Energias Potencial e Cinética

Todo o corpo, ainda que se encontre em repouso, tem "guardada", ou mais propriamente armazenada energia, que se designada por "energia potencial", e que se representa por "Ep".

Existem três tipo de energia potencial, cuja definição não está considerada no âmbito deste artigo, e que são os seguintes:

- Gravitacional.
- Elástica.
- Química.

A energia cinética, que, como vimos, representa o trabalho realizado por uma força aplicada a um corpo, e que portanto resulta da transformação da sua energia potencial, é calculada de acordo com a seguinte fórmula:

“Ec = (m * v2) / 2”

A grandeza “m” representa a massa do corpo e “v” a velocidade de que o corpo fica animado pela aplicação da força.

A velocidade do corpo calcula-se de acordo com a seguinte fórmula:

“v = e/t”, onde "e" representa o espaço e "t" o tempo.

Assim a equação da energia cinética pode escrever-se da seguinte forma:

"Ec = (m*e2) / (2*t2)"

Na figura 2 apresenta-se um exemplo onde estão representadas a "energia potencial" e a "energia cinética".

Teorema da Energia Cinética

O “teorema da energia cinética” permite calcular o trabalho realizado pela totalidade das forças que actuam nesse sistema, e é enunciado da seguinte forma:

“ A totalidade do trabalho produzido por todas as forças que atuam num determinado sistema é calculado pela variação da energia cinética do sistema”.

Lei da Conservação da Energia

A “lei da conservação da energia” diz que:

“Num sistema isolado, isto é, sem sofrer a influência de qualquer fator externo, a quantidade total de energia permanece constante”.

Esta lei pode apresentar-se da seguinte forma:

“E = Ep + Ec”, onde “E” representa a “energia total.

Esta lei traduz a célebre afirmação de Lavoisier.

"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma".

De acordo com a “Teoria da Relatividade” de Einstein, a energia de um corpo é calculada pela fómula:

“E = m * c2”, onde “m” representa a massa do corpo e “c” a velocidade da luz (300.000 km/s).

Sistema de Unidades

No Sistema Internacional de Unidades (que se representa por SI) as unidades que iremos utilizar neste artigo são as seguintes:

- “Energia” (símbolo “E”): “joule” (símbolo “J”).
- "Massa" (símbolo "m"): "quilograma (símbolo: "kg").
- “Comprimento/Espaço” (símbolo “l/e”): “metro” (símbolo “m”).
- “Tempo” (símbolo “t”): “segundo” (símbolo “s”).

Para começar, condiderando que o seus espaço inicial é 0 m, e a velocidade inicial é 0 m/s sua equação horária é :

V² = Vo² + 2 . a .ΔS
V² = 0 + 2 a ΔS
V² = 2.a.ΔS

Como o espaço foi de 50 m a velocidade média foi 7 m /s , veremos sua aceleração

(7)² = 2. a. 50
49 = 100 a
49 / 100 = a
a = 0,49 m/s²

Como estamos falando de um tiro, você acelera constantemente e só pára quando passa dos 50 m. Logo considerarei que você acelerou durante todo o percurso e só desacelerou quando passou dele e não antes.

Com a aceleração podemos ver a velocidade máxima, através da fórmula:

V = Vo + at
Vo = 0 m/s , logo
V = 0 + at
V = at

Como a =0,49 m/s²
V = 0,49t

Essa é a sua função horária. Para verificarmos sua velocidade vamos ver segundo por segundo.
No t = 1s
V = 0,49. 1
V = 0,49 m/s

No t = 2

V = 0,49 .3
V = 1,47 m/s

Logo, tempo 7 s ( antes dos milésimos 0,7)
V = 0,49 . 7
V = 3,43 m/s
Para passar de m/s para km /h multiplicamos por 3,6

V = 3,43 x 3,6 --> 12,348 km /h

Km / h = 1000 m / 3600 s
Km / h = 10 m / 36 s
Km / h = 1 m / 3,6 s

Logo de km/h para m/s divide por 3,6, de m/s para Km/h faça o inverso, multiplique

Força Resultante
1ª Lei de Newton	Um corpo em movimento tende a permanecer em movimento e um corpo em repouso tende a permanecer em repouso.
2ª Lei de Newton
2ª Lei de Newton vetorial
3ª Lei de Newton
Força Peso
Peso de um corpo
Força de Atrito
Força de atrito estático
Força de atrito dinâmico
Força Elástica
Lei de Hooke
Força Centrípeta
Força centrípeta
Trabalho de um força
Trabalho
Potência
Potência média
Potência intantânea
Energia
Energia cinética
Energia potencial gravitacional
Energia potencial elástica
Energia Mecânica
Impulso e quantidade de movimento
Impulso
Quantidade de movimento
Teorema do impulso
Conservação da quantidade de movimento

Lei da refração
Espelhos
Espelhos planos	Imagem virtual, direta e de tamanho igual ao objeto.
Associação de espelhos planos
Espelhos convexos e lentes convergente	Imagem virtual, direta e menor que o objeto.
Equação de Gauss
Ampliação
Refração da Luz
Índice de refração absoluto em um meio
Lei de Snell-Descartes
Índice relativo de refração entre dois meios

TERMOMETRIA

Temperatura

Chamamos de Termologia a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao calor, aquecimento, resfriamento, mudanças de estado físico, mudanças de temperatura, etc.

Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema.

Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas.

Ao aumentar a temperatura de um corpo ou sistema pode-se dizer que está se aumentando o estado de agitação de suas moléculas.

Ao tirarmos uma garrafa de água mineral da geladeira ou ao retirar um bolo de um forno, percebemos que após algum tempo, ambas tendem a chegar à temperatura do ambiente. Ou seja, a água "esquenta" e o bolo "esfria". Quando dois corpos ou sistemas atingem o mesma temperatura, dizemos que estes corpos ou sistemas estão em equilíbrio térmico.

Óptica - Fundamentos

Luz - Comportamento e princípios

A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é uma forma de energia radiante. É o agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão.

A luz que percebemos tem como característica sua freqüência que vai da faixa de (vermelho) até (violeta). Esta faixa é a de maior emissão do Sol, por isso os órgãos visuais de todos os seres vivos estão adaptados a ela, e não podem ver além desta, como por exemplo, a radiação ultravioleta e infravermelha.

Divisões da Óptica

Óptica Física: estuda os fenômenos ópticos que exigem uma teoria sobre a natureza das ondas eletromagnéticas.
Óptica Geométrica: estuda os fenômenos ópticos em que apresentam interesse as trajetórias seguidas pela luz.  Fundamenta-se na noção de raio de luz e nas leis que regulamentam seu comportamento. O estudo em nível de Ensino Médio restringe-se apenas a esta parte da óptica.

Conceitos básicos

Raios de luz
São a representação geométrica da trajetória da luz, indicando sua direção e o sentido da sua propagação. Por exemplo, em uma fonte puntiforme são emitidos infinitos raios de luz, embora apenas alguns deles cheguem a um observador.
Representa-se um raio de luz por um segmento de reta orientado no sentido da propagação.

Feixe de luz
É um conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso pode ser:

• Cônico convergente: os raios de luz convergem para um ponto;

• Cônico divergente: os raios de luz divergem a partir de um ponto;

• Cilíndrico paralelo: os raios de luz são paralelos entre si.

Fontes de luz

Tudo o que pode ser detectado por nossos olhos, e por outros instrumentos de fixação de imagens como câmeras fotográficas, é a luz de corpos luminosos que é refletida de forma difusa pelos corpos que nos cercam.
Fonte de luz são todos os corpos dos quais se podem receber luz, podendo ser fontes primárias ou secundárias.

Quanto às suas dimensões, uma fonte pode ser classificada como:

• Pontual ou puntiforme: uma fonte sem dimensões consideráveis que emite infinitos raios de luz.

• Extensa: uma fonte com dimensões consideráveis em relação ao ambiente.

Corrente Elétrica

Ao se estudarem situações onde as partículas eletricamente carregadas deixam de estar em equilíbrio eletrostático passamos à situação onde há deslocamento destas cargas para um determinada direção e em um sentido, este deslocamento é o que chamamos corrente elétrica.

Estas correntes elétricas são responsáveis pela eletricidade considerada utilizável por nós.

Normalmente utiliza-se a corrente causada pela movimentação de elétrons em um condutor, mas também é possível haver corrente de íons positivos e negativos (em soluções eletrolíticas ou gases ionizados).

A corrente elétrica é causada por uma diferença de potencial elétrico (d.d.p./ tensão). E ela é explicada pelo conceito de campo elétrico, ou seja, ao considerar uma carga A positiva e outra B, negativa, então há um campo orientado da carga A para B. Ao ligar-se um fio condutor entre as duas os elétrons livres tendem a se deslocar no sentido da carga positiva, devido ao fato de terem cargas negativas, lembrando que sinais opostos são atraídos.

Desta forma cria-se uma corrente elétrica no fio, com sentido oposto ao campo elétrico, e este é chamadosentido real da corrente elétrica. Embora seja convencionado que a corrente tenha o mesmo sentido do campo elétrico, o que não altera em nada seus efeitos (com exceção para o fenômeno chamado Efeito Hall), e este é chamado o sentido convencional da corrente.

Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) na secção transversal de um condutor se considera o módulo da carga que passa por ele em um intervalo de tempo, ou seja:

Considerando |Q|=n e

A unidade adotada para a intensidade da corrente no SI é o ampère (A), em homenagem ao físico francês Andre Marie Ampère, e designa coulomb por segundo (C/s).

Sendo alguns de seus múltiplos:

Continuidade da corrente elétrica

Para condutores sem dissipação, a intensidade da corrente elétrica é sempre igual, independente de sua secção transversal, esta propriedade é chamada continuidade da corrente elétrica.

Isto implica que se houver "opções de caminho" em um condutor, como por exemplo, uma bifurcação do fio, a corrente anterior a ela será igual à soma das correntes em cada parte desta bifurcação, ou seja:

Classificação das ondas

Uma onda é um movimento causado por uma perturbação, e esta se propaga através de um meio.

Um exemplo de onda é tido quando joga-se uma pedra em um lago de águas calmas, onde o impacto causará uma perturbação na água, fazendo com que ondas circulares se propagem pela superfície da água.

Também existem ondas que não podemos observar a olho nu, como, por exemplo, ondas de rádio, ondas de televisão, ondas ultra-violeta e microondas.

Além destas, existem alguns tipos de ondas que conhecemos bem, mas que não identificamos normalmente, como a luz e o som.

Mas o que elas têm em comum é que todas são energias propagadas através de um meio, e este meio não acompanha a propagação.

Conforme sua natureza as ondas são classificadas em:

• Ondas Mecânicas: são ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto não é capaz de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos.
• Ondas Eletromagnéticas: são ondas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos são as ondas de rádio, de radar, os raios x e as microondas.

Todas as ondas eletromagnéticas tem em comum a sua velocidade de propagação no vácuo, próxima a 300000km/s, que é equivalente a 1080000000km/h.

Quanto a direção de propagação as ondas são classificadas como:

Quanto à direção da vibração as ondas podem ser classificadas como:

• Longitudinais: são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação, como as ondas sonoras.
• MHS

  Movimento Periódico e Oscilatório

  No estudo dos movimentos oscilatórios estão fundamentados alguns dos maiores avanços para a ciência, como a primeira medição com precisão da aceleração da gravidade, a comprovação científica da rotação da Terra, além de inúmeros benefícios tecnológicos, como a invenção dos primeiros relógios mecânicos.

   

  Movimento periódico

  Um movimento periódico é caracterizado quando a posição, velocidade e aceleração de um corpo móvel se repetem em intervalos de tempo iguais, como por exemplo, o movimento do ponteiros dos relógios, de um ponto qualquer demarcado em um aro de uma bicicleta que anda com velocidade constante ou até o movimento realizado pelos planetas em torno do Sol.

  Chamamos período do movimento (T) o intervalo de tempo que estes ciclos levam até se repetirem. Assim, ao decorrem-se um número (n) de repetições em um determinado intervalo de tempo (Δt), seu período será dado pela expressão:

  

  Como n é uma grandeza adimensional, o período tem unidade igual à unidade de tempo. No SI, é medido em segundos (s).

  Além do período, em um movimento periódico, é considerada uma grandeza chamada freqüência (f), que corresponde ao numero de repetições do movimento (n) em um determinado intervalo de tempo (Δt), ou seja:

  

  Analisando as unidades da relação, a frequência é medida pelo inverso de unidade de tempo, ou seja 1/s que recebe o nome de hertz (Hz) no SI.

  Comparando-se as equações do período e da frequência, podemos definir a relação entre elas como:

  

• CALORIMETRIA

  Calor

  Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do corpo "mais frio" aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela passagem de energia térmica do corpo "mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência de energia é o que chamamos calor.

  Calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes.

  A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5 °C para 15,5 °C.

  A relação entre a caloria e o joule é dada por:

  1 cal = 4,186J

  Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.

  Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.

  1 kcal = 10³cal

   

  Calor sensível

  É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.

  Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico.

  Assim:

  

  Onde:

  Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).

  c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C).

  m = massa do corpo (g ou kg).

  Δθ = variação de temperatura (°C).

   

  É interessante conhecer alguns valores de calores específicos:

  Substância	c (cal/g°C)
  Alumínio	0,219
  Água	1,000
  Álcool	0,590
  Cobre	0,093
  Chumbo	0,031
  Estanho	0,055
  Ferro	0,119
  Gelo	0,550
  Mercúrio	0,033
  Ouro	0,031
  Prata	0,056
  Vapor d'água	0,480
  Zinco	0,093

  Quando:

  Q>0: o corpo ganha calor.

  Q<0: o corpo perde calor.

   

  Exemplo:

  Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200 °C? Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C.

  2 kg = 2000 g