Mundo da Física
SERVICES
1
TERMOLOGIA
Conceitos:
Temperatura: Medida em graus da agitação das moléculas.
Calor: é a energia em trânsito.
OBS: Todos os corpos são constituídos por partículas que estão sempre em movimento. Esse movimento é denominado energia interna do corpo. O nível de energia interna de um corpo depende da velocidade com que suas partículas se movimentam.
Termômetros:
Aparelhos que permitem medir a temperatura de um corpo. A temperatura de um corpo indica se esse corpo vai ganhar ou perder energia interna ao entrar em contato com outro corpo. Se dois corpos, um quente e outro frio, forem colocados em contanto, uma parcela da energia interna do corpo quente passará para o corpo frio sob a forma de calor.
Um termômetro colocado sobre o corpo quente mostra que sua temperatura diminui, enquanto que outro termômetro colocado sobre o corpo frio mostra que sua temperatura aumenta.
Equilíbrio Térmico:
Acontece quando as temperaturas de dois corpos, igualam-se. Neste momento, o fluxo de calor é interrompido, estando os dois corpos em equilíbrio térmico.
Escalas Termométricas:
Uma escala termométrica corresponde a um conjunto de valores numéricos, onde cada um desses valores está associado a uma temperatura.
As escalas termométricas são:
- Celsius
- Fahrenheit
- Kelvin
2
ALBERT EINSTEIN
É o Autor da Teoria da Relatividade e maior cientista do século XX, eleito pela revista Time como o homem do século, Einstein revolucionou nossa visão do Universo. Grande cientista e humanista, Albert Einstein em 1922 ganhou o Prêmio Nobel de Física e foi considerado umas das maiores personalidades da história.
Albert Einstein nasceu em 1879 em Ulm, na Alemanha, de uma família judia. Logo após seu nascimento, seus pais mudaram-se para Munique onde Albert Einstein passou sua juventude. Frequentou até os 15 anos a escola Luitpold Gymnasiun. Suas maiores notas eram em Matemática e em Latim. Desde muito jovem demonstrou uma grande capacidade de entender os conceitos matemáticos mais complexos.
3
O que são as miragens?
Artigos
Um lago rodeado de palmeiras no meio do deserto. Isso é o que se chama de oásis. Ou melhor, seria um oásis, se não fosse apenas uma miragem. É sempre assim que acontece nos desenhos animados: o viajante cansado e com sede corre em direção àquele oásis tropical e, somente quando está prestes a mergulhar é que o lago, junto com todas as palmeiras, desaparece.
É verdade que esse tipo de miragem é apenas ficção, mas as miragens realmente existem e podem fazer parecer que há água onde não tem. Ao contrário do que acreditam muitas pessoas, as miragens não são uma alucinação provocada pelo forte calor. Elas são um fenômeno óptico real que ocorre na atmosfera e que pode inclusive ser fotografado.
Você também não precisa estar em um deserto para ver uma miragem. Elas acontecem com certa frequência, por exemplo, em grandes rodovias em dias de calor intenso. De longe, você vê a imagem de um veículo que parece refletido no asfalto da estrada, dando a nítida impressão de que o asfalto está molhado e que o veículo foi refletido por uma poça d’água. Mas, conforme você se aproxima, percebe que a rodovia está completamente seca.
Desvio da luz
O termo miragem tem origem na expressão francesa se mirer que significa mirar-se, ver-se no espelho. As miragens se formam a partir de um fenômeno chamado pelos físicos de refração – que nada mais é do que o desvio dos raios de luz.
Bom, mas para entender porque o desvio da luz forma as miragens, é preciso que você entenda, antes de tudo, como é a nossa visão. Nós só podemos ver porque os objetos refletem ou emitem luz. É justamente essa luz, que chega aos nossos olhos, que é enviada por meio de sinais elétricos ao cérebro. Interpretando os sinais, o cérebro dá forma aos objetos e assim nós enxergamos as coisas.
O problema (se é que podemos considerar isso um problema) é que o nosso cérebro entende que os raios de luz se propagam sempre em linha reta. Isso até seria verdade, se os raios nunca sofressem nenhum desvio pelo caminho. O desvio da luz pode ocorrer quando os raios atravessam meios com diferentes densidades, como da água para o ar, ou ainda de um ar mais frio para um ar mais quente, ou passam através de lentes.
Você pode observar facilmente o fenômeno da refração colocando um lápis dentro de um copo com água. Deixando-o parcialmente mergulhado, você vai notar que o lápis parece que está quebrado, o que obviamente não é verdade. Outro caso de refração é de um pescador que avista um peixe no mar e o vê mais próximo da superfície do que ele está. Nesses dois exemplos, nós vemos os objetos em posição diferente da que eles realmente se encontram. Isso ocorre porque não vemos a luz dobrar-se; vemos apenas os efeitos dessa dobra.
4
O que são buracos negros?
Numa abordagem da física clássica, buracos negros são objetos celestes com massa muito grande - alguns deles com centenas de vezes a massa do Sol - que ocupam um espaço muito pequeno. Seu campo gravitacional é tão intenso que nem mesmo a velocidade da luz é maior do que a sua velocidade de escape. Com isto, a luz que entra em um buraco negro não pode mais sair, fazendo com que este não possa ser observado pelas técnicas usuais que analisam a luz emitida ou refletida pelos objetos celestes.
E o que é velocidade de escape?
Chamamos de velocidade de escape aquela cuja intensidade é suficiente para que um objeto possa “escapar” da atuação do campo gravitacional. A velocidade de escape na superfície de Terra é de aproximadamente 11,2 km/s; para que um objeto possa se libertar da atuação da gravidade de nosso planeta, precisa ser lançado com velocidade maior que esta.
Se um buraco negro não pode ser visto, como ele é detectado?
A observação de um buraco negro acontece de forma indireta, pois o que se pode ver são os efeitos que ele causa nas regiões próximas. Devido o seu imenso campo gravitacional, os outros corpos tendem a ser atraídos por ele. Medindo a velocidade com que os objetos se deslocam em sua direção nas regiões vizinhas é possível descobrir sua massa.
Quando um buraco negro absorve matéria dos corpos que estão próximos, esta matéria vai sendo comprimida, esquenta significativamente e emite grande quantidade de radiação em raios-X. As primeiras detecções dos buracos negros foram feitas com sensores que captavam esta emissão de raio-X.
5
5
Conceito de energia/energia cinética
O termo energia é bastante conhecido, e as expressões energia atômica, energia elétrica, energia solar etc. fazem parte do nosso cotidiano. Neste ponto, você vai aprofundar nesse importante conceito, em especial a energia mecânica, em sua duas formas:
a energia cinética e a energia potencial.
Propriedades da energia
Entre as principais propriedades do conceito de energia, convém destacar as seguintes:
- A energia não é uma grandeza vetorial, não está associada a nenhuma direção e sentido e, portanto, não pode ser representada por um vetor. É uma grandeza escalar, do mesmo modo que massa e temperatura.
- A energia é uma grandeza física que caracteriza certo estado de um corpo, em que dizemos que um corpo possui certa quantidade de energia.
- A energia pode apresentar numa grande variedade de formar: energia mecânica, energia elétrica, energia química, energia nuclear, energia luminosa, energia solar etc.
- A energia pode se transformar de um tipo em outro. De fato, são precisamente as transformações de energia mais dignas de estudo e de maior importância prática.
- A energia pode ser transferida de um corpo para outro.
- A propriedade mais importante da energia é que ela se conserva: em todas as transformações de energia de um tipo para outro em toda a transferência de energia de um corpo para outro a energia total não aumenta nem diminui, ela mantém seu valor.
Falar de Energia, portanto, é falar da lei da conservação da energia.
Unidades de energia
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia é o joule. Seu símbolo é o J.
O múltiplo mais comum é quilo joule (KJ), e 1 KJ = 1000 J.
Quantidade de Energia em diferentes processos
Energia necessária para elevar de 1º C a temperatura de 1 litro de água
4,2. 10³ J
Energia consumida por uma lâmpada de 100W, acesa por 1 hora
3,6. 10
Energia diária necessária por uma pessoa ( média aproximada)
10 J
Energia que se obtém da combustão de 1 litro de gasolina
3,5. 10 J
Energia proveniente do Sol que chega a Terra em cada segundo
1,7 . 10 J
O Joule e seus múltiplos são aplicáveis a qualquer tipo de energia. Por razões históricas ou práticas em determinados compôs da Ciência ou da técnica se empregam outras unidades.
Na Biologia e na Química e em estudos relacionados com o calor, emprega-se freqüentemente a caloria (cal) e seu múltiplo, a quilocaloria (kcal). Na eletricidade utiliza-se o quilowatt hora (kW/h) .
Equivalência entre as diferentes unidades de energia
1 cal = 4,2 J
1 Kcal = 4.200 J
1 kW/h = 3,6. 10 J
A energia cinética
A energia mecânica apresenta-se sob duas formas: energia cinética e energia potencial. Vamos começar nosso estudo pela energia cinética.
Todo corpo que se encontra em movimento possui energia cinética.
Todo corpo que se encontra em movimento possui energia, pelo simples fato de estar se movendo. A esta energia que os corpos possuem, quando estão em movimento, dá-se o nome de energia cinética.
Exemplo:
O vento é ar em movimento, portanto, possui energia cinética. Quando o vento move as pás de um moinho, esta transferindo parte de sua energia cinética para as pás( as pás se movem) . O moinho agora pode fazer seu trabalho de moer, para o qual era requerida energia.
Quanto vale a energia cinética?
A energia cinética que um corpo em movimento possui depende de dois fatores: sua massa e sua velocidade. A equação que permite calcular a energia cinética de um corpo é a seguinte:
E = m.v²
E = m.v²
E é a energia cinética do corpo.
m é sua massa.
v é sua velocidade.
No SI, as unidades são: E se mede em J; m em Kg, e v em m/s
Materiais:
> pote plástico de pequeno;
> cano fino de plástico (entre 2 e 4 mm de espessura), transparente (ou um tubo capilar);
> cola quente;
> álcool comum
> corante.
> vasilha com água e gelo.
Mãos à obra!
Na tampa do pote, faça um furo da largura do cano transparente e encaixe-o na tampa. Certifique-se de que está bem vedado, passando um pouco de cola quente na junção entre eles.
Agora, encha o pote até a metade com álcool e pingue algumas gotas de corante, para deixá-lo bem colorido. Feche o pote com a tampa, deixando uma das extremidades do canudo imersa no álcool.
Agora, segure o pote com as mãos e observe o que acontece. Você verá uma coluna de álcool subindo pelo canudo.
Para fazer com que a coluna de álcool desça, basta diminuir a temperatura do pote. Para isso, passe nele um algodão com álcool e assopre-o.
Você agora deverá calibrar seu termômetro. Para isso, coloque-o em uma vasilha com gelo e espere algum tempo para que se atinja o equilíbrio térmico, momento em que a altura do álcool se estabiliza. Anote a altura do álcool no tubo, que irá corresponder à temperatura de equilíbrio com o gelo (0 °C).
Agora, retire o termômetro da vasilha com gelo, coloque-o entre suas mãos e espere até que se atinja novamente o equilíbrio. Anote a nova altura atingida pelo álcool no tubo. Esta altura corresponderá aproximadamente à temperatura corporal (37 °C).
Por meio desse procedimento, você pode construir uma escala para o seu termômetro, Faça marcas no tubo de 1 em 1 °C, indo do 0 °C até onde puder.
Você acaba de construir um termômetro similar aos que você compra na farmácia. O funcionamento é o mesmo, o que muda é o material.
Quando se fala em dinâmica de corpos, a imagem que vem à cabeça é a clássica e mitológica de Isaac Newton, lendo seu livro sob uma macieira. Repentinamente, uma maçã cai sobre a sua cabeça. Segundo consta, este foi o primeiro passo para o entendimento da gravidade, que atraia a maçã.
Com o entendimento da gravidade, vieram o entendimento de Força, e as três Leis de Newton.
Na cinemática, estuda-se o movimento sem compreender sua causa. Na dinâmica, estudamos a relação entre a força e movimento.
Força: É uma interação entre dois corpos.
O conceito de força é algo intuitivo, mas para compreendê-lo, pode-se basear em efeitos causados por ela, como:
Aceleração: faz com que o corpo altere a sua velocidade, quando uma força é aplicada.
Deformação: faz com que o corpo mude seu formato, quando sofre a ação de uma força.
Força Resultante: É a força que produz o mesmo efeito que todas as outras aplicadas a um corpo.
Dadas várias forças aplicadas a um corpo qualquer:
A força resultante será igual a soma vetorial de todas as forças aplicadas:
6
Dinâmica
As leis de Newton constituem os três pilares fundamentais do que chamamos Mecânica Clássica, que justamente por isso também é conhecida por Mecânica Newtoniana.
1ª Lei de Newton - Princípio da Inércia
- Quando estamos dentro de um carro, e este contorna uma curva, nosso corpo tende a permanecer com a mesma velocidade vetorial a que estava submetido antes da curva, isto dá a impressão que se está sendo "jogado" para o lado contrário à curva. Isso porque a velocidade vetorial é tangente a trajetória.
- Quando estamos em um carro em movimento e este freia repentinamente, nos sentimos como se fôssemos atirados para frente, pois nosso corpo tende a continuar em movimento.
estes e vários outros efeitos semelhantes são explicados pelo princípio da inércia, cujo enunciado é:
"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento."
Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia, se alguém, ou alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente se zero.
2ª Lei de Newton - Princípio Fundamental da Dinâmica
Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.
A 2ª lei de Newton diz que a Força é sempre diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa, ou seja:
ou em módulo: F=ma
Onde:
F é a resultante de todas as forças que agem sobre o corpo (em N);
m é a massa do corpo a qual as forças atuam (em kg);
a é a aceleração adquirida (em m/s²).
A unidade de força, no sistema internacional, é o N (Newton), que equivale a kg m/s² (quilograma metro por segundo ao quadrado).
Exemplo:
Quando um força de 12N é aplicada em um corpo de 2kg, qual é a aceleração adquirida por ele?
F=ma
12=2a
a=6m/s²
Força de Tração
Dado um sistema onde um corpo é puxado por um fio ideal, ou seja, que seja inextensível, flexível e tem massa desprezível.
Podemos considerar que a força é aplicada no fio, que por sua vez, aplica uma força no corpo, a qual chamamos Força de Tração 
.
3ª Lei de Newton - Princípio da Ação e Reação
Quando uma pessoa empurra um caixa com um força F, podemos dizer que esta é uma força de ação. mas conforme a 3ª lei de Newton, sempre que isso ocorre, há uma outra força com módulo e direção iguais, e sentido oposto a força de ação, esta é chamada força de reação.
Esta é o princípio da ação e reação, cujo enunciado é:
"As forças atuam sempre em pares, para toda força de ação, existe uma força de reação."
As Leis de Newton
8
Construindo um Termômetro
No intervalo do espectro eletromagnético que corresponde à luz visível, cada frequência equivale à sensação de uma cor.
|
Cor |
Comprimento de onda |
Frequência |
|
Violeta |
3900 – 4500 |
7,69 – 6,65 |
|
Anil |
4500 – 4550 |
5,65 – 6,59 |
|
Azul |
4550 – 4920 |
6,59 – 6,10 |
|
Verde |
4920 – 5770 |
6,10 – 5,20 |
|
Amarelo |
5770 – 5970 |
5,20 – 5,03 |
|
Alaranjado |
5970 – 5220 |
5,03 – 4,82 |
|
Vermelho |
6220 – 7800 |
4,82 – 3,84 |
= 
)
)
Conforme a frequência aumenta, diminui o comprimento de onda, assim como mostra a tabela acima, e o trecho do espectroeletromagnético abaixo.
Quando recebemos raios de luz de diferentes frequências podemos perceber cores diferentes destas, como combinações. A luz branca que percebemos vinda do Sol, por exemplo, é a combinação de todas as sete cores do espectro visível.
Cor e frequência
9
De acordo com sua cor a luz pode ser classficada como Monocromática ou Policromática.
Chama-se luz monocromática aquela composta de apenas uma cor, como por exemplo, a luz amarela emitida por lâmpadas de sódio.
Chama-se luz policromática aquela composta por uma combinação de duas ou mais cores monocromáticas, como por exemplo, a luz branca emitida pelo sol ou por lâmpadas comuns.
Usando-se um prisma é possível decompor a luz policromática nas luzes monocromáticas que a formam, o que não é possível para as cores monocromáticas, como o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
Um exemplo da composição das cores monocromáticas que formam a luz branca é o disco de Newton, que é uma experiência composta de um disco com as sete cores do espectro visível, que ao girar em alta velocidade, "recompõe" as cores monocromáticas, formando a cor policromática branca.
Cor de um corpo
Ao nosso redor é possível distinguir várias cores, mesmo quando estamos sob a luz do Sol, que é branca.
Esse fenômeno acontece pois quando é incidida luz branca sobre um corpo de cor verde, por exemplo, este absorve todas as outras cores do espectro visível, refletido de forma difusa apenas o verde, o que torna possível distinguir sua cor.
Por isso, um corpo de cor branca é aquele que reflete todas as cores, sem absorver nenhuma, enquanto um corpo de cor preta absorve todas as cores sobre ele incididas, sem refletir nenhuma, o que causa aquecimento.
Luz Mono e Policromática
10
Assim como para os gases, um dos efeitos da variação da temperatura é a variação de dimensões em corpos sólidos e líquidos. Esta variação é o que chamamos Dilatação Térmica.
Dilatação Linear
Aplica-se apenas para os corpos em estado sólido, e consiste na variação considerável de apenas uma dimensão. Como, por exemplo, em barras, cabos e fios.
Ao considerarmos uma barra homogênea, por exemplo, de comprimento 
a uma temperatura inicial 
. Quando esta temperatura é aumentada até uma 
(>), observa-se que esta barra passa a ter um comprimento 
(>).
Com isso é possível concluir que a dilatação linear ocorre de maneira proporcional à variação de temperatura e ao comprimento inicial . Mas ao serem analisadas barras de dimensões iguais, mas feitas de um material diferente, sua variação de comprimento seria diferente, isto porque a dilatação também leva em consideração as propriedades do material com que o objeto é feito, este é a constante de proporcionalidade da expressão, chamada de coeficiente de dilatação linear (α).
Assim podemos expressar:
A unidade usada para α é o inverso da unidade de temperatura, como: 
.
Alguns valores usuais de coeficientes de dilatação linear:
|
Substância
|
 |
|
Chumbo
|
 |
|
Zinco
|
 |
|
Alumínio
|
 |
|
Prata
|
 |
|
Cobre
|
 |
|
Ouro
|
 |
|
Ferro
|
 |
|
Platina
|
 |
|
Vidro (comum)
|
 |
|
Tungstênio
|
 |
|
Vidro (pyrex)
|
 |
Lâmina bimetálica
Uma das aplicações da dilatação linear mais utilizadas no cotidiano é para a construção de lâminas bimetálicas, que consistem em duas placas de materiais diferentes, e portanto, coeficientes de dilatação linear diferentes, soldadas. Ao serem aquecidas, as placas aumentam seu comprimento de forma desigual, fazendo com que esta lâmina soldada entorte.
As lâminas bimetálicas são encontradas principalmente em dispositivos elétricos e eletrônicos, já que a corrente elétrica causa aquecimento dos condutores, que não podem sofrer um aquecimento maior do que foram construídos para suportar.
Quando é curvada a lâmina tem o objetivo de interromper a corrente elétrica, após um tempo em repouso a temperatura do condutor diminui, fazendo com que a lâmina volte ao seu formato inicial e reabilitando a passagem de eletricidade.
Representação gráfica
Podemos expressar a dilatação linear de um corpo através de um gráfico de seu comprimento (L) em função da temperatura (θ), desta forma:
O gráfico deve ser um segmento de reta que não passa pela origem, já que o comprimento inicial não é igual a zero.
Considerando um ângulo φ como a inclinação da reta em relação ao eixo horizontal. Podemos relacioná-lo com:
Pois:
7
A calorimetria é a ciência que estuda o calor. Calor é uma forma de energia em trânsito, ou seja, é a energia transferida de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura.
Em um sistema isolado, o calor é transferido do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura até que o equilíbrio térmico seja atingido.
Trocas de calor
A definição de calor é usada apenas para indicar a energia que está sendo transferida, e não a energia que o corpo possui.
A unidade de medida da quantidade de calor Q no Sistema Internacional (SI) é o joule (J):
Calor sensível
Quando há variação de temperatura sem que haja variação do estado físico da matéria, dizemos que o calor é sensível.
Podemos calcular o calor sensível pela equação:
Q = m.c.?T
Onde:
Q = quantidade de calor
m = massa do corpo
c = calor específico *
?T = variação da temperatura
* Calor específico é a quantidade de calor necessária para a variação unitária da temperatura na unidade de massa.
O Calor específico é uma grandeza que depende da composição de cada substância.
Substância Calor específico (Cal/gºC)
Chumbo 0,031
Prata 0,056
Ferro 0,11
Água 1,0
Capacidade Térmica
É a quantidade de calor que produz no corpo uma variação unitária de temperatura.
Matematicamente podemos escrever a capacidade térmica pela equação:
Q = C.?T
Onde:
C = Capacidade Térmica
Q = Quantidade de Calor cedida ou recebida pelo corpo
?T = Variação da Temperatura
No SI, a unidade de medida da capacidade térmica é J/K (joule por Kelvin).
11
Calometria