Fundamentos de Física. Professor: Ricardo Noboru Igarashi

Transcrição

1 Fundamentos de Física Professor: Ricardo Noboru Igarashi

2 O que será visto no curso Plano de ensino na unidade Web

3 Plano de ensino na unidade Web

4 Plano de ensino na unidade Web

5 Algarismos significativos

6 Plano de ensino na unidade Web

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8 Plano de ensino na unidade Web

9 Plano de ensino na unidade Web

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11 Plano de ensino na unidade Web

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15 O ser humano sempre se preocupou em entende e dominar o Universo que o cerca Explicação do som de um trovão Explicação da luz de um relâmpago Movimento de um objeto sobre ação da gravidade Todas essas questões, por mais diferentes que sejam, são estudadas em Física Movimento da Terra em relação aos demais planetas

16 A palavra Física (do grego: phys) significa Natureza. Em Física, como em toda ciência, qualquer acontecimento ou ocorrência é chamado fenômeno. Ramos da Física Estudo do movimento: Mecânica Estática

17 Relacionamento da luz com a capacidade de ver (Óptica) Termodinâmica Porque o navio não afunda? Empuxo

18 Circuitos elétricos Mas para começar...

19 Unidades de Medida e o Sistema Internacional Objetivo: Conhecer e compreender a importância de um sistema único de medidas.

20 Importância das medidas em física A física se baseia em medições. Qual é o intervalo de temperatura entre dois estalidos de um contador? Qual é a temperatura que esta a sala? Qual é o comprimento da Avenida Paulista? Qual o valor da corrente elétrica em um fio?

21 Medir Medir é o procedimento experimental através do qual o valor momentâneo de uma grandeza física (mensurando) é determinado como um múltiplo de uma unidade, estabelecida por um padrão, e reconhecida internacionalmente.

22 Como podemos descrever uma grandeza física? Primeiro definimos uma unidade, isto é, uma medida da grandeza cujo valor é definido como exatamente 1,0. Em seguida definimos um padrão, ou seja, uma referência com a qual devem ser comparados todos os outros exemplos da grandeza. Depois de escolhermos um padrão, devemos desenvolver métodos pelos quais qualquer medida possa ser expressa em termos do padrão. Exemplos: Raio de um átomo A distância entre dois pontos da sala. Existem muitas grandezas físicas, contudo nem todas são independentes, por exemplo, a velocidade é uma razão entre uma distância e um tempo. Assim, escolhemos um pequeno número de grandezas físicas, como comprimento e tempo, e definimos padrões para essas grandezas.

23 Unidades baseadas na anatomia... A definição de padrões de medida, pelo menos as criadas até o século XVII, dependiam dos tamanhos da parte do corpo, tais como: o antebraço mão pé os dedos de uma mão aberta Determinada quantidade de passos.

24 Importância do SI Clareza de entendimentos internacionais (técnica, científica)... Transações comerciais... Garantia de coerência ao longo dos anos... Coerência entre unidades simplificam equações da física...

25 As sete unidades de base Grandeza unidade símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente elétrica ampere A Temperatura kelvin K Intensidade luminosa candela cd Quantidade de matéria mol mol Muitas unidades secundárias são definidas em termos das unidades das grandezas fundamentais. 1 watt = 1 W = 1 kg.m 2 /s 3

26 Quando lidamos com valore muito grandes ou muito pequenos, usamos os prefixos dados na tabela abaixo: Exemplos: Alguns prefixos são muito comuns em nosso cotidiano: mililitro, centímetro, quilograma e megabyte.

27 Mudanças de unidades Regra de três simples é um processo prático para resolver problemas que envolvam quatro valores dos quais conhecemos três deles. Devemos, portanto, determinar um valor a partir dos três já conhecidos. Procedimentos na regra de três simples: 1º) Construir uma tabela, agrupando as grandezas da mesma espécie em colunas e mantendo na mesma linha as grandezas de espécies diferentes em correspondência. 2º) Montar a proporção e resolver a equação. Exercícios 2) Quantos centímetros quadrados tem uma área de 6,0 km 2? 3) Transforme 60 milhas/hora em pés/segundo?

28 Mudanças de unidades Freqüentemente, precisamos mudar as unidades em que está expressa uma grandeza física. Para isso, usamos um método chamado de conversão em cadeia. Fator de conversão: uma razão entre as unidades que é igual a unidade Se por acaso introduzirmos o fator de conversão de tal forma que as unidades não se cancelem, simplesmente invertemos o fator. Lembre-se que as unidades obedecem às mesmas regras que os números e as varáveis algébricas.

29 Exercícios 1) O submarino de pesquisa Alvin está mergulhando com uma velocidade de 36,5 braças por minuto. a) Expresse esta velocidade em metros por segundo. Uma braça (fath) vale exatemente 6 pés (ft) e 1m=3,28 ft b) Qual é a velocidade em milhas por hora? 1mi (milha)=5280ft c) Qual é a velocidade em anos-luz por ano? Um ano luz (al) é a distância que a luz viaja em 1 ano 9,46 x km.

30 O metro 1792: décima milionésima parte do quadrante do meridiano terrestre 1889: padrão de traços em barra de platina iridiada depositada no BIPM 1960: comprimento de onda da raia alaranjada do criptônio 1983: definição atual

31 O metro (m) É o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/ de segundo Observações: assume valor exato para a velocidade da luz no vácuo c= m/s depende da definição do segundo incerteza atual de reprodução: m

32 Comparações... Se o mundo fosse ampliado de forma que m se tornasse 1 mm: um glóbulo vermelho teria cerca de 700 m de diâmetro. o diâmetro de um fio de cabelo seria da ordem de 5 km. A espessura de uma folha de papel seria algo entre 10 e 14 km. Um fio de barba cresceria 200 mm/s.

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34 Tempo O tempo tem dois aspectos: -Nas aplicações da vida diária e para alguns fins científicos, estamos interessados em saber a hora do dia para podermos classificar os acontecimentos em ordem cronológica. -Na maioria das aplicações científicas e tecnológicas, queremos conhecer o tempo de duração de um evento. Duas perguntas devem ser respondidas: Quando aconteceu? Quando tempo durou?

35 Para atender à necessidade de um padrão de tempo mais preciso, vários países desenvolveram os chamados relógios atômicos Baseado em uma freqüência característica do isótopo césio-133

36 O segundo (s) (1967) Um segundo é o tempo necessário para que haja oscilações da luz (de um determinado comprimento de onda) emitida por um átomo de césio-133. Observações: Incerteza atual de reprodução: s

37 Comparações... Se a velocidade com que o tempo passa pudesse ser desacelerada de tal forma que s se tornasse 1 s: um avião a jato levaria pouco mais de 2 anos para percorrer 1 mm. o tempo em que uma lâmpada de flash ficaria acesa seria da ordem de 10 anos. uma turbina de dentista levaria cerca de 20 anos para completar apenas uma rotação. um ser humano levaria cerca de 200 séculos para piscar o olho.

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39 O quilograma (kg) é igual à massa do protótipo internacional do quilograma (cilindro de platina-íridio). incerteza atual de reprodução: 10-9 g busca-se uma melhor definição...

40 Comparações... Se as massas das coisas que nos cercam pudessem ser intensificadas de forma que 10-9 g se tornasse 1 g: uma molécula d água teria g um vírus g uma célula humana 1 mg um mosquito 1,5 kg uma moeda de R$ 0,01 teria 8 t a quantidade de álcool em um drinque seria de 24 t

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42 A grafia correta

43 Grafia dos nomes das unidades Quando escritos por extenso, os nomes de unidades começam por letra minúscula, mesmo quando têm o nome de um cientista (por exemplo, ampere, kelvin, newton,etc.), exceto o graus Celsius. A respectiva unidade pode ser escrita por extenso ou representada pelo seu símbolo, não sendo admitidas combinações de partes escritas por extenso com partes expressas por símbolo.

44 O plural Quando pronunciado e escrito por extenso, o nome da unidade vai para o plural (5 newtons; 150 metros; 1,2 metros quadrados; 10 segundos). Os símbolos das unidades nunca vão para o plural ( 5N; 150 m; 1,2 m 2 ; 10 s).

45 Os símbolos das unidades Os símbolos são invariáveis, não sendo admitido colocar, após o símbolo, seja ponto de abreviatura, seja "s" de plural, sejam sinais, letras ou índices. Multiplicação: pode ser formada pela justaposição dos símbolos se não causar anbigüidade (VA, kwh) ou colocando um ponto ou x entre os símbolos (m.n ou m x N) Divisão: são aceitas qualquer das três maneiras exemplificadas a seguir: m/s m.s -1 m s

46 Grafia dos números e símbolos Em português o separador decimal deve ser a vírgula. Os algarismos que compõem as partes inteira ou decimal podem opcionalmente ser separados em grupos de três por espaços, mas nunca por pontos. O espaço entre o número e o símbolo é opcional.

47 Alguns enganos Errado Km, Kg 2 hs, 15 seg 80 KM 250 K um Newton Correto km, kg m 2 h, 15 s 80 km/h 250 K um newton

48 Outros enganos

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53 Tabela de conversão

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57 TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES: FORÇA N kgf dyn lbf 1 Newton (N) 1 0, ,22 1 kilograma força (kgf) 9, ,2 1 dina (dyn) ,02x , libra força (lbf) 4,45 0, ,16 1

58 TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES: PRESSÃO Pa atm mmhg bar psi Tor 1 pascal (Pa) 1 9,87x10-6 0, ,45x10-4 0,01 1 atmosfera (atm) , , milímetro de Hg (mmhg) 133,32 1,32x ,33x10-3 0, bar (bar) 1, ,99 750, ,5 750,06 1 lbf/in 2 (psi) 6894,76 0,07 51,72 0, ,72 1 Torr 133,32 1,32x ,33x10-3 0,02 1

59 1) Faça as seguintes conversões: 2) Complete o espaço branco com a unidade correta: a) 3,2 =3, m b) 42 =4, m c) 7,3 =0,0073 g d) 12,5 =125mm

60 3) Um ônibus espacial está em orbita em torno da Terra a uma amplitude de 3000 km. A que distância se encontra da Terra em milhas. 4) Qual é a idade do universo em dias? O universo tem uma idade de 5 x 1017 segundos. 5) Expresse a velocidade da luz, 3,0x10 8 m/s em (a) pés por nanossegundo e (b) milímetros por picossegundo.