Física 1 : apostila ceesvo - ensino médio

Física 1 : apostila ceesvo - ensino médio

(Parte 1 de 3)

Apostila 1 1ª Série Física - CEESVO

MÓDULO 1

O QUE É FÍSICA? Física é o ramo da ciência que estuda as propriedades das partículas elementares e os fenômenos naturais e provocados, de modo lógico e ordenado.

Os Métodos da Física:

particulares

Todas as ciências possuem seus métodos que permitem chegar às leis que regem os seus fenômenos. O método que nos é mais familiar é o usado em matemática: dedutivo; onde, partindo de verdades gerais, chegamos à verdades

As Divisões da Física: Para efeito de estudo, os assuntos serão divididos em:

- Cinemática

A) MECÂNICA -Estática - Dinâmica

C) ACÚSTICA (Ondulatória)

Unidades fundamentais

O sistema de unidades adotado oficialmente no Brasil é o Sistema

Internacional de Unidades indicado por SI.

O Instituto Nacional de Pesos e Medidas divulgou decreto dispondo sobre as unidades e medidas utilizadas no Brasil em 3 de maio de 1978.

-Eletrostática -Eletrodinâmica

-Eletromagnetismo

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O Sistema Internacional de Unidades estabelece sete unidades como fundamentais, e cada uma delas corresponde a uma grandeza. São elas:

GRANDEZANOME DA UNIDADE SÍMBOLO DA
Comprimentometro m
Temposegundo s
Massaquilograma kg
Temperaturakelvin K
Quantidade demol mol
Corrente Elétricaampére A
Intensidade Luminosacandela cd

UNIDADE Molécula

As grandezas físicas e as suas unidades de medidas.

No final dos anos 50 os países que mantinham relacionamento comercial e de trocas de tecnologia, reuniram-se em Sévres, França e criaram o Sistema

Internacional de Unidades (S.I).

Baseado no Sistema Métrico Decimal tem a finalidade de padronizar, em linguagem universal, as unidades de medidas usadas em Física.

Em Mecânica considera-se como unidades de medidas fundamentais o metro (m), o quilograma (kg), o segundo(s), etc.

Na grafia dos símbolos que representam as unidades de medidas, deve-se observar as seguintes seguintes regras:

1.Os símbolos são escritos com letras minúsculas. 2.Os símbolos não têm plural.

Os símbolos não se flexionam quando escritos no plural. Exemplo: 10 newtons — 10N e não 10Ns.

O SI tornou-se então, a linguagem internacional facilitando as relações entre os países, o ensino e os trabalhos científicos.

As unidades derivadas são combinações das unidades fundamentais e serão estudadas à medida que forem aparecendo no decorrer do nosso curso.

O metro admite múltiplos como o quilômetro (km) e submúltiplos como o centímetro (cm) e o milímetro (m).

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O quilograma admite um submúltiplo que é o grama (g) 1kg = 103g = 1000g

O segundo admite múltiplos como o minuto (mim) e a hora (h). 1h = 60min = 3600s

Algumas linguagens e suas definições usadas em Mecânica:

PONTO MATERIAL: considera-se como ponto material, os corpos cujas dimensões são desprezíveis, comparadas com as dimensões de outros corpos.

MÓVEL: é tudo que está em movimento ou pode ser movimentado.

TRAJETÓRIA: quando um corpo se move, ele ocupa sucessivamente, diversas posições. O conjunto dessas posições é uma linha geométrica que chamamos de trajetória.

DISTÂNCIA PERCORRIDA: é o espaço medido sobre a trajetória.

DESLOCAMENTO: é a distância medida sobre a linha que une a posição final e a posição inicial.

Em Física, o valor de muitas grandezas ou é muito maior que 10(dez) ou muito menor que 1(um).

Na prática, escrevemos o valor de uma grandeza como um número compreendido entre um e dez multiplicados pela potência de dez conveniente.

Um número representado em notação científica está compreendido entre 1 ≤ n < 10 multiplicado pela base 10 elevado a um expoente. (n pode ser qualquer número diferente de 0)

no uso de potências de 10 (os casos acima, em notação científica, ficariam:

A notação científica é a forma de representar números, em especial muito grandes (100000000000) ou muito pequenos (0,00000000001). É baseado

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Transformação para forma de notação científica Temos dois casos:

1º caso: O número é muito maior que 10(dez)

0,0 0 412 = 4,1210
-7

2º caso: O número é muito menor que 1( um) 7 casas

A seguir apresentamos algumas grandezas físicas em notação científica:

Velocidade da luz no vácuo = 3 . 108 m/s

Massa de um próton = 1,6 . 1024g Raio do átomo de hidrogênio = 5 . 109cm Número de Avogadro = 6,02 . 1023 Carga do Elétron = 1,6 . 10-19 C

será positivo

Quando a parte inteira do número for diferente de zero, o expoente

Quando a parte inteira do número for igual a zero, o expoente da base será negativo.

O número 136000 é maior que 10, temos que deixá-lo menor do que 10, para isso temos de colocar a vírgula na primeira casa decimal.

O número 0,000000412 é menor do que 1, temos que deixá-lo maior do que 1, para isso colocamos a vírgula na primeira casa decimal diferente de 0.

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km hm dam m dm cm m

Ida (multiplicar)

Volta (dividir) : 10

IDA 1 casa multiplica-se por 10

(vezes)2 casas multiplica-se por 100

3 casas multiplica-se por 1000

VOLTA 1 casa : 10

(divide)2 casas : 100

Transformação de unidades Medidas de comprimento

Quando vamos da esquerda para direita, nós multiplicamos.

Quando voltamos da direita para a esquerda, nós dividimos.

Legenda: km: Quilômetro hm: Hectômetro dam: Decâmetro m: Metro dm: Decímetro cm: Centímetro m: Milímetro

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Exemplos: Observe a tabela para as transformações:

km hm dam m dm cm m

m05,01005=÷

Transforme 5 cm (centímetros) em m (metros):

De km (quilômetros) para m (metros), estamos indo 3 (três) casas da esquerda para direita, assim multiplicamos por 1000(mil) .

De m (milímetros) para m (metros) estamos voltando 3 (três) casas da direita para esquerda, assim dividimos por 1000(mil).

De m (metros) para cm (centímetros) estamos indo 2 (duas) casas da esquerda para direita, assim multiplicamos por 100 (cem).

De m (metros) para dam (decâmetros) estamos voltando 1 (uma) casa da direita para esquerda, assim dividimos por 10(dez).

De cm (centímetros) para m (metros) estamos voltando 2 (duas) casas da esquerda para a direita, assim dividimos por 100 (cem).

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De Tonelada (T) para quilograma (Kg) multiplicamos por 1000 (mil)

Medida de massa De Quilograma (Kg) para Tonelada (T) dividimos por 1000 (mil).

kg hg dag g dg cg mg

Medidas de massa

Ida (multiplicar) Quando vamos da esquerda para direita, nós multiplicamos.

IDA 1 casa multiplica-se por 10

2 casas multiplica-se por 100

3 casas multiplica-se por 1000

Volta (dividir) Quando voltamos da direita para esquerda, nós dividimos.

Legenda: T: Tonelada kg: Quilograma hg: Hectograma dag: Decagrama g: Grama dg: Decigrama cg: Centigrama mg: Miligrama

Tkg

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Exemplos: Observe a tabela para as transformações:

kg hg dag g dg cg mg Transforme 8 kg (quilogramas) em g (gramas):

De kg(quilograma) para g (grama), estamos indo 3 (três) casas da esquerda para direita, assim multiplicamos por 1000(mil) .

De mg (miligramas) para g (gramas) estamos voltando 3 (três) da direita para esquerda, assim dividimos por 1000(mil).

De g (gramas) para mg (miligramas) estamos indo 3 (três) casas da esquerda para direita, assim multiplicamos por 1000 (mil)

De g (gramas) para kg (quilogramas) estamos voltando 3 (três) casa da direita para esquerda, assim dividimos por 1000 (mil).

De Tonelada (T) para quilograma (Kg) multiplicamos por 1000 (mil)

De Quilograma (Kg) para Tonelada (T) dividimos por 1000 (mil)

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Medida de Volume

Exemplos:

Transforme 5ℓ (litros) em cm 3 (Centímetro cúbico)

Transforme 4600ℓ em m 3 (metro cúbico)

36,410004600m=÷ Para visualizar melhor siga as setas do esquema acima.

Km 3 ℓ = dm 3 cm ℓ = dm3 ou dm3 = ℓ Legenda:

Km3 = Quilômetro cúbico m 3 = Metro cúbico dm3 = Decímetro cúbico cm 3 = Centímetro cúbico mm3 = Milímetro cúbico ℓ = Litro

De ℓ (litros) para cm3 (centímetro cúbico) multiplicamos por 1000 (mil)

De ℓ (litro) m 3 (metro cúbico) dividimos

Multiplica Divide

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Medida de Tempo

Exemplos: Transforme 6h 8min e 15 s em segundos.

Para transformarmos este tempo em segundos seguimos 3 passos:

1º Passo Transformamos as horas em segundos.

2º Passo Transformamos os minutos em segundo.

3º Passo Somamos todos os valores achados mais os 15 segundos.

H Min Seg · 60

1 hora = 60 minutos 1minuto = 60 segundos

1 hora = 3600 segundos

Para transformarmos de hora para segundo multiplicamos por 3600, pois 1 hora são 60 minutos e um minuto 60

Para transformarmos de minuto para segundo multiplicamos por 60, pois 1 minuto = 60 segundos.

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2. Transforme:

a) 2365b)658,4 c)235 0 0

5. Escreva os números usando notação científica: d) 0,00043 e) 0,025 f) 0,000687

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MÓDULO 2

A parte da Física que estuda os movimentos é a Mecânica. Ela está dividida em três partes:

• Cinemática: estuda os movimentos, sem levar em conta as causas que os produzem.

• Estática: estuda as forças e as leis que regem o equilíbrio dos corpos.

• Dinâmica: estuda as relações entre as forças e os movimentos por elas produzidos.

Para a Física, um mesmo objeto pode estar em repouso ou em movimento. Tudo depende de “em relação a que”.

Este “em relação a que” chamamos de referencial. Um corpo está em repouso quando sua posição não muda em relação ao referencial com o passar do tempo.

Um corpo está em movimento quando a sua posição varia em relação ao referencial com o passar do tempo.

A Terra e tudo o que está sobre ela está em movimento em relação ao Sol.

Quando você está sentado numa cadeira, está em repouso ou em movimento ao mesmo tempo. Em repouso em relação à cadeira e em movimento em relação ao Sol, porque a Terra está girando e você, junto com ela.

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Qualquer corpo em movimento é chamado de móvel. O caminho percorrido por um móvel é chamado de trajetória.

As trajetórias podem ser: • retilíneas, quando o caminho percorrido é uma reta;

• curvilíneas, quando o caminho percorrido é uma curva. As trajetórias curvilíneas podem ser: circulares, parabólicas ou elípticas.

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Quando uma bola é lançada partindo do chão, cobre uma barreira e cai do outro lado, descrevendo uma trajetória parabólica.

Já os ponteiros de um relógio descrevem uma trajetória circular. O movimentos dos planetas em relação ao sol descrevem um movimento elíptico.

O cachorro e o menino estão à mesma velocidade. 1. O menino está em repouso ou em movimento em relação ao cachorro? Por quê?

2.O menino está em repouso ou em movimento em relação ao de pé de grama? Por quê?

1. Que tipo de trajetória realizou a pedra? 2. A menina, em relação ao Sol, está em repouso ou em movimento? 3. Em relação ao solo onde pisa, ela está em repouso ou em movimento?

CINEMÁTICA A Cinemática é o ramo da Física que estuda os movimentos, sem levar em consideração as causas que os produzem.

É a relação entre o espaço percorrido (∆S) e o intervalo de tempo (∆t) correspondente, ou seja, para calcularmos a velocidade média de um móvel dividimos o espaço percorrido pelo tempo.

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Suponhamos que um carro faça o percurso de São Paulo ao Rio de Janeiro, de 400 km, em 5 horas.

Se você quiser saber qual a velocidade média que o carro desenvolveu, basta dividir o espaço percorrido (∆S) pelo tempo gasto (∆t). A fórmula abaixo resolve este problema:

Se um outro veículo percorre esta distância em 10 h, sua velocidade média será:

A partir da fórmula da velocidade, podemos calcular o espaço e o tempo:

∆tt

Vm = ∆S ou Vm= S

∆t

Vm = ∆S

∆S = vm . ∆t

∆t = ∆S vm

Vm = Velocidade média

Onde:

∆S = Variação do espaço ou distância percorrida

∆t = Variação do tempo ou instante

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A. Se um carro percorre a distância de 200 Km com a velocidade média de 100 Km/h, qual o tempo gasto nesse movimento?

Temos:

∆t = 200 Km

Dos dados, temos: 100 Km/h

B. Se um carro faz um movimento a 100 km/h durante 3 horas, que distância percorre?

∆S = 100km/h3h

Dados os termos:

Em Física, num mesmo problema, devemos trabalhar com unidades semelhantes. Se num exercício os dados estiverem em metros (m) e quilômetros (km), precisaremos transformar tudo em metros ou tudo em quilômetros.Com a unidade de tempo deveremos trabalhar de maneira semelhante, transformar tudo em horas, tudo em minutos ou tudo em segundos.

Para transformar de m/s (metros por segundo) para km/h (quilômetros por hora) multiplicamos por 3,6.

Exemplo: 12m/s . 3,6 = 43,2 km/h Para transformar de km/h (quilômetros por hora) para m/s (metros por segundo) dividimos por 3,6.

∆t = 2h

∆S = Vm . ∆t

∆t = ∆s

Vm = ∆s
∆t

Vm a

DADOS: Vm = 100km/h ∆S = 200km

Vm = ∆s
∆t

DADOS: Vm = 100km/h ∆t = 3h

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EXERCÍCIOS – Resolva em seu caderno: 1. Um corpo move-se em uma trajetória retilínea, conforme o gráfico abaixo:

01 6 t(s)

2. Um automóvel com velocidade média de 80 km/h gastou 3 horas para percorrer determinado espaço. Calcule esse espaço percorrido.

3. Qual o tempo gasto por um móvel para percorrer 375 km, com uma velocidade média de 75 km/h?

4. Um carro anda 600 Km em 5 horas. Qual sua velocidade média? Qual a distância que ele percorre em 8 horas? Se esta velocidade for mantida, quanto tempo gastará para fazer a viagem entre São Paulo e Campo Grande (MS) cuja distância é de 1200 Km?

Um móvel possui MRU quando sua trajetória é retilínea e a sua velocidade é CONSTANTE.

Como conseqüência da definição acima, no MRU a aceleração é NULA.

A equação que permite resolver qualquer problema que envolva MRU, denomina-se (equação horária) e é dada por:

EXEMPLO: A. Um objeto se desloca obedecendo a tabela abaixo, determine:

a) A função horária da posição. b) A posição para t = 30 s c) O instante que a posição S= 136m a) Qual o valor de sua velocidade? b) Ache o espaço percorrido pelo móvel no intervalo de 1 a 6s.

S = So + v . t

Onde: S = Espaço final

S0 = Espaço incial

V = Velocidade t = Tempo

Apostila 1 1ª Série Física - CEESVO a) S = S0 + V . t Determinamos o espaço inicial quando o instante (tempo) for igual a 0 (zero).

Ver tabela do exercício:

Achamos a velocidade através da fómula da velocidade média (Vm) Onde:

t – t02 – 0 2

Então o espaço será: S = 8 + 8 t b) Posição para o instante (tempo) t =30s Temos a função:

mS S S tS

A posição no instante (tempo) t = 30 segundos é 248m
c) O instante em que a posição será S = 136m
Temos a função:

t t t tS

O instante (tempo) que a posição será 136m é: t = 16 segundos.

Nesse caso como o instante t(s) igual a 0 o espaço inicial

S0 (m) igual a 8

Substituir o instante (tempo) 30 segundos no lugar da letra t(tempo), na função ao lado. (Primeiro resolve a multiplicação e depois realizamos a soma.)

Substituímos o S (espaço) por 136m

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EXERCÍCIOS – Resolva em seu caderno: 5. Um carro se desloca obedecendo a tabela abaixo. Determine: a) A função horária da posição. b) A posição instante t = 150s. c) O instante no qual a posição vale 180m.

tempo estão no gráfico abaixo. Determine:
a) Sua posição no instante t = 0sS (m)
c) A função horária da posição50
d) A posição do corpo para t = 20s

B. Um corpo se desloca em trajetória retilínea e suas “posições” com relação ao b) Sua velocidade média. e) Quando o corpo passa pela posição S = 170m. 20

06 t (s)

RESOLUÇÃO DO EXEMPLO B: Para responder analise o gráfico:

b) Vm = s – s0 t – t0

Vm =

Vm = 5 m/s c) Função horária da posição

Quando o instante (tempo) t= 0(zero) segundo, o espaço S está na posição 20 m.

Analise o gráfico: A reta começa em 20m no eixo S e termina em 50m. O instante começa em 0 e termina em 6 segundos.

A velocidade será t

SVm ∆

∆ = , onde ∆S é a variação do espaço sobre ∆t a variação do tempo.

O S0 (espaço inicial) vale 20m e a velocidade é 5m/s.

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EXERCÍCIOS – Resolva em seu caderno:

a) A posição do móvel no tempo t = 0sS (m)
d) A posição para t = 18s14

6. Um móvel se desloca em trajetória retilínea e suas posições com relação ao tempo estão no gráfico ao lado, determine: b) Sua velocidade média. c) Sua função horária da posição. e) O instante que o móvel passa pela posição S = 124m d) Posição para t = 20s S = 20 + 5 t

Substituir o instante (tempo) 20 segundos no lugar da letra t (tempo), na função ao lado. (Primeiro resolve a multiplicação e depois realizamos a soma.)

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