Medidas e Grandezas físicas

Medidas e Grandezas físicas

Física e Biofísica

Aula 01 –Medidas e Grandezas físicas

Denilson C. Resende resendedc@gmail.com

O que estamos fazendo aqui? Para que eu preciso estudar física? Posso viver minha vida inteira sem saber física?

Mas como estamos tentando entender um pouco de biologia, pensar sobre a importância dela e da diversidade que ela pode me oferecer, isto nos leva a seguinte questão:

uma forma e não de outra? E muitas outras questões

Como farei este entendimento? O proque que algo é de

Para entender realmente a natureza, precisamos muitas vezes quantificar, falar em quantidades, ter uma idéia ou verdadeiramente uma certeza de como aquilo que estou estudando se comporta, isto significa medir, isto é o papel da física.

Antes de começarmos realmente, precisamos entender alguns conceitos e um deles é o de grandeza física que é tudo que pode ser medido ou comparado. Uma grandeza física pode ser escalar ou vetorial

Uma grandeza escalar fica completamente determinada com apenas seu valor numérico e a unidade de medida especificada ex. 3 m

Uma grandeza vetorial precisam além do número e da unidade, de uma orientação em relação a algum (sistema de referência) sistema de c oordenadas, para que ela seja completamente desinida, ex. deslocamento.

Então medir em física é entender esta grandeza, quantificála, e para quantificá-la eu preciso criar padrões para realizar isso.

Todos nós temos inseridos em nossa percepção de mundo muito destes conceitosm as vezes nem sabemos, o problema está na materialização destas idéias, é difícil transcrever o que sentimos de forma organizada!

perto, etc, etc,

Temos idéia concreta de tempo, espaço, quente, frio, longe ou

Cada região ou civilização criava seus próprios padrões, mas com a expansão do comércio isso apresentava problemas, pois cada um tinha uma forma diferente de se medir a mesma coisa, isso dificultava, então pensaram: Porque não criar um sistema internacional para definir como serão realizar as medidas.

Com isso em 1795 ocorreu uma conferência internacional e criouse o sistema internacional de medidas (SI) que veremos com um pouco mais de detalhes.

Para efetuar medidas é necessário fazer uma padnização escolhendo unidades para cada grandeza. Antes da instituição do Sistema Métrico Decimal (no final do século XVIII exatamente a 7 de abril de 1795)

Grandezas derivadas

Todas as unidades existentes podem ser derivadas das unidades básicas do SI. Entretanto, consideram-se unidades derivadas do SI apenas aquelas que podem ser expressas através das unidades básicas do SI e sinais de multiplicação e divisão, ou seja, sem qualquer fator multiplicativo ou prefixo com a mesma função. Desse modo, há apenas uma unidade do SI para cada grandeza. Contudo, para cada unidade do SI pode haver várias grandezas. Às vezes, dão-se nomes especiais para as unidades derivadas. Segue uma tabela com as unidades SI derivadas que recebem um nome especial e símbolo particular:

Medir o tempo, como criar um aparato para medí-lo (relógio)

Qual o meu padrão hoje?

Em 1960, a Conferência Geral de Pesos e

Medidas (CGPM) adotou a mesma definição para o segundo do Sistema Internacional de

Unidades (SI). Em 1967, a CGPM redefiniu o radiação absorvida ou emitida na transição entre dois níveis hiperfinos do átomo de césio 133.

Precisão de uma medida refere-se ao número de algarismos significativos ou ao número de casas decimais com que o operador registra o resultado

Algarismos significativos são utilizados para monitorar os erros ao se representar números reais na base 10

Quando falamos em erro, estamos falando nos algarísmos duvidosos, ou seja, que nosso sistema de medida que estamos utilizando não é capaz de determinar.

Dinâmica é a parte da física que estuda os sistemas físicos em movimento se preocupando com suas causas.

A pergunta que se faz aqui é, o que acontece no sistema para que ele mude seu estado de movimento?

Para entender este processo, temos antes que conceituar FORÇA que é um agente físico capaz de:

Causar deformação

Mudar a diteção do movimento

Variar a velocidade do sistema

V aamF

Vamos entender um pouco mais de um conjunto de 3 leis físicas que irão nos ajudar a entendender muitos fenômenos (comportamentos) na natureza.

Primeira lei – lei da inércia todo sistema físico permanece em seu estado de repouso ou MRU, ao menos que ele seja forçado a isso.

Segunda lei – PFD A mudança de movimento é proporcional à força total alicada e, é produzida na direção da linha reta na qual aquela força é aplicada.

Mas pode-se questionar, se estiver agindo sobre esse sistema mais de uma força?

aamFFFFF R

Terceira lei – ação e reação toda ação corresponde a uma reação de mesma direção e intensidade e sentido contrários.

OBS. Estas forças não se anulam por atuarem em sistemas físicos diferentes.

São dois sistemas físicos, um o bloco e o outr o menino.

Algumas casos onde podemos encontra-las no dia-a-dia e que possuem nomes especiais

Força de contato (normal) Força peso Força de atrito

Força de tração Força de arraste Força na mola

Força de contato (normal)

Força Gravitacional (força peso)

O peso é a força gravitacional sofrida por um corpo nos arredores de um planeta ou outro grande corpo. Também pode ser definido como a medida da aceleração que um corpo exerce sobre outro, através da força gravitacional.

O peso é uma grandeza Vetorial. Portanto, apresenta intensidade, direção e sentido. A direção é a linha que passa pelos centros do objeto e do corpo celeste, e o sentido é o que aponta para o centro de massa do corpo celeste. É expresso através da segunda lei de Newton:

Onde g é a aceleração gravitacional, obtida para a Terra através da seguinte fórmula:

RGM m

F g

Para distâncias próximas à superfície da Terra, vale a aproximação

Força de tração

Força de atrito

A dificuldade de mover a caixa é devida ao surgimento da

força de atrito Fat entre o solo e a caixa.

Força de atrito

Experiências como essa levam-nos às seguintes propriedades da força de atrito:

Direção As forças de atrito resultantes do contato entre os dois corpos sólidos são forças tangenciais à superfície de contato. No exemplo acima, a direção da força de atrito é dada pela direção horizontal. Por exemplo, ela não aparecerá se você levantar a caixa.

Sentido A força de atrito tende sempre a se opor ao movimento relativo das superfícies em contato. Assim, o sentido da força de atrito é sempre o sentido contrário ao movimento relativo das superfícies

Força de atrito

Módulo

Enquanto a força que empurra a caixa for pequena, o valor do módulo da força de atrito é igual à força que empurra a caixa. Ela anula o efeito da força aplicada. Uma vez iniciado o movimento, o módulo da força de atrito é proporcional à força (de reação) do plano-N.

Fat = µN Onde µ é o coeficiente de atrito

Experiências mostram que, quando um corpo seco não lubrificado pressiona uma superfície nas mesmas condições e uma força F tenta fazer o corpo deslizar ao longo da superfície, a força de atrito resultante possui 3 propriedades:

Propriedade 1: Se o corpo não se move, então a força de atrito estático fe e a componente F que é paralela à superfície se equilibram. Elas são iguais em módulos, e fe possui sentido oposto ao dessa componente de F.

Propriedade 2: O módulo de fe posui um valor máximo fe,max dado por:

onde µe coeficiente de atrito estático.

Nemaxe, Fµ F

Propriedade 3: Se o corpo começa a deslizar ao longo da superfície, o módulo da força de atrito diminui rapidamente para um valor fc dado por onde µc coeficiente de atrito cinético.

A intensidade de FN é uma medida de quão firmemente o corpo pressiona a superfície. Se o corpo pressionar mais fortemente, então pela terceira lei de Newton FN será maior.

Os coeficientes µe e µc são adimensionais e devem ser determinados experimentalmente. Seus valores depedem de certas propriedades tanto do corpo quanto da superfície.

Ncmaxc, Fµ F

Se você colocar sua mão para fora da janela de um carro em movimento, ficará convencido da existência da resistência de um fluido, a força que um fluido exerce sobre o corpo que se move através dele.

O corpo que se move exerce uma força sobre o fluido para afastá-lo do seu caminho. Pela terceira lei de Newton, o fluido exerce sobre o corpo uma força igual e contrária.

A força de resistência de um fluido tem direção e sentido sempre contrários aos da velocidade do corpo em relação ao fluido. O módulo da força da resistência de um fluido normalmente cresce com a velocidade do corpo através do fluido.

Para baixas velocidades, o módulo f da força de resistência de um fluido é aproximadamente proporcional a velocidade do corpo v:

(resistência de um fluido para baixas velocidades)

Quando o movimento ocorre no ar para velocidade de uma bola de tênis lançada ou para velocidades maiores que esta, a força é aproximadamente proporcional a v2. Ele é então chamado de arraste do ar. Aviões, gotas de chuvas e ciclistas todos sofrem a ação do arraste do ar. Neste caso, temos

D depende da forma e do tamanho do corpo, assim como dar densidade do meio.

f= Dv2 f= kv

Portanto

onde A é a área da seção transversal efetiva do corpo, C é o coeficiente de arrasto (varia de 0,4 a 1,0). Logo:

Esquiadores descendo velozmente uma montanha sabem muito bem que a força

de arrasto depende de A e v2. Para alcançar altas velocidades o esquiador deve reduzir FR tanto quanto possível, por exemplo, esquiando na posição de ovo para minimizar A.

Quando um corpo rombudo cai a partir do repouso no ar, a força de arrasto FR é dirigida para cima; sua intensidade cresce gradativamente a partir do zero à medida que a velocidade do corpo aumenta. Esta força se opõe à força gravitacional Fg dirigida para baixo, que age sobre o corpo.

Se o corpo cai por um tempo longo, FR

Acaba se igualando a Fg. Isso significa que a = 0, assim a velocidade não aumentará mais, tornando-se constante, chamada de velocidade terminal Vt.

Fres= ma FR–Fg = ma

Dada por

Que existe algo entre a dinâmicae os animais. Sabemos que a dinâmica estuda as causas dos movimentos, e a causa é dada pela força, masos pássaros, insetos, morcegos e etc estão se movimentando a todo tempo, quais as causas deste movimento?

Os movimentos aéreos nos animais, permite que sejam classificados em

Paraquedismo Planeio

Propulsionado

Que existe algo entre a dinâmicae os animais. Sabemos que a dinâmica estuda as causas dos movimentos, e a causa é dada pela força, masos pássaros, insetos, morcegos e etc estão se movimentando a todo tempo, quais as causas deste movimento?

Os movimentos aéreos nos animais, permite que sejam classificados em

Propulsionado

O paraquedismo e o planeio não são movimento de voo na forma tradicional conhecida. Estes movimentos resultam do deslocamento do animal no ar quando ele segue uma trajetória descendente vertical (caso paraquedismo) e trajetória ascendente/descendente retilínea (planeio).

Nesses movimentos a resistência do ar se manifesta como uma força, conhecida como força resistiva ou força de arraste.

Voo propulsionado

Neste tipo de movimento os animais realizam um trabalho. O voo de um animal depende da forma de seu corpo inteiro, da forma de suas asas e de sua direçãod e batimentos.

Os animais que voam podem fazer de duas maneiras. Batendo as asas ou planando. Os principais músculos do vôo estão liggados ao grande osso peitoral. São eles que realizam a maior parte do trabalho

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