3º ANO - CARGA ELÉTRICA

Carga elétrica

  A matéria que constitui todos os materiais são constituídas de átomos.
Os átomos são constituídos, pela concepção mais clássica, de prótons(P), nêutrons(N) e elétrons(e).
Sendo que a carga elétrica de cada um é respectivamente positiva, neutra e negativa.
Assim:



Com certos estudos na área de física pode-se provar que a carga elétrica transportada por um próton é a mesma que a de um elétron, que serão diferenciadas apenas pelas cargas de sinais opostos.
Assim pode se determinar a carga elétrica elementar indicada pela letra e , cujo valor é:
e = 1,6 . 10^-19 Coulomb(C), sendo C no sistema internacional de unidades.

Fatos:
Se um corpo está com carga elétrica positiva existe uma falta de elétrons, assim o número de prótons é maior que o número de elétrons.
Se um corpo está com carga elétrica negativa existe uma falta de prótons, assim o número de prótons é menor que o número de elétrons.
Se um corpo está com carga elétrica neutra, o número de prótons é igual ao número de elétrons.
O módula da carga elétrica pode ser definido como:

Q = n.e

Onde Q é o módulo da carga elétrica, n é a quantidade de elétrons,e e é a carga elétrica elementar, e = 1,6 . 10^-19C.
Quando dois corpos são atritados, há uma transferência de elétrons, do corpo que possua menor eletronegatividade, para o de maior. Exemplo: uma caneta de acrílico atritada com uma flanela de lã faz com que a caneta possa atrair objetos.
Um fato muito importante é que os prótons e neutros não se deslocam com a eletrização, somente os elétrons.

1º ANO - Movimento Uniforme

Movimento Uniforme

 Movimento Progressivo

É o movimento em que o móvel caminha a favor da orientação positiva da trajetória.

No movimento progressivo os espaços crescem com o decorrer do tempo e a velocidade escalar é positiva.

Movimento Retrógrado

É o movimento em que o móvel caminha contra a orientação positiva da trajetória.

No movimento retrógrado os espaços decrescem com o decorrer do tempo e a velocidade escalar é negativa.

Movimento Uniforme (MU)

É o movimento que possui velocidade escalar constante (e não nula).
No movimento uniforme (MU) a velocidade escalar é a mesma em todos os instantes e coincide com a velocidade escalar média, qualquer que seja o intervalo de tempo considerado.

Função horária do MU

De v = Δs/Δt => v = (s-s₀)/(t-0) => s-s₀ = vt, vem:

Origem dos espaços

Ponto da trajetória a partir do qual medimos os comprimentos que indicam as posições dos móveis. Sua escolha é livre e uma vez fixada será referência para todos os móveis.

Origem dos tempos (t = 0)

Corresponde ao instante em que o cronômetro é disparado.

Orientação da trajetória

Definida a origem dos espaços deve ser escolhida a orientação da trajetória. Com isso ficam determinados os sinais das velocidades escalares. Os móveis que caminham no sentido da orientação da trajetória têm velocidade escalar positiva e os que caminham no sentido oposto, velocidade escalar negativa.

Funções horárias

Tomadas as providências acima, podemos escrever as funções horárias lembrando que no movimento uniforme são do tipo s = s₀ + v.t, onde:

s₀ = Espaço inicial. Espaço do móvel no instante t = 0.

v = velocidade escalar.

Exemplo:

Dois móveis, A e B, distam 400 km. Sabendo-se que partem no mesmo instante e caminham em sentidos opostos, depois de quanto tempo se encontrarão? O móvel A tem velocidade de módulo igual a 60 km/h e o móvel B, 40 km/h. A que distância do ponto de partida do móvel A ocorre o encontro entre os móveis?

Resolução:

Escolhemos a origem dos espaços no ponto de partida do móvel A.

Orientamos a trajetória de A para B. (Escolha arbitrária, poderíamos ter escolhido a origem no ponto de partida de B e orientado a trajetória

de B para A. O resultado seria o mesmo.)

O espaço inicial de A é igual a zero. s_0A = 0.

O espaço inicial de B é igual a 400 km. s_0B = 400 km.

A velocidade escalar de A é positiva. v_A = 60 km/h.

A velocidade escalar de B é negativa. v_B = -40 km/h.

Com esses dados escrevemos as funções horárias dos móveis A e B:

s_A = s_0A + v_At

s_A = 0 + 60t

s_B = s_0B + v_Bt

s_B = 400 – 40t

No instante do encontro os móveis têm espaços iguais.

s_A = s_B

60t = 400 – 40t

100t = 400

t = 4 h

Os móveis encontram-se 4 h após a partida.

Local do encontro:

Substituindo-se t = 4 h na função horária do móvel A, temos:

s_A = 60.4

s_A = 240 km

O encontro se dá a 240 km do ponto de partida do móvel A.

Velocidade escalar relativa

O instante do encontro poderia ser obtido por velocidade escalar relativa. Nesse caso o móvel B seria tomado com referencial e o módulo da velocidade escalar do móvel A, em relação a B, passaria a ser a soma dos módulos das velocidades dos móveis A e B, em relação ao solo.

Assim v_relat = (60 + 40) km/h, v_relat = 100 km/h.

v_relat = distância inicial entre os móveis/intervalo de tempo do encontro (t)

100 = 400/t

t = 4 h

Nota: Quando os móveis deslocam-se em sentidos opostos o módulo da velocidade escalar relativa é a soma dos módulos das velocidades escalares. Quando os móveis deslocam-se no mesmo sentido o módulo da velocidade escalar relativa é a diferença dos módulos das velocidades escalares.

3º ANO - Lista de exercício sobre Lei de Coulomb

https://www.dropbox.com/s/nhoslz2snoxm2x6/EXERC%C3%8DCIOS%20-%20LEI%20DE%20COULOMB.pdf?dl=0

1º ANO - CINEMÁTICA

Introdução ao estudo da Cinemática

Conceitos de Referencial, Repouso, Movimento, Trajetória, Espaço de um móvel, Função horária dos espaços.

O que é Cinemática? 

É o ramo da Física que descreve os movimentos, determinando a posição, a velocidade e a aceleração de um corpo em cada instante.

Ponto material é um corpo cujas dimensões não interferem no estudo de um determinado fenômeno.

Como exemplo podemos citar um carro em uma viagem ao longo de uma estrada. Para calcular, por exemplo, a duração da viagem basta conhecer os instantes da partida e da chegada. Nessa situação, as dimensões do carro não são relevantes e ele pode ser considerado um ponto material. Se, no entanto, estivermos estudando o intervalo de tempo que o carro leva para atravessar uma ponte de pequena extensão, suas dimensões devem ser levadas em conta. Nesse caso o carro é chamado de corpo extenso. 

Trajetória de um móvel

É o conjunto das posições sucessivas ocupadas pelo móvel no decorrer do tempo em relação a um dado referencial. 

Espaço é a grandeza que determina a posição de um móvel numa determinada trajetória, a partir de uma origem arbitrária (origem dos espaços). As unidades de espaço são: cm, m, km, etc.

Variação de espaço (Δs)

Seja s₁ o espaço de um móvel num instante t₁ e s₂ seu espaço num instante posterior t₂. A variação do espaço do móvel no intervalo de tempo Δt = t₂ – t₁ é a grandeza:

Δs = sf - si 

Referencial

Referencial é um corpo em relação ao qual identificamos se outro corpo está em em movimento ou em repouso.

Um corpo está em movimento em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, varia no decurso do tempo.

Um corpo está em repouso em relação a um determinado referencial quando sua posição, nesse referencial, não varia no decurso do tempo.

Os conceitos de movimento, repouso e trajetória dependem do referencial adotado.

INTERVALO DE TEMPO

O tempo transcorrido entre o instante final e o instante inicial do movimento é chamado de intervalo de tempo. O intervalo de tempo é representado matematicamente por Dt (lê- se: "deltat"); é, portanto, igual ao instante final (t) menos o instante inicial (t₀).

Matematicamente: 

Velocidade escalar média e velocidade escalar instantânea


Introdução

Para o cálculo da velocidade média que um carro desenvolve numa viagem basta dividir a distância que o carro percorre, ao longo da estrada, pelo intervalo de tempo contado desde a partida até a chegada. Por exemplo, um carro parte de São Paulo (capital) às 8 h da manhã e chega a Guaxupé (MG) ao meio dia, após percorrer 320 km. Para calcular a velocidade média desenvolvida dividimos 320 km por 4 h. Encontramos: 320 km/4 h = 80 km/h. Observe que o carro se desloca sempre no mesmo sentido e não ocorre inversão do movimento ao longo da estrada. É assim que estamos acostumados no nosso dia a dia: dividimos a distância percorrida pelo intervalo de tempo gasto.

Vamos agora ampliar₁esta definição, considerando a trajetória descrita por um móvel, em relação a um certo referencial. Seja s₁ o espaço do móvel num instante t₁ e s₂ seu espaço num instante posterior t2. Seja Δs = s₂ - s₁ a variação de espaço no intervalo de tempo Δt = t₂ - t₁.

A seguir, vamos definir velocidade escalar média do móvel no intervalo de tempoΔt para uma variação de espaço Δs qualquer. Para o cálculo de Δs devemos levar em conta apenas as posições inicial e final, mesmo ocorrendo inversão no sentido do movimento. 

Velocidade escalar média:

v_m = Δs/Δt

Sendo Δs > 0, isto é, s₂ > s₁ , resulta v_m > 0. Se não houver inversão no sentido do movimento a variação₂de espaço Δs coincide com a distância efetivamente percorrida pelo móvel ao longo da trajetória (figura 1).

Figura 1

Se Δs < 0, temos v_m < 0  (figura 2). 

Figura 2

No caso em que Δs = 0, resulta v_m = 0 (figura 3)

Figura 3

Unidades de velocidade: cm/s; m/s; km/h 
Sendo 1 km = 1000 m e 1 h = 3600 s, vem : 
1 km/h = 1000 m/3600 s = (1/3,6) m/s. Portanto: 1 m/s = 3,6 km/h

Vamos analisar alguns exemplos:

Um ônibus vai de São Paulo ao Rio de Janeiro em cinco horas, enquanto outro ônibus faz o percurso inverso, do Rio de Janeiro a São Paulo também em cinco horas. Vamos determinar a velocidade escalar média de cada veículo, sabendo que a distância entre Rio de Janeiro e São Paulo é de 400 quilômetros.

Precisamos inicialmente definir um sentido de percurso, isto é, orientar a trajetória e escolher uma das cidades como origem dos espaços (marco zero).

Assim, supondo que São Paulo seja a origem dos espaços, a ela será atribuído o marco zero. Como a distância entre as cidades é de 400 km, ao Rio de Janeiro caberá o marco +400, sendo o sentido adotado de São Paulo para o Rio de Janeiro.

Vamos então calcular a velocidade escalar média de cada um dos veículos, o primeiro indo de São Paulo ao Rio e o segundo fazendo o percurso inverso, Rio-São Paulo.

Veículo 1 => São Paulo-Rio

Espaço da partida s₁ = 0 (partiu da origem do espaços, km 0)
Espaço da chegada s₂ = 400 km
Variação de espaço: Δs = s₂ - s₁ = 400 km – 0 = 400 km
Duração da viagem Δt = 5 h
Cálculo da velocidade₂escalar média v_m
v_m =  Δs/Δt  => v_m = 400 km/5 h => v_m = 80 km/h

Veículo 2 => Rio – São Paulo

Espaço da partida s₁ = 400 km
Espaço da chegada s₂ = 0
Variação de espaço: Δs = s₂ - s₁ = 0 - 400 km = -400 km
Duração da viagem  ∆t = 5 h
Cálculo da velocidade escalar v_m
v_m =  Δs/Δt => v_m = -400 km/5 h => v_m = -80 km/h

Como você notou, em uma das viagens um dos veículos apresentou velocidade escalar média negativa, o que ocorreu em função da orientação da trajetória. 

Imagine um terceiro exemplo, mantendo a origem dos espaços em São Paulo e orientando a trajetória de São Paulo para o Rio.

Um ônibus sai de São Paulo, vai ao Rio de Janeiro e volta pela mesma estrada, chegando a Resende, situada no km 260. Qual é a velocidade escalar média do ônibus entre São Paulo e Resende sabendo-se que todo percurso foi realizado em 6,5 horas?

Espaço da partida s₁ = 0
Espaço da chegada s₂ = 260 km
Variação de espaço: Δs = s₂ - s₁ = 260 km - 0 = 260 km
Duração da₁viagem - Intervalo de tempo (∆t) => ∆t = 6,5 h
Cálculo da velocidade escalar v_m
v_m =  Δs/Δt => v_m = 260 km/6,5 h => v_m = 40 km/h

Observação: É assim que procedemos em Física: adotamos um ponto como origem dos espaços, orientamos a trajetória, determinamos as posições inicial e final do móvel e o intervalo de tempo gasto no percurso.

No caso em questão, como acabamos de calcular, a velocidade escalar média entre São Paulo e Resende resultou em 40 km/h. 

Se você calculasse efetivamente a distância percorrida pelo ônibus neste trajeto encontraria de São Paulo ao Rio de Janeiro e do Rio de Janeiro a Resende as distâncias 400 km e 140 km, cuja soma é igual a 540 km, o que levaria a uma velocidade média de 540 km/6,5 h, aproximadamente 83 km/h. Está não é a velocidade escalar média definida em Física.

Algumas considerações:

1) Quando, num determinado percurso, o móvel não inverte o sentido do movimento e se desloca no sentido em que a trajetória foi orientada, a distância efetivamente percorrida (d) e a variação de espaço (Δs) são iguais.

2) No cálculo da velocidade escalar média só interessam os instantes dapartida e da chegada. 

Veja este exemplo:

Um carro parte de São Paulo às 08h00 da manhã e chega ao Rio de Janeiro às 13h00. O motorista parou para almoçar, tendo ficado no restaurante durante uma hora.

Ao efetuarmos o cálculo da velocidade escalar média, não nos interessa o que aconteceu durante o percurso (almoço) e sim o intervalo de tempo entre a partida e a chegada.

A velocidade escalar média vm, portanto, foi de 80 km/h. E, desde que os instantes de partida e chegada permanecessem iguais, a vm continuaria a mesma, ainda que o almoço tivesse durado 2 horas. Ou, quem sabe, 3 horas!

Velocidade escalar instantânea:

A velocidade escalar num instante é indicada por v e pode ser entendida como sendo a velocidade escalar média tomada em um intervalo de tempo Δt extremamente pequeno, com Δt tendendo a zero, ou seja, t₂ tendendo a t₁.

O velocímetro de um carro fornece a velocidade escalar instantânea, isto é, indica a velocidade do carro em cada instante.

2º ANO - Termometria

Termometria

A sensação térmica que sentimos ao tocar um corpo qualquer constitui um critério impreciso para a medida da temperatura.

O termômetro é um sistema auxiliar que possibilita avaliar a temperatura de modo indireto.

Substância termométrica: substância que apresenta uma propriedade cuja medida varia com a temperatura.

No termômetro de mercúrio a substância termométrica é o mercúrio; a altura da coluna de mercúrio é a grandeza termométrica desse termômetro.

Função termométrica de um termômetro é a fórmula que relaciona os valores da grandeza termométrica com os valores da temperatura.

Pontos fixos: são temperaturas invariáveis no decorrer do tempo, medidas em sistemas que podem ser reproduzidos facilmente quando necessário.

Usualmente são escolhidos os seguintes pontos fixos:

Ponto de gelo: temperatura de fusão do gelo sob pressão normal
(1 atm).
Ponto de vapor: temperatura de ebulição da água sob pressão normal
(1 atm).

As escalas Celsius e Fahrenheit

Na escala Celsius, adotam-se os valores 0 ºC e 100 ºC para o ponto de gelo e para o ponto de vapor, respectivamente.

Na escala Fahrenheit, adotam-se os valores 32 ºF e 212 ºF para o ponto de gelo e para o ponto de vapor, respectivamente.

Conversão entre a temperatura Celsius (θC) e a temperatura Fahrenheit (θF)

Simplificando, resulta:

Relação entre a variação de temperatura na escala Celsius (ΔθC) e na escala Fahrenheit (ΔθF)

A escala absoluta Kelvin

A escala absoluta Kelvin adota a origem no zero absoluto, estado térmico em que cessaria a agitação térmica. Sua unidade (kelvin: K) tem extensão igual à do grau Celsius (ºC).

Relação entre a temperatura Kelvin (T) e a Celsius (θC)

Simplificando, resulta:

Relação entre as variações de temperatura