Telecurso 2000. Física Completo. - 01fis

Telecurso 2000. Física Completo. - 01fis

(Parte 1 de 2)

1 AULA

“Para vermos inteiramente nosso rosto num espelho plano Ø suficiente que ele tenha metade do tamanho (altura) do rosto. Tente observar este fato.”

“A Lua energizaenergizaenergizaenergizaenergiza seu signo apesar de estar em fasefasefasefasefase com saturno com o qual apresenta tensªotensªotensªotensªotensªo. VocŒ deve aproveitar as vibraçıesvibraçıesvibraçıesvibraçıesvibraçıes de mercœrio que completa hoje seu ciclociclociclociclociclo. Assim, curta hoje os seus amigos. Nœmero de sorte 23.”

O mundo da Física 1

A curiosidade do homem pode ser compreendida de vÆrias maneiras: alguns dizem que vem de uma necessidade de sobrevivŒncia, outros dizem que Ø uma forma de prazer ou, ainda, no pensamento religioso, que Ø uma forma de conhecer a Deus. Mas uma coisa nªo podemos negar: o homem Ø curioso!o homem Ø curioso!o homem Ø curioso!o homem Ø curioso!o homem Ø curioso! lPor que as coisas caem? lO Sol Ø uma bola de fogo? lA Terra estÆ parada? E a Lua, como ela fica lÆ em cima? lQuando começou o tempo? lComo surge o pensamento? lComo surgiu a vida? Existe vida depois da morte?

Essas sªo perguntas que o homem vem se fazendo hÆ muito tempo. Algumas sabemos responder, outras nªo. Algumas tŒm mais de uma resposta, a diferença estÆ no mØtodo usado para respondŒ-las.

Alguns mØtodos permitem conhecer o mundo que nos cerca, outros nos levam a ilusıes sobre este mundo. Observe estes casos:

HORÓSCOPOHORÓSCOPOHORÓSCOPOHORÓSCOPOHORÓSCOPO:::::ESPELHOESPELHOESPELHOESPELHOESPELHO, , , , , ESPELHOESPELHOESPELHOESPELHOESPELHO MEUMEUMEUMEUMEU...............
VOCVOCVOCVOCVOCSABIASABIASABIASABIASABIA?????

Os trechos escritos nos quadros acima poderiam ser encontrados num jornal ou falados pela televisªo. Freqüentemente encontramos frases que propıem, sugerem, ou mesmo ordenam que façamos, ou nªo façamos, certas coisas: “Nªo fume no elevador. Lei Municipal nœmero tal”.

AULAEssa afirmaçªo tenta nos dizer que se fumarmos no elevador estaremos sujeitos às penas da tal lei. Voltemos aos quadros.

O primeiro nos diz algumas coisas a respeito da situaçªo dos astros em que podemos, ou nªo, acreditar. Mais ainda, nos fala para “curtir” os nossos amigos, o que Ø bom, e, indiretamente, propıe que joguemos no nœmero 23. Dentro do quadro encontramos palavras que parecem científicas: energizarenergizarenergizarenergizarenergizar, vibraçªo vibraçªo vibraçªo vibraçªo vibraçªo, tensªotensªotensªotensªotensªo, fase fase fase fase fase. O texto usa essa linguagem para tentar nos convencer de que tudo que foi escrito Ø verdade. Mas os horóscopos sªo produtos da Astrologia que nªo Ø uma ciŒncia. Suas definiçıes nªo sªo exatas e variam de astrólogo para astrólogo. Na verdade o que foi dito Ø a opiniªoopiniªoopiniªoopiniªoopiniªo de quem fez o horóscopo e o astrólogo pode, ou nªo, acertar as suas previsıes.

No segundo quadro estamos no campo da ciŒncia. Ele procura nos descrever um fatofatofatofatofato. Se uma pessoa, em qualquer lugar do mundo, seguir as instruçıes e se olhar num espelho que tenha, pelo menos, metade da altura do seu rosto, conseguirÆ ver o rosto por inteiro. Nªo estamos mais diante de uma opiniªoopiniªoopiniªoopiniªoopiniªo, mas sim de um fato, que pode ser verificado. fato, que pode ser verificado. fato, que pode ser verificado. fato, que pode ser verificado. fato, que pode ser verificado.

Devemos ouvir o que as pessoas tŒm a dizer, porØm devemos ser capazes de julgar o que foi dito. Nªo Ø porque “saiu no jornal” ou “deu na tv” que Ø verdade! Por outro lado, devemos ter cuidado, pois julgar nªo Ø discordar de tudo, o importante Ø fazer perguntasfazer perguntasfazer perguntasfazer perguntasfazer perguntas, Ø ter curiosidadeter curiosidadeter curiosidadeter curiosidadeter curiosidade e ir em busca dos fatos e suas explicaçıes. A ciŒncia e seus mØtodos podem nos ajudar a responder muitas perguntas, a tomar posiçıes e a fazer julgamentos.

Uma questªo de mØtodo

A ciŒncia Ø uma forma de olhar o mundo, mas nªo Ø a œnica. Muitas pessoas imaginam que as perguntas religiosas estªo completamente separadas das perguntas científicas, mas isso nem sempre Ø verdade. Por exemplo, Isaac Newton, quando criou o conceito de forçaforçaforçaforçaforça, queria evidenciar a açªo de Deus no mundo: suas perguntas eram religiosas e se confundiam com as científicas.

O mØtodo científico tem permitido à humanidade construir conhecimentos sobre o mundo, propiciando compreender e controlar a natureza em alguns aspectos.

O mØtodo científico busca uma verificaçªo dos fenômenos por meio de observaçıes e experiŒncias (fatos), ou seja, busca na natureza a resposta para suas perguntas e a confirmaçªo de suas hipóteses hipóteses hipóteses hipóteses hipóteses (opiniıes baseadas em fatos). Por exemplo, uma pergunta que vem sendo feita desde a Antigüidade se refere à queda dosqueda dosqueda dosqueda dosqueda dos corposcorposcorposcorposcorpos: um corpo pesado e um leve, soltos ao mesmo tempo e de uma mesma altura, chegam juntos ao chªo?

vam que olugarlugarlugarlugarlugar naturalnaturalnaturalnaturalnatural das coisas pesadas era o solo, por isso caem, sendo que

VÆrias pessoas deram soluçıes para essa pergunta. Os gregos antigos achaas de maior peso chegam primeiro. Assim como as coisas leves sobem para o cØu, lugar natural do que Ø leve, como o fogo ou os gases quentes. Essa forma de olhar a queda dos corpos se manteve por muitos milŒnios, quase como uma afirmaçªo sagrada, da qual nªo se podia duvidar, mas, por volta de 1500, cientistas criaram o mØtodo experimentalmØtodo experimentalmØtodo experimentalmØtodo experimentalmØtodo experimental, que Ø a base do mØtodo científico. Um fenômeno que ocorre em todos os lugares, como o reflexo de um rosto num espelho, Ø chamado de um fenômeno natural. Galileu Galilei, o primeiro a escrever sobre esse mØtodo, estudou o fenômeno da queda dos corpos fazendo observaçıes e mediçıes do fenômeno, ou seja, ele começou a observar cccccomo, quando e em que situaçªo oomo, quando e em que situaçªo oomo, quando e em que situaçªo oomo, quando e em que situaçªo oomo, quando e em que situaçªo o fenômeno ocorriafenômeno ocorriafenômeno ocorriafenômeno ocorriafenômeno ocorria. Galileu deixou cair uma bala de canhªo e uma de mosquete, cem vezes mais leve, do alto da Torre de Pisa, na ItÆlia.

1 AULAIsso permitiu a Galileu chegar à seguinte conclusªo:

Dois corposDois corposDois corposDois corposDois corpos abandonados, aoabandonados, aoabandonados, aoabandonados, aoabandonados, ao mesmo tempo,mesmo tempo,mesmo tempo,mesmo tempo,mesmo tempo, de uma mesma altura,de uma mesma altura,de uma mesma altura,de uma mesma altura,de uma mesma altura, chegam juntoschegam juntoschegam juntoschegam juntoschegam juntos (simultaneamente)(simultaneamente)(simultaneamente)(simultaneamente)(simultaneamente) ao solo, mesmo queao solo, mesmo queao solo, mesmo queao solo, mesmo queao solo, mesmo que tenham pesostenham pesostenham pesostenham pesostenham pesos diferentes.diferentes.diferentes.diferentes.diferentes.

À primeira vista essa afirmaçªo nos surpreende, porque raramente temos a oportunidade de ver uma formiga e um elefante caindo simultaneamente de uma mesma altura e verificar se eles chegam juntos ao chªo!

Entªo usemos o mØtodo científico, duvidemosduvidemosduvidemosduvidemosduvidemos dessa afirmativa!Vamos usar o mØtodo experimental para verificarverificarverificarverificarverificar se ela Ø correta!

O mØtodo experimental

O que vocŒ vai fazer agora Ø uma experiŒncia simples para observar a queda dos corpos na superfície da Terra e conhecer um pouco mais sobre o mØtodo experimental.

Pegue uma folha de papel do seu caderno. Segure a folha sobre a palma da mªo esquerda e o caderno sobre a palma da direita, mantendo os dois à mesma altura do chªo, como mostra a Figura 2. Espere alguns instantes e solte-os ao mesmo tempo. Qual dos dois objetos cai mais rÆpido Qual dos dois objetos cai mais rÆpido Qual dos dois objetos cai mais rÆpido Qual dos dois objetos cai mais rÆpido Qual dos dois objetos cai mais rÆpido?

VocŒ deve estar pensando que a resposta Ø óbvia: o caderno chega primeiro! Afinal ele Ø mais pesado.

Pois bem, vocŒ tem razªo, mas somente na primeira parte da sua resposta. Realmente, nessas condiçıes, o caderno cai mais rÆpido do que a folha de papel. Ou seja, apenas confirmamos o que jÆ se esperava.

Homem de espírito científico e pesquisador, o italiano Galileu

Galilei (1564-1642) deu muitas contribuiçıes à ciŒncia, principalmente no campo da

Astronomia.Figura 1. Torre de Pisa

Figura 2

AULAFaçamos outra experiŒncia.

Pegue duas folhas iguais de papel. Coloque cada uma na palma de cada mªo.

Espere alguns instantes e solte-as ao memo tempo. Qual dos dois objetos caiQual dos dois objetos caiQual dos dois objetos caiQual dos dois objetos caiQual dos dois objetos cai mais rÆpido?mais rÆpido?mais rÆpido?mais rÆpido?mais rÆpido?

Provavelmente uma das duas caiu mais rÆpido do que a outra. E se vocŒ repetir essa experiŒncia diversas vezes, em vÆrias tentativas, a da direita cairÆ primeiro e em outras a da esquerda cairÆ primeiro. Isso significa que essa experiŒncia nªo Ø conclusiva. Nªo podemos afirmar, antes de fazer a experiŒncia, qual folha cairÆ mais rÆpido.

Mas como podem dois corpos de mesmo peso nªo cairem juntos? O que estÆ atrapalhando?

Podemos fazer algumas hipóteseshipóteseshipóteseshipóteseshipóteses .

Talvez o ar esteja, de alguma forma, atrapalhando a descida das folhas e de maneira incontrolÆvel, pois a cada descida as folhas percorrem caminhos diferentes, e chegam em instantes diferentes. Podemos, e devemosdevemosdevemosdevemosdevemos testar essa hipótesehipótesehipótesehipótesehipótese :

Pegue duas folhas de papel, amasse uma completamente, atØ formar uma bola e segure-a com a mªo direita; com a palma da mªo esquerda, segure a outra folha sem amassÆ-la. Espere alguns instantes e solte-as. Faça novamente a pergunta: qual dos dois objetos cai mais rÆpidoqual dos dois objetos cai mais rÆpidoqual dos dois objetos cai mais rÆpidoqual dos dois objetos cai mais rÆpidoqual dos dois objetos cai mais rÆpido?

Nessa experiŒncia podemos ver claramente que o ar interfere na queda dos corpos, pois a folha amassada cai rapidamente, e em linha reta, e a outra nªo. SerÆ possível diminuir a influŒncia do ar sobre o movimento da folha de papel?

Pegue seu caderno novamente, sustentando-o sobre a palma da mªo direita.

E agora coloque a folha sobre o caderno. Espere alguns instantes e solte-os. QualQualQualQualQual dos dois objetos cai mais rÆpidodos dois objetos cai mais rÆpidodos dois objetos cai mais rÆpidodos dois objetos cai mais rÆpidodos dois objetos cai mais rÆpido?

Se vocŒ repondeu que os dois caem juntos, maravilha! O que fizemos? Nós controlamos a experiŒncia. Impedimos que o ar atrapalhasse a queda da folha de papel e tambØm pudemos ver que tantotantotantotantotanto a folha,a folha,a folha,a folha,a folha, quanto o caderno, caem juntos atØ o chªoquanto o caderno, caem juntos atØ o chªoquanto o caderno, caem juntos atØ o chªoquanto o caderno, caem juntos atØ o chªoquanto o caderno, caem juntos atØ o chªo. Com essa experiŒncia foi possível compreender que:

Nem sempre, os fenômenos naturais sªo observadosNem sempre, os fenômenos naturais sªo observadosNem sempre, os fenômenos naturais sªo observadosNem sempre, os fenômenos naturais sªo observadosNem sempre, os fenômenos naturais sªo observados com facilidade. Para estudar as leis da natureza, temos de criarcom facilidade. Para estudar as leis da natureza, temos de criarcom facilidade. Para estudar as leis da natureza, temos de criarcom facilidade. Para estudar as leis da natureza, temos de criarcom facilidade. Para estudar as leis da natureza, temos de criar condiçıes adequadas, que possam ser controladas.condiçıes adequadas, que possam ser controladas.condiçıes adequadas, que possam ser controladas.condiçıes adequadas, que possam ser controladas.condiçıes adequadas, que possam ser controladas.

Essa foi a grande “sacada” de Galileu ao criar o mØtodo experimental. Nas próximas aulas, voltaremos a estudar o movimento da queda dos corpos na superfície da Terra.

Demos um exemplo do mØtodo experimental, que Ø a base do mØtodo científico, utilizado pela ciŒncia, incluindo a Física. Mas, o que Ø mesmo Física?

AULAO que Ø a Física?

HÆ cerca de 200 anos, nªo precisaríamos nos preocupar com essa pergunta.

Os conhecimentos que estªo incluídos no que hoje chamamos Física, Química, Astronomia (nªo confunda com Astrologia!), Engenharia etc. estavam todos dentro do que se chamava Filosofia NaturalFilosofia NaturalFilosofia NaturalFilosofia NaturalFilosofia Natural.

Mas as informaçıes sobre as substâncias, sobre o movimento dos astros, a construçªo de mÆquinas — sobre a natureza e os artefatos construídos pelos homens — foram crescendo tanto, que foi necessÆrio o estabelecimento de ciŒncias diferentes.

Com Galileu Galilei, houve um grande avanço na ciŒncia. Com a ajuda do mØtodo experimental, desenvolveram-se muitas tØcnicas que, cada vez mais, foram sendo aplicadas no dia-a-dia do homem.

A invençªo da mÆquina a vapor, em 1769, por James Watt e, mais as descobertas de AmpŁre e outros com relaçªo à eletricidade, fez com que surgissem pessoas interessadas tambØm em o que fazer com esses conhecimentos.o que fazer com esses conhecimentos.o que fazer com esses conhecimentos.o que fazer com esses conhecimentos.o que fazer com esses conhecimentos. Pessoas se preocupavam e se dedicavam a aplicar os conhecimentos da ciŒncia e sªo agora os engenheiros, mais interessados na tecnologia, que abandonaram a Filosofia Natural.

Daquele conjunto de conhecimentos que era a Filosofia Natural restou o estudo da Mecânica, do Calor, da Eletricidade, do Eletromagnetismo, da Luz, etc, que recebeu o nome de Física.

O escocŒs

James Watt (1736- 1819) aperfeiçoou a mÆquina a vapor.

Sua contribuiçªo para a Revoluçªo

Industrial foi decisiva.

AULAAs divisıes da Física

eram: a MecânicaMecânicaMecânicaMecânicaMecânica, a TermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmicaTermodinâmica,e o EletromagnetismoEletromagnetismoEletromagnetismoEletromagnetismoEletromagnetismo.

A Física estuda vÆrios tipos de fenômenos da Natureza. Para facilitar o seu estudo costuma-se dividi-la. AtØ o início do sØculo as principais partes da Física No sØculo X, a partir de grandes descobertas, surgiram novos ramos, entre eles: Física Atômica e NuclearFísica Atômica e NuclearFísica Atômica e NuclearFísica Atômica e NuclearFísica Atômica e Nuclear, Mecânica Quântica Mecânica Quântica Mecânica Quântica Mecânica Quântica Mecânica Quântica, Relatividade Relatividade Relatividade Relatividade Relatividade. Os novos conceitos introduzidos neste sØculo provocaram uma verdadeira revoluçªo na Física. Hoje Ø comum tambØm dividir a Física em ClÆssica (antes de 1900) e Moderna (após 1900). Alguns desses assuntos serªo abordados ao longo do nosso curso.

O quadro a seguir mostra algumas perguntas que podem surgir no nosso dia-a-dia, e identifica qual o ramo da Física que trata de respondŒ-las.

PERGUNTASPERGUNTASPERGUNTASPERGUNTASPERGUNTASQUEMQUEMQUEMQUEMQUEM RESPONDERESPONDERESPONDERESPONDERESPONDE ALGUNSALGUNSALGUNSALGUNSALGUNS CONCEITOSCONCEITOSCONCEITOSCONCEITOSCONCEITOS

MECNICAMECNICAMECNICAMECNICAMECNICAlPor que somos jogados para frente do ônibus quando ele freia bruscamente? lPor que nos dias de chuva Ø mais difícil frear um automóvel? lComo um navio consegue boiar?

Força Espaço InØrcia Tempo Velocidade Massa Aceleraçªo Energia Densidade lComo funciona um termômetro? lPor que o congelador fica na parte superior da geladeira? lO que ocorre com a naftalina, que “some” do fundo da gaveta?

Calor Energia tØrmica Pressªo Volume Dilataçªo Temperatura Mudanças de estado

ÓPTICAÓPTICAÓPTICAÓPTICAÓPTICAlComo vemos os objetos? lComo os óculos ajudam a melhorar a visªo? lComo se forma a nossa imagem num espelho? lO que Ø a corrente elØtrica? lComo funciona um chuveiro elØtrico? lPara que serve um fusível?

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