astronómica Aristoteliana de que os planetas têm uma velocidade uniforme.
3. O quadrado do período orbital dos planetas é directamente proporcional aos cubos dos semi-eixos (a metade do comprimento da elipse) das suas órbitas. Isto significa não só que grandes órbitas têm períodos mais longos, mas também que a velocidade do planeta numa órbita maior é menor do que numa órbita pequena.
Massa: é definida como a medida quantitativa da inércia ou resistência à mudança em movimento de um corpo e também dá lugar à atracção Gravitacional.
Sistema Mecânico: um sistema mecânico é definido como uma colecção de pontos materiais (partículas) ou corpos nos quais a posição ou o movimento de cada partícula ou corpo do sistema depende da posição e do movimento de todas as outras partículas ou corpos. Um exemplo clássico dum sistema mecânico é o sistema solar, todos os corpos componentes estão conectados por forças mútuas de atracção. Outros exemplos de sistemas mecânicos são as máquinas ou quaisquer mecanismos cujos membros estão conectados com parafusos, rodas, cintos, etc.
Frequência Circular Natural
O tom fundamental, muitas vezes referido como fundamental e abreviado por fo é a
frequência mais baixa na série harmónica.
A frequência fundamental (também chamada frequência natural) de um sinal periódico é o inverso da área do comprimento de um período. A área do período é por sua vez a menor unidade de repetição do sinal. Uma área do período descreve, por isso, completamente o sinal periódico. A significância de definir a área do período como a menor unidade de repetição pode ser apreciada se se anotar que duas ou mais áreas de períodos concatenados formam o padrão de repetição do sinal. Contudo, a unidade de sinal concatenada contém informação redundante.
Em termos de superposição de sinusoidais (por exemplo, series de fourier), a frequência fundamental é a mais baixa frequência sinusoidal na soma.
As leis de movimento de Newton são três, as quais providenciam relações físicas entre as forças actuando no corpo e no movimento do corpo. Foram primeiramente compilados por Isaac Newton no seu trabalho Princípios Matemáticos da Filosofia Natural (1687). As leis formam as bases da mecânica clássica e Newton usou-as para explicar muitos resultados relacionados com o movimento físico dos objectos. No terceiro volume do texto, mostrou que estas leis de movimento, combinadas com a lei de gravitação universal explicam as leis de Kepler do movimento planetário.
Enunciadas de uma forma resumida as três leis afirmam:
1. Um corpo físico vai permanecer em repouso ou continuar em movimento em velocidade constante a não ser que uma força resultante diferente de zero actue nele.
2. A força resultante num corpo é igual à sua massa multiplicada pela sua aceleração. 3. Para toda a acção existe uma reacção igual e oposta.
Partícula: é um corpo de dimensões menosprezíveis. Também quando as dimensões do corpo são irrelevantes para a descrição do seu movimento ou da acção da força que actua nele o corpo pode ser tratado como partícula.
Posição: no espaço é determinada em relação a certas referências geométricas através das medições lineares ou geométricas. A estrutura de uma referência absoluta é um conjunto imaginário de eixos rectangulares assumidos como não tendo translação ou rotação no espaço para outros movimentos, como o movimento de um projéctil, o movimento relativo da terra tem de ser tomado em conta e as correcções relativas feitas às equações descrevendo as leis Newtonianas de mecânica.
Translação rectilínea: movimento no qual toda a linha no corpo permanece paralela à sua posição original. O movimento do corpo é completamente especificado pelo movimento de qualquer parte do seu corpo. Todos os pontos do corpo têm a mesma velocidade e aceleração.
Corpo Rígido
Em física, um corpo rígido é uma idealização de um corpo sólido de tamanho definido no qual as deformações são menosprezíveis. Em outras palavras, a distância entre dois pontos dados de um corpo rígido permanece constante no decorrer do tempo independentemente das forças externas que actuam nele. Em mecânica clássica um corpo rígido é usualmente como uma distribuição contínua de massa, enquanto em mecânica quântica um corpo rígido é usualmente pensado como uma colecção de pontos de massa. Por exemplo, em mecânica quântica, moléculas (consistindo de pontos de massa: electrões e núcleos) são muitas vezes vistas como corpos rígidos (veja-se a classificação de moléculas como rotores rígidos). A posição de um corpo rígido é determinada pela posição do seu centro de massa e pela sua orientação (pelo menos seis parâmetros no total).
Pêndulo Simples
Um pêndulo é um objecto ligado a um pivot no qual o pêndulo pode oscilar livremente. Este objecto é sujeito a um movimento restaurador que o acelera para a posição de equilíbrio. Quando o pêndulo é deslocado da sua posição de repouso a força restauradora faz com que o pêndulo oscile em torno da posição de equilíbrio.
Um exemplo básico é o pêndulo gravítico simples ou pêndulo de bolbo. Este é um peso (ou bolbo) numa extremidade de uma corda sem massa, a qual, quando infinitamente deslocada, oscila para frente e para trás sob a influência da gravidade em torno do seu ponto central (o mais baixo).
O movimento regular de um pêndulo pode ser usado para conservar o tempo e os pêndulos são usados para regular os despertadores.
Espaço: esta é a região geométrica ocupada por corpos. A posição no espaço é determinada relativamente a alguns sistemas de referência geométricos através de medições lineares ou angulares.
Tempo: tempo é a medida de sucessão de eventos o qual é considerado como sendo uma quantidade absoluta em mecânica Newtoniana.
Vectores e Escalares: os escalares têm apenas magnitude. A temperatura, rapidez, massa, e volume são exemplos de escalares.
Os vectores têm magnitude e sentido. A magnitude de v é escrita v v. A posição, deslocamento, velocidade, aceleração e força são exemplos de quantidades vectoriais. Os vectores têm as seguintes propriedades:
1. Os vectores são iguais quando têm a mesma magnitude e sentido.
2. Os vectores têm que ter as mesmas unidades para que sejam somados ou subtraídos. 3. O negativo do vector a tem a mesma magnitude mas sentidos opostos.
4. A subtracção de um vector é definida como a adição de um vector negativo:
BA B
A
5. A multiplicação de um vector por escalar resulta num vector para o qual: (a) Apenas a magnitude muda se o escalar é positivo.
(b) A magnitude muda e o sentido é invertido se o escalar é negativo.
6. As projecções de um vector ao longo dos eixos de um sistemas de coordenadas rectangulares são chamados de componentes de um vector. Os componentes de um vector definem completamente o vector.
cos cos A A A A x x A Asen A A sen y y
Podem-se inverter estas equações para determinar A e como funções de Ax e Ay. Pelo
teorema de pítagoras tem-se que 2 2
y
x A
A
A e a partir do diagrama tem-se que
x y x y A A arctg A A tg
7. Para adicionar os vectores pelos componentes: R A...C...Encontre todos os compenentes que devem ser adicionados.
(a) Adicione todos os componentes em x para obter Rx = Ax + Bx + Cx + ...
(b) Adicione todos os componentes em y para obter Ry = Ay + By + Cy + ...
Então 2 2 y x R R R e que x y R R arctg