Física I - Aula 1

7/16/2019 Física I - Aula 1

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Física I Aula 1

Conceitos Fundamentais

Tópico 1: Conceitos de tempo e espaço,intervalo de tempo, distância.

Intervalo de tempo: é a diferença entre oinstante posterior e o instante anterior.

Δt = tposterior - tanterior Variação de espaço ou deslocamentoescalar: O deslocamento de um móvel édeterminado pela diferença entre sua posiçãofinal e sua posição inicial.

ΔS = Sposterior- Santerior Distância percorrida É uma grandeza que informa quanto apartícula efetivamente percorreu entre doisinstantes.

Obs.: O Δ na física denota variação, ou seja,o posterior menos o anterior.

Tópico 2: Grandezas escalares e vetoriais:Conceitos e operações.Grandezas escalares: Grandezas físicascomo tempo, por exemplo, 5 segundos,ficam perfeitamente definidas quando sãoespecificados o seu módulo (5) e sua unidadede medida (segundo). Estas grandezas físicasque são completamente definidas quando são

especificados o seu módulo e a sua unidadede medida são denominadas grandezasescalares. A temperatura, área, volume, sãotambém grandezas escalares.Grandezas vetoriais: Grandezas físicas quenecessitam especificar o módulo, a direção eo sentido para serem completamentedefinidas. O deslocamento, força, velocidade,aceleração são exemplos de grandezas vetoriais.

Tópico 3: Referencial.

É um corpo ou um objeto em relação ao qualpodemos determinar a localização dosobjetos e assim determinar se há repouso oumovimento.Não existe repouso absoluto nemmovimento absoluto.Na prática podemos considerar como sendoo ponto de vista de um observador, e quandonão for especificado, vamos considerá-locomo sendo a superfície terrestre.Dependendo do referencial, um corpo podeser considerado um ponto material ou umcorpo extenso:

Ponto material: é um corpo de tamanhodesprezível em comparação com as distânciasenvolvidas no fenômeno estudado.Corpo extenso: Quando as dimensões docorpo são relevantes para o equacionamentode seu movimento

Tópico 4: Representações gráficas.Em um gráfico XY, temos: Área delimitada pelo gráfico: Valor deΔx.Δy Tangente do ângulo formado pelográfico: Δx/Δy

Gráfico 1:

Gráfico 2

Tópico 5: Ordem de grandeza, notaçãocientífica, sistemas de unidades.Notação Científica: A notação cientifica éuma forma de se reduzir a escrita de umnúmero.Um número deve ser escrito da seguinteforma:n.10x onde x é um expoente inteiro e n é um número tal que: 1≤n<10

Ordem de grandeza: Ordem de grandeza deuma medida é uma estimativa de potência debase 10 mais próxima de uma determinadamedida. Não há necessidade de saber seu valor exato, portanto a resposta será daforma:...... 10-3, 10-2, 10-1, 100, 10, 102, 103,104...... Procedimento:1-Escrever em Notação Científica2- Verificar o algarismo à esquerda da vírgula3- O critério adotado para arredondamento eo seguinte4-Se o algarismo à esquerda da vírgula formenor que 5 conserva o expoente de base10.



5- Se o algarismo à esquerda da vírgula formaior que 5 adicione 1 no expoente de base10.Obs.: Existe outra corrente entre os físicosde que o valor base seria a raiz de10(√10=3,16). Sistemas de unidades: A física possui umsistema internacional de medidas (SI). Asunidades das principais grandezas, as quaisestudaremos no pss I estão descritas abaixo

Grandeza Nome Símbolo

Comprimento Metro M

Massa Quilograma Kg

Tempo Segundo S

Conversão das principais unidades:

1 km – 1000 m 1 h – 3600 s 1 m – 100 cm 1 l – 10³ cm³ 1 ton – 1000 kg

Exercícios

1.(PSS-2011) Em uma competição de rally pelo interior do Brasil, um dos competidorespara o seu jeep por falta de gasolina. Omotorista então anda 200 metros em linhareta para a direita até encontrar um posto decombustível. Em seguida, ele anda mais 10metros, no mesmo sentido, até uma loja deconveniência para comprar água. Finalmente,o motorista retorna em linha reta para o seujeep.Considerando o posto de gasolina comoorigem do sistema de referência e adotando osentido positivo como sendo o da esquerdapara a direita, identifique as afirmativascorretas:I. A posição do jeep em relação ao posto é−200 m.II. O deslocamento do motorista entre oposto e a loja de conveniência foi de 10 m.III. O deslocamento do motorista entre a lojade conveniência e o jeep foi de −210 m.IV. O deslocamento do motorista, no trajetoposto de combustível - loja de conveniência-posto de combustível, foi de 20 m. V. A distância total percorrida pelomotorista, para comprar gasolina e água eretornar para o jeep, foi de 420 m.

2.(PSS-2006) Um cidadão está à procura deuma festa. Ele parte de uma praça, com a

informação de que o endereço procuradoestaria situado a 2km ao norte. Após chegarao referido local, ele recebe nova informaçãode que deveria se deslocar 4km para o leste.Não encontrando ainda o endereço, ocidadão pede informação a outra pessoa, que

diz estar a festa acontecendo a 5km ao suldaquele ponto. Seguindo essa dica, elefinalmente chega ao evento. Na situaçãodescrita, o módulo do vetor deslocamento docidadão, da praça até o destino final, é:a) 11km c) 5km e) 3km b) 7km d) 4km

3.(PSS-2012) Durante uma pesquisa emBotânica, realizada no interior de uma estufa,biólogos observaram que o aumento damassa, ΔM, de uma determinada plantadependia das seguintes grandezas físicas:• F: f luxo de água depositada no solo,expressoem m³/s ;• d: densidade de nutrientes no solo, expressoem kg/m³;• Δt: intervalo de tempo do experimento,expresso em segundos. A partir das observações realizadas, ospesquisadores elaboraram uma equaçãoempírica para expressar o aumento da massadessa planta em termos das grandezas

apresentadas.Nesse sentido, o aumento dessa massa podeser, adequadamente, representado naequação:a) ΔM=Fd d) ΔM=FdΔtb) ΔM=Fd²Δt e) ΔM=F²dΔt² c) ΔM=Fd²Δt²

4.(PSS-2010) Considere uma torneira malfechada, que pinga com um fluxo volumétrico de meio litro por dia, embaixoda qual há um tanque de dimensões (40 cm)

x (30 cm) x (10 cm). Desprezando as perdasde água por evaporação, é correto afirmarque o tanquea) transbordará, se a torneira não forcompletamente fechada ao final do vigésimoquarto dia.b) atingirá a metade da sua capacidade total,se a torneira for fechada no final do oitavodia.c) atingirá ¼ da sua capacidade total, se atorneira for fechada no final do quarto dia.d) atingirá 4x10³ cm³, se a torneira for

fechada no final do quinto dia.



e) atingirá 0,025 m³, se a torneira for fechadano final do décimo sexto dia.

5.(PSS-2010) O neutrino é uma partículaelementar eletricamente neutra, produzida emgrandes quantidades no centro do Sol. Por

ser uma partícula que interage muitofracamente com qualquer forma de matéria,toda a quantidade de neutrinos que éproduzida dentro do Sol atravessa,praticamente sem sofrer perturbação alguma,todo o seu interior e escapa para o espaçoexterior. Estima-se que um fluxo de 6x1010

cm-2s-1 desses neutrinos atinja, de formahomogênea, a superfície da Terra. Dessaforma, os seres humanos estão sendobombardeados constantemente por umaquantidade imensa dessas partículas.

Admitindo que o feixe de neutrinos atingeperpendicularmente a área frontal de umapessoa, cujo valor aproximado é de 0,8 m²,conclui-se que o número de neutrinos queatravessam uma pessoa, a cada segundo, é de:a) 48×1013 b) 48×1012 c) 48×1011 d) 48×1010 e) 48×109

6.(PSS-2009) Na revista Superinteressante,foi publicado um artigo afirmando que umfio de cabelo de uma pessoa cresce a umataxa de 0,06 cm ao dia. Sabendo-se que a

distância entre duas camadas de átomos dessemesmo fio de cabelo é de 1,0 angstrom (10 –

10 m) aproximadamente, é correto afirmarque o número de camadas de átomos quesurgem, a cada hora, é:a) 2,5×105 b) 4,0×105 c) 3,5×106 d) 1,5×104 e) 3,0×106

7.(PSS-2008) O motor de um carro éprogramado de modo a causar, nesse carro,um deslocamento que varia no tempo deacordo com a expressão Δ x =α t + β t² ,

onde Δ x é o deslocamento, t é o tempo, e αe β são constantes. Nesse contexto, asunidades das constantes α e β , no sistemaMKS, são respectivamente:a) m/s, m c) m, m²/s² e) m/s, m/s² b) m/s², m d) s, m/s

8.(PSS-2007) A distância aproximada, entre João Pessoa e Campina Grande, é de 120km.Um ciclista deseja fazer esse percurso em suabicicleta que, a cada pedalada, percorre 60cm.O número de pedaladas necessárias, para

fazer o percurso, é aproximadamente:a) 1,2×104 d) 2,0×105

b) 2,0×104 e) 1,2×106 c) 1,2×105

9.(PSS-2003) Um estudante, preparando-separa o PSS-2003, anotou as afirmaçõesabaixo, não sabendo se eram verdadeiras ou

falsas.I. Uma grandeza vetorial tem módulo,direção e sentido.II. Os coeficientes de atrito estático edinâmico são grandezas adimensionais.III. Impulso e energia são grandezas vetoriais.Dessas afirmações, está(ão) correta(s) apenas:a) I b) II c) III d) I e II e) I e III

10.(PSS-2000) Num determinado tipo demovimento, a velocidade v de um corpo varia

com o tempo t de acordo com a equação . As unidades de e , nosistema MKS ( SI ) são, respectivamente:a) m /s² e m /s³ c) m /s e m /s² e) m /s² e m .s³ b) m .s e m .s² d) m .s² e m /s³

11.(UFPB-1988) Das afirmativas:I. As grandezas vetoriais sempre podem sersomadas.II. Uma grandeza vetorial pode ser somadacom uma grandeza escalar.III. Pode-se multiplicar uma grandeza vetorial por uma escalar.IV. Apenas as grandezas escalares têmunidades.está(ão) correta(s) somentea) I e II b) I c) IV d) I e IV e) III

12.(UFPB-1985) Considerado-se asafirmativasI. Uma pessoa parte de certo ponto ecaminha 20 m. Após a caminhada, sabe-seexatamente onde ela se encontra.II. Um móvel parte de certo ponto e sedesloca 20 m em direção e sentidodeterminados. Após o deslocamento, pode-selocalizá-lo com precisão.III. Para se definirem grandezas físicas, sejamelas escalares ou vetoriais, necessita-sesomente de números e unidades.IV. Temperatura e energia são grandezasescalares.Pode-se afirmar que estão corretas somente:a) I e III b) II e III c) III e IV d) II e IV e) I e IV



Exercícios para casa

1. Uma pessoa viajando de automóvel, numaestrada reta e horizontal e com velocidadeconstante em relação ao solo, deixa cair umobjeto pela janela do mesmo. Despreze a

ação do ar. Podemos afirmar que a trajetóriadescrita pelo objeto é:a) um segmento de reta horizontal, emrelação a um observador parado na estrada.b) um segmento de reta vertical, em relação aum observador parado na estrada.c) um arco de parábola, em relação à pessoaque viaja no automóvel.d) um arco de parábola, em relação a umobservador parado na estrada.e) independente do referencial adotado.

2. Leia com atenção a tira da Turma daMônica mostrada a seguir e analise asafirmativas que se seguem, considerando osprincípios da Mecânica Clássica.

I. Cascão encontra-se em movimento emrelação ao skate e também em relação aoamigo Cebolinha.II. Cascão encontra-se em repouso emrelação ao skate, mas em movimento emrelação ao amigo Cebolinha.III. Em relação a um referencial fixo fora da Terra, Cascão jamais pode estar em repouso.Estão corretas

a) apenas I b) I e II c) I e IIId) II e III e) I, II e III

3. No mês de setembro, aconteceu em todoBrasil a Semana do Trânsito. Levantamentosdiversos foram apresentados à sociedade. Osnúmeros do trânsito são alarmantes. De 1980a 2000 foram registradas mais de 600.000mortes no trânsito, devido a ruas malconservadas, sinalizações deficientes emotoristas embriagados.Preocupado com os constantes problemas,

um técnico do Detran fez uma verificaçãoem um semáforo de um cruzamento de vias.

Após contar várias vezes a quantidade de veículos que atravessaram o cruzamento como sinal aberto, registrou esses dados nográfico a seguir:

Com base no gráfico, é correto afirmar quea) nos 10 primeiros segundos, 12 carrosatravessaram o sinal.b) nos 20 primeiros segundos, 12 carrosatravessaram o sinal.c) nos 30 primeiros segundos, 24 carros

atravessaram o sinal.d) nos 30 primeiros segundos, 34 carrosatravessaram o sinal.e) até o sinal fechar, 34 carros haviamatravessado o sinal.

4. A nova lei de trânsito, datada de junho de2008, foi batizada de Lei Seca, por aumentara vigilância na condução de veículos. Assim, o Art. 306 da referida lei torna crime:“conduzir veículo automotor, na via pública, estando com concentração de álcool por litro

de sangue igual ou superior a 6 (seis)decigramas, ou sob a influência de qualqueroutra substância psicoativa que determinedependência”. Um homem de 70kg vai a um bar à noite e,entre 20 e 22h, consome uma dose de uísquee dois copos de chope. O gráfico abaixorepresenta a quantidade de álcool no sanguedesse indivíduo (em dg/l) ao longo das horasdo dia, e a tabela apresenta informaçõessobre os sintomas de intoxicação por álcoolcom a correspondente quantidade de álcool

no sangue (g/l). Esses sintomas variam deindivíduo para indivíduo.



O homem citado estará, possivelmente, comdescoordenação motora, e novamente sóbriopara dirigir, respectivamente, a partir dea) 19h e 2h. b) 20h e 4h. c) 22h e 6h.d) 23h e 7h. e) 0h e 8h.

5. O gráfico seguinte estabelece a relaçãoentre a pressão, em atmosferas (atm), a que

está sujeito um corpo imerso em água e aprofundidade, em metros, na qual o corpo seencontra. Sabe-se que, dentro da água, apressão aumenta 1atm por cada 10m deaumento de profundidade.

Analise as proposições que se seguem:(I) A pressão e a profundidade sãodiretamente proporcionais.(II) Se uma pessoa estiver na superfície daágua, a pressão exercida sobre ela é de 1 atm.(II) Um navio afundado a 3.800m deprofundidade suporta uma pressão de 380atm.Responda mediante o código:a) apenas I está correta.b) apenas II está correta.c) apenas III está correta.

d) apenas I e II estão corretas.e) apenas II e III estão corretas.

6. Quando uma grandeza física tem naturezaescalar, ela não envolve o conceito de direçãoe fica perfeitamente caracterizada por seu valor numérico associado a uma unidade.Para somarmos duas grandezas escalares,basta somar seus valores numéricos.Quando uma grandeza tem natureza vetorial,ela envolve o conceito de direção e vai serrepresentada por um elemento matemático

denominado vetor ao qual associamos ummódulo, uma direção e um sentido.

Para somarmos duas grandezas vetoriais, nãobasta conhecer suas intensidades: devemosconhecer também o ângulo forma do entresuas direções. A um corpo em movimento, associamos duasgrandezas físicas importantes: velocidade

e

energia cinética Ec. A velocidade tem como unidade metro porsegundo (m/s) e a energia cinética tem comounidade o joule (J).Considere duas velocidades, 1 e 2, commódulos 10,0m/s e 20,0m/s,respectivamente.Considere duas energias cinéticas, E1 e E2,com valores 10,0J e 20,0J, respectivamente. Analise as proposições a seguir:I) A soma 1+ 2 tem módulo

necessariamente igual a 30,0m/s.II) A soma E1 + E2 vale necessariamente30,0J.III) Não podemos somar 1 com 2 porquenão existe soma de grandezas vetoriais.IV) A soma 1+ 2 poderá ter módulo igual a30,0m/sSomente está correto que se afirma em:a) I e III b) II e IV c) II e IIId) I e IV e) I, II e III

7. Parsec é uma unidade de medidafrequentemente usada na Astronomia,correspondente a 3,26 anos-luz.Define-se ano-luz como sendo a distânciaque a luz percorre, no vácuo, em um ano.Portanto, o parsec é uma unidade de medidadea) brilho. b) velocidade. c) tempo.d) distância. e) magnitude.

8. Os conceitos de repouso e movimento sãorelativos, pois dependem do referencialadotado. Dona Gertrudes, em seu carronovo, se projeta em cima de um poste a100km/h. Tendo resistido ao evento, ela foiprestar depoimento na delegacia e afirmouque o poste estava com velocidade de100km/h. Do ponto de vista exclusivamenteda Física, podemos afirmar quea) o argumento de Gertrudes é absurdob) para um referencial no solo terrestre, oposte tem velocidade de 100km/h.c) para um referencial no carro, Gertrudesestá com velocidade de 100km/h.d) para um referencial no carro, o poste estácom velocidade de 100km/h.



e) em relação a qualquer referencial, o posteestá com velo cidade de 100km/h.

9. Era 6 de agosto de 1945, 8h15min damanhã, no Japão, quando o Enola Gay, umbombardeiro B-29 norte-americano, lançou,

contra a cidade de Hiroshima, o primeiroataque atômico da história da humanidade,despejando sobre a cidade uma bombaatômica de 4500kg. A cidade foi arrasada, e70 mil pessoas morreram nos primeirossegundos após a explosão. Até hoje, onúmero de mortos decorrentes dessaoperação está sendo contabilizado, e jáultrapassou 250 mil. Lançada a bomba, atripulação do B-29 assume tática evasiva, quepermite seu retorno à base.Supondo-se que a tripulação não realizasse a

manobra evasiva e mantivesse o voo emtrajetória reta e horizontal com velocidadeconstante e, levando-se em conta o fato deque essa bomba não possuía sistema própriode propulsão, a situação que melhor descrevea trajetória da bomba entre os instantes t0

(lançamento) e t (momento da explosão) é:Legenda:I – levando em conta a resistência do ar e;II – sem levar em conta a resistência do ar.

I IIa) B Bb) C Bc) E Dd) B A e) C C

10. Considere um carro e um helicóptero. Ocarro movimenta-se em uma estrada retahorizontal com velocidade constante de valor100km/h. O helicóptero, voando sempre àmesma altura, acompanha o movimento docarro, exatamente na mesma vertical, com a

mesma velocidade horizontal de valor100km/h.

Num dado instante, o motorista do carroaponta um revólver para o helicóptero, edispara verticalmente. Admita que o ar nãoafeta o movimento do projétil.Qual a trajetória do projétila) para um observador no carro?b) para um observador no helicóptero?c) para um observador fixo na superfícieterrestre?Respostas:a) __________________________________ b) __________________________________ c) ___________________________________

11. Um jovem, em um carro conversível, semovimenta em linha reta em um planohorizontal com velocidade constante.Num dado instante, o jovem lança verticalmente para cima uma bola. Desprezeo efeito do ar.

Assinale a opção que representacorretamente a trajetória descrita pela bolapara um referencial no carro (R 1 ) e para umreferencial no solo terrestre (R 2 ).



12. São propostas a seguir três expressõesliterais para a velocidade v de umadeterminada partícula em determinadasituações experimentais:

Os símbolos R 1 e R 2 representamcomprimentos. Independentemente dasdimensões físicas dos coeficientes k 1, k 2 e k 3 qual (quais) das expressões acima está (estão)errada (erradas)?a) somente I b) somente II. c) somente III.d) I e II somente e) I, II e III

13. Durante a apresentação do projeto de umsistema acústico, um jovem aluno do ITAesqueceu-se da expressão da intensidade deuma onda sonora. Porém, usando daintuição, concluiu ele que a intensidade média(I) é uma função da amplitude do movimentodo ar (A), da frequência (f), da densidade doar ( ρ ) e da velocidade do som (c), chegando àexpressão . Considerando asgrandezas fundamentais: massa,comprimento e tempo, assinale a opçãocorreta que representa os respectivos valores

dos expoentes x, y e a.a) -1, 2, 2 b) 2, -1, 2 c) 2, 2, -1d) 2, 2, 1 e) 2, 2, 2USE:

I W/m² A mf Hz (m – 1 )ρ kg/m³c m/s²

14. O período de um pêndulo físico é dado

por

√

, onde

é a aceleração

gravitacional, é a massa do pêndulo, é adistância entre o ponto de suspensão dopêndulo e o seu centro de massa, e é omomento de inércia do pêndulo. É corretoafirmar que a unidade de , no SI (SistemaInternacional de Unidades), é:a) kg 2m b) kg/m c) kgm d) kg 2/m e) kgm2

15. Um projetista de máquinas de lavarroupas estava interessado em determinar o volume de água utilizado por uma dadalavadora de roupas durante o seufuncionamento, de modo a otimizar a

economia de água por parte do aparelho. Elepercebeu que o volume de água necessáriopara uma lavagem depende da massa m dasroupas a serem lavadas, do intervalo detempo que esta máquina leva para encherde água e da pressão

da água na tubulação

que alimenta esta máquina de lavar. Assim, ele expressou o volume de águaatravés da função ,onde é uma constante adimensional e , e são coeficientes a serem determinados.Calcule os valores de , e para que aequação seja dimensionalmente correta.USE:

P N/m²

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