FÍSICA

A física é a ciência que estuda os fenômenos da natureza e está muito presente em nosso cotidiano.

 

 

A palavra Física deriva do termo grego physiké, que significa ciência daquilo que é natural. Logo, a física é a ciência que estuda os fenômenos da natureza.

Desde a Antiguidade, o homem ao perceber fenômenos, como raios, trovões, o nascer e o pôr do sol, tentava entendê-los, mas como não encontrava as devidas explicações, atribuía tais fenômenos à atuação sobrenatural de deuses.

 

A partir dos filósofos gregos, o misticismo deu lugar à compreensão dos fenômenos como ações naturais e, partir de então, a física tal como conhecemos foi se desenvolvendo.

 

 

Essa ciência está totalmente diluída em nosso cotidiano. Pequenas atitudes, como atravessar uma rua movimentada, falar ao celular, usar a internet, estão cheias de princípios físicos. Como existem muitas áreas de atuação a física é ramificada, sendo cada ramo responsável pelo estudo de determinados fenômenos. As ramificações da física são:

 

• Mecânica: é o estudo dos movimentos. Está subdivida em cinemática, que é o estudo descritivo dos movimentos, e dinâmica, que é o estudo das causas que originam os movimentos;

• Termologia: é a parte da física que estuda os fenômenos relacionados à temperatura e calor;

• Eletromagnetismo: estuda todos os fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo;

• Ondulatória: estudos das ondas e fenômenos ondulatórios;

• Óptica: estudo dos fenômenos que envolvem a luz;

• Física moderna : chamamos de física moderna a física do séc. XX, onde se concentram os estudos de relatividade e quântica.

 

Se repararmos em nosso cotidiano iremos perceber inúmeras aplicações dos estudos da física. Como aplicações podemos citar as diversas formas de geração de energia, os motores a explosão utilizados nos veículos automotores, na medicina com o uso dos raios x e raios gama para diagnósticos, nas telecomunicações através do envio de informações por meio de fibras ópticas etc. São inúmeras as aplicações dessa ciência.

 

O uso dessa ciência em nosso cotidiano, auxiliando-nos em diversas áreas, só é possível graças aos esforços de cientistas e pesquisadores que certamente marcaram a história dessa ciência com suas contribuições. Podemos citar alguns como Galileu Galilei, responsável pelo desenvolvimento do método científico; Isaac Newton, responsável por descrever uma física inteiramente cotidiana e por contribuir com o desenvolvimento da matemática; e Albert Einstein, com a incrível teoria da relatividade e a correta explicação do efeito fotoelétrico.

ELETRICIDADE

A eletricidade é uma área da Física que investiga os fenômenos relacionados às cargas elétricas.

 

A eletricidade é um ramo da Física que investiga todas as consequências geradas na matéria pelas cargas elétricas, se subdividindo em eletrostática, eletrodinâmica e eletromagnetismo. A eletricidade em si influencia diretamente a vida terrestre, já que permite a transferência e utilização da energia elétrica para o funcionamento dos aparelhos elétricos, eletrônicos, médicos e industriais.

 

Resumo sobre eletricidade

 

• A eletricidade é dividida em eletrostática, eletrodinâmica e eletromagnetismo.

• Está relacionada à carga elétrica, corrente elétrica, energia elétrica, campo elétrico, força elétrica, potência elétrica, potencial elétrico, entre outros conceitos.

• É gerada pela indução eletromagnética, que cria uma força eletromotriz que movimenta os elétrons e produz uma corrente elétrica.

• O descobrimento da eletricidade é atribuído ao matemático e filósofo Tales de Mileto.

• A eletricidade no Enem pode ser cobrada de forma teórica ou prática.
  

 

Qual o conceito de eletricidade?

 

A eletricidade pode ser conceituada como o conjunto de fenômenos ocorridos pelo repouso das cargas elétricas ou seu movimento quando se aplica uma diferença de potencial elétrico em um condutor elétrico.

Ela pode ser produzida naturalmente, por meio dos elementos da natureza como os relâmpagos, ou artificalmente, por geradores elétricos como pilhas e painéis solares.

 

Conceitos importantes relacionados à eletricidade

 

Existem diversos conceitos relacionados à eletricidade, entretanto, devido à extensão do conteúdo, abaixo estão descritos somente os mais importantes.

 

• Carga elétrica: é uma propriedade física das partículas subatômicas, prótons e elétrons que é conservada e quantizada, o que significa dizer que ela é sempre um múltiplo inteiro do valor da carga elementar. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Coulomb.

• Corrente elétrica: é o fluxo de cargas elétricas no interior de um corpo ligado a uma diferença de potencial elétrico. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Ampere.

• Energia elétrica: é uma forma de energia gerada pela diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um condutor. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Joule.

• Campo elétrico: é uma propriedade física intrínseca às cargas elétricas, estando sempre em volta de uma superfície ou corpo eletrizado. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ele é medido em Newton por Coulomb.

• Força elétrica: é uma força que se origina da interação entre cargas elétricas, podendo ser atrativa, quando as cargas elétricas tiverem sinais diferentes, ou repulsiva, quando as cargas elétricas tiverem sinais iguais. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Newton.

• Potência elétrica: é uma grandeza física relacionada ao consumo de energia elétrica por um circuito elétrico durante determinado tempo. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em Watt.

• Potencial elétrico: é uma grandeza física relacionada à quantidade de energia necessária para mover uma carga elétrica de um ponto a outro ponto, em uma região dotada de campo elétrico. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, ele é medido em Volt.

 

Leia também: Tensão elétrica — o resultado do movimento da carga elétrica em um campo elétrico

Divisões de eletricidade

 

A eletricidade é dividida em três áreas de estudo: a eletrostática, a eletrodinâmica e o eletromagnetismo.

 

• Eletrostática: investiga os fenômenos relacionados às cargas elétricas em repouso, como a força elétrica e o campo elétrico.

• Eletrodinâmica: investiga os fenômenos relacionados às cargas elétricas em movimento, como a corrente elétrica e tensão elétrica.

• Eletromagnetismo: investiga os fenômenos comuns à eletricidade e ao magnetismo, como o campo magnético e o fluxo magnético.

 

Eletricidade e magnetismo

 

A eletricidade e o magnetismo são partes da Física relacionadas ao estudo das cargas elétricas e suas consequências. Enquanto a eletricidade estuda as cargas elétricas paradas ou em deslocamento, o magnetismo estuda os campos magnéticos criados pelo movimento das cargas elétricas.

 

Leia também: Como ocorre a transformação de energia em aparelhos elétricos

 

Como a eletricidade é produzida?

 

A eletricidade é produzida, na maioria das vezes, por meio do fenômeno da indução eletromagnética, que gera, através do movimento do campo magnético de um imã perto de uma bobina, uma força eletromotriz (também chamada de diferença de potencial elétrico) capaz de movimentar os elétrons e criar uma corrente elétrica.

 

 

Óptica

Óptica é a área da física que estuda a luz e os seus fenômenos, tais como a reflexão, refração, absorção, difração, polarização etc. A óptica subdivide-se em geométrica, ondulatória, que também é chamada de óptica física, e quântica.

 

Conceito de óptica

 

O conceito de óptica tem mudado ao longo dos séculos. Inicialmente alguns físicos, como Isaac Newton, acreditavam que luz era formada por partículas, enquanto outros, como Thomas Young, acreditavam que luz era, na verdade, um tipo de onda. Houve físicos, como Albert Einstein, que chegaram a postular que a luz é capaz de ser as duas coisas ao mesmo tempo, e esse é o entendimento mais moderno sobre sua natureza dual.

 

O primeiro viés da óptica a surgir foi a geométrico. Na óptica geométrica, a luz é estudada na forma de raios, dessa maneira, leva-se em conta que luz somente é capaz de propagar-se em linha reta.

 

Óptica geométrica

 

A óptica geométrica é a subdivisão da óptica que estuda a luz somente como retas. Por meio da óptica geométrica, é possível explicar e descrever uma pequena quantidade de fenômenos ópticos, tais como a reflexão e refração da luz.

 

A óptica geométrica é formulada por princípios conhecidos como:

 

• Princípio de propagação retilínea da luz: a luz só é capaz de propagar-se em linha reta.

• Princípio da reversibilidade: o caminho tomado por um raio de luz pode ser invertido sem que haja qualquer mudança na imagem.

• Princípio da independência dos raios de luz: dois ou mais raios de luz podem cruzar-se sem que sua propagação seja afetada.

 

 Óptica ondulatória ou óptica física

 

Óptica ondulatória é a área da óptica que estuda a natureza ondulatória da luz. Nem todos os fenômenos ópticos podem ser explicados pela óptica geométrica, como é o caso da difração, da interferência e da polarização. Para que esses fenômenos aconteçam, é necessário que a luz seja compreendida como uma onda. Quer saber mais sobre o assunto? Acesse o nosso artigo: Óptica ondulatória. 

 

Resumo sobre óptica

 

• A óptica pode ser dividida em: geométrica, física ou ondulatória, e quântica.

• A óptica geométrica interpreta a luz como retas, chamadas de raios de luz.

• A óptica física interpreta a luz como ondas.

• A óptica quântica interpreta a luz como partículas chamadas de fótons.

 

Fenômenos ópticos

 

Fenômenos ópticos são aqueles que decorrem da interação entre luz e matéria. Existe uma vasta gama de fenômenos ópticos, são eles:

 

• Reflexão

• Refração

• Absorção

• Difração

• Interferência

• Polarização

 

Instrumentos ópticos

 

Instrumentos ópticos são equipamentos usados para corrigir ou realçar a visão humana. Entre os principais, podemos ressaltar:

 

• Lunetas e telescópios

• Lupas e microscópios

• Óculos e lentes de contato

• Binóculos

 

Meios ópticos

 

Meios ópticos são os meios físicos pelos quais a luz se propaga. Existem três classificações:

 

• Meios transparentes: permitem a passagem total de luz, é possível enxergar através deles com nitidez.

• Meios translúcidos: permitem a passagem parcial de luz, é possível enxergar a silhueta dos objetos por eles.

• Meios opacos: não permitem a passagem de luz, absorvem e/ou refletem toda luz que incide sobre eles.

 

 

 

 

Termologia

Termologia é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados ao calor, temperatura, mudanças de estado físico, estudo dos gases, dilatação térmica etc. A termologia pode ser dividida em três partes: termometria, responsável por estudar a temperatura e as escalas termométricas, como Celsius, Fahrenheit e Kelvin; calorimetria, área que estuda as trocas calor entre corpos; e termodinâmica, estudando as relações entre calor, energia e trabalho, por meio das Leis da Termodinâmica.

 

 

Termometria

 

Termometria é a área da física que estuda a temperatura e as escalas termométricas. Na figura a seguir, é possível observar os pontos de fusão e ebulição da água nas principais escalas termométricas: Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

A temperatura é uma das grandezas físicas fundamentais, que pode ser compreendida como o efeito macroscópico da agitação dos átomos que compõem a matéria. A temperatura é medida por meio do uso de um termômetro.

Além das escalas citadas anteriormente, existem muitas outras baseadas em diferentes características da matéria. Dentre todas essas escalas, somente uma é considerada uma escala termodinâmica: a escala Kelvin, que se baseia diretamente na agitação dos átomos.

A seguir, você pode conferir qual é a fórmula utilizada para converter uma certa temperatura representada em uma escala termométrica para outra:

 

Calorimetria

 

A calorimetria é o ramo da termologia que estuda as trocas de calor. Calor é uma forma de energia, que, segundo as Leis da Termodinâmica, flui espontaneamente entre corpos de diferentes temperaturas, do corpo mais quente, para o corpo mais frio, até que esses corpos fiquem na mesma temperatura.

Por tratar-se de uma forma de energia, o calor é medido em joules, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), no entanto, é comum que o calor seja definido em calorias. No estudo da calorimetria, dizemos que existem duas formas distintas de calor: calor sensível e calor latente, vamos compreender cada uma delas.

 

Calor sensível

 

Calor sensível é aquele que é transferido entre corpos de diferentes temperaturas, promovendo, exclusivamente, a mudança de temperatura. A fórmula usada para calcular o calor sensível é mostrada a seguir, observe:

 

 

A fórmula apresentada, conhecida como a equação fundamental da calorimetria, também pode ser escrita em termos da capacidade térmica do corpo:

 

 

 

Calor latente

 

Calor latente é a energia trocada entre corpos de diferentes temperaturas, responsável por promover exclusivamente mudanças de estado físico. Quando alguma substância pura atinge a temperatura de transição de estado (sólido-líquido, líquido-gasoso, por exemplo), ela receberá ou cederá calor sensível até que seu estado físico tenha mudado, enquanto isso, sua temperatura permanecerá constante.

 

A fórmula usada para calcular o calor latente é mostrada a seguir, observe:

 

Termodinâmica

 

Termodinâmica é a área da física que estuda as relações entre calor, energia e trabalho. A termodinâmica perpassa diversas áreas do conhecimento e é fundamental para a compreensão de sistemas físicos de variadas escalas: desde células a galáxias funcionam de acordo com as Leis da Termodinâmica.

 

Lei zero da termodinâmica

 

A Lei Zero da Termodinâmica, também conhecida como Lei do Equilíbrio Térmico, diz respeito à condição em que ocorrem as trocas de calor. Quando diferentes corpos apresentam temperaturas diferentes, o calor deverá fluir dos corpos mais quentes em direção aos corpos de menor temperatura, até que a temperatura entre eles se iguale. Para conhecer mais a respeito dessa lei, acesse: Lei Zero da Termodinâmica

 

Primeira lei da termodinâmica

 

A Primeira Lei da Termodinâmica é conhecida como Lei da Conservação da Energia. De acordo com essa lei, toda a energia em forma de calor que é acrescida a algum sistema pode transformar-se em trabalho, ou pode ser absorvida pelo próprio sistema, resultando em um aumento da energia interna do sistema.

 

Abaixo, é possível conferir a fórmula descrita pela Primeira Lei da Termodinâmica:

 

 

Leia também: Energia térmica - soma da energia cinética das partículas dos corpos

 

Segunda Lei da Termodinâmica

 

A Segunda Lei da Termodinâmica, conhecida como Lei da Entropia, diz respeito à desordem dos sistemas termodinâmicos. A fórmula utilizada para calcular a variação de entropia é mostrada abaixo, confira:

 

 

 

Terceira Lei da Termodinâmica

 

A Terceira Lei da Termodinâmica é conhecida como a lei do zero absoluto. De acordo com essa lei, essa temperatura, correspondente a 0 K ou -273,15 ºC é inalcançável. Para saber mais sobre essa área da Termologia, acesse: Termodinâmica.

Cinemática

Embora frequentemente passe despercebida, a Física está inserida na nossa vida em praticamente tudo que fazemos. Vejamos um exemplo. Um móvel faz um percurso de 60 km em 2 horas. Podemos afirmar que sua velocidade escalar média foi de 30 km/h.

 

Nesse contexto, percebemos que nos interessa somente a velocidade média do móvel e não o que levou este móvel a se movimentar com velocidade de 30 km/h.

 

A parte da Física que estuda o movimento de um corpo sem se preocupar com a causa desse movimento se chama Cinemática.

 

Conceitos básicos de cinemática

 

Vivemos cercados de corpos que estão em movimento, por exemplo, os astros, os automóveis, as pessoas e outros corpos estão sempre mudando de posição. A mecânica é a área da Física que estuda esses movimentos.

 

Referencial: aquilo que serve de guia ou base.

 

Um corpo estará em movimento sempre que mudar de posição, no decorrer do tempo, em relação a um referencial adotado; e em repouso, sempre que sua posição se mantiver a mesma (constante) no decorrer do tempo em relação ao referencial que foi adotado.

 

Ponto material: é todo corpo cujas dimensões podem ser desprezadas em relação às distâncias que envolvem este corpo no estudo de determinado fenômeno.

Vamos considerar um trem de 100 m de comprimento e uma pessoa, ambos atravessando a mesma ponte.

 

 

 

O tamanho do pedestre é muito pequeno, se compararmos com o comprimento da ponte, portanto, analisando o movimento do pedestre podemos desprezar seu tamanho (dimensão) e considerá-lo um ponto material atravessando a ponte, percorrendo assim 1000 m para efetuar a travessia. Já o comprimento do trem (100 m) não pode ser desprezado, se comparado ao comprimento da ponte (1000 m), portanto, não podemos considerá-lo um ponto material.

 

Móvel: é qualquer corpo que pode mudar de posição no decorrer do tempo, em relação a um determinado referencial.

 

Trajetória: é a linha formada por todos os pontos ocupados sucessivamente por um móvel.

 

   

 

O rastro deixado no céu representa um caminho, ou seja, representa uma trajetória sendo descrita pelo avião.

 

 

Em relação ao torcedor na arquibancada, a trajetória da bola é parabólica.

 

Espaço: espaço (S) é um número que permite a localização do móvel em sua trajetória.

 

 

No SI, o metro (m) é a unidade de medida de espaço. Nas rodovias, por exemplo, a unidade mais usada é o quilômetro (km).

 
Deslocamento escalar

 

O deslocamento escalar (ΔS) mede a variação de espaço efetuada pelo móvel em um determinado intervalo de tempo (Δt):

 

ΔS = S2 – S1
 

Exemplo

Observe a figura abaixo

 

 

Vamos considerar que um automóvel faz o percurso de Patos a Souza e vai do km 329 até o km 446 da rodovia, portanto, qual foi o deslocamento escalar desse móvel?

 

 

Agora vamos considerar que um automóvel faz o percurso de Cajazeiras (km 495) a Campina Grande (km 135), qual o deslocamento escalar desse móvel?

 

 

Importante Lembrar

ΔS > 0: o móvel está deslocando-se no mesmo sentido de orientação da trajetória.
ΔS < 0: o móvel está deslocando-se no sentido contrário ao da orientação da trajetória.

DINÂMICA

A dinâmica é o ramo da física que estuda o comportamento dos corpos em movimento. O foco dessa área é investigar o que modifica o movimento e não o movimento em si. O principal físico que trabalhou nessa área foi Isaac Newton, que contribuiu para os campos de mecânica e óptica.

 

Os principais temas abordados nessa área são:

 

• Leis de Newton

• Gravitação

• Energia mecânica

 

Resumo sobre dinâmica

 

• Dinâmica é a área da física que estuda o que causa o movimento.

• No movimento, há aplicação de forças.

• O principal estudioso da área foi o físico Isaac Newton.

• Unidade de medida de força é newton (N).

• Os principais temas abordados em dinâmica são: força (leis de Newton e gravitação universal), trabalho de uma força, potência mecânica, e energia mecânica (soma de energia cinética e energia potencial).

• A três leis de Newton são: inércia; força resultante é proporcional à aceleração do corpo; e ação e reação.

 

O que é dinâmica?

 

A palavra dinâmica vem do grego dynamike, que significa “algo forte”. Na física, é a área que estuda o comportamento dos corpos em movimento, focando no que causa o movimento e não no movimento em si, que é o tópico da cinemática.

 

A dinâmica investiga o que causa e o que modifica o movimento, ou seja, a ação de forças. O grande físico, e também matemático, que ganhou nome nessa área foi Isaac Newton (1643-1727), tanto que, em sua homenagem, a unidade de medida de força é newton (N).

 

Temas estudados na dinâmica

 

O principal tema estudado nessa área é a força, o conjunto de leis que explica sua atuação é conhecido como as três leis de Newton:

 

• 1ª lei de Newton: conhecida como inércia, afirma que: “Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele”.

   

• 2ª lei de Newton: conhecida como o princípio fundamental da dinâmica, afirma que: “A mudança de movimento é proporcional à força resultante (F) de um sistema; a força é igual ao produto da massa (m) com a aceleração do corpo (a)”.

   

• 3ª lei de Newton: conhecida como ação e reação, afirma que: “A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade: as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas em sentidos opostos”.

Além disso, Newton contribuiu com a explicação do porquê os planetas orbitarem o Sol e terem velocidades proporcionais ao seu período com a lei da gravitação universal, que representa a atração de corpos com grandes massas, considerando a distância que estão um do outro.

 

 

Outro tópico abordado em dinâmica é a energia mecânica. Quando forças dão exercidas, é realizado trabalho, e, com isso, há energia. Ao estudar energia mecânica, estamos associando energia cinética (movimento) com energia potencial (altura e corpos elásticos) e aprendendo sobre como a conservação de energia mecânica pode ser utilizada com a potência mecânica em problemas do cotidiano.

TIPOS DE FORÇAS

 

DIVISÃO DA FÍSICA CLÁSSICA