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CK

O movimento com velocidade constante

• Um garoto andando de bicicleta está parado ou em movimento?

• Você sabe o que é velocidade média? Como essa velocidade é calculada?

2

z

Quando você está sentado dentro de um ônibus que acaba de ultrapassar um carro, como mostra a figura ao lado, você está parado ou em movimento?

Para saber se um corpo está em movimento é preciso ter outro corpo como referência. E, a partir dessa referência, é possível estudar o movimento desse corpo.

O movimento é relativo!

A resposta é: depende.

AD

ILS

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RA

3

z

Existem vários tipos de movimento: o trem percorre uma trajetória em linha reta e, portanto, realiza um movimento retilíneo. Os carros de corrida estão descrevendo uma trajetória curvilínea. As cestas na roda gigante descrevem um tipo de movimento curvilíneo chamado de movimento circular.

Como podemos medir a velocidade de um corpo em movimento?

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z

Velocidade, distância e tempo são grandezas físicas diferentes, mas há uma relação entre elas:

Imagine que uma atleta correu 100 metros, em linha reta, em 10 segundos.Para calcular a velocidade média dessa atleta, dividimos o seu deslocamento pelo tempo gasto para realizar esse deslocamento.

Atenção: isso não significa que a velocidade da atleta durante a prova foi sempre a mesma!

velocidade média =   , ou seja, 10 m/s100m10s

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5

z

Para calcular a velocidade média do carro no percurso mostrado, primeiro temos que conhecer o seu deslocamento:

O deslocamento (ΔS) é calculado pela diferença entre a posição final (S) e a posição inicial do carro (Si).

S = S - Si = 130 km - 10 km = 120 km

AD

ILS

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RA

A

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6

z

Para calcular o intervalo de tempo (Δt) em que o carro percorreu a distância mostrada, utilizamos a diferença entre o instante final (t) e o instante inicial (ti):

Com essas informações, calculamos a velocidade média:

É importante notar que a velocidade marcada pelo velocímetro do carro não é a velocidade média, e sim a velocidade instantânea, ou seja, a velocidade do carro em determinado momento.

t = t - ti = 4 h - 2 h = 2 h

Vm=   = 60 km/h120m

2h

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7

z

Agora imagine que um carro mantenha sempre a mesma velocidade ao longo de todo o seu caminho, seguindo em linha reta. Nesse caso, a velocidade instantânea terá o mesmo valor que a velocidade média.

Esse movimento em linha reta e com velocidade constante é chamado de movimento retilíneo uniforme. No entanto, na prática, existem poucos movimentos que podemos observar no nosso dia a dia que têm velocidade constante.

8

z

O movimento com aceleração

O guepardo é o mamífero terrestre mais veloz. Partindo do repouso, em apenas 2 segundos ele chega à velocidade de 72 km/h.

• Você sabe o que é aceleração?

W.

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9

z

A aceleração é uma grandeza que indica quanto a velocidade mudou e em qual intervalo de tempo. A fórmula para calcular a aceleração é dada por:

A variação da velocidade (Δv) é a diferença entre a velocidade final (vf) e a velocidade inicial (vi) do objeto estudado.

A aceleração de um carro de corrida que, na largada, atingiu 30 m/s em 5 segundos é calculada da seguinte forma:

a = v t

a = = 6m/s2 30m/s5s

AN

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S

10

z

Uma aceleração de 6 m/s2 significa que a velocidade do carro aumentou 6 m/s a cada segundo. “Metro por segundo ao quadrado” é uma abreviação de metro por segundo por segundo (m/s/s).

Nos dois trechos a aceleração foi 3 m/s2. Dizemos então que o carro realiza um movimento retilíneo uniformemente variado.

Veja outro exemplo:

KLN

AR

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AS

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O D

A E

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A

11

z

KLN

AR

TE

S G

RÁ

FIC

AS

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RQ

UIV

O D

A E

DIT

OR

A

Como calcular a aceleração de um carro com velocidade de 25 m/s, em que o motorista pisa no freio e, após 5 segundos, o carro para?

Dizemos que houve uma desaceleração porque a velocidade do carro diminui.

A variação de velocidade, que é calculada subtraindo a velocidade inicial da velocidade final, nesse caso, é negativa.

a = = = − 5m/s2 v t

0 m/s − 25m/s 5s

12

z

A queda dos corpos

Mas uma maçã e uma folha de papel aberta, soltas da mesma altura, não caem com a mesma velocidade por causa da resistência do ar. Essa força exercida pelo ar é contrária ao movimento do objeto e, quanto maior a superfície do objeto, maior será a força de resistência.

Uma maçã que foi solta e está caindo percorre uma trajetória retilínea. Na foto vemos que a maçã percorre espaços cada vez maiores no mesmo intervalo de tempo, ou seja, sua velocidade aumenta e, portanto, a maçã está em movimento acelerado.

PH

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CK

13

z

Mas, se o volume do objeto não é muito grande e seu peso não é muito pequeno, a resistência do ar tem pouca influência na velocidade inicial da queda.

KLN

AR

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A

Esse movimento é conhecido como queda livre. A aceleração desse movimento é chamada de aceleração da gravidade e, perto da superfície da Terra, vale aproximadamente 9,8 m/s2.

14

z

A velocidade é uma grandeza que tem um valor numérico chamado de módulo ou intensidade, mas também tem direção e sentido. Trata-se, portanto, de uma grandeza vetorial.

O carro verde e o carro amarelo estão indo na mesma direção, mas em sentidos diferentes!

LU

ÍS M

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RA

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RQ

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A

15

z

KLN

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RA

Em uma situação em que um carro está fazendo uma curva, o módulo da velocidade não muda (nesse exemplo específico). No entanto, a direção da velocidade do carro está mudando.

Qualquer mudança na velocidade, seja no módulo, seja na direção, resulta em um movimento acelerado.

Por isso, dizemos que a velocidade não é constante e o movimento é acelerado.

16

z

Forças

• Qual a relação entre força e movimento?

No dia a dia, a palavra “força” tem vários significados. Aqui, você vai aprender o conceito de força em Física.

• O que significa, em Física, “ação e reação”?

PAULO

NIL

SON /

ARQUIV

O D

A EDIT

ORA

17

z

A força é uma grandeza vetorial, pois tem intensidade (ou módulo), direção e sentido. A unidade para medir a intensidade de uma força é o newton, cujo símbolo é N.

O aparelho usado para medir a intensidade das forças é o dinamômetro, que funciona como uma mola que se deforma proporcionalmente à força.

AD

ILS

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CC

O /

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DA

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ITO

RA

1,0N

9,8N

1 kg

18

z

A direção e o sentido das forças

R = F1 + F2

Quando duas ou mais forças são aplicadas no mesmo ponto, na mesma direção e no mesmo sentido, a intensidade da força resultante é igual à soma das forças, e a direção e o sentido são os mesmos das forças aplicadas.

A força resultante é a força que pode substituir o conjunto de forças aplicadas em um corpo, produzindo o mesmo efeito.

JOE

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19

z

45 N 40 Nmódulo da força resultante = 5N

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43 N 40 N37 N

Quando duas forças são aplicadas em um ponto, com a mesma direção, mas sentidos opostos, o valor da força resultante será dado pela diferença do valor das forças. O sentido da resultante será o mesmo que o da força de maior intensidade.

R = F1 - F2

20

z

Quando duas ou mais forças são aplicadas em um ponto, em direções diferentes, a força resultante é calculada da seguinte forma:

A resultante pode, então, ser calculada utilizando uma régua ou o teorema de Pitágoras.

Representamos cada uma das forças por uma seta, no tamanho proporcional ao módulo, e assim teremos uma situação como a representada abaixo.

JOE

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21

z

Com uma régua podemos medir as forças aplicadas e encontrar a força resultante, de acordo com a escala usada. Por exemplo: se tiver 5 cm, a resultante terá 50 newtons de intensidade. Se as duas forças formam um ângulo de 90o, a resultante será a hipotenusa do triângulo retângulo formado.

R2 = F12 + F2

2

Portanto, o modo mais eficiente de puxar o barco seria com as duas garotas puxando juntas, pela mesma corda.

PA

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A 30 n

40 n

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22

z

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A inércia dos corpos

Essa propriedade da matéria é chamada de inércia e está expressa na primeira lei de Newton.

Todo corpo tem a tendência de permanecer em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças que agem sobre ele for nula.

23

z

O atrito

Na ausência de forças, um corpo pode continuar sempre em movimento retilíneo uniforme. Mas, se você der um peteleco em uma caneta sobre a mesa, ela logo para de se movimentar. Por quê?

ADILSON SECCO / ARQUIVO DA EDITORA

A força de atrito da mesa sobre a caneta atua em sentido contrário ao do movimento da caneta, opondo-se a ele.

24

z

A força de atrito depende do tipo das superfícies em contato. Uma bolinha de metal, por exemplo, rola muito mais tempo sobre tampos de vidro do que sobre tampos de cimento.

Às vezes, é recomendável reduzir o atrito entre superfícies. Outras vezes queremos aumentar o atrito: por exemplo, entre os pneus de um automóvel e o solo. Nesse caso, quanto maior o atrito, menor a distância percorrida pelo carro após a frenagem.

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z

Força e aceleração

Forças provocam mudança na velocidade, ou seja, provocam acelerações. A segunda lei de Newton diz que a aceleração que um corpo adquire é diretamente proporcional à força resultante que atua sobre ele e tem a mesma direção e o mesmo sentido dessa força.

AD

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26

z

Quanto maior for a massa de um corpo, menor será a aceleração provocada por determinada força.

ou

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a= Fm

F= m ∙ a 

A relação entre a massa e os módulos da força e da aceleração é dada pela seguinte fórmula:

27

z

Ação e reação

As forças de ação e reação são aplicadas sobre corpos diferentes: a bola de tênis aplica uma força sobre a parede e a parede aplica uma força sobre a bola de tênis.

A terceira lei de Newton, também chamada de lei da ação e reação, afirma que a toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade e direção, mas de sentido contrário.

KLN

AR

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A

28

z

A terceira lei de newton consegue explicar vários fatos, como o movimento de subida de um foguete, por exemplo.

A queima de combustíveis produz jatos fortes de gás, que são eliminados com força para baixo. Uma força contrária, a força de reação do conjunto de moléculas de gás, impulsiona o foguete para cima.

JOH

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combustível líquido

oxigênio líquido

câmara onde o combustível é queimado

jato de gás expelido do foguete

29

z

O peso e a resistência do ar

Quando um corpo cai, a velocidade dele aumenta por causa da aceleração da gravidade, mas deve-se considerar também a força de atrito com o ar.

Após determinado tempo de queda, a resistência do ar torna-se igual ao peso do corpo. Como a resultante das forças que agem sobre esse corpo é nula, a velocidade de queda não se altera mais.

JOE

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A

peso do corpo Neste momento,o valor da resistência do ar se torna igual ao peso do corpo. O corpo cai com velocidade constante.

30

z

A atração gravitacional

A explicação sobre o movimento dos corpos e seu equilíbrio na Terra foi apenas uma das contribuições de Isaac Newton para a ciência.

• Por que as pessoas que estão do outro lado da Terra não caem?

• O que mantém os planetas girando ao redor do Sol?

ALB

UM

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LA

TIN

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31

z

Matéria atrai matéria

A Terra está atraindo o seu corpo com a mesma força com que você atrai a Terra. Porém, a massa da Terra é tão grande que a força que você exerce sobre ela não é capaz de alterar o estado de movimento do planeta.

LUÍS MOURA / ARQUIVO DA EDITORA

Newton explicou que os corpos caem porque são atraídos pela Terra por uma força chamada força gravitacional ou força da gravidade, que é dirigida para o centro da Terra.

p

p

32

z

AD

ILS

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AR

QU

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ED

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RA

A atração gravitacional existe entre todos os corpos do Universo. O valor da força gravitacional, no entanto, depende da massa dos corpos e da distância entre eles. Quanto maior for a massa, maior será o valor da força.

De acordo com a lei da gravitação universal, matéria atrai matéria na razão direta das massas e na razão inversa do quadrado da distância entre elas.

F –F

33

z

O peso dos corpos

m = 1 kgg = 10 m/s2

P = 10 N

m = 2 kgg = 10 m/s2

P = 20 NP = mg

KLN

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O peso é uma grandeza vetorial que pode ser calculada pela fórmula:

Os corpos caem com uma aceleração chamada de aceleração da gravidade, que é provocada pela força da gravidade.

F = m ∙ a P = m ∙ g

34

z

Peso e massa não são a mesma coisa! A massa de um corpo não varia se ele está na superfície da Terra ou da Lua, mas na Lua o peso de um corpo é menor do que na Terra.

Balanças comuns são dinamômetros e medem o peso dos corpos!

Podemos utilizar um dinamômetro para medir o peso de um corpo. Como o peso é diretamente proporcional à massa, conhecendo-se a aceleração da gravidade, é possível determinar também sua massa.

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z

O centro de gravidade e o equilíbrio dos corpos

Um corpo está em equilíbrio quando a linha vertical que passa pelo seu centro de gravidade cai dentro de sua base de sustentação.

A força gravitacional atua sobre todas as partes de um corpo, mas podemos substituir essas forças por uma força resultante que é aplicada sobre o centro de gravidade do corpo.

centro de gravidade

PA

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O N

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A

lata em equilíbrio se não seguramos, a lata cai para o lado

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z

A força centrípeta

Na situação ao lado, o carrinho está sofrendo uma aceleração provocada pela força exercida pelo cordão. Essa força é chamada de força centrípeta.

Qualquer força que aponta para o centro da curva descrita por um corpo é classificada como força centrípeta. Ela atua mudando a direção da velocidade de um corpo.

A força centrípeta pode ser resultado da força gravitacional sobre um planeta que orbita o Sol, por exemplo.

LU

ÍS M

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força centrípeta

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z

A força centrípeta atua também quando um carro está fazendo uma curva. Quando o motorista vira o volante e faz as rodas girarem, a força de atrito da pista sobre os pneus mantém o carro na pista, atuando como uma força centrípeta.

Se a pista estiver molhada, a força de atrito pode diminuir a tal ponto que, em vez de fazer a curva, o carro sai pela reta tangente à curva.

força centrípeta

v

LU

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z

O movimento dos planetas e dos satélites

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forçagravitacional

satélite

A força que modifica a direção da velocidade dos planetas, mantendo-os em um movimento elíptico ao redor do Sol, é a força gravitacional. É ela também que mantém os satélites girando ao redor dos planetas.

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z

O empuxo

A força de empuxo tem módulo igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo. Essa lei é conhecida como princípio de Arquimedes.

Qualquer corpo mergulhado na água parece mais leve porque sofre a ação de uma força vertical, em sentido contrário ao peso do corpo. Essa força é chamada de força de empuxo ou simplesmente empuxo.

E = dL ∙ VL ∙ g

LU

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RQ

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A

40

z

Um corpo afunda quando o valor de seu peso é maior do que o empuxo. Ele flutua quando o valor de seu peso é igual ao empuxo, mesmo que seja feito de um material mais denso.

A forma de um barco faz deslocar um grande volume de água e o empuxo é intenso o suficiente para equilibrar seu peso.

Um prego desloca muito pouca água ao ser submerso, o que provoca um empuxo incapaz de sustentar seu peso.

KLN

AR

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RQ

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A

peso do barco = 500 N

empuxo = 500 N

41

z

Trabalho e energia

• Qual a diferença entre os conceitos físicos de trabalho e potência?

• Que transformações de energia ocorrem à medida que o mexilhão cai do bico da gaivota?

RO

GE

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BIS

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42

z

O conceito científico de trabalho

A garota mudou a mesa de posição aplicando uma força. Dizemos que essa força realizou um trabalho.

Observe a imagem:

Quanto maior for a força empregada e quanto maior for o deslocamento do objeto, maior será o trabalho.

PA

UL

O N

ILS

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RQ

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DIT

OR

A

43

z

A unidade de trabalho no Sistema Internacional é o joule (J).

Observe o atleta parado segurando uma barra com 150 kg de massa, a 2,30 metros do chão. Como não há deslocamento da barra, a força que o atleta está aplicando não está realizando trabalho.

MA

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LA

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44

z

O trabalho não depende do tempo gasto para realizá-lo. O que mede a rapidez com que um trabalho é feito é o conceito de potência (P).

A unidade de potência é o watt (W). 1 watt é a potência que corresponde ao trabalho de 1 joule por segundo.

A potência é o trabalho realizado por unidade de tempo, como representado na fórmula:

Em várias situações utiliza-se um múltiplo do watt, o quilowatt (kW):1 quilowatt vale 100 watts.

45

z

A potência e o consumo de energia

Veja o cálculo de quantos joules essa lâmpada consumiu em 4 horas:

Podemos expressar a energia consumida ou o trabalho realizado multiplicando a potência pelo intervalo de tempo. Se utilizarmos o quilowatt e a hora como unidades, obtemos uma unidade de trabalho ou de energia consumida: o quilowatt-hora (kWh).

Nesse caso, a potência é usada para determinar a energia consumida por unidade de tempo.

Uma lâmpada de 60 W transforma, por segundo, 60J de energia elétrica em luz e calor.

46

z

As transformações da energia

lâmpada acesa: energia elétrica energia luminosa e calor

comida no fogão: energia química (gás) energia luminosa e calor

Exemplos de transformação:

Quando uma forma de energia se transforma em outra, a quantidade total de energia é mantida: a energia não pode ser criada nem destruída. Essa lei é chamada de lei da conservação da energia.

A energia aparece de várias formas na natureza e uma forma de energia pode ser transformada em outra.

47

z

A energia cinética

Quanto maior a velocidade de um carro, maior será o dano se ele se chocar com outro corpo. A destruição também é influenciada pela massa do veículo: uma batida contra um caminhão é muito pior do que contra um carro.

A energia cinética depende da massa e da velocidade do corpo:

Todos os corpos em movimento possuem energia cinética e são capazes de realizar trabalho.

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Ec = . m . v2

48

z

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A energia potencial

Para elevar o bate-estacas é preciso realizar um trabalho (com um motor) que vence a força gravitacional e eleva o peso do bate-estacas. O trabalho realizado fica armazenado sob a forma de energia potencial gravitacional, que pode ser calculada:

Um corpo possui uma energia decorrente da posição que ocupa, mesmo estando parado. A energia potencial depende da altura em relação a um nível que serve de referência.

Ep = m ∙ g ∙ h

49

z

À medida que uma bolinha cai, sua velocidade aumenta. A energia cinética da bolinha está aumentando e, como está se aproximando do solo, sua energia potencial gravitacional está diminuindo.

Se não houvesse resistência do ar, a energia mecânica seria a mesma em todos os instantes da queda!

A soma da energia potencial da bolinha com a energia cinética em determinado ponto da queda é a energia mecânica nesse instante.

KLN

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OR

A

m =0,120 kgh = 10 mEp = 12 JEc = 0

h = 5 mEp = 6 JEc = 6 J

Ep = 0 JEc = 12 J

50

z

Máquinas que facilitam o dia a dia

Todas as máquinas mecânicas são adaptações ou combinações de dispositivos chamados de máquinas simples.

• Existem três tipos de alavancas e dois tipos de roldanas. Quais deles você conhece?

• De que forma as máquinas modificam as forças que fazemos? D

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ID M

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K

51

z

braço da força potente

ponto de apoio

braço da resistência

resistência

forçapotente

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SA

SA

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QU

IVO

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RA

A alavanca

Para calcular a intensidade da força que o garoto deve fazer, utilizamos a fórmula:

O garoto aplica uma força (força potente) para vencer o peso da pedra (força resistente).

Uma alavanca é basicamente uma barra que pode se mover sobre um ponto de apoio (fulcro).

52

z

Os tipos de alavanca

Quando a distância entre o ponto de apoio e a força de resistência é menor do que a distância entre o mesmo ponto e a força potente, a força potente será menor do que a força de resistência.

O ponto de apoio fica entre a força potente e a força resistente, que podem se movimentar.

Alavanca interfixa

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ponto de apoio

ponto de apoio

FrFp

53

z

Alavanca inter-resistente

Muitos ossos do corpo humano funcionam como sistemas de alavancas, em que as forças são aplicadas pelos músculos.

A força resistente localiza-se entre o ponto de apoio e a força potente. O braço da força potente é sempre maior do que o braço da força resistente.

O sistema ao lado funciona como uma alavanca inter-resistente.

ponto de apoioFr

Fp

ILU

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ponto de apoio

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força do músculo

peso do corpo

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SA

SA

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54

z

Alavanca interpotente

Além de ampliar o deslocamento, esse tipo de alavanca amplia a velocidade de um movimento.

Ao sustentar um peso, o braço funciona como uma alavanca interpotente.

A força potente é aplicada entre o ponto de apoio e a força resistente. O braço da resistência é sempre maior que o da força potente.

LU

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A ponto de apoio

Fr

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HIR

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SA

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DA

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Frponto de apoio

55

z

Rodas, roldanas e engrenagens

Girando-se a manivela, a corda é enrolada e desenrolada em torno de um cilindro. A vantagem é que a força sobre a manivela é menor que o peso do balde.

O sarilho é um equipamento antigo usado para retirar água de poços.

O conjunto formado por rodas presas a eixos está presente em muitas situações, funcionando com uma espécie de alavanca redonda.

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SA

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peso = 300 N

força = 300 N

roldana

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Roldanas

Nas roldanas fixas, o eixo é fixo num suporte. Assim, a força necessária para equilibrar o peso do outro lado da corda tem o mesmo valor do peso.

A roldana ou polia é uma roda que gira em torno de um eixo. Ela tem um sulco ou canal na borda por onde passa um fio ou uma corda.

57

z

No caso das roldanas móveis, cada trecho da corda sustenta metade do peso do objeto suspenso. A força que se faz para sustentar o objeto é igual à metade de seu peso.

Com a combinação de uma roldana móvel e uma fixa, diminuímos a intensidade da força potente e mudamos sua direção ou o seu sentido, o que pode facilitar o trabalho.

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100 N

100 N100 N

200 N

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z

Engrenagens

Podem ser usadas para transmitir movimentos e mudar forças e velocidades.

No caso da bicicleta, o pedal movimenta uma roda cheia de dentes, e essa roda movimenta uma corrente, que movimenta a roda de trás, fazendo a bicicleta andar.

Rodas ligadas a outras por dentes ou correntes são chamadas de engrenagens e são usadas em bicicletas, motores, ferramentas elétricas, aparelhos de vídeo e em muitas outras máquinas complexas.

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AEngrenagem com corrente(usada em bicicletas).

Engrenagem com dentes (usada em alguns relógios e máquinas).

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d1

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O plano inclinado

E quanto menor for a inclinação, menor será a força. Porém, o trabalho será o mesmo porque a distância percorrida pelo objeto é maior.

A força necessária para elevar uma caixa pesada a 1 metro de altura com o auxílio de um plano inclinado é menor do que se a caixa fosse levantada verticalmente.

60

z

Cunha

Parafuso

A rosca do parafuso é, na verdade, um pequeno plano inclinado em volta de um cilindro, como uma minúscula escada em caracol.

É um tipo de plano inclinado duplo que se movimenta enquanto realiza o trabalho. Quanto mais afiada for a borda da cunha, menor a força necessária para cortar um objeto.

machado

força

forçaforça

cunha

força

força

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z

O calor

• Você sabe o que acontece com as partículas de um corpo quando sua temperatura aumenta?

• Qual a relação do calor com a subida do nível do mercúrio no termômetro ou o derretimentode um pedaço de gelo?

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z

fluxo de energia(calor)

fluxo de energia(calor)

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Toda matéria é constituída de partículas (átomos e moléculas) em constante agitação. Quanto mais quente estiver um corpo, maior a agitação de suas partículas.

A soma das energias cinéticas dos átomos constituintes de um corpo é chamada de energia interna.

Um aumento na temperatura de um corpo indica que houve um aumento na energia cinética média das partículas que o formam.

64

z

Calor é a quantidade de energia transferida de um corpo para outro quando há uma diferença de temperatura entre eles.

O calor passa sempre do corpo mais quente para o corpo mais frio. No momento em que ambos ficam à mesma temperatura, dizemos que o conjunto formado por esses corpos atingiu o equilíbrio térmico.

partículas de um gás à baixa temperatura

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partículas de um gás à temperaturamais alta

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EUGENE SHAPOVALOV / SHUTTERSTOCK / G

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Medindo a temperatura

Isso explica o funcionamento de alguns tipos de termômetros.

Em geral, os corpos dilatam quando sua temperatura aumenta. Isso acontece porque as partículas se movem mais rapidamente e se afastam umas das outras.

GARRSYA / SHUTTERSTOCK / G

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Em contato com o corpo, o termômetro clínico recebe calor e, à medida que sua temperatura aumenta, o mercúrio dilata e sobe pelo tubo. Quanto maior for a temperatura, mais a coluna de mercúrio subirá.

Os números no termômetro indicam a temperatura em graus Celsius, uma unidade de medida representada por ºC.

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A temperatura aumenta.

67

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Na escala Celsius, o 0º representa a temperatura de fusão do gelo e o 100º corresponde à temperatura da água em ebulição (medidas feitas ao nível do mar). O intervalo entre esses valores é dividido em 100 partes iguais, cada uma correspondendo a 1 ºC.

O zero absoluto, ou seja, a temperatura em que a agitação das moléculas é a mínima possível, corresponde a ‒273 ºC.

A escala Kelvin é uma escala cujo zero corresponde ao zero absoluto.

T = tc + 273

100 ºC

variaçãode 1 ºC

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Nos Estados Unidos utiliza-se a escala Fahrenheit, que atribui 32 ºF para a temperatura de fusão do gelo e 212 ºF para a temperatura da água em ebulição à pressão atmosférica.

O intervalo entre esses valores é dividido em 180 partes iguais. Portanto, a conversão de Celsius em Fahrenheit é feita da seguinte forma:

100 ºC

0 ºC

fusão do gelo

água em ebulição

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A caloria

1 caloria = 4,18 joules e 1 joule = 0,24 caloria

A caloria é utilizada para medira quantidade de energia que os alimentos fornecem ao nosso organismo. É costume usar a quilocaloria (kcal), que equivale a 100 calorias.

A caloria é uma unidade de medida de calor. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar em 1 ºC a temperatura de 1 grama de água.

70

z

O calor específico

Massas idênticas de água e óleo de soja sofrem variações diferentes de temperatura quando recebem a mesma quantidade de calor, pois o calor específico do óleo de soja é menor do que o da água!

Para elevar a temperatura de 1g de água em 1 ºC, é necessária 1 caloria. Dizemos que esses valores correspondem ao calor específico (c) da água.

A quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de um corpo depende da massa e da variação da temperatura, e também da composição química da substância aquecida.

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z

É possível calcular a quantidade de calor absorvida ou cedida por um corpo quando sua temperatura varia com a fórmula:

Compare a quantidade de calor necessária para elevar 0,5 kg de água e 0,5 kg de ferro de 25 ºC a 90 ºC:

• Para o ferro (c = 0,11 cal/g . ºC)

• Para a água (c = 1 cal/g . ºC)

Q = m . C . (t2 ‒ t1)

Q = 500 . 0,11 . (90 ‒ 25) = 3 575 cal

Q = 500 . 1 . (90 ‒ 25) = 32 500 cal

72

z

O calor e as mudanças de estado físico

A energia recebida durante o derretimento do gelo, por exemplo, aumenta a vibração das moléculas, que começam a se mover mais livremente, até que a água atinja o estado líquido.

Quando uma substância recebe ou cede energia na forma de calor, ela pode mudar de estado físico.

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Quanto maior for a massa de uma substância, maior a quantidade de energia necessária para a mudança de estado. Essa quantidade de energia é chamada de calor latente, e pode ser de fusão ou de vaporização.

O calor latente (L) varia de uma substância para outra e a quantidade de calor necessária para fazer uma substância mudar de estado é dada por:

Q = m . L

Temperatura

EnergiaEnergia

fusão

líquido

vaporização

gasoso

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O aumento da temperatura provoca o aumento das dimensões de um corpo. Esse fenômeno é chamado de dilatação térmica.

Sólidos

A dilatação de um sólido depende de seu tamanho, da variação de temperatura e do material que ele é feito, expresso pelo coeficiente de dilatação do material.

partículas de um sólido em temperatura

mais baixa

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partículas de um sólido em temperatura mais alta

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Líquidos

O derretimento faz as moléculas se aproximarem. Quando a temperatura chega a 4 ºC, a organização das moléculas é a mais compacta possível.Acima de 4 ºC, a água comporta-se como outros líquidos.

A densidade do gelo é menor do que a da água, pois no estado sólido as moléculas de água estão mais afastadas do que no estado líquido. Isso acontece porque no gelo há ligações químicas que mantêm as moléculas afastadas umas das outras.

Volume (cm3)1000,30

1000,20

1000,10

1000,002 4 6 8 10

Temperatura (ºC)

76

z

Gases

Se o volume puder variar, o aquecimento do gás vai fazê-lo aumentar de volume.

Quando aquecemos um gás, sua pressão e seu volume tendem a aumentar. Se o volume do recipiente não muda, então a pressão do gás aumenta com a temperatura.

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A transmissão do calor

• Qual é a principal forma de transmissão de energia nos metais, nos gases e nos líquidos?

• Como o calor do Sol chega até a Terra?

Para cozinhar e não queimar as mãos é melhor usar uma colher de cabo de madeira ou uma colher inteira de metal?

ALEX STAROSELTSEV / SHUTTERSTOCK / GLOW IMAGES

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Condução

A condução de calor, portanto, é a transferência de energia entre átomos.

Quando uma parte de um metal é aquecida, seus átomos e elétrons livres começam a vibrar mais rapidamente. Essa vibração é transmitida para os átomos vizinhos.

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Há materiais que são bons condutores de calor, como os metais, e outros que não conduzem bem o calor, como a madeira, os plásticos, a borracha e o isopor. Os materiais que conduzem mal o calor são chamados de isolantes térmicos.

O ladrilho e o tapete estão à mesma temperatura, mas a transferência de energia do nosso pé para o ladrilho ocorre mais facilmente do que para o tapete. Essa perda mais rápida de calor é que nos dá a sensação maior de frio.

Veja o exemplo:

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Convecção

Esse processo se repete e a água fica circulando pela panela, formando as correntes de convecção. Isso permite que toda a água da panela seja aquecida.

É o principal processo de transmissão de calor nos líquidos e gases. A camada de água no fundo da panela recebe calor por condução e se expande, ficando menos densa que a água mais fria da parte de cima. Essa água mais fria desce e substitui a água já aquecida, que sobe.

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As correntes de convecção que se formam na atmosfera possibilitam o voo planado de aves de grande porte, como as águias.

A convecção acontece também nas geladeiras. Como o congelador fica na parte superior, o ar nessa região esfria, fica mais denso e desce. O ar da parte inferior, mais quente, sobe e é resfriado pelo congelador. O processo se repete, formando correntes de convecção dentro da geladeira.

FR

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ar maisfriodesce

ar maisquentesobe

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z

Irradiação

A transmissão de calor por ondas eletromagnéticas é chamada de irradiação. Um corpo pode emitir vários tipos de radiação dependendo da temperatura em que ele se encontra.

A radiação infravermelha é um tipo de radiação ou onda eletromagnética. Esse tipo de radiação é capaz de se propagar no vácuo e transmitir energia. Não podemos vê-la, mas podemos senti-la em nossa pele como calor.

SP

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z

Das radiações que incidem sobre um corpo, uma parte é refletida e a outra é absorvida.Em uma estufa, o vidro deixa passar a luz do Sol, que é absorvida pelas plantas. Estas se aquecem e emitem raios infravermelhos, que não atravessam tão bem o vidro como a luz. Isso mantém a estufa aquecida e ajuda na sobrevivência das plantas.

Sol luz do Solcalor

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O efeito estufa

Esse processo é chamado de efeito estufa e mantém a temperatura média da Terra em torno de 15 ºC. Sem ele, o planeta ficaria coberto por uma camada de gelo, com uma temperatura em torno de -18 ºC.

As radiações do Sol passam pela atmosfera (como passam pelo vidro da estufa) e esquentam a superfície do planeta, que emite raios infravermelhos. Uma parte desses raios atravessa a atmosfera e vai para o espaço, e a outra é absorvida.

Parte do calor escapapara o espaço.

Parte do calor é retida na Terra.

radiação solar

atmosfera

LU

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O problema é que fábricas, veículos e queimadas nas florestas lançam na atmosfera bilhões de toneladas de gás carbônico por ano. Esse aumento na concentração de gás carbônico intensifica o efeito estufa, o que resulta em um aumento da temperatura média do planeta: é o aquecimento global.

As mudanças climáticas decorrentes desse aquecimento podem trazer graves consequências para o homem e para a vida no planeta.

400

380

360

340

320

3001960 1970 1980 1990 2000 2010

Ano

Concentração de CO2 na atmosfera (ppm) Temperatura média global (1880-2005)

Temperatura (ºC)15,014,814,614,414,214,013,813,613,413,213,0

1380 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Ano

Fonte: GISS (Nasa).

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z

As ondas e o som

As ondas sonoras são ondas mecânicas que se propagam em um meio material. A acústica é a parte da Física que estuda as ondas sonoras.

• Som agudo, som grave, som fraco, som forte. Como a Física explica essas diferenças?P

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z

Uma onda é uma perturbação que se propaga em um meio sólido, líquido ou gasoso, ou até mesmo no vácuo (espaço vazio).

O que faz cada ponto da corda oscilar é a energia transmitida pela onda.

Você pode produzir uma onda usando uma corda presa a um objeto fixo: sacudindo a ponta solta da corda para cima e para baixo, a corda se deforma. A deformação se desloca ao longo da corda e é chamada de pulso.

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z

As características de uma onda

Amplitude e comprimento de onda

Todas as ondas propagam energia sem deslocar matéria, têm velocidade, amplitude, frequência e comprimento de onda.

A distância entre uma crista ou um vale em relação à posição de equilíbrio é chamada de amplitude. A distância percorrida por uma onda até que ela comece a se repetir (distância entre duas cristas ou dois vales) é chamada de comprimento de onda (λ).

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Frequência e período

O tempo gasto para realizar uma oscilação completa é chamado de período (T). O período é o inverso da frequência, e vice-versa.

Cada ponto da corda sacudida fica oscilando. Frequência da onda produzida é o número de oscilações completas que cada ponto realiza por unidade de tempo. A unidade de frequência é o hertz (Hz).

f ou=1T

T = 1f

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90

z

Velocidade

Cada tipo de onda tem uma velocidade de propagação diferente. Como a velocidade é a relação entre o espaço percorrido e o tempo gasto para percorrê-lo, utilizamos o período (T) e o comprimento de onda (λ) para calcular a velocidade de propagação de uma onda, que é constante:

v ou=λT

v = λ · f

comprimento da onda

comprimento da onda

91

z

Ondas transversais e longitudinais

No segundo caso, cada ponto da mola oscila para a frente e para trás, na mesma direção da propagação de energia. Esse tipo de onda é chamado de onda longitudinal.

No primeiro caso, cada ponto da mola oscila em uma direção que é perpendicular à direção de propagação do pulso. Trata-se, portanto, de uma onda transversal.

Uma mola pode ser sacudida verticalmente, como foi feito com a corda, ou sua extremidade pode ser puxada e comprimida.

ILU

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Onda transversal propagando-se ao longo da mola.

Onda longitudinal propagando-se ao longo da mola. Veja no detalhe: as partes escuras são as regiões

em que a mola está mais comprimida.

92

z

Ondas sonoras

Quando realizamos a experiência vista na figura ao lado, a vibração da régua faz oscilar as moléculas do ar que estão próximas. Essas moléculas interagem com as moléculas vizinhas, fazendo-as oscilar também. Formam-se regiões onde o ar está mais comprimido (regiões de compressão) e regiões onde as moléculas oscilam com maior amplitude e ficam mais afastadas (regiões de rarefação).

São ondas longitudinais originadas a partir da vibração de corpos materiais.Elas se propagam pela vibração das partículas do ar ou de outro meio material.

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Uma onda longitudinal é formada por uma sequência de compressões e rarefações propagando-se pelo ar.

A distância que separa duas compressões (ou duas rarefações) corresponde ao comprimento de onda.

região de compressão

região de rarefação

Comprimento de onda

compressão

rarefação

pres

são

Outra maneira de representar a onda indicando a variação da pressão do ar ao longo da onda.

Detalhe das regiões de compressão (com

partículas mais próximas entre si) e

de rarefação (com partículas mais

afastadas entre si).

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Uma lâmina de aço oscilando pode produzir ondas sonoras. Quanto maior a amplitude da oscilação, maior a intensidade do som.

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z

A velocidade do som

Quanto mais elástico e mais denso for um meio, maior a velocidade do som.

A velocidade do som depende do meio em que a onda se desloca.

A onda sonora pode se propagar por qualquer meio material: sólido, líquido ou gasoso.

velocidade (m/s)

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A frequência do som

A orelha humana capta sons que vão de 20 Hz, que correspondem a sons muito graves, até 20 kHz (quilo-hertz), que são sons muito agudos.

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A característica que nos permite distinguir sons agudos e sons graves é a altura do som, que está relacionada com a frequência da onda sonora: quanto maior a frequência, maior a altura, ou seja, mais agudo é o som.

comprimento de ondamaior frequência menor comprimento de ondasom mais agudo

menor frequência maior comprimento de ondasom mais grave

comprimento de onda

comprimento de onda

96

z

A intensidade do som

A unidade usada para medir o nível de intensidade sonora é o decibel (dB).

A intensidade do som depende da amplitude da vibração das partículas por onde a onda sonora passa: maior amplitude significa maior intensidade.

Quando pedimos a uma pessoa para falar mais alto ou mais baixo, na realidade, queremos que ela fale com maior ou menor intensidade.

Situação inicial Desfecho

Tique-taque de relógio, cochicho, respiração normal 10 dB

Conversa em tom normal (a 1 m) 60 dB

Aspirador de pó 70 dB

Rua com tráfego intenso 80 dB

Liquidificador à velocidade máxima 90 dB

Britadeira (a 1 m), buzina, carro com escapamento aberto, danceteria 90 dB

Avião a jato a 100 m de distância, show de “rock pesado” 120 dB

97

z

O timbre

Cada instrumento musical ou cada voz humana produz vibrações que originam uma onda com uma forma característica de cada um, isto é, de seu timbre.

As notas musicais diferem entre si por sua frequência. Mas a mesma nota emitida por instrumentos diferentes é percebida por nós de forma diferente porque cada instrumento emite notas com um timbre característico.

pressão do ar

nota de guitarra

nota de violino

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O eco

Imagine que você dê um grito e o som se choque contra um obstáculo. Para que o eco aconteça, é preciso que haja uma distância mínima entre você e o obstáculo, de forma que o seu grito e o som refletido sejam percebidos como dois sons distintos.

Quando uma onda sonora atinge uma superfície, uma parte é absorvida e outra é refletida. Mas nós só podemos distinguir um som de outro se houver entre ambos um intervalo de tempo de pelo menos um décimo de segundo.

obstáculo

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z

A natureza da luz

• Ondas de rádio, raios X, luz visível... O que esses fenômenos têm em comum?

Essa é a casa onde nasceu Isaac Newton. O arco-íris é mais um fenômeno estudado por ele.

• O que o arco-íris indica sobre a natureza da luz branca?R

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As ondas eletromagnéticas

A luz, as ondas de rádio e televisão, micro-ondas, os raios X e os raios infravermelhos são ondas eletromagnéticas. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas se propagam com a mesma velocidade: 300.000 km/s.

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As ondas de rádio, usadas na transmissão de rádio e televisão, têm um comprimento de onda mais longo do que as micro-ondas.

Micro-ondas são usadas na transmissão por satélite de televisão e telefone, nos radares e nos fornos de micro-ondas.

Os raios infravermelhos são emitidos pelos corpos aquecidos e são usados em satélites de previsão do tempo, controles remotos, sensores de alarmes, etc.

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3.

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94.

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A porta do forno possui uma tela metálica que reflete as micro-ondas, impedindo que saiam do forno. Além disso, um dispositivo de segurança desliga o forno quando a porta é aberta.

Um feixe de micro-ondas, proveniente de uma fonte, é distribuído em várias direções por um ventilador metálico. 

dispositivo especial, gerador de micro-ondas (fonte de micro-ondas)

O prato giratório permite que se obtenha um cozimento mais uniforme do alimento.

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102

z

A luz visível é a parte do espectro eletromagnético em que estão as ondas capazes de produzir a visão.

Acima da luz visível estão os raios ultravioleta, que são emitidos pelo Sol e atuam na produção de vitamina D, necessária à formação dos ossos. A exposição excessiva aos raios UV aumenta os riscos de câncer de pele, além de provocar o envelhecimento precoce da pele.

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Cada frequência dentro do espectro visível é percebida como uma cor diferente, variando do vermelho ao violeta.

103

z

Os raios X são muito úteis à Medicina, pois servem para detectar fraturas e problemas nos ossos. Eles são absorvidos pelos ossos, mas atravessam tecidos menos densos, o que permite a formação de imagens chamadas de radiografias.

Os raios gama são as ondas com frequência mais alta produzidas por materiais radioativos. Podem ser utilizados para destruir tumores (radioterapia), para esterilizar materiais cirúrgicos e para conservar alimentos.

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104

z

As propriedades da luz

Corpos translúcidos permitem a passagem de uma parte da luz.

Nós só conseguimos enxergar os objetos que enviam luz até os nossos olhos. Ao incidir sobre um corpo, a luz pode ser refletida, absorvida ou atravessar o corpo.

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Corpos opacos são aqueles que nenhuma luz consegue atravessar, como uma parede branca. A luz atravessa bem corpos transparentes, como o vidro.

105

z

Luz e sombras

A luz se propaga em linha reta, o que possibilita a formação de sombras. A sombra se forma nos locais que não são atingidos diretamente por nenhum raio luminoso. A penumbra é uma sombra parcial.

raios luminosos

lâmpada

sombra

penumbra

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106

z

Em 1666, Isaac Newton realizou um experimento de decomposição da luz branca utilizando um prisma: quando a luz passa de um meio para o outro, ela pode mudar de direção (fenômeno chamado de refração).

Como a luz branca é formada por uma mistura de ondas, quando atravessa o prisma, cada onda sofre um desvio diferente. As ondas se separam e várias cores podem ser percebidas.

Esse fenômeno explica a formação do arco-íris: as gotas de chuva funcionam como prismas, desviando a trajetória das ondas que formam a luz branca.

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107

z

A cor de um objeto opaco depende então das luzes que ele absorve e reflete. Se um objeto reflete mais a cor vermelha e absorve bem as outras cores, ele será percebido como vermelho.

A luz que ilumina um objeto também interfere em sua cor: quando uma bola verde e uma vermelha são iluminadas por uma luz vermelha, por exemplo, a bola verde parece preta e a bola vermelha continua vermelha.

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z

Espelhos e lentes

• Que instrumentos e objetos do cotidiano são aplicações da reflexão da luz?

• E da refração da luz?

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z

A reflexão da luz

Em superfícies irregulares, ocorre a reflexão difusa: um feixe de raios paralelos se reflete em várias direções.

Quando um feixe de luz incide sobre uma superfície plana e polida, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Esse tipo de reflexão chama-se reflexão regular ou especular.

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raio incidente

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reta normal

110

z

Em um espelho plano, as imagens parecem estar atrás do espelho. Isso acontece porque os olhos e o cérebro captam as imagens a partir dos raios luminosos que chegam até nós.

A imagem do objeto é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos.

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objeto espelho Imagem virtual

111

z

Espelhos esféricos

Os espelhos côncavos fornecem imagens ampliadas de objetos próximos. Por isso, são utilizados pelos dentistas, em espelhos de maquiagem, entre outras aplicações.

Os espelhos convexos fornecem um campo de visão maior que os espelhos planos. São usados no retrovisor externo de veículos, em saídas de estacionamentos, em lojas, etc.

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z

A refração da luz

A mudança de velocidade quando a luz passa de um meio para outro é chamada de refração.

Quando um raio de luz passa do ar para a água, ou do ar para um vidro, ele diminui de velocidade. Se incidir obliquamente, ele muda também de direção.

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113

z

Lentes

As lentes convergentes fazem raios paralelos convergirem para um único ponto depois de as atravessarem.

As lentes são feitas de vidro, plástico ou outros materiais transparentes e formam, por refração, imagens dos objetos.

Lupas e óculos para hipermetropia são lentes desse tipo.

raios incidentes

raios refratados

eixo

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114

z

Nas lentes divergentes, os raios que incidem paralelos ao eixo principal da lente se afastam uns dos outros. É o prolongamento dos raios refratados que converge para o foco.

As lentes de óculos para miopia e o olho mágico instalado nas portas são lentes divergentes.

As lentes possuem duas faces: uma delas é uma superfície curva; a outra pode ser curva ou plana.

raios incidentes

raios refratados

eixo

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115

z

Instrumentos ópticos

A luz entra por uma abertura que pode ser controlada pelo diafragma. A objetiva é formada por um sistema de lentes que funciona como uma lente convergente. Aciona-se o obturador para fotografar um objeto.

Máquina fotográfica

obturador

diafragma

filme

imagem invertida

objeto

objetiva

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diafragma (controla a abertura)

luz

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obturador (controla o tempo de

exposição à luz)lentes

prisma

visor

116

z

Microscópios ópticos

Lunetas e telescópios

Fornecem imagens ampliadas de objetos pequenos. A luz emitida por uma lâmpada atravessa o objeto e passa pela objetiva. A maioria dos microscópios possui um conjunto de 3 objetivas com capacidade de aumento diferentes.

Fornecem imagens aumentadas de objetos distantes. Possuem sistemas de lentes convergentes reunidos em uma objetiva e uma ocular (nos telescópios refletores, usa-se um espelho côncavo).

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Lentes (a ocular) ampliam a imagem formada pela objetiva.

A luz atravessa o objeto observado.

luz

Lentes (a objetiva)

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lentes

luz

117

z

Eletricidade e magnetismo

• Como um corpo pode ficar carregado com eletricidade?

O âmbar, uma resina produzida pelos pinheiros, é capaz de atrair objetos leves depois de ser esfregado na pele de animais.

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• Quais as propriedades de um ímã?

• O que é uma corrente elétrica?

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z

A eletricidade estática

O balão e a flanela ficaram eletrizados e aproximaram-se porque cargas elétricas de sinais diferentes se atraem (e cargas elétricas demesmo sinal se repelem).

Uma maneira de remover elétrons de um corpo consiste em friccioná-lo em outro material diferente. Veja as figuras ao lado.

O átomo é eletricamente neutro, mas, em certas situações, elétrons podem passar de um corpo para outro, resultando em corpos com carga total negativa e corpos com carga total positiva.

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Materiais como vidro, plástico, tecidos, papel, madeira e borracha são chamados de isolantes térmicos. Podem perder ou ganhar elétrons de outros corpos por atrito, mas os elétrons não se movem bem entre seus próprios átomos.

Os materiais em que os elétrons podem se mover com bastante facilidade entre os átomos são chamados de condutores elétricos. É o caso da maioria dos metais.

Cuidado com a eletricidade estática!

Além de pequenos choques, ela pode causar problemas sérios, como explosões e incêndios.

fio condutor

material isolante

fluxo de elétrons

Terra Terra

fio condutor

material isolante

fluxo de elétrons

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z

A indução eletrostática

Lei de Coulomb: se o valor de uma das cargas for duplicado, o valor da força de atração também duplicará.

A atração dos pedaços de alumínio pelo balão é explicada pela indução eletrostática: a proximidade do balão carregado negativamente repele as cargas negativas do alumínio. Suas cargas positivas, então, ficam mais próximas do balão e os pedaços de alumínio movem-se em direção ao balão.

Essa separação de cargas elétricas num corpo provocada pela proximidade de um corpo carregado é chamada de indução eletrostática.

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papel-alumínio

121

z

A corrente elétrica

O fluxo ordenado de elétrons forma a corrente elétrica. O conjunto formado pela pilha, pelos fios e pela lâmpada forma um circuito elétrico.

A lâmpada acende porque uma corrente elétrica está passando pelos fios, pela pilha e pela lâmpada.

Os elétrons dos metais normalmente movem-se de forma desorganizada. Quando ligamos os fios metálicos a uma pilha, o movimento fica mais organizado.

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lâmpada de 1,5 volt

chave para abrir ou fechar o circuito

pilha de lanterna

fio elétrico encapado

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z

Corrente contínua: o fluxo de elétrons se dá em um único sentido.

A intensidade é medida em ampère (A). A unidade de carga elétrica é o coulomb (C), mas geralmente utiliza-se o microcoulomb (μC).

A intensidade de uma corrente é a quantidade de carga elétrica que passa por uma seção transversal do condutor num intervalo de tempo.

Corrente alternada: os elétrons oscilam no interior do condutor, invertendo periodicamente o sentido da corrente.

sentido convencional

movimento dos elétronsA

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z

As cargas elétricas se deslocam por causa da diferença de potencial elétrico, também chamada de tensão elétrica ou voltagem.

O grau de dificuldade que um condutor oferece à passagem da corrente é chamado de resistência elétrica e depende do material de que é feito o condutor. A resistência é medida em ohms (Ω) e pode ser calculada pela fórmula:

Unidade de medida de tensão elétrica = volt (V)

É a diferença de potencial entre os polos de uma pilha que mantém uma corrente elétrica quando eles são unidos por um fio.

U = R · i

cargas totais diferentes

material isolante

cargas totais iguais

fluxo de cargas

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z

Potência elétrica

A potência elétrica de um aparelho está relacionada com a intensidade (i) de corrente elétrica que passa em cada trecho do circuito e também com a voltagem (U):

A potência indica o consumo de energia elétrica em cada unidade de tempo. Ela é medida em watts (W).

P =Energia

t

P = U · i

125

z

Efeito Joule

Nas lâmpadas incandescentes, a energia elétrica é usada para aquecer um filamento de tungstênio. Quando o filamento atinge uma temperatura próxima dos 2 600 ºC, ele passa a emitir luz. Porém, boa parte da energia é transformada em calor, o que diminui muito o rendimento desse tipo de lâmpada.

A energia que passa por um condutor se transforma, em parte, em calor. Por isso lâmpadas e aparelhos elétricos se aquecem quando estão funcionando. Esse efeito é conhecido como Efeito Joule.

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z

Cuidado com as instalações elétricas!

• Para diminuir as chances de choque e proteger alguns aparelhos, é feita uma “ligação terra”, que permite que o excesso de cargas escoe para a Terra.

• Enrolar um fio em outro para fazer emendas pode provocar curtos-circuitos. Os fusíveis e disjuntores protegem as instalações elétricas dos efeitos de curtos-circuitos e de eventuais aumentos de corrente elétrica.

• Se um aparelho for ligado a uma tensão (110, 127 ou 220V) maior do que a especificada pelo fabricante, ele pode ser danificado. Se for ligado a uma tensão menor, não funciona ou funciona mal.

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z

O magnetismo

Há um campo magnético ao redor do ímã, ou seja, um ímã é capaz de exercer seus efeitos a distância.

O poder de atração de um ímã é maior em suas extremidades, isto é, em seus polos. Há dois polos magnéticos em um ímã: o polo norte e o polo sul. Polos diferentes se atraem e polos iguais se repelem.

Com ímãs você pode atrair certos materiais, como alguns metais, chamados de materiais ferromagnéticos.

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A bússola

A agulha aponta sempre nessa direção porque a Terra apresenta um magnetismo natural resultante do núcleo com ferro em seu interior. Os polos magnéticos do planeta localizam-se próximos aos polos geográficos.

A bússola magnética consiste em uma agulha imantada que pode girar livremente, voltando-se sempre para a direção norte-sul do planeta.

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O eletromagnetismo

Quando uma corrente elétrica passa pelo circuito, a agulha da bússola muda de direção. Isso significa que a corrente elétrica é capaz de produzir campos magnéticos e funcionar como um ímã.

Observe a figura ao lado.

Por meio da eletricidade podemos gerar magnetismo e por meio do magnetismo podemos gerar eletricidade.

Quando duas cargas estão em movimento, há entre elas uma força magnética, além de uma força elétrica.

circuito elétrico aberto

fio sobre a bússola

circuito elétrico fechado

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z

Eletroímãs

Os ímãs produzidos por corrente elétrica são chamados de eletroímãs. São utilizados em telefones, alto-falantes, microfones, televisores, computadores, guindastes eletromagnéticos, entre outras aplicações.

Observe o experimento mostrado na figura abaixo. Ele mostra um prego se magnetizando quando uma corrente elétrica passa por um fio enrolado ao redor dele.

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z

Indução eletromagnética

Isso significa que um campo magnético variável gera corrente elétrica em um condutor. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética.

A imagem abaixo nos mostra que, quando um ímã é movimentado para dentro e para fora das espiras de um fio, a agulha da bússola se movimenta.

cerca de 30 m de fio encapado

bússolafio enrolado 20 a 30 vezes ao redor da

bússola e do imã

imã

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Nas usinas hidrelétricas, as turbinas que giram impulsionadas pela queda-d’água fazem fios condutores se movimentarem entre os polos de eletroímãs. Isso gera uma corrente elétrica. Desse modo, a energia mecânica da queda-d’água é transformada em energia elétrica.

O mesmo princípio é utilizado nas usinas termoelétricas, eólicas e nucleares, e também nos dínamos usados em bicicletas.

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Esquema simplificado de gerador

eletroímã

eixo

eletroímã circuito com espiras

reservatório

gerador

turbina

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z

Motores elétricos

Cargas elétricas em movimento ou fios que conduzem corrente elétrica podem sofrer a ação de forças quando colocados num campo eletromagnético.

Nesses aparelhos, as espiras de um fio próximo a um ímã ou eletroímã ficam submetidas à ação de uma força e começam a girar.

furadeira

fio que leva corrente elétrica para o motor

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ímãs

fio enrolado em espiras

Esse efeito é utilizado nos motores elétricos presentes em geladeiras, ventiladores, liquidificadores, furadeiras e máquinas de lavar roupa.

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