Física 3.pdf

CINCIAS NATURAIS E SUAS TECNOLOGIAS

ENEM2011

FSICA

SETOR III

Mdulo 1. Conceitos bsicos de pticaLuz 1. Agente fsico que sensibiliza nossos rgos visuais.

Fontes de luz2.

Primrias (corpos luminosos)2.1.

Secundrias (corpos iluminados)2.2.

Meios pticos (quanto transparncia)3. Transparentes Translcidos Opacos

Velocidade da luz 4. No vcuo: c = 3 108 m/s

Ano-luz 5. 1 ano-luz 9,5 1015 m

Fenmenos pticos bsicos 6.

Re exo6.1. I. Regular

Superfcie bempolida

II. Irregular

Superfcieirregular

Refrao6.2.

argua

Absoro6.3. Obs. Refl exo seletiva (cor dos corpos)

corpo branco

luzbranca

refletetodas

corpo negro

luzbranca

absorvetodas

corpo azul

luzbranca

refletesomente azul

Mdulo 2. Princpios da ptica GeomtricaPropagao retilnea1. Em um meio transparente, homogneo e isotrpico, a luz se propaga em linha reta.

Reversibilidade 2. O caminho percorrido por um raio de luz entre dois pontos quaisquer nico, independentemente do sentido.

Fsica

Enem e Vestibular Dose Dupla 50

PV2D-09-12

Independncia 3. Caso haja cruzamento entre dois ou mais raios de luz, estes seguiro seus caminhos como se nada tivesse acontecido.

Aplicao de propagao retilnea da luz4. Sombras na superfcie da Terra

Raios solarespraticamenteparalelos

Cmara escura de orifcio

Objeto Imagem

Eclipses lunar e solar

rbita da Luarbita da Terra

A

CLua

Terra

Lua Sol

A: eclipse solar total B: eclipse solar parcial C: eclipse lunar

B

Mdulo 3. Espelhos planos (I)Leis da re exo1.

RI N

i r

RR

1a) O raio incidente (RI), o raio refl etido (RR) e a reta nor-mal (N) so coplanares.2a) Os ngulos de incidncia (i) e de refl exo (r) so iguais.

i = r

Objeto extenso2.2.

A

B

Obs. Enantiomorfi smo:

Fsica


Formao de imagens em espelhos planos 2.

Objeto pontual2.1.

ImagemObjeto

ir

x x

Campo visual de espelhos3. Campovisual

O

O

Associao de espelhos planos1.

E2

I2 I3

E1

I1 0

n = 360 1a

Translao de espelhos planos2.

Objeto Imagem

Dd

D = 2 d

Mdulo 4. Espelhos planos (II)

Rotao de espelhos3. N1

AN2

E

E

ii

i i

B

b = 2 a

Fsica


Fsica


Mdulo 5 Espelhos esfricos (I)Elementos bsicos1.

V Eixo principal

B

A

R

RC

Eixo secundrio

Calota esfrica

Esfera

A

C: centro de curvatura do espelhoV: vrtice do espelhoR: raio de curvatura

Raios notveis3. Espelho cncavoa)

VFC

12

VFC3

4

Espelho convexob)

CFV

2

1

CFV

4

3

Obs:. para se determinar a imagem do ponto objeto, conjugada por um espelho esfrico, basta traar dois raios de luz, dentre os notveis, e determinar o ponto de encon-tro aps a reflexo.

a: ngulo de aberturaObs.: condies de estigmatismo de Gauss:

ngulo a pequeno (a 10)raios paraxiais

(em nosso estudo espelhos gaussianos)

Foco do espelho2. Ponto no qual se forma a imagem de um objeto que se

encontra no infinito. Pela reversibilidade da luz, para um objeto no foco, a imagem formada no infinito.

Espelhocncavo

Eixoprincipal

VFC

Foco principal real

Espelhoconvexo

CFV

Eixoprincipal

Foco principalvirtual

Obs.: distncia focal f R=2

Mdulo 6 Espelhos esfricos (II)Imagens (construo grfica das imagens de objetos reais)

Espelho cncavo1. I. Objeto antes do centro C

A

B CB'

FA'

V

Imagem

real

invertida

menor

II. Objeto sobre o centro C

B'B

C F V

A

A'

Imagem

real

invertida

"igual"

III. Objeto entre o centro C e o foco F

B'C F V

A

A'

B

Imagem

real

invertida

maior

IV. Objeto sobre o foco F

F VC

A

B

(d)

( )imprpria

Imagem

V. Objeto entre o foco F e o vrtice V

B VC

A

B'F

A'

Imagem

virtual

direita

maior

Obs.: as imagens reais podem ser projetadas.

Espelho convexo2.

VB B' F

A'

C

Objeto em qualquer posio diante do espelho

Imagem

virtual

direita

menor

Fsica


Mdulo 7 Espelhos esfricos (III)Estudo analtico

C F V

I

O

f

p

p'

o

i

f: distncia focalp: distncia do objeto ao espelhop: distncia da imagem ao espelhoo: altura do objetoi: altura da imagem

Equao de Gauss (equao dos pontos conjugados)

1 1 1f p p

= +

ou, ainda, fp pp p

produtosoma

=+

Aumento linear

Aio

pp

= =

Conveno de sinais

Elementos (F, O, I) Distncia (f, p, p)

Real +

Virtual

Elementos (O, I) Altura (o, i)

Direita +

Invertida

Obs.: referencial de Gauss: na verdade, f, p, p, o e i so coordenadas (de posio) e no distncias, por isso os sinais.

C F F C

LuzEixo dasordenadas (o e i)

Eixo principal

Eixo dasabscissas (f, p e p') V

Mdulo 8 Leis da refraoRefrao (mudana de meio ptico)1. Obs.: o que caracteriza um meio ptico a velocidade

que a luz possui nele.

\ na refrao, ocorre mudana de velocidade.

ndice de refrao2.

Absoluto (na) MEIO)

( )8MEIOMEIO

cn c 310 m/s novcuo

v= =

Q1

Q2

Meio 1Meio 2

RI

RR

N

n1n2

SI

1 2

1 2

n nQ Q

Fsica


Fsica


AR AR v c n 1MEIO MEIOv c n 1Obs. :

Relativo (nb) 1,2)

nnn

nnn

vv1 2

1

21 2

1

2

2

1, ,= = =

Leis da refrao3.

Meio 1Meio 2

RI

RR

N

n1n2

S

n1 < n2Q1 > Q2

I

Q1

Q2

O raio incidente (RI), o raio refratado (RR) e a reta 1) normal (N) so coplanares.

Os ngulos (2) q1) e (q2) relacionam-se entre si por:

n1 sen q1 = n2 sen q2 (Lei de Snell-Descartes)

Obs.: raios incidentes normais superfcie no sofrem desvio.

A refrao ocorre juntamente com uma reflexo.

Meio 1

Meio 2

N

S

Reflexo

Refrao

Mdulo 9 ngulo-limite e reflexo totalCondies bsicas para ocorrer reflexo total

A luz deve estar se propagando de um meio 1) p para outro n refringente.O ngulo de incidncia deve superar um determinado ngulo-limite (i 2) > L).

Fonte

n1n2

Raio "limite"

i > LRefle

xo total

L 12

3

4

3

2

1

+

2

3

4

n n

n sen L n sen

senLnn

n

nmenor

maior

1 2

1 2

2

1

90

>

=

= =

Snell:

Mdulo 10 Dioptros planos

Argua

Snn

p

p

O

i

Observador

Argua

Snn

p

p

Observador

i

O

Para ngulos de incidncia pequenos:

p': distncia da imagem ao dioptro

p: distncia do objeto ao dioptrop ' n 'n' (meio em que se encontra o observador)p nn (meio em que se encontra o objeto)

Mdulo 11 Lmina de faces paralelasMeio ptico limitado por duas faces planas e paralelas

Meio 1

Meio 1

e

i

Meio 2

d

r

i

Deslocamento lateral (d)

de sen i r

r= ( )

cos

Obs. No caso de o meio 3 no ser igual ao meio 1, os raios, incidente e emergente, no so paralelos.

Meio 1Dioptro 1

Dioptro 2Meio 3

Meio 2

Fsica


Mdulo 12 PrismasMeio ptico limitado por duas faces planas e no pa-

ralelas.

Desvio angular (D)1.

r1i1r2

i2

DA

D

D = i1 + i2 A

A: ngulo de abertura ou de refringncia

A = r1 + r2

Desvio mnimo(D2. mn.)Ocorre quando i1 = i2.

1 2

1 2 mn.

A 2ri i i

r r r D 2 (i r)

Disperso luminosa3.

Luz bra

nca

VermelhaLAVAAVioleta

Mdulo 13 Lentes esfricas: propriedadesNomenclatura e comportamento ptico1.

Perfis e nomenclaturaComportamento ptico

nlente > nmeio nlente < nmeio

Bord

as fi

nas

(con

vexa

s)

Biconvexa Plano-convexa Cncavo-convexa

R1R2 Convergente Divergente

Bord

as g

ross

as

(cn

cava

s)

Bicncava Plano-cncava Convexo-cncava

R1

R2Divergente Convergente

Representao2.

Lentes convergentes

A0 F0 Fi AiO

Lentes divergentes

Ai Fi F0 A0O

O centro ptico

F foco objeto F foco imagem

A antiprincipal oi

:

: ; :

:

0

0 bbjeto A antiprincipal imagemi; :

Fsica


Mdulo 14 Lentes esfricas: imagensRaios notveis1.

Lente convergentea)

Ao Fo Fi AiO

21

Ao Fo Fi AiO

4

3

Lente divergenteb)

A oF o

F iA i O

2

1

AoFoFiAi O

3

4

Imagens (construo grfica das imagens de objetos reais)2.

Lente convergentea) I. Objeto antes do antiprincipal objeto AO

Ao Fo

Fi AiO

imagem

real

invertida

menor

II. Objeto sobre o antiprincipal objeto AO

Ao Fo

Fi AiO

imagem

real

invertida

"igual"

III. Objeto entre o antiprincipal objeto AO e o foco obje-to FO

Ao Fo

Fi AiO

imagem

real

invertida

maior

IV. Objeto sobre o foco objeto FO

Ao Fo

Fi AiO

(d)

imprpriaimagem

d

Fsica


V. Objeto entre o foco objeto FO e o centro ptico O

Ao Fo

Fi AiO

imagem

virtual

direita

maior

Lente divergente: objeto em qualquer posio dian-b) te da lente

AoFoFiAi O

imagem

virtual

direita

menor

Obs. As imagens reais podem ser projetadas.

Mdulo 15 Lentes esfricas: equaes Estudo analtico

Veja o exemplo a seguir:

Ao Fo Fi AiO

o

pf

p

i

f: distncia focalp: distncia do objeto lentep: distncia da imagem lenteo: altura do objetoi: altura da imagem

Equao de Gauss (equao dos pontos conjugados):a)

1 1 1f p p= +

ou, ainda, f

p pp p

produtosoma

= +

Aumento linear:b)

Aio

pp

= =

Vergncia ou convergncia da lente:c)

Vf

= 1

f metro m

V dioptria di

dioptria grau

dim

m

: ( )

: ( )

" "1 1

11

1 1

=

= =

Conveno de sinais

Elemento (F, O, I) Distncia (f, p, p)

Real +

Virtual

Elemento (O, I) Altura (o, i)

+

Fsica


Mdulo 16 Lentes esfricas: equao dos fabricantesEquao dos fabricantes de lentes1.

R1

R2C1 C2

Vf

nn R R

lente

meio= =

+

11

1 1

1 2

Conveno de sinais

Face Raio (R)

Convexa +

Cncava

Plana

2. Justaposio de lentesDo exemplo:

1 + 2 = 1 2

V V Vf f feq eq

= + = +1 21 2

1 1 1

Obs. Numa associao de lentes, sem justaposio, de-ve-se notar que a imagem fornecida pela primeira lente se torna objeto para a segunda lente.

Mdulo 17 ptica da visoOlho emetrope (olho normal) 1.

Ponto remoto (PR) : infinito

Objeto(d)

Ametropias principais2. Miopia a)

Objeto(d)

PRM

Imagem

Vf p p PRMlente

= = + =

+

1 1 1 1 1

VPRMlente

= 1

Ponto prximo (PP): 25 cm

Objeto

25 cm

Hipermetropiab)

Objeto

PPH

25 cm

Imagem

Vf p p PPHlente

= = + = +

1 1 1 10 25

1 ,

VPPHlente

= 4 1

Presbiopia (vista cansada)c) correo tal qual a de hipermetropia.

Astigmatismo d) correo com lentes cilndricas.

Fsica


Mdulo 18 Introduo s ondasOnda 1. Propagao de uma perturbao atravs de um meio.Obs. Numa onda, h o transporte de energia sem o

transporte de matria.

Classificao das ondas2.

Quanto natureza2.1. Ondas mecnicas:a)

Ondas que precisam de um meio material para se propagarem.

Ondas eletromagnticas:b) No precisam de um meio material para sua propagao.Obs. Espectro eletromagntico:

Onda

s de r

dio

e TV

Micro

-onda

s

Raios

infra

verm

elhos

Luz v

isve

l

Raios

ultra

violet

a

Raios

X

Raios

y

VAAVAAVFrequncia (Hz)

Quanto propagao2.2. Ondas unidimensionais: propagao em uma linha.a) Ondas bidimensionais: propagao em um plano.b) Ondas tridimensionais: propagao no espao.c)

Quanto vibrao2.3. Onda transversal: Vibrao a) Propagao

Propagao Vibrao

Onda longitudinal: Vibrao Propagaob)

Propagao

Vibrao

Mdulo 19 Equao fundamental da OndulatriaFonte Crista

Vale

LL

L

AA

v Comprimento de onda (4. l)Distncia percorrida em 1 ciclo de onda

Velocidade da onda (v)5.

v = l f (Equao fundamental da ondulatria)

Caractersticas bsicas

Perodo (T)1. Tempo gasto em 1 ciclo de onda

Frequncia (f)2.

n ciclos 1f f

t T

$

Importante Perodo e frequncia s dependem da fonte.

Amplitude (A)3. Elongao mxima na oscilao

Importante A velocidade de uma onda s depende do meio de propagao.

Observao Representao de ondas bidimensionais:

FonteFrente deonda

L

Raio deonda

Fsica


Mdulo 20 Ondas: reflexo, refrao, difrao e interferncia

Reflexo 1. A onda retorna ao meio de origem e sua velocidade se

mantm constante.

Ondas unidimensionais (reflexo 1.1. de pulsos em cordas)

Extremidade fixaa) (Ocorre inverso de fase.)

Extremidade livreb) (No ocorre inverso de fase.)

Ondas unidimensionais (refrao 2.1. de pulsos em cordas)

Da corda menos densa para a mais densaa)

Da corda mais densa para a menos densab)

Ondas bidimensionais (tambm 2.2. vlido para tridimensionais)

L1

L2Q2

Q1

RI

RR

N

Fsica


Ondas bidimensionais (tambm 1.2. vlido para tridimensionais)

RR

L

L

QQ

Rl

N

1a lei: RI, RR e N so coplanares. 2a lei: i = r = q

Refrao2. A onda muda de meio de propagao. Da, ocorre mu-

dana de velocidade.

1a lei: RI, RR e N so coplanares.

2a lei: n1 sen q1 = n2 sen q2 e, consequentemente:

1 1 1

2 2 2

sen vsen vQ L Q L

Difrao3. Contorno de fendas e/ou obstculos

Frente de onda incidente

Eixo de simetria

Frente de onda esfricaproduzida pela difrao

a

L L

Mdulo 21 Ondas: interfernciaOndas unidimensionais (superposio de pulsos)1.

Interferncia construtiva (IC)a)

A1 A2

A2 A1

P

A

P

I.C.

P

Interferncia destrutiva (ID)b)

A1

A1 = A2

A1

A2

A2

P

IDP

P

Ondas bidimensionais (tambm vlido para tridimensionais)2.

X1X2

Linhas deinterferncia

destrutiva

Linhas deinterfernciaconstrutiva

Fsica


Diferena de percurso

Dx = |x1 x2| Dx N= l2

Fontes em fase N par IC

Mdulo 22 Ondas sonoras

Qualidades fisiolgicas do som1.

Altura (associada frequncia do som)1.1. Sons altos (agudos) frequncias altasSons baixos (graves) frequncias baixasObs. Faixa de frequncias:

Infrassons Sonsaudveis

Ultrassons

f (Hz)20.000200

Intensidade (I) (associada ampli tude da onda)1.2. Sons fortes amplitudes altasSons fracos amplitudes baixas

IPrea

=

Unidade (I): Wm2

(SI)

Limite de audibilidade: I0 = 1012 W/m2

Nvel sonoro (N)

NII

= 100

log , dado em decibis

Timbre (associado forma da onda depende da fonte sonora)1.3. Caracterstica que permite distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por instrumentos

diferentes.

Persistncia auditiva2. O intervalo mnimo de recepo entre dois sons, necessrio para que o ouvido humano possa distingui-los, de 0,1 s.Reforo: Dt 0 Reverberao: 0 < Dt < 0,1 sEco: Dt > 0,1 s

Mdulo 23 Ondas estacionrias e cordas vibrantesOndas estacionrias1. Resultantes da superposio de duas ondas iguais que se propagam em sentidos opostos, em um mesmo meio.

4a 4a 4a 4a

V V V V

L/2 L/4 L/2 Fuso

NN N N

L L

N

Fsica


Mdulo 24 Tubos sonoros

Tubos abertos1. L

f nvLn

=2

fn = n f1 (n = 1, 2, 3, ...)

L l fv=l

1o modo de vibrao 12l

2L 12vL

2o modo de vibrao 22l 2

2L

22vL


3L

32vL

n-simo modo de vibrao

nl2

2Ln

nvL2

Tubos fechados2.

fn = n f1 (n = 1, 3, 5, ...)f nvLn

=4

L

L l fv=l

1o modo de vibrao 14l

4L 14vL


3L

34vL


5L

54vL

n-simo modo de vibrao (n mpar)

nl4

4Ln

nvL4

Fsica


Mdulo 25 Efeito DopplerA frequncia de uma onda s depende da fonte emissora

e , portanto, constante. Porm, se houver movimento re-lativo entre fonte e observador, este perceber a onda com uma frequncia diferente da real. Esse fenmeno chama-do de efeito Doppler.

vFObs. 1 Obs. 2

A frequncia aparente (fap) dada por:

F

0ap F

0F

F

f frequncia real da onda

v velocidade da ondav vf f

v velocidade do observadorv v

v velocidade da fonte

p p

Obs.: conveno de sinais

observador fonte+

Mdulo 26 Movimento harmnico simples (I)

Definio1.

oscilatrio

peridico

conservativo

mantido por uma fora restauradora

MHS

Obs.: o MHS pode ser estudado como a projeo de um MCU.

MCU q = q0 + w t

MCU MHS

q (rad) Deslocamento angular Fase

w (rad/s) Velocidade angular Pulsao ou frequncia angular

Funo horria da velocidade3.

0 xQ

vMHS

RMCU = AMHS

vMCU

Q

vMCU = w R = w A

vMHS = vMCU sen q v = w A sen(q0 + w t)

Obs.: |vmx.| = w A

Funo horria da acelerao4.

Funo horria da posio (ou elongao)2.

P

P0 xQ

R = A

RMCU = AMHS

x = A cos q x = A cos (q0 + w t)

aMHS

0 xQ

RMCU = AMHS

aMCU

a = a cos

aMHS MCU

MCU

= =

qa AC w2

a = w2 A cos(q0 + w t)

Obs.: |amx.| = w2 A e a = w2 x

Fsica


Mdulo 27 Movimento harmnico simples (II)Energia cintica (E1. c)

Em v

c = 22

Energia potencial (E2. p)

Ek x

p = 22

Energia mecnica (E3. m)2

m P

m c p 2mx.

m C

2

m P C

k Aextremos E E

2E E E cte.m v

equilbrio E E2

k AE E E2

= == + =

= == = =

mx.

mx.

mx.

mx.

A 0 +A

A 0 +A

x

x

EEm = Ec + Ep = cte.

Ep

Ec

mx.

c

p

E 0

E

mx.

c

p

E 0

E

mx.c

p

E

E 0

Mdulo 28 Sistemas peridicosSistema massa-mola1.

Tmk

= 2p

m: massa do corpok: constante elstica da mola

Pndulo simples2.

L

Q b 5Q

TLg

= 2p

L: comprimento do fiog: acelerao da gravidade

Mdulo 29 Anlise dimensionalGrandezas bsicas

Grandeza Equao dimensional Unidade SI

Massa M kg

Comprimento L m

Tempo T s

Temperatura q K

Corrente eltrica I A

Fsica


Fsica


Documents

Física 3.pdf