Introdução à Física
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ENSINO MÉDIO FÍSICA 1º Ano do Ensino Médio Professor: Diones Charles FÍSICA CAPÍTULO 1 Introdução à Física RAMALHO; NICOLAU; TOLEDO. Os Fundamentos de Física Mecânica. São Paulo: Moderna, 2007. 1. Introdução à Física • O ser humano sempre se preocupou em entender e dominar o Universo que o cerca; • Interessou-se em explicar, por exemplo, o som de um trovão, a luz de um relâmpago, por que os corpos têm cores diferentes, como é o movimento da Lua em relação à Terra, como são os movimentos dos objetos nas proximidades da superfície terrestre; • Todas essas questões, por mais diferentes que sejam, são estudadas em Física, uma ciência tão presente em nossas vidas que não podemos desprezá-la. Ciência e Tecnologia 2. O que é a Física? • A palavra Física (do grego: physis) significa Natureza. • É a ciência que estuda a natureza e seus fenômenos em seus aspectos mais gerais. • Portanto, a Física poder ser definida como uma ciência que busca descrever os fenômenos que ocorrem na Natureza e prever a sua ocorrência, procurando atualmente não mais oferecer uma imagem da Natureza, mas sim uma imagem da relação do ser humanos com a Natureza. 3. Ramos da Física FÍSICA CLÁSSICA Mecânica Clássica: estudo do movimento das partículas e dos fluídos. Subdividida em: cinemática, estática, dinâmica, fluídos e ondulatória. Termodinâmica: estudo da temperatura, do calor e seus efeitos e das propriedades de agregação dos sistemas múltiplos de partículas. Óptica: é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz. Eletromagnetismo: estudo da eletricidade, magnetismo e das ondas eletromagnéticas. do FÍSICA MODERNA Mecânica Quântica: estudo do mundo microscópico do átomo e das partículas elementares. Relatividade Especial (Restrita): reformulação dos conceitos de espaço, tempo e energia com o estudo do comportamento de partículas em alta velocidade. Relatividade Geral: estudo das relações entre força gravitacional e as propriedades geométrica do espaço. 4. O Universo Todos os corpos existentes na Natureza são qualidades definidas de matéria. Por exemplo: a madeira é matéria e uma mesa é um corpo; a borracha é matéria é um pneu de borracha é um corpo. A matéria e, portanto, todos os corpos do Universo são constituídos por pequenas unidades denominadas átomos. Um modelo mais simples, proposto pelo físico Ernest Rutherford (1871-1937), estabelece que cada átomo é constituído de um núcleo central (prótons e nêutrons), e pela eletrosfera, constituída pelos elétrons. Átomo Visão simplificada do átomo. Há um número grande de outras partículas, com por exemplo, pósitrons, mésons, neutrinos, quarks. Os átomos, por sua vez, formam outros agregados: as moléculas. O campo de estudo da Física abrange todo o Universo: desde a escala microscópica, relacionada às partículas que formam o átomo, até a escala macroscópica, que diz respeito aos planetas, às estrelas e às galáxias. 5. Física e Matemática A matemática ajuda muito a Física, sintetizando a compreensão dos fenômenos. Uma fórmula matemática que resume um fenômeno físico constitui uma ajuda para a compreensão desse fenômeno. 6. Métodos em Física Método experimental ou científico Trata-se de um processo de pesquisa que segue uma determinada sequência de etapas. São elas: • Observação: Como o próprio diz, é a visualização de um fato (ou fenômeno); • Problematização: Corresponde à execução de questionamentos sobre o fato observado; • Formulação da hipótese: A hipótese nada mais é do que uma possível explicação para o problema. • Experimentação: Etapa em que o pesquisador realiza experiências para provar (ou negar) a veracidade de sua(s) hipótese(s). Uma hipótese confirmada nas experimentações passa a ser denominada de lei científica. A um conjunto de leis que explicam um determinado fenômeno (ou grupo deles) chamamos de teoria. 7. Medida de comprimento e tempo Para melhor conhecer as grandezas envolvidas num fenômeno, a Física recorre a medidas. • O metro (símbolo: m) é a unidade fundamental de comprimento do Sistema Internacional de Unidades (SI)*. Admite múltiplos, com o quilômetro (km) e submúltiplos, como centímetro (cm) e o milímetro (mm). • Outra unidade importante em nosso estudo é a unidade fundamental de tempo do SI: o segundo (símbolo: s). O segundo admite múltiplos, como o minuto (min) e a hora (h), e submúltiplos, como o milissegundo, o microssegundo e o nanosegundo. *SI é o Sistema de unidade oficialmente adotada no Brasil, estabelecida em 1960, durante a 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas. Comprimento Tempo Unidades de medida é uma medida (ou quantidade) específica de determinada grandeza física usada para servir de padrão para outras medidas. Sistema Internacional de Unidades – SI. Unidades suplementares Grandeza Unidade Símbolo Área metro quadrado m² Volume metro cúbico m³ Número de onda por metro 1/m Densidade de massa quilograma por metro cúbico kg/m³ Concentração mol por metro cúbico mol/m³ Volume específico metro cúbico por quilograma m³/kg Velocidade metro por segundo m/s Aceleração metro por segundo ao quadrado m/s² Densidade de corrente ampère por metro ao quadrado A/m² Campo magnético ampère por metro A/m Prefixos do SI O SI adota alguns prefixos para simbolizar algumas potências de 10. 8. Algarismos significativos Os algarismos significativos de uma medida são os algarismos corretos e o primeiro duvidoso.. 9. Operações com algarismos significativos Multiplicação ou uma divisão Como o primeiro fator tem três algarismos significativos (2,31) e o segundo tem dois (1,4), apresentamos o resultado com dois algarismos significativos, ou seja: 3,2. Adição ou na subtração Assim temos 6,4. 10. Notação científica Utilizar a notação científica significa exprimir uma número da seguinte forma: Exemplos: 11. Ordem de grandeza Determinar a ordem de grandeza de uma medida consiste em fornecer, como resultado, a potência de 10 mais próxima do valor encontrado para a grandeza: Exemplo: Raio da Terra igual a 6,37x106 m Distância da Terra ao Sol igual a 1,49 x1011 m Transformação de medidas Praticando Exemplo 1) Um espetáculo musical têm início exatamente às 21h 15min 25s e termina às 23h 28min 15 s. Determine a duração desse espetáculo.
