O que é Física?

E.E.SENADOR ADOLFO GORDO
Apostila de Física
EJA-2009
Profª Guara
1
FÍSICA
O que é Física?
Esta é a primeira pergunta que o estudante de nível médio deve saber responder.
A ciência faz parte do dia a dia de todos nós. Se imaginarmos os primeiros habitantes do
nosso planeta, poderemos tentar adivinhar como eles deviam ter duvidas em relação ao
tempo e espaço. Sem o conhecimento científico atual como explicar, por exemplo, coisas
básicas como o amanhecer e o anoitecer? Como explicar a chuva, o fogo, a água do mar e
dos rios? Como explicar as cores do mundo, as estações do ano, o luar, as ondas do mar?
A Física é a mais antiga ciência da natureza. Ela nasceu do pensamento humano, da
filosofia, da observação e da experimentação. Todas estas capacidades são inerentes do ser
humano. E esta capacidade, a inteligência, o raciocínio é o nosso maior dom.
Atualmente a Física tem frutos como o funcionamento dos motores em geral, da
eletricidade, da informática, dos aviões e foguetes, e muito, muito mais!
No primeiro ano, ou melhor, no primeiro semestre, vamos estudar apenas uma parte bem
pequena da Física. Vamos tentar explicar algo cotidiano:
O movimento.
Nosso maior desafio é pensar como cientistas. Precisamos estar concentrados e deixar o
pensamento fluir, este é um grande exercício e trará excelentes ganhos, uma vez que nosso
cérebro, ao ser estimulado, como qualquer outro sistema do nosso corpo, terá um bom
desenvolvimento. E os frutos do exercício do pensamento serão colhidos, com certeza, em
inesperados momentos de nossas vidas.
Podemos começar?
Vamos responder às perguntas:
O que é movimento?
Você está em repouso em movimento?
Se você estiver em um trem em movimento com relação à terra e soltar uma bola de
sua mão, qual será a trajetória descrita pela bola?
Recordando as unidades de medidas de 3 grandezas fundamentais:
Espaço, tempo e massa
Espaço: lembre-se que:
1 km
1m
1m
= 1000 m
= 100 cm
= 1000 mm
2
Exercícios:
1.Transforme em metros:
a) 2 km =
b) 30 km =
c)..2,5 km =
d) 0,5 km =
e) 0,45 km =
f) 0,200 km =
g) 300 cm =
h) 200 cm =
i) 250 cm =
j)
k)
l)
m)
n)
o)
p)
q)
r)
18 cm =
25 cm =
1000cm =
500 mm =
750 mm =
10000 mm =
3000 mm =
450 mm =
24 mm =
2. Transforme em quilometros:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
2200 m =
250 m =
2480 m =
720 m =
8000 m =
500 m =
Tempo:
3. Complete:
a) 1 h = ..............min b)1 min = ...............s
c) 1h = ....................s
d) 1dia = ............h =........................min = ..................................s
Massa:
Lembrando que 1 kg = 1000 g e que 1 g = 1000 mg ;
4. Complete:
a) 2 kg = ..........................g
b) 5 kg = .....................…..g
c) 200 g = …………….…kg
d) 2000 g = ……………...kg
e) 500 g = …………….…kg
f) 250 mg = ................…..g
g) 500 mg = …….……… g
h) 450 mg =……………….g
i) 22000mg = …………….g
j) 3,9 g = …………………mg
k) 2,78 g = ...........….….....mg
l) 0,5 kg = ………………...g
3
Como transformar unidades do tipo:
Quilometros por hora (km/h) em metros por segundo (m/s)?
1 km = 1000 m
1 h = 3600 s
1km/h = 1000m/3600s como simplificar esta transformação?
Utilizando a regra:
1m/s = 3,6 km/h
resolver os exercícios a seguir:
1.Transforme em m/s:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
72 km/h =
36 km/h =
54 km/h =
108 km/h =
360 km/h =
720 km/h =
2. Transforme em km/h:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
10 m/s =
2 m/s =
25 m/s =
15 m/s =
100 m/s =
30 m/s =
3. O som se propaga no ar com velocidade aproximada de 340m/s. Considerando este valor,
qual a velocidade mínima, em km/h, de um avião supersônico?
VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA (Vm)
Quando um móvel está em movimento, a distância que ele percorre em um único sentido,
(s), dividida pelo intervalo de tempo (t) nos fornece o valor da velocidade média do
móvel.
Escrito em forma de equação, temos:
4
Vm =
s
t
A variação de posição ou deslocamento, ∆s, deve ser expressa em metros e o intervalo de
tempo, ∆t, em segundos.
Desta forma, teremos a medida da velocidade média expressa em m/s (metros por
segundo). Esta unidade está de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (S.I.U.),
que foi estabelecido para que todos os trabalhos científicos do mundo sejam escritos com as
mesmas unidades de medida de acordo com a grandeza.
Veja as grandezas que inicialmente serão utilizadas no nosso curso com as correspondentes
unidades de medida.
grandeza
Espaço
Tempo
Massa
velocidade
aceleração
Força
Energia
unidade de medida (S.I.)
metro (m)
segundo (s)
quilograma (kg)
metros por segundo (m/s)
metros por segundo ao quadrado (m/s2)
Newton (N)
Joule (J)
Entretanto, sabemos que existe uma medida usual para expressar o valor da velocidade, o
quilometro por hora (km/h) que estamos acostumados. Neste caso, estamos medindo a
distância em quilometros e o tempo em horas.
Sabemos ainda que para transformar km/h em m/s devemos dividir o valor da velocidade
por 3,6 e , ao contrário, para transformar m/s em km/h multiplicamos pelo mesmo valor.
Exercícios:
1.Um nadador que percorreu 100 m de piscina em 50 s, nadou com qual velocidade média?
2.Qual a velocidade média de um trem que durante 50s percorreu 500m?
3.Se você fosse andar 5 km em 0,5 h com qual a velocidade média deveria percorrer este
percurso?
4.Para atravessar um canal de 3 km, uma lancha gastou 5 minutos. Calcule a velocidade
média da lancha neste evento.
5.Uma família, em viajem de férias, foi de São Paulo ao Rio de Janeiro, aproximadamente
400 km. Sabendo-se que saíram de São Paulo às 10 h da manhã e chegaram ao Rio de
Janeiro às 18 h, determine a velocidade média desta família para tal viagem.
6.A distância entre São Paulo e Santos é de aproximadamente 100 km. Se este percurso for
feito em 2 h qual deve ser o valor da velocidade média do veículo?
5
7.Se um estudante para chegar à escola caminha 3,6 km em 30 minutos qual deve ser a sua
velocidade média?
8.Para percorrer 1800 km um avião gastou 2 h. Determine o valor da sua velocidade média.
................................................................................................................................................
Alguns exercícios podem envolver o cálculo do deslocamento, ou variação de espaço, ou
ainda o intervalo de tempo pode ser questionado. Neste caso, devemos utilizar a mesma
equação da velocidade escrita de forma mais apropriada. Assim, para calcularmos o
deslocamento fazemos: s = Vm x t e para determinarmos o intervalo de tempo faremos:
t = s/Vm.
Exemplos:
1. Se Maria mantiver uma velocidade média de 2,5 m/s que distância terá percorrido
após 10 min?
2. Um automóvel com velocidade média de 72 km/h percorreu 20 km. Qual o intervalo
de tempo gasto pelo automóvel neste percurso?
Exercícios:
1. Um barco desceu um rio com velocidade média de 54 km/h. Quanto tempo gastou
se percorreu 1,5 km?
2. A viagem de uma família foi feita em 3 h e a velocidade média desprendida foi de
54 km/h. Qual a distância percorrida nesta viagem?
3. Um caminhão mantém a velocidade média de 72 km/h ao percorrer 40km.
Determine o tempo gasto.
4. Se mantiver a velocidade de 1080 km/h durante 1,5 h, qual é a distância que um
avião percorrerá?
5. Para percorrer 400 km com velocidade média de 80 km/h quanto tempo um
automóvel irá gastar nesta viagem?
6. Uma jovem caminhou 1,8 km com velocidade média de 2m/s, qual o tempo gasto
neste percurso?
7. Um automóvel percorreu 30 km com velocidade média de 60 km/h e mais 60 km
com velocidade média de 120 km/h. Qual o tempo gasto no percurso total?
8. Um trem de velocidade média 70 km/h percorre 35 km e depois mantendo a
velocidade de 50 km/h percorre mais 50 km. Determine o tempo gasto para
percorrer todo o percurso.
Exercícios de revisão
A partir do exemplo:
72 km/h = 72:3,6 = 20 m/s
ou
6
20 m/s = 20x3,6 = 72 km/h
1. Transforme em km/h
a) 25 m/s =
b) 30 m/s =
c) 15 m/s =
d) 100 m/s =
e) 330 m/s =
f) 2 m/s =
g) 40 m/s =
h) 18 m/s =
2. Transforme em m/s
a) 54 km/h =
b) 540 km/h =
c) 108 km/h =
d) 72 km/h =
e) 90 km/h =
f) 900 km/h =
g) 1080 km/h
h) 10,8 km/h
3. Uma família em viagem de férias para o Rio de janeiro, parte de São Paulo, às 8h da
manhã,e chegam ao rio de janeiro às 17h do mesmo dia. Considerando a distância entre as
duas cidades aproximadamente 450 km, determine a velocidade média de tal viagem.
4. Um caminhão percorre 30 km com velocidade média de 60 km/h e em seguida mais 40
km com a velocidade média de 50 km/h. Determine a velocidade média total do percurso.
5.Um tatu-bola percorreu uma régua de 30 cm em 5 min. Determine a velocidade média do
tatu em cm/s.
O MOVIMENTO UNIFORME
O carro da polícia vai alcançar o carro do bandido?
Se nós desconsiderarmos todas as variáveis e nos limitarmos ao movimento com
velocidade constante e trajetória retilínea, teremos o modelo de movimento que é o
movimento retilíneo e uniforme.
Neste caso, a velocidade do móvel, que permanece constante, tem o valor da velocidade
média que aprendemos a calcular. Em outras palavras, podemos utilizar a equação:
s
pois o valor de Vm = Vo.
t
O intervalo de tempo ∆t pode ser escrito simplesmente por t se considerarmos t0 = 0 e ∆s =
s - so a mesma equação pode ser reescrita da forma de uma equação matemática de 1º grau,
ou seja:
V=
s = so + v.t
Utilizaremos a fórmula escrita desta maneira para calcularmos, por exemplo, a posição de
um móvel, em um determinado instante, quando conhecemos a sua velocidade e a sua
posição inicial.
Devermos treinar o maior número possível de exercícios utilizando esta equação, pois
assim saberemos como usar um modelo de solução que é sempre muito utilizado nas
ciências.
Exemplos:
7
1.Considere que um automóvel passa pelo marco 30 km de uma estrada no instante em que
o motorista olha para o relógio e começa a contar o tempo gasto para alcançar o marco 60
km, mantendo a velocidade constante de 60 km/h.
A equação horária do movimento do automóvel neste percurso será:
s = so + v.t
60 = 30 + 60.t e com esta equação poderemos determinar o tempo gasto pelo automóvel
deste a posição 30 km até a posição 60 km.
60 – 30 = 60.t
30/60 = t
t = 0,5 h.
2.Escreva a função horária dos espaços para um móvel em M.U. considerando a posição
inicial do móvel 4,0 m e a sua velocidade constante de 5,0 m/s.
s = so + v.t
s = 4,0 + 5,0.t em unidades do S.I.
3.Considere o exercício anterior e determine:
a) a posição do móvel no instante t = 3,0s
s = 4 + 5.3
s = 4 + 15
s = 19 m
b) o instante em que a posição do móvel é 24 m.
24 = 4 – 5.t
24 – 4 = 5.t
20 = 5.t
Exercícios:
t= 4s
1.Determine o valor da velocidade e da posição inicial que cada uma das equações horárias
a seguir representam.
a) s = 40 – 5,0 .t
b) s = -12 + 5,0. t
c) s = 3,0 – 12. t
d) s = - 10 – 5,0 .t
2.Um móvel partiu da posição 8,0 m no instante t = 0 e mantém a velocidade constante de
4,0 m/s. Escreva a função horária deste movimento e determine a posição do móvel no
instante t = 5,0s.
3. Um móvel em movimento uniforme passa pela posição 4,0 m no instante 3,0s e pela
posição 14 m após 5s. Determine a velocidade deste móvel.
4. Mantendo a velocidade constante, um caminhão parte (t=0) do marco 10 km e no
instante t = 0,5h passa pelo marco 50km. Determine a velocidade que o caminhão manteve.
8
5. Determine o deslocamento de um móvel que mantém a velocidade de 72 km/h durante
30 min.
6.Um trem mantém velocidade constante de 40 km/h durante 15 min. Determine a distância
percorrida por este trem durante este intervalo de tempo.
7. Um trem de comprimento 50m atravessa um túnel de 300m com velocidade constante de
54 km/h. Determine o tempo gasto neste percurso.
8.Um caminhão de 20m de comprimento mantém a velocidade de 72km/h levando 2 min
para percorrer uma ponte. Determine o comprimento da ponte.
9. Determine a distância percorrida por um avião a 900 km/h em 1 minuto.
10. Determine a posição de onde partiu um móvel com M.U. e velocidade de 10m/s,
sabendo-se que após 5s sua posição era 55m.
11. Determine a posição inicial de um móvel que executa movimento uniforme com
velocidade de 4 m/s e que se encontra na posição 40m após 5s de movimento.
12. Se um automóvel mantiver a velocidade de 90 km/h a partir do marco 300km de uma
estrada retilínea, qual será a sua posição após 30min?
13. Se um móvel mantiver a velocidade de 20m/s a partir do marco 30m de uma trajetória
retilínea, qual será a sua posição após 10s de movimento?
Exercícios complementares
1.A função horária do movimento de um ponto material, no S.I., é: s = 100 – 20t.
Determine:
a) a velocidade e a posição inicial deste móvel;
b) o gráfico da posição em função do tempo;
c) o gráfico da velocidade em função do tempo.
2.(FUVEST-SP) Um veículo movimenta-se numa pista retilínea de 9,0 km de extensão. A
velocidade máxima que ele pode desenvolver no primeiro terço do comprimento da pista é
15m/s, e nos dois terços seguintes é 20m/s. O veículo percorreu essa pista no menor tempo
possível.
a) determine a velocidade média desenvolvida;
b) desenhe o gráfico vxt deste movimento.
3.O movimento de um carro em uma estrada está representado na figura abaixo. Determine
a velocidade média do veículo entre zero e 0,6h.
9
4.Dois automóveis A e B, deslocam-se na mesma estrada.O gráfico a seguir representa as
posições destes móveis em função do tempo.
Determine o instante e a posição da ultrapassagem. , escreva as funções horárias do dois
automóveis A e B e determine a posição destes ao final de 3,0 h de movimento
5..Se um estudante para chegar à escola caminha 3,6 km em 30 minutos qual deve ser a sua
velocidade média?
6..Para percorrer 1800 km um avião gastou 2 h. Determine o valor da sua velocidade
média.
7. Uma família em viagem de férias para o Rio de janeiro, parte de São Paulo, às 8h da
manhã, e chegam ao rio de janeiro às 17h do mesmo dia. Considerando a distância entre as
duas cidades aproximadamente 450 km, determine a velocidade média de tal viagem.
8.Um tatu-bola percorreu uma régua de 30 cm em 5 min. Determine a velocidade média do
tatu em cm/s.
10
AS LEIS DE NEWTON
Sir Isaac Newton
A vida de Newton pode ser dividida em três períodos. O primeiro sua
juventude de 1643 até sua graduação em 1669. O segundo de 1669 a 1687, foi
o período altamente produtivo em que ele era professor Lucasiano em
Cambridge. O terceiro período viu Newton como um funcionário do governo
bem pago em Londres, com muito pouco interesse pela matemática.
Isaac Newton nasceu em 4 de janeiro de 1643 (ano da morte de Galileo) em
Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. Embora tenha nascido no dia de Natal
de 1642, a data dada aqui é no calendário Gregoriano, que adotamos hoje, mas
que só foi adotada na Inglaterra em 1752. Newton veio de uma família de
agricultores, mas seu pai morreu antes de seu nascimento.
Ele foi criado por sua avó. Um tio o enviou para o Trinity College,
Cambridge, em Junho de 1661.
Isaac Newton foi um dos maiores cientistas de todos os tempos.
Chamamos de Mecânica Newtoniana o estudo dos movimentos.
Conta-se que Newton era uma criança muito introvertida e foi um jovem
bastante reservado. Ele teve uma infância difícil, não cresceu perto da mãe,
11
que se tornando viúva muito jovem, casou-se novamente e deixou o filho
vivendo com um tio.
Issac Newton começou cedo seus estudos e tornou-se um famoso alquimista.
Estudou os movimentos dos corpos em geral, dos corpos celestes, desenvolveu
o cálculo diferencial e contribuiu em vários ramos da Física e da Matemática.
Lembrando que Newton nasceu no mesmo ano em que Galileu Galilei morreu.
Galileu foi sujeito à inquisição porque defendia o modelo heliocêntrico do
sistema solar. Ao contrário de Giordano Bruno, que foi queimado vivo pela
inquisição, Galileu negou suas idéias mas não deixou de ensiná-las a seus
discípulos e deixá-las registradas
Uma das experiências de Galileu que devemos conhecer é a do plano
inclinado. Conta-se que ele observou o movimento de uma bolinha ao descer
um plano de inclinação variável. Que a cada ângulo que a bolinha percorria
através do plano determinava sua velocidade ao chegar ao chão, de forma que
a bolinha percorria cada vez mais uma distância até parar. Galileu supôs que
se não houvesse forças para parar a bolinha, o movimento desta seria um
movimento retilíneo com velocidade constante.
Você concorda com esta idéia de Galileu?
Conta-se também que Galileu soltou objetos diferentes de cima da Torre de
Piza na Itália a fim de provar que os objetos caem com a mesma velocidade,
independente da massa do objeto.
Você concorda com mais esta idéia?
Newton concordou!
A primeira lei de Newton, também chamada de Princípio da Inércia, é uma
elaboração de idéias de Galileu.
O que é inércia?
Inércia é uma tendência de todos os corpos que possuem massa em manter o
seu estado de equilíbrio: repouso ou movimento retilíneo e uniforme.
12
Quando estamos em repouso, por exemplo, ao acordar de manhã, fazemos
uma força para levantar. O mesmo ocorre com todos os corpos, uma vez
parado, devem continuar parados até que uma força externa os coloque em
movimento. Para um corpo em movimento, a tendência é permanecer em
movimento retilíneo e com velocidade constante. Se estivermos em um ônibus
e este está em movimento, percebemos a tendência de permanecer em
movimento, pois se o motorista breca, somos lançados para frente e se o
mesmo faz uma curva, somos lançados para o sentido oposto.
Um dos enunciados do princípio da Inércia pode ser:
“Todo corpo, livre da ação de forças, está em repouso ou em movimento
retilíneo e uniforme”.
A segunda Lei de Newton ou Princípio Fundamental da Dinâmica.
A força aplicada em um corpo provoca uma aceleração do mesmo. Sendo que
a força é proporcional a aceleração adquirida. A constante de
proporcionalidade é justamente o valor da massa do mesmo:


F  m .a
As setas na força e na aceleração representam que além do valor, devemos
considerar que as grandezas vetoriais força e aceleração possuem a mesma
direção e o mesmo sentido.
A unidade de medida de força no sistema internacional é Newton,
abreviaremos por N.
1N = 1 kg. m/s2
Uma mesma força provoca em corpos de massas diferentes acelerações
diferentes.
Exemplos:
13
Um objeto de massa 2,0kg é acelerado por uma força constante e esta
aceleração tem módulo 3,0 m/s2.
Determine o valor da força aplicada neste objeto.
Usando o P.F.D.:
F = m.a
F=2x3
F=6N
Exercícios:
1.
Determine o valor da única força que atua em um móvel de massa 3kg
para que a aceleração deste seja de 5m/s2.
2.
Qual é o valor da força que deve ser aplicada a um móvel de massa 20 kg
para que ele adquira a aceleração de 2m/s2?
3.
Calcule a força necessária para provocar uma aceleração de 10m/s2 em
um móvel de massa m = 8 kg.
4.
Qual a massa de um corpo que ao ser aplicada uma força resultante de
40N adquire a aceleração de 8 m/s2 ?
5.
Qual a massa de um bloco que ao receber uma força constante de
intensidade 200 N adquire a aceleração de 2m/s2?
6.
Determine a aceleração adquirida por um corpo de massa 30 kg, sujeito a
uma força constante de intensidade 60N.
7.
Determine a aceleração adquirida por um corpo de massa 50 kg, sujeito a
uma força constante de 100 N.
14
8.
Considere um móvel sujeito a duas forças horizontais de intensidades 30
N e 20 N:
F1 = 30N
F2 = 20N
Se a massa do corpo é 4kg, determine a aceleração adquirida.
9.
Considere um móvel sujeito a duas forças horizontais de intensidades 30
N e 10 N:
F1 = 30N
F2 = 10N
Se a massa do corpo é 4kg, determine a aceleração adquirida..
10. Considere um móvel sujeito a duas forças horizontais de intensidades
mostradas na figura:
F1= F2 = 50N
F3 = 20N
Se a massa do corpo é 4kg, determine a aceleração adquirida.
15
A terceira Lei de Newton ou princípio da ação e reação diz que:
“À toda força de ação corresponde uma força de reação de mesma
intensidade, mesma direção, mas de sentido oposto.”
Assim, se um carro bater em um poste, o motorista poderá dizer que o poste
bateu no carro? Lembre-se, o referencial sempre tem importância nas
explicações físicas.
Quando um barco a remo se desloca, o remo “empurra” a água (ação) em um
sentido e a água “empurra” o remo no sentido contrário (reação). Sempre as
intensidades das forças, de ação e reação são iguais enquanto os sentidos
sempre são diferentes.
A força peso é um interessante exemplo da 3ª. Lei, quando a Terra atrai um
corpo (ação = peso do corpo) o corpo também atrai a Terra com uma força de
intensidade igual. Entretanto o corpo deve ser mais leve do que a Terra já que
adquire uma aceleração de queda.
Diferença entre peso e massa:
A massa de um corpo é a medida da matéria que o constitui (em quilogramas
no S.I.). O peso do corpo é a sua massa vezes a aceleração da gravidade no
local onde ele se encontra (outra aplicação da 2ª. Lei). O peso é medido em
newtons pois tratando-se da força com que o corpo é atraído para a Terra.
Próximo à superfície da Terra, a aceleração da gravidade é aproximadamente
9,8 m/s2. Utilizaremos para facilitar nossas contas g = 10 m/s2.Em outros
planetas ou na Lua por exemplo, o valor da aceleração da gravidade varia.
Por isso, o peso de um corpo varia de acordo com o lugar onde ele se
encontra.
Vamos identificar os pares de ação e reação em um corpo de massa m que se
encontra em cima de uma superfície acima do solo.
16
Represente as seguintes forças:
a)
b)
c)
d)
a força com que a Terra atrai o corpo
a reação desta força
a força que o corpo exerce sobre a superfície
a reação desta força.
Cite mais alguns exemplos de pares de forças Ação e Reação e depois
responda:
As forças de ação e reação podem se anular? Explique.
Exercícios de revisão:
17
1. Um pequeno automóvel colide com um grande caminhão carregado. Você acha que
a força exercida pelo automóvel no caminhão é maior, menor ou igual à força
exercida pelo caminhão no automóvel. Justifique.
2. Como a hélice de um avião o impulsiona?
3. Há necessidade da atmosfera para que o avião seja acelerado?
4. Uma pessoa encontra-se no meio de um lago gelado, de atrito desprezível.
a) Ela pode caminhar até a margem do lago? Comente sua resposta.
b) Essa pessoa arremessa horizontalmente um sapato e este atinge a outra margem Por
quê?
5. Na ausência de forças, um corpo em repouso continua em repouso, e um corpo em
movimento continua em movimento em linha reta e com velocidade constante. Que
princípio é este?
6. Chama-se resultante de um sistema de forças a única força que produz o mesmo
efeito de um sistema. Considere duas forças, uma de 40N e outra de 60N.
Determine o valor da resultante quando:
a) as duas forças estão na mesma direção e em sentidos opostos,
b) se estiverem na mesma direção e mesmo sentido.
7. Desenhe as duas forças do exercício anterior perpendiculares. Qual o valor da
resultante sobre elas?
18
ENERGIA MECÂNICA
Uma das formas de energia, que chamamos de energia mecânica, que pode ser das
seguintes formas: energia cinética, potencial gravitacional ou ainda, potencial elástica.
Cada uma delas depende das condições à que o corpo está sujeito.
A energia cinética relaciona-se com os corpos em movimento. Para calcularmos a energia
cinética devemos conhecer a massa do corpo (em kg) e a velocidade do mesmo em (m/s).
A unidade de medida da energia, no sistema internacional de unidades é Joule (J).
A equação que nos permite calcular a ENERGIA CINÉTICA é :
Ec = m v2/2
A energia potencial gravitacional relaciona-se com a posição de um corpo, com relação a
um referencial. Se o referencial é a Terra, fazemos h = 0 a altura correspondente ao solo. Se
o referencial for modificado, a equação da energia potencial gravitacional também será. O
cálculo da ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL requer o valor da aceleração da
gravidade (g) local uma vez que, essa energia deve-se à atração de massas e pode variar de
acordo do a localização do corpo.
Usamos a equação:
Ep = m.g.h
Para determinarmos o valor da energia potencial em Joules, a massa deverá estar em
quilogramas (kg) , a altura “h” em metros (m) e a aceleração da gravidade “g” em m/s2.
Finalmente a energia potencial elástica deve-se à deformação de um sistema, como por
exemplo a energia armazenada quando esticamos um estilingue.
Toda a variação de energia representa a realização de um Trabalho Mecânico pelo sistema
ou sobre o sistema. O conceito de Trabalho envolve a utilização de energia assim como
podemos estabelecer que não existe Trabalho sem variação de energia ou vice-versa.
Vale ainda lembrar que não existe criação e nem destruição de energia no universo, existe
apenas a transformação desta.
Exemplos:
1. Determine qual é o valor da energia cinética associada a um móvel de massa
1500kg e velocidade de 20m/s.
Resolução:
Ec = m v2/2
E c = 1500 x 202/2
Ec = 1500 x 400/2
19
Ec = 300.000 J
Que podemos escrever como:
Ec = 3 . 10 5 J
2. Qual é o valor da energia potencial gravitacional associada a uma pedra de massa
igual a 20 kg quando esta se encontra no topo de um morro de 140 m de altura em
relação ao solo?
Resolução:
Ep = m.g.h
Ep = 20.10.140
Ep = 28 000 J
3. Uma pedra de massa igual a 5 kg estava a uma altura de 50m do solo e cai. O valor
da energia potencial gravitacional desta pedra na metade da queda é:
a) 2500 J
Resolução:
b) 1250 J
Ep = m.g.h mas na metade: Ep =
c) 5000 J................d) 1000 J
e) zero
m.g .h
2
5.10.50
2
Ep = 1250 J
Alternativa : b
Ep =
Exercícios:
Em todos os problemas considere g = 10 m/s2
1. Determine a energia potencial gravitacional de um homem, de massa 80kg quando
este se encontra:
a) no telhado de uma residência de 2,5 m de altura;
b) no alto de um edifício de 80 m;
c) em cima de um morro de 2200 m.
2. Um vaso de 2,0 kg está pendurado a 1,2 m de altura de uma mesa de altura 0,40m
de altura. Determine a energia potencial gravitacional do vaso em relação:
a) à mesa;
b) ao solo.
20
3. Duas lagartixas idênticas estão no teto de uma sala. As duas possuem a mesma
energia potencial? Explique.
4. Um avião voa com velocidade de 900 km/h a 10.000m de altura. Como poderemos
determinar a energia potencial e a energia cinética de um passageiro do avião?
5. Um automóvel de massa 800 kg tem velocidade de 18 km/h e acelera até alcançar
90 km/h. Calcule:
a) a energia cinética inicial do automóvel;
b) a energia cinética final deste automóvel;
c) o Trabalho realizado pela força motriz do automóvel.
6. (Fuvest-SP) No rótulo de uma lata de leite em pó está escrito: energético 1509 J por
100 g (361 kcal). Se toda energia armazenada em uma lata que contém 400 g de
leite for utilizada para levantar um objeto de massa 10 kg, qual seria a altura
atingida por este objeto?
a) 25 cm
b) 15 m
c) 400 m
d) 2km ........... e) 60 m
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA
Observamos que a queda de um objeto faz com que a sua energia potencial diminua. Até
quando ela vai diminuir? Para onde vai esta energia?
Existe um princípio científico, denominado princípio da conservação de energia que afirma
que no universo a energia não pode ser criada e nem destruída, apenas transformada.
Assim, podemos concluir que a energia potencial durante a descida em queda livre do
corpo será transformada em energia cinética (à medida que a velocidade vai aumentando).
Se a energia dissipada por atrito com o ar puder ser desprezada (assim como qualquer outra
energia não mecânica) a energia cinética do objeto ao atingir o solo terá o mesmo valor da
energia potencial gravitacional associada ao corpo na altura máxima.
Um problema modelo de conservação de energia mecânica é o da montanha russa ideal.
O carrinho é levado para o alto de uma rampa e parado neste ponto mais alto da trajetória.
Então começa a descida. A energia cinética vai aumentando à medida que o carrinho desce
e no solo terá o valor da energia potencial do carrinho no ponto mais alto da trajetória.
Entretanto, sabemos que este é um modelo ideal, na realidade ouvimos muito barulho
quando estamos descendo neste brinquedo, transformação de energia mecânica em energia
sonora, e também há dissipa;cão de energia em forma de calor. Sabe-se que alguns
brinquedos utilizam parte desta energia dissipada transformada em energia elétrica que
acende as luzes do próprio brinquedo.
Lembramos então que, quanto maior a altura que o carrinho desce, maior será a velocidade
que ele chegará ao solo. Vamos equacionar e verificar que a massa do carrinho não é
envolvida no cálculo desta altura.
Chamaremos Em(1) = Ep1 + Ec1 a energia mecânica no ponto mais alto e
Em(2) = Ep2 + Ec2 a energia mecânica do ponto mais baixo. Se houver conservação de
energia mecânica Em(1) terá o mesmo valor de Em(2):
Em(1) = Em(2)
Ep1 + Ec1 = Ep2 + Ec2
21
mgh + 0 =
g.h =
1 2
mv + 0
2
1 2
v
2
cancelando-se as massas:
ou para calcularmos o v:
v = 2gh
Responda: Ao descer de uma montanha russa um carrinho tem o valor da sua energia
potencial gravitacional, diminuída uma vez que sua altura diminui na descida. Qual é o
destino desta diferença de energia potencial do carrinho em função da descida até o solo?
POTÊNCIA MECÂNICA
Se considerarmos a variação de energia mecânica, ou seja, o Trabalho mecânico do
sistema no intervalo de tempo em que é desenvolvido, terá a POTÊNCIA MECÂNICA
MÉDIA envolvida no evento. Assim,
P=
Sendo o Trabalho em Joules e o intervalo de tempo em segundos, a Potência será medida
em Watts.
1 W = 1 J.s
Exemplos:
1.(UF-UberlândiaMG) Um elevador transporta 10 pessoas entre o 1º e o 10º andar de um
edifício em 10s, com velocidade constante.Se executar a mesma tarefa em 20s:
a) realizará um Trabalho duas vezes maior
b) desenvolverá uma potência duas vezes maior
c) desenvolverá uma potência duas vezes menor
d) desenvolverá a mesma potência
22
2. Um menino de 40kg de massa sobe 25 degraus de uma escada em 20s. Se cada degrau
tem 0,20m de altura e g = 10 N/kg, a potência útil dos músculos do menino nessa operação
é, watts:
a) 100
b) 50
c) 100
d) 500
3.Um motor é instalado no alto de um prédio para elevar pesos e deve executar as seguintes
tarefas:
I) elevar 100 kg a 40 m de altura em 20s
II) elevar 400 kg a 10 m de altura em 10s
III) elevar 300 kg a 20m de altura em 15s
A ordem decrescente de potência desenvolvida é:
a) I,II,III
b)III,I,II
4. Considerando a aceleração da gravidade g = 10N/k e desprezando a resistência do ar,ao
cair da altura de 20m, a partir do repouso, um balde de massa 1kg chega ao solo com
velocidade de :
a) 20m/s
b) 5m/s
c) 10m/s
d) 200m/s
23
CALOR E TEMPERATURA
O conceito científico de calor não é o mesmo ao qual nos referimos no cotidiano. Quando
dizemos calor, muitas vezes estamos nos referindo à sensação de temperatura ambiente alta
e este termo não condiz com o conceito científico. Calor é uma energia que vai do corpo de
maior temperatura para o de menor temperatura.
Enquanto corpos de temperaturas diferentes trocam energia (sempre o mais quente
transmite energia para o mais frio) esta energia trocada é calor. Se todos os componentes
de um sistema estiverem na mesma temperatura, faz-se o equilíbrio térmico e não haverá
trocas de energia térmica entre eles, e não haverá calor!
Ao ser transferido de um corpo para outro, a quantidade de calor transferida (Q) poderá
provocar uma variação de temperatura ou uma mudança de estado físico naquele que
recebe o calor.
Quanto à temperatura, é uma medida da energia interna média de um sistema. Quanto
maior o estado de agitação das partículas que compõem o sistema maior será o valor da
temperatura deste.
A unidade de medida de temperatura utilizada nos laboratórios científicos é Kelvin. A
escala de temperaturas Kelvin é também chamada escala absoluta de temperatura porque
não possui valores negativos. O menor de temperatura teórico seria o Zero Absoluto, zero
na escala Kelvin.
Entretanto não convivemos com temperaturas desta ordem de grandeza. As temperaturas de
ambiente e de outros sistemas de nosso cotidiano são dadas em graus Celsius. Isto quer
dizer que utilizamos uma escala de temperatura chamada Celsius ou centígrados.
Os países de língua inglesa, como Estados Unidos e Inglaterra, utilizam outra escala de
temperaturas, a escala Fahrenheit. Há muitos anos, existiam várias escalas arbitrárias, hoje
ficou estabelecido a escala Celsius como a escala mundial.
Como é calibrada uma escala de temperaturas? Vamos pensar no caso da escala Celsius:
O termômetro na escala Celsius é calibrado da seguinte forma:
1º passo: introduz-se o termômetro em uma mistura de gelo e água, em equilíbrio térmico,
sob pressão normal. Aguarda-se que o termômetro entre em equilíbrio e marca-se o zero
grau Celsius para a altura de líquido correspondente.
2º passo: introduz-se o termômetro em uma mistura de vapor e água, a pressão normal e
marca-se o 100 graus Celsius para a altura de líquido obtida.
24
3º passo: divide-se o intervalo entre zero e cem graus em 100 partes iguais (cada parte
corresponderá a 1º Celsius.)
Faça um esquema da situação acima através de desenhos.
Pense:
1.Por que a pressão deve ser pressão normal: 1 atm ou 760 mm de Hg?
2.Como se calibra um termômetro em outra escala?
A escala Fahrenheit relaciona para os pontos de:
- fusão do gelo a pressão normal (0oC), 32 oF
- para o ponto de ebulição da água (100ºC), 212 oF
A equação de conversão entre as escalas Celsius e Fahrenheit será:
t c t f  32

5
9
Exercícios:
1. Transformar em graus Celsius:
a) 14º F
b) 104ºF
2. Transformar em graus Fahrenheit:
a) 25º.C
b) 50º.C
25
A escala Kelvin associa à temperatura de fusão do gelo 273K e a de ebulição da água
373K, `a pressão normal.
Como transformar graus Celsius em Kelvin?
Estabelecendo que a temperatura em graus Celsius (tc) valor o valor da temperatura em
Kelvin (T) menos 273.
t  T  273
Exercícios:
1.Transforme em Kelvin:
a) 27º C
b) 68ºF
2.Três estudantes tinham informações sobre a temperatura de uma certa região do
espaço, extremamente frio. Cada um deles fez uma suposição : estudante A= -327 º C;
B = -15K e C = -253º C. Duas dessas temperaturas estão erradas. Quais são?Por quê?
A TRANSMISSÃO DE CALOR
A transmissão de calor ocorre principalmente por 3 processos:
 Condução
 Convecção
 Irradiação
A condução ocorre quando a energia é transmitida de molécula para molécula de um
corpo. Alguns materiais são bons condutores de calor, por exemplo, os metais.
Alguns materiais são isolantes térmicos: lã, madeira, isopor, porcelana e outros.
Pense:
Por que os cabos das panelas em geral não são de alumínio?
Questões:
1.Um estudante afirma que seu agasalho é de boa qualidade porque evita que o frio passe
através dele. Esta afirmação é correta? Justifique.
2.As antigas panelas de pedra, ainda hoje servem para manter o alimento já preparado
quente por mais tempo. A pedra é bom condutor de calor?
26
A convecção de calor ocorre pelo deslocamento dos fluídos (gases e líquidos). Quando um
líquido ou gás se aquece a sua densidade tende a diminuir tornando-o “mais leve” e
proporcionando um movimento de ascensão. É o que acontece nas geladeiras, quando o ar
quente gerados às voltas do alimento ali colocado se desloca para o congelador. Ou nas
chaminés onde vemos as fumaças deslocando-se para o alto.
Questões:
1.Se o congelador fosse colocado na parte inferior de uma geladeira haveria a formação de
correntes de convecção? Explique.
2.Os grandes tanques, usados para armazenar gasolina (ou outros combustíveis) são
pintados de tinta prateada. Por quê?
A radiação ou irradiação ocorre quando uma fonte térmica emite ondas eletromagnéticas
em todas as direções produzindo um aquecimento. Por exemplo, o Sol, nossa fonte de
energia. Podemos pensar também em uma fogueira, uma lareira acesa, um forno quente.
Este processo é o único dos três que não necessita de um meio material para ocorrer
transmissão do calor.
Pense:
Como uma garrafa térmica evita as perdas de calor por condução, convecção e radiação?
Questões:
1. Uma estufa armazena em seu interior parte da energia térmica incidente por
radiação que fica retida porque a condução e a convecção são evitadas. Explique
porque sentimos este mesmo efeito quando entramos em um carro que ficou
estacionado ao sol.
2. Se você fosse resfriar um barril de chope utilizando gelo deveria colocar o gelo na
parte superior ou inferior do barril?
3. Como se deve vestir um bombeiro ao estar em contato com altas temperaturas?
4. Como se utilizar apropriadamente papel alumínio para assar uma batata na grelha,
colocamos a parte refletora para o lado externo ou interno da batata?
5. Explique como se dá forma a brisa marítima, ou seja, por que o vento sopra da areia
para o mar à noite e do mar para a areia durante o dia.
27
QUANTIDADE DE CALOR
Quando um corpo recebe calor podem ocorrer mudanças diferentes em suas propriedades
físicos, a temperatura pode aumentar ou pode haver mudança de estado físico.
Quando a temperatura varia dizemos que o calor recebido é calor sensível e quando ocorre
mudança de estado o calor é chamado calor latente.
Cálculo da quantidade de calor sensível (Q):
Cada substância ao receber uma determinada quantidade de calor sofre uma variação de
temperatura que depende da suas próprias características, no caso da água definimos que:
A cada 1 caloria recebida por um grama de água sua temperatura varia de 1ºC , sob pressão
normal.
Assim, a quantidade de calor necessária para aquecer 2000 g de água (2 litros) de 10ºC
será:
Q = 2000.1.10
Q = 20000 calorias.
Observe que multiplicamos a massa de água pela variação de temperatura e por um fator 1
que é denominado calor específico sensível da água. Usando a mesma lógica podemos
calcular a quantidade de calor necessário para aquecer outras substâncias desde que nos
seja fornecido o calor específico desta. A equação matemática é:
Q = m.c.∆t
Onde m = massa em gramas, c = calor específico sensível da substância e ∆t a variação de
temperatura em ºC.
Qual a unidade de medida do c?
Exemplo:
Determine a quantidade de calor necessária para aquecer 3 litros de água de 20ºC para
90ºC sob pressão normal.
Q = m.c. ∆t
Q = 3000.1.(90º - 20º) = 3000.70
Q = 210.000 cal
Ou ainda:
Q = 2,1 . 105 cal
28
Exercícios:
Utilize a tabela a seguir para responder aos problemas de 1 a 6
substância
C (cal/gºC)
água
1,00
gelo
0,50
ferro
0,11
glicerina
0,60
ouro
0,03
1 Retirados 500g de gelo do congelador a – 20 ºC qual a quantidade de calor que esta
quantidade de gelo deverá absorver para atingir 0ºC?
2. Qual a quantidade de calor necessária para aquecer 300 g de ouro de 20ºC para 120ºC?
3. Determine a variação de temperatura sofrida por l litro de água líquida ao receber
50000 cal.
4. Calcule a quantidade de calor necessária para aquecer 300 g de glicerina de 20ºC a
120ºC.
5. Para aquecer 1 kg de ferro de 50ºC para 250ºC quanto de calor devemos fornecer?
6. Qual a quantidade de calor que deve ser retirado de 2 l de água a 90ºC para que sua
temperatura caia para 10ºC?
Quantidade de calor latente (l):
Ao receber ou perder calor vimos que o sistema pode sofrer variação de temperatura,
algumas vezes entretanto o sistema poderá sofrer uma mudança de estado físico. Nestes
casos o calor trocado com o meio recebe o nome de calor latente.
Por exemplo, no caso do exercício 1 o gelo ao atingir 0 ºC, a pressão normal, deverá sofrer
mudança de estado (fusão). O calor absorvido para a mudança de estado também depende
da substância. No caso do gelo, o calor específico latente de fusão é 80 cal/g. Significa que
para fundir um grama de gelo 80 calorias serão absorvidas.
Ou seja:
Q = m.l
No exercício 1, para que 500g de gelo sofram fusão teremos:
Q = 500.80
Q = 40000 cal (= quantidade de calor necessária para a fusão)
29
Execício:
Considere 200 g de gelo retirados a – 10 ºC do congelador. Determine a quantidade de
calor necessário para transformar este gelo em vapor d´água sob pressão normal.
São dados:
Calor específico da água : 1 cal g/ºC
Calor específico do gelo: 0,5 cal g/ºC
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Faça um gráfico representando esta curva de aquecimento da água.
Pense:
Ao misturar 1 litro de água a 80ºC com 2 litros de água a 20ºC, qual será a temperatura
final de equilíbrio térmico (sob pressão normal)?
30
Exercícios de revisão:
Leia a definição a seguir:
“ 1 caloria, cujo símbolo é 1 cal, representa a quantidade de calor que se deve fornecer
à 1 grama de água para elevar a sua temperatura de 1 º C “
Responda:
1. Para aquecermos 100 g de água de 1 º C quantas calorias são necessárias?
2. Para aquecermos 20g de água de 30º C quantas calorias são necessárias?
3. Qual é o calor específico da água?
4. Qual é a equação que nos permite determinar a quantidade de calor necessária para
aquecer qualquer substância?
5. Qual a quantidade de calor necessária para aquecer 400g de gelo, calor específico
0,5 cal/gºC de – 20º C para 0 º C?
6. As panelas em geral têm seu cabo revestido por plástico? Que processo de
transferência de calor está envolvido neste caso?
7. O congelador deve ficar na parte de cima da geladeira. Por quê? Qual o processo de
transferência de calor envolvido?
8. Qual o principal processo de transferência de calor envolvido no efeito estufa?
9. Transforme como se pede:
a)
b)
c)
d)
25 º C em graus Fahrenheit
104º F em graus Celsius
500 K em graus Celsius.
300K em graus Fahrenheit.
31
Questões de Ondulatória:
1) Numa corda tensa, propaga-se uma onda de comprimento 20cm com velocidade igual a
8,0m/s. Determine a frequência e o período dessa onda.
2)Num grande lago, correntes de ar produzem ondas periódicas na superfície da água, que
se propagam à razão de 3,0m/s. Se a distância entre duas cristas consecutivas é 12m. Qual é
o período de oscilação de um barco ancorado?
3) Uma corda de massa 800g e comprimento 5m é tracionada por uma força F e percorrida
por uma onda de velocidade 200 m/s. Qual é o valor da força F?
4)(UC-MG) Com relação ao movimento ondulatório, a afirmativa falsa é:
a)
b)
c)
d)
e)
a frequência da onda não varia quando ela muda de meio
a velocidade da onda não depende do meio de propagação
o comprimento de onda é a distância percorrida pela onda no tempo de um período
o comprimento de onda se mantém constante num mesmo meio
uma onda transporta energia e quantidade de movimento.
5)(MACKENZIE-SP) a afirmativa correta é:
a)
b)
c)
d)
e)
uma onda, ao passar de um meio para outro, tem frequência alterada
uma onda, ao se propagar, leva consigo partículas do meio
as ondas mecânicas se propagam no vácuo
a velocidade de propagação de uma onda depende do meio em que ela se propaga
o som não é uma onda mecânica.
6) (UF-RJ) Ondas produzida no meio de uma piscina circular de 6 m de raio por uma fonte
de freqüência 2 Hz demoram 10s para atingir a borda da piscina. Pode-se afirmar que a
distância entre duas cristas consecutivas é:
a) 0,2
b)0,6
e)1,2
b) 0,3
c)1,0
Exercícios complemetares
1. Observe as figuras a seguir e responda:
32
a) Todas as ondas mostradas são eletromagnéticas? JUSTIFIQUE
33
b) Considerando a velocidade das ondas eletromagnéticas igual à velocidade da luz, c
= 300000 km/s, determine para 2 ondas eletromagnéticas apresentadas (você
escolhe quais) a freqüência de oscilação.
2(UFMG 98) Um muro muito espesso separa duas pessoas em uma região plana, sem
outros obstáculos, como mostra a figura. As pessoas não se vêem, mas, apesar do muro, se
ouvem claramente.
a.
b.
EXPLIQUE por que elas podem se ouvir.
EXPLIQUE por que elas não podem se ver.
Óptica
REFLEXÃO DA LUZ
Um espelho reflete a luz que chega até ele. Trata-se de uma reflexão regular dos raios
luminosos. A superfície refletora do espelho é bem polida.
Sabemos também que uma parede reflete a luz que chega até ela (é por isso que
podemos enxergar a parede). Porém, claramente notamos que existe uma diferença entre
estas duas reflexões.
Em uma delas podemos ver nitidamente uma imagem, que está se formando no
espelho, enquanto na outra somente enxergamos a parede.
Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho.
Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios
espalham-se desordenadamente em todas as direções.
LEIS DA REFLEXÃO DA LUZ
1ª Lei: O raio incidente, o raio refletido e a reta
normal pertencem a um mesmo plano.
2ª Lei: O ângulo de incidência ( i ) e o ângulo de
reflexão ( r ) têm a mesma medida.
34
ESPELHOS PLANOS
É toda superfície polida que possui grande poder de reflexão, e que
reflete regularmente a luz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Enuncie as duas leis da reflexão. Elas são válidas para a reflexão difusa?
Cite as características das imagens fornecidas pelos espelhos planos.
É possível fotografar uma imagem virtual?
O que é o campo visual de um espelho? Que fatores podem alterar o campo visual
de um espelho plano?
O que acontece com o número de imagens fornecidas de um objeto colocado entre
dois espelhos planos quando o ângulo entre os espelhos é diminuído?
Maria e Joana são fotografadas entre dois espelhos planos verticais que formam
entre si um ângulo de 45o. Quantas "pessoas" aparecerão na foto ?
O ângulo entre o raio refletido e o raio incidente é 72o . Qual o valor do ângulo de
incidência?
Ao se olhar num espelho, com uma camisa com seu nome escrito, RAUL, ele a verá
com qual imagem escrita?
35
ELETRICIDADE
Diariamente utilizamos a energia elétrica. Desde que acendemos uma lâmpada,
tomamos banho, fazemos nossa torrada, ligamos o rádio ou a televisão e assim por diante.
De onde vem a eletricidade? No texto a seguir podemos conhecer um pouquinho da
história da descoberta das cargas elétricas e a origem de tudo isso.
Texto: RETOMADA DE CONCEITO
Fonte: Viagem ao interior da matéria – projeto Ciência
Valdir Montanari – 15º edição – Atual Editora.
Do início da era cristã até o século XV, não há notícias de pensadores que se
preocupassem com a estrutura da matéria de um modo que se possa chamar de científico.
Foi somente um pouco antes de 1600 que William Gilbert (1544-1603), médico da Coroa
britânica, retomou o experimento de Tales (filósofo grego primeiro de que se tem notícia ,
a propor a uma teoria para a matéria, acreditando que tudo originava do mesmo: a água).
Trabalhando com vidro, enxofre e âmbar, percebeu que esses materiais, quando
atritados com um pedaço de pano, atraíam fios e pequemos objetos. Atribui-se a ele a
iniciativa de ter criado o termo electric, oriundo de elektron (âmbar), para identificar tais
fenômenos.Depois disso, passou-se a dizer que os corpos que atraem objetos depois de
atritados ficam eletrizados.
Pouco mais tarde, o alemão Otto Von Guericke (1602-1686) também retomou o
experimento de Tales, mas não se contentou com seus efeitos simplórios. Tal insatisfação
levou-o a construir uma máquina eletrostática. A máquina de Guericke consistia em uma
esfera de enxofre adaptada a uma manivela. O operador girava a esfera com auxílio da
manivela e, com a mão calçada com uma luva espessa, atritava a esfera. Assim, a esfera
ficava bem eletrizada, a fim de atrair outras esferas colocadas próximas.
Guericke verificou também que, ao encostar uma esfera em outra, a segunda esfera
passava a atrair fios e pequenos objetos, além de ambas as esferas se repelirem entre si.
A partir desses experimentos, os pensadores verificaram que certos materiais se
atraíam depois de atritados contra panos, enquanto outros se repeliam. Por exemplo: se
duas varetas de vidro eram atritadas contra panos, aparecia entre elas a repulsão. Se a
experiência fosse feita com uma vareta de vidro e outra de resina (âmbar), surgia entre
elas a atração.
36
Essa constatação levou o francês Charles du Fay (1698-1739) a desconfiar que
havia dois tipos distintos de eletricidade, batizados por ele de eletricidade vítrea e
eletricidade resinosa.
Coube ao norte-americano Benjamin Franklin (1706-1790) a façanha de designar
de positiva a eletricidade vítrea e negativa a eletricidade resinosa. Para tanto, propôs uma
teoria que supunha que todos os corpos possuíam uma certa quantidade natural de um
fluido elétrico. Quando um corpo tivesse excesso desse fluído, teria propriedades
semelhantes às do vidro atritado contra o pano. Caso tivesse falta desse fluido,
apresentaria propriedades semelhantes às da resina atritada. Daí a terminologia: positiva
(para o corpo que estivesse com excesso) e negativa (para o que estivesse com falta).
Para completar, propôs que, quando um material fosse atritado contra um pano, o
fluido poderia passar do material para o pano e vice-versa, dependendo da natureza do
material. A teoria do fluido elétrico levou Franklin a inventar pára-raios. Segundo sua
convicção, o raio era mais do que uma descarga repentina do fluido elétrico.
Para provar isso, empinou uma pipa (papagaio de papel) num dia em que
ameaçava tempestade. Na pipa havia um pedaço de arame em contato com a linha. Na
extremidade da linha que ficou em sua mão pendurou uma chave comum (de abrir
fechadura de portas), tomando o cuidado de isolá-la do contato com a mão.
Em
determinados instantes, faíscas saltavam da chave. Ocorreu o que imaginava: o tal fluido
elétrico percorreu a linha molhada até atingir a chave. Quando o acúmulo era muito
grande na chave, apareciam as faíscas. Em outras palavras: os pára são descargas
elétricas (faíscas), e a linha encurtava o caminho delas.
Através desta perigosíssima experiência, Benjamin Franklin comprovou suas idéias
e deixou um precioso legado à humanidade.
Benjamin Franklin: devoção ao conhecimento.
Quando se fala em Benjamin Franklin, as pessoas logo se lembram do homem que
inventou o pára-raios. Todavia, esse brilhante norte-americano deu à humanidade
exemplos de atuação também em outras áreas.
Franklin nasceu em Boston. Logo nos primeiros anos de vida aprendeu a ler, a
escrever e a realizar alguns cálculos. Aos 12 anos, foi trabalhar na tipografia de seu irmão
James. Lá, não só aprendeu os segredos da arte de imprimir obras como também teve a
oportunidade de ler os originais que lhe passavam pelas mãos, aumentando
consideravelmente seus conhecimentos.
Pela mesma tipografia publicou seus primeiros textos, que lhe renderam dinheiro
suficiente para, aos 17 anos partir para Nova Iorque e,tempos depois, para a Filadélfia.
Nessa cidade assumiu a administração de uma tipografia que se encontrava em via de
falir, conquistando mais um sucesso. Os ganhos obtidos lhe possibilitaram uma viagem a
Londres.
37
Em 1727, quando retornou aos Estados Unidos, criou um jornal que durou até
1969. Pouco depois, preocupado em melhorar a cultura do povo, funda um periódico – O
Almanaque do Pobre Ricardo – que publica curiosidades científicas, conselhos, provérbios
e divertimentos.
Franklin inconformado com os métodos do ensino de sua época, editou um livro
onde defendia uma educação mais prática, menos teórica. Além disso, estudou os
fenômenos elétricos, fundou a escola que deu origem à primeira universidade americana e
lutou ativamente pela independência de seu país.
A partir do texto e com os seus conhecimentos prévios, responda:
1.A obtenção de energia é real preocupação dos países desenvolvidos e também dos países
em desenvolvimento. Quais são as foram de energia que você conhece e de onde provêem?
ENERGIA
UTILIZAÇÃO
OBTENÇÃO
2. Faça uma estimativa entre as primeiras descobertas da estrutura atômica até a utilização
da energia elétrica (o tempo decorrido). Você considera este período de tempo muito
longo?
Cite uma descoberta tecnológica que você considera importante. Quanto tempo se passou
desde sua invenção à utilização em larga escala. Compare este tempo com o tempo
estimado na questão anterior, são compatíveis?
3. O que a descoberta de Benjamin Franklin mudou na história da humanidade?
4. Se você governante de seu país, ou se você pudesse conversar com um político
importante, você teria alguma sugestão para propor em relação à política de energia
praticada?
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EXERCÍCIOS DE RESISTORES
1.Determine a d.d.p. que deve ser aplicada a um resistor ôhmico de resistência 6,0Ω para
ser atravessado por uma corrente elétrica de 2,0A.
2.Um chuveiro elétrico é submetido a uma d.d.p. de 220V, sendo percorrido por uma
corrente elétrica de intensidade 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro?
3.Uma lâmpada incandescente é submetida a uma d.d.p. de 110V, sendo percorrida por uma
corrente elétrica de 5,5 A. Qual é o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada?
4.Considere a potência de cada aparelho elétrico em W e o tempo de utilização diário de
cada aparelho em uma residência. Determine o consumo de energia elétrica mensal em
kWh.
Aparelho
Chuveiro
Ferro de passar
TV
5 lâmpadas
Microondas
potência
6000W
600W
400W
60W
900W
tempo
3 banhos de 20 min.
2h
5h
1h cada uma
10min
5. EXERCÍCIOS DE RESISTORES
1.Determine a d.d.p. que deve ser aplicada a um resistor ôhmico de resistência 6,0Ω para
ser atravessado por uma corrente elétrica de 2,0A.
2.Um chuveiro elétrico é submetido a uma d.d.p. de 220V, sendo percorrido por uma
corrente elétrica de intensidade 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro?
3.Uma lâmpada incandescente é submetida a uma d.d.p. de 110V, sendo percorrida por uma
corrente elétrica de 5,5A. Qual é o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada?
4.Considere 2 resistores de resistências R1 = 6 Ω e R2= 12Ω.
Calcule a resistência equivalente quando:
a) Estes são ligados em série
b) Estes são ligados em paralelo.
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