Módulo I
1) Dúvidas ou Problemas ao longo do curso deverão ser resolvidas diretamente com o professor responsável (Profa. Claudia R. C. de Carvalho) que estará disponível na sala dos professores ou sala de coordenação (intervalos e antes do horário de início das aulas) ou através do e-mail claucamp@terra.com.br .
2) A bibliografia de apoio indicada para este curso se encontra abaixo relacionada. Muitos destes livros poderão ser encontrados na biblioteca do campus
Bibliografia Básica:
RAMALHO, Nicolau e Toledo. Os Fundamentos da Física – vol. 1. Editora Moderna.
BONJORNO, Bonjorno, Bonjorno e Ramos. Física– vol. 1. Editora FTD. KELLER, Gettys e Skove. Física– vol. 1. Editora Makron Books.
KAZUHITO, Fuke e Carlos. Os Alicerces da Física – vol. 1. Editora Saraiva.
Bibliografia Complementar:
ALONSO, Marcelo; FINN, Edward J. Física – Um Curso Universitário. Ed. Edgard Blücher.
NUSSENZVEIG, H. Moises. Curso de Física Básica –volume 1. Ed. Edgard Blücher.
SEARS, Francis; YOUNG, Hugh D; ZEMANSKY, Mark Waldo. Física – volumes 1. Ed. LTC. HALLIDAY; RESNICK e WALKER. Fundamentos de Física – volume 1. Ed. LTC.
Introdução:
Para tentar entender a natureza e explicar os fenômenos observados, o Homem, ao longo de sua história buscou elaborar conceitos que pudessem discutir e explicar o que chamamos de “leis naturais”. Essa ciência, recebeu o nome de Física.
Cientificamente, podemos definir o termo fenômeno, como sendo um acontecimento ou uma transformação. Os fenômenos que ocorrem classificam-se:
a) Fenômeno Físico: não altera a natureza dos corpos;
Exemplo: uma folha de papel ao ser cortada, não deixa de ser uma folha de papel. b) Fenômeno Químico: altera a natureza dos corpos;
Exemplo: uma folha de papel ao ser queimada deixa de ser uma folha de papel, ou seja, a natureza muda.
Em nível de Ensino Médio, a Física é dividida em:
a) MECÂNICA: estuda os movimentos, relacionando três grandezas fundamentais : comprimento, tempo e massa. Pode ser subdividida em: Cinemática, Dinâmica, Estática, Gravitação e Hidrostática.
b) TERMOLOGIA: estuda os fenômenos térmicos, fazendo uso de outra grandeza fundamental: temperatura. Pode ser subdividida em: Termometria, Calorimetria, Termodinâmica, Estudos dos Gases e Estudo das Dilatações Térmicas.
c) ÓPTICA: estuda fenômenos luminosos. Pode ser subdividida em: Óptica Geométrica e Óptica Física.
d) ONDULATÓRIA: estuda fenômenos envolvendo ondas.
e) ELETRICIDADE: estuda os fenômenos elétricos, fundamentados nas cargas elétricas. Pode ser subdividida em: Eletrostática, Eletrodinâmica e Eletromagnetismo.
Física (do grego physiké) : ciência das coisas naturais; seu objetivo é o estabelecimento de leis que regem os fenômenos da natureza, estudando as propriedades da matéria e da energia.
Grandeza Física
Tudo o que pode ser medido e ao qual se pode associar um valor numérico e uma unidade, recebe o nome de grandeza física.
Toda grandeza física é expressa por produto de medida por unidade: G = G * |G|
Grandeza medida unidade
Exemplos: carga elementar ...e = 1,602 . 10-19 C Altura da Maria...h = 1,67 m
Número de Avogadro...N = 6,02 . 1023 mol-1
Em física, sempre que questionamos o valor de uma medida esperamos que a mesma venha acompanhada da sua unidade complementar. Não adianta, ao sermos
questionados qual a distância da UNIP para o Extra Abolição, informarmos que a distância é 200. Duzentos o que? Metros? Quilômetros? Centímetros? Horas !!?
As grandezas físicas são classificadas em:
a) Grandeza Escalar: fica caracterizada apenas pelo valor numérico e pela unidade de medida (não precisa de noções de direção e sentido);
Exemplo: tempo, massa, energia, temperatura.
b) Grandeza Vetorial: para ser caracterizada adequadamente, precisa do valor numérico, da unidade de medida, e das idéias de direção e sentido;
Exemplo: força, impulso, quantidade de movimento, campo elétrico.
O conjunto formado pelo valor numérico da medida e pela unidade é chamado de intensidade.
Representação Escrita das Unidades : quando as unidades são escritas por extenso usam-se letras minúsculas. As unidades que homenageiam pessoas, ou seja, cujo nome advém do nome de pessoas famosas, devem ser escritas com letras maiúsculas.
Exemplos: metro...m quilograma...kg newton...N joule...J
Múltiplos e Submúltiplos Decimais : é comum em física, utilizarmos prefixos que representam múltiplos e submúltiplos decimais. Os símbolos são indicados segundo os prefixos. tera...1012 = T giga...109 = G mega...106 = M quilo...103= k mili...10-3 = m micro...10-6 = µ nano...10-9 = n pico...10-12 = p Exemplos: quilowatt... 103= kW miligrama... 10-3 = mg
A representação em notação científica é muito útil na representação de números muito pequenos ou muito grandes.
Exemplo: Escreva os seguintes números em notação científica: (a) 12 300 000
(b) 0,000072 Solução:
(a) para colocar em notação científica, temos de deslocar a vírgula, e o números de casas a serem deslocadas, é a potência da base 10. Quando deslocamos a vírgula para esquerda a potência é positiva
12 300 000,0 = 1, 230 000 0 x 10n ⇒ 1,23 x 107
n = 7
Notação Científica: representação de um número através de um produto da forma: n a 10× onde Z n a ∈ < ≤ 10 1
(b) a vírgula ficará entre 7 e 2 , deslocando-a para direita (potência negativa). 0,000072 = 7,2 x 10n ⇒ 7,2 x 10-5
n = 5
Unidades de Medida :
Medir uma grandeza significa compará-la com um padrão, de mesma espécie. Este padrão é a unidade de medida.
Exemplo: um pacote de açúcar de 5 kg tem massa igual ao quíntuplo da massa de um padrão ou unidade (1 kg).
Os métodos de medida podem ser:
a) Medida Direta: comparação direta entre a grandeza a ser medida e a grandeza padrão;
Exemplo: para medir comprimento, faz-se confrontação direta com réguas b) Medida Indireta: utilização de medidas realizadas em outras grandezas das quais
dependem a grandeza a ser medida;
Exemplo: para medir velocidade, são usadas medidas de comprimento e tempo.
No estudo da Cinemática Escalar, estaremos usando unidades de medida de tempo e comprimento.
Principais Unidades de Tempo :
Nome hora minuto segundo
Símbolo h min s Relações Importantes: 1 min = 60 s; 1 h = 60 min = 3600 s. 1 dia = 24 horas; 1 semana = 7 dias; 1 mês = 30 dias;
Principais Unidades de Comprimento :
Nome quilômetro metro centímetro milímetro
Símbolo km m cm mm
Relações Importantes: 1 m = 102 cm = 103 mm; 1 km = 103 m;
Para medir distâncias muito pequenas, em escala atômica, faz-se o uso do angströn (Å):
1 Å = 10-10 m;
Para medir distâncias imensas, na escala cósmica, usa-se o ano-luz:
Exemplo: 1. Quantas horas, minutos e segundos há em 17,52 h? Solução:
Separando a parte inteira da parte decimal: 17,52 h = 17 h + 0,52 h
Transformando 0,52 h em minutos: 0,52 * 60 = 31,2 min
Separando a parte inteira da parte decimal: 31,2 min = 31 min + 0,2 min
Transformando 0,2 min em segundos: 0,2 * 60 = 12 s
Portanto:
Ano-Luz: distância percorrida pela luz, no vácuo, em um ano. 1 ano-luz ≅ 9,46 trilhões de quilômetros.
17,52 h = 17 h 31 min 12 s
2. Quantas canetas de 15 cm de comprimento são necessárias, no mínimo, para cobrir a distância Terra-Sol, de 1,5x108 km?
Solução:
O número de canetas (n) é a razão entre a distância Terra-Sol e o comprimento da caneta:
Precisaremos de 1012 canetas ou seja, 1 trilhão de canetas.
Sistema Internacional de Unidades (SI) :
No Brasil, usamos o Sistema Internacional de Unidades (SI). De acordo com o SI, há sete unidades fundamentais, cada qual correspondendo a uma grandeza:
Unidades Fundamentais do SI
Nome Símbolo Grandeza
metro m comprimento
quilograma kg massa
segundo s tempo
ampère A intensidade de corrente
elétrica
kelvin K Temperatura termodinâmica
mol mol Quantidade de matéria
candela cd Intensidade luminosa
Há mais duas unidades suplementares para a medida de ângulos:
Nome Símbolo Grandeza
radiano rad Ângulo plano
esterradiano sr Ângulo sólido
12 5 8 8 10 15 10 * 10 5 , 1 15 10 5 , 1 = = = cm cm x cm km x n
No estudo da Mecânica, adota-se um subconjunto do SI conhecido como sistema MKS. Este sistema, proposto por Giovanni Giorgi terá:
Sistema MKS Giorgi Comprimento M m (metro) Massa kg kg (quilograma) Tempo s s (segundo) Ainda na mecânica, podemos trabalhar com dois outros sistemas:
Sistema CGS Comprimento C cm (centímetro) Massa G g (grama) Tempo s s (segundo) Sistema MK*S ou MKS Técnico Comprimento M m (metro) Força K* Kgf (quilograma-força) Tempo s s (segundo)
Exercício Para o Aluno Resolver
1. Escreva em notação científica os seguintes números: (a) 157 000
(b) 0,0000038 (c) 290 x 106 (d) 0,008 x 10-2.
Solução: (a) 1,57 x 105; (b) 3,8 x 10-6; (c) 2,9 x 108; (d) 8 x 10-5;
2. Em qual das opções abaixo se colocam corretamente, em ordem decrescente, as unidades de comprimento apresentadas?
(a) km, m, µm, mm, cm (b) km, m, mm, µm, cm (c) m, km, mm, µm, cm (d) km, m, cm, mm, µm (e) mm, µm, km, m, cm Solução: alternativa d.
3. Considerando-se que cada aula dura 50 minutos, o intervalo de tempo de duas aulas seguidas, expresso em segundos, é?
(a) 3,0 x 102 (b) 3,0 x 103 (c) 3,6 x 103 (d) 6,0 x 103 (e) 7,2 x 103 Solução: alternativa d.
4. Subtraia 2 h 15 min 32 s de 10 h 7 min 20 s
Solução: 7 h 51 min 48 s.
5. Se uma planta cresce 1,2 cm por dia, quantos metros ela cresce em 7 semanas e 1 dia?
