4 As Leis de Newton do

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1 SUMÁRIO DETALHADO 1 Sobre a Ciência Matemática a linguagem da ciência Medições científicas Os métodos da ciência A atitude científica Ciência, arte e religião 25 CIÊNCIA E SOCIEDADE: PSEUDOCIÊNCIA 26 CIÊNCIA E SOCIEDADE: AVALIAÇÃO DE RISCOS Ciência e tecnologia Física a ciência básica Em perspectiva 28 2 Átomos A hipótese atômica Características atômicas 32 Os átomos são numerosos 32 Os átomos estão em contínuo movimento 33 Os átomos não têm idade Imagens de átomos A estrutura atômica Os elementos A tabela periódica dos elementos Tamanhos relativos de átomos Isótopos Moléculas Antimatéria 41 CIÊNCIA E SOCIEDADE: O EFEITO PLACEBO Matéria escura 42 PARTE UM Mecânica 47 3 Equilíbrio e Movimento Linear Aristóteles explica o movimento 48 HISTÓRIA DA CIÊNCIA: ARISTÓTELES ( A.C.) A concepção de inércia de Galileu Massa uma medida da inércia 51 HISTÓRIA DA CIÊNCIA: GALILEU GALILEI ( ) 51 Um quilograma pesa 9,8 newtons Força resultante A condição de equilíbrio 53 CIÊNCIA E SOCIEDADE: EXPERIÊNCIA PESSOAL 54 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Força de apoio Equilíbrio de objetos em movimento A força de atrito Rapidez e velocidade 59 Rapidez 59 Rapidez instantânea 59 Rapidez média 60 Velocidade 61 O movimento é relativo Aceleração 61 APLICAÇÕES COTIDIANAS: TEMPO DE VÔO 64 4 As Leis de Newton do Movimento A primeira lei de Newton do movimento 70 A Terra móvel A segunda lei de Newton do movimento 72 Quando a aceleração é igual a g queda livre 74 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS 75 Quando a aceleração é menor do que g queda não-livre Forças e interações A terceira lei de Newton do movimento 79 Regra prática para identificar o par açãoreação 80 Ação e reação sobre diferentes corpos 81 Definindo seu sistema Vetores 85 Vetores força 85 Vetores velocidade 86 Componentes de vetores Resumo das três leis de Newton do movimento 88 HISTÓRIA DA CIÊNCIA: ISAAC NEWTON ( ) 89 5 Momentum e Energia Momentum Impulso O impulso modifica o momentum 97 Caso 1: Aumentando o momentum 97 Caso 2: Diminuindo o momentum em um longo intervalo de tempo 98 Caso 3: Diminuindo o momentum em um curto intervalo de tempo 99

2 10 Sumário 5.4 Ricocheteando 100 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Conservação do momentum Colisões 102 CIÊNCIA E SOCIEDADE: LEIS DE CONSERVAÇÃO Energia Trabalho Energia potencial Energia cinética O teorema trabalho-energia 107 Comparando energia cinética e momentum Conservação da energia Potência 109 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Máquinas Rendimento Fontes de energia 113 CIÊNCIA E SOCIEDADE: CIÊNCIA VICIADA Gravidade, Projéteis e Satélites A lei da gravitação universal A constante da gravitação universal, G Gravidade e distância: a lei do inverso do quadrado da distância Peso e imponderabilidade Gravitação universal Movimento de projéteis 130 Projéteis lançados horizontalmente 131 Projéteis lançados obliqüamente 132 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS 133 APLICAÇÕES COTIDIANAS: RETORNANDO AO TEMPO DE VÔO Projéteis muito velozes satélites Satélites em órbitas circulares Órbitas elípticas Conservação da energia e movimento de satélites Velocidade de escape Mecânica dos Fluidos Densidade Pressão Pressão em líquidos Empuxo em líquidos O princípio de Arquimedes 156 Flutuação 157 HISTÓRIA DA CIÊNCIA: ARQUIMEDES E A COROA DE OURO Pressão em gases 159 A lei de Boyle 159 APLICAÇÕES COTIDIANAS: MONTANHAS QUE FLUTUAM Pressão atmosférica 160 Barômetros O princípio de Pascal Empuxo em gases O princípio de Bernoulli 166 Aplicações do princípio de Bernoulli 168 CIÊNCIA E SOCIEDADE: RABDOMANCIA 176 PARTE DOIS Calor Temperatura, Calor e Termodinâmica Temperatura O zero absoluto Energia interna Calor Quantidade de calor As leis da termodinâmica 183 A ordem tende à desordem Entropia Calor específico 185 O alto calor específico da água 186 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS Dilatação térmica 187 A dilatação térmica da água 188 CIÊNCIA E SOCIEDADE: A VIDA NOS EXTREMOS Transferências de Calor e Mudanças de Fase Condução Convecção Radiação 199 Emissão de energia radiante 199 Absorção de energia radiante 200 Reflexão de energia radiante A lei de Newton do resfriamento O aquecimento global e o efeito estufa 202

3 Sumário 11 APLICAÇÕES COTIDIANAS: A GARRAFA TÉRMICA Transferências de calor e mudanças de fase 204 Evaporação 204 Condensação Ebulição 206 APLICAÇÕES COTIDIANAS: ESMAGAMENTO POR CONDENSAÇÃO Fusão e congelamento Energia e mudanças de fase 209 PARTE TRÊS Eletricidade e Magnetismo Eletrostática e Eletrodinâmica Carga e força elétrica 216 Conservação da carga A lei de Coulomb 218 CIÊNCIA E SOCIEDADE: A TECNOLOGIA ELETRÔNICA E AS FAÍSCAS 218 CIÊNCIA E SOCIEDADE: BRACELETES IONIZADOS: CIÊNCIA OU PSEUDOCIÊNCIA? 219 Polarização da carga Campo elétrico 220 APLICAÇÕES COTIDIANAS: O FORNO DE MICROONDAS Potencial elétrico Fontes de voltagem Corrente elétrica 225 Corrente contínua e corrente alternada 227 APLICAÇÕES COTIDIANAS: A HISTÓRIA DOS 110 VOLTS Resistência elétrica A lei de Ohm 228 Supercondutores 228 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS 229 Choque elétrico Circuitos elétricos 231 Circuitos em série 231 APLICAÇÕES COTIDIANAS: OS DANOS CAUSADOS POR UM CHOQUE ELÉTRICO 231 Circuitos em paralelo 233 Circuitos em paralelo e sobrecargas 234 Fusíveis de segurança Potência elétrica 235 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS 236 APLICAÇÕES COTIDIANAS: ENERGIA ELÉTRICA E TECNOLOGIA Magnetismo e Indução Eletromagnética Pólos magnéticos Campos magnéticos Domínios magnéticos Correntes elétricas e campos magnéticos 247 Eletroímãs 248 Eletroímãs supercondutores Forças magnéticas sobre cargas em movimento 249 Força magnética sobre fios percorridos por correntes 249 Medidores elétricos 250 Motores elétricos 250 APLICAÇÕES COTIDIANAS MRI: IMAGEAMENTO POR RESSONÂNCIA MAGNÉTICA Indução eletromagnética 252 A lei de Faraday 253 CIÊNCIA E SOCIEDADE: TERAPIA MAGNÉTICA Geradores e corrente alternada Geração de energia O transformador elevando ou abaixando a voltagem Campo induzido 257 PARTE QUATRO Som e Luz Ondas e Som Oscilações e ondas Movimento ondulatório 266 A velocidade de propagação de uma onda Ondas transversais e longitudinais Ondas sonoras 268 Velocidade de propagação do som 269 APLICAÇÕES COTIDIANAS: O ALTO-FALANTE Reflexão e refração do som Oscilações forçadas e ressonância 271 APLICAÇÕES COTIDIANAS: IMAGEAMENTO ACÚSTICO E GOLFINHOS 272 RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS 272

4 12 Sumário 12.7 Interferência 274 Batimentos 275 Ondas estacionárias Efeito Doppler Barreiras de ondas e ondas de proa Ondas de choque e estrondos sônicos Sons musicais 280 Instrumentos musicais 281 APLICAÇÕES COTIDIANAS: ANÁLISE DE FOURIER Ondas Luminosas O espectro eletromagnético Materiais transparentes e opacos Cor 294 Reflexão seletiva 294 Transmissão seletiva 295 Misturando luzes coloridas 296 Cores complementares 297 Misturando pigmentos coloridos 299 APLICAÇÕES COTIDIANAS: VISÃO COLORIDA Por que o céu é azul, o pôr-do-sol é vermelho e as nuvens são brancas 300 Por que o céu é azul 300 Por que o pôr-do-sol é vermelho 301 Por que as nuvens são brancas Difração 302 APLICAÇÕES COTIDIANAS: VENDO ESTRELAS COM PONTAS Interferência luminosa 304 Cores de interferência por reflexão em películas delgadas As Propriedades da Luz Reflexão 312 A lei da reflexão 313 Reflexão difusa Refração Dispersão 318 O arco-íris Reflexão interna total Lentes 322 Formação de imagens por uma lente 323 APLICAÇÕES COTIDIANAS: O SEU OLHO 324 Defeitos em lentes 326 APLICAÇÕES COTIDIANAS: INIBIÇÃO LATERAL Polarização 328 PARTE CINCO Física Atômica e Nuclear A Teoria Quântica O efeito fotoelétrico Espectros de emissão 340 O espectro de emissão explicado Espectros de absorção Fluorescência 345 Lâmpadas fluorescentes Incandescência Lasers Dualidade onda-partícula 348 O experimento da fenda dupla Partículas como ondas: difração de elétrons 350 Ondas eletrônicas A mecânica quântica O princípio da incerteza O princípio da correspondência 356 Complementaridade O Núcleo Atômico e a Radioatividade A radioatividade Raios alfa, beta e gama A radiação do meio ambiente 366 Unidades de radiação 367 Doses de radiação 367 Traçadores radioativos O núcleo atômico e a interação forte Meia-vida radioativa Transmutação de elementos 372 Transmutação natural 372 Transmutação artificial Datação radiométrica Fissão nuclear 375 Reatores nucleares a fissão 377 O reator regenerador Equivalência massa-energia E = mc CIÊNCIA E SOCIEDADE: O PLUTÔNIO Fusão nuclear 382 Fusão controlada 384

5 Sumário 13 APÊNDICE A Sobre Medidas e Conversões de Unidades 391 O sistema de unidades comum dos Estados Unidos 391 O sistema internacional 391 O metro 392 O quilograma 392 O segundo 392 O newton 392 O joule 392 O ampère 392 O kelvin 393 Área 393 Volume 393 Conversão de unidades 393 APÊNDICE B Movimento Linear e Movimento de Rotação 395 Calculando a velocidade e a distância percorrida sobre um plano inclinado 395 Calculando a distância quando a aceleração for constante 396 Movimento circular 397 Torque 398 Momentum angular 399 Conservação do momentum angular 400 APÊNDICE C Vetores 401 Vetores e escalares 401 Somando vetores 401 Obtendo componentes de vetores 401 Exemplos 401 Barcos a vela 403 APÊNDICE D Crescimento Exponencial e Tempo de Duplicação 405 APÊNDICE E Algumas Datas Significativas da História da Física 409 Glossário 411 Créditos das fotos 429 Índice 431