Introdução à Física 8

1. A Física na natureza e na tecnologia 8

2. Medição 10

3. Algarismos significativos 13

4. Grandeza escalar 15

Introdução à Mecânica 17

1. Mecânica 17

2. As partes da Mecânica 17

3. O modelo de partícula ou ponto material 19

�� �������� 20

Capítulo 1 Iniciação à cinemática escalar e movimento uniforme 22

1. Introdução 22

2. Referencial 22

3. Tempo 23

4. Movimento e repouso 26

5. Trajetória 27

6. Espaço 30

7. Variação de espaço e distância percorrida 31

8. Velocidade escalar média 32

9. Velocidade escalar instantânea 33

10. Movimento uniforme 37

Capítulo 2 Movimento uniformemente variado 50

1. Movimento acelerado, movimento retardado

e movimento uniforme 50

2. Aceleração escalar 52

3. Movimento uniformemente variado 53

4. Fórmulas de definição de grandezas

instantâneas 64

5. Determinação de grandezas instantâneas

em gráficos 66

Capítulo 3 Movimentos circulares 72

1. Introdução 72

2. Enfoque angular 73

3. Espaço angular ou fase 73

4. Velocidade escalar angular 74

5. Movimento circular e uniforme 76

6. Aceleração escalar angular 82

Capítulo 4 Vetores e cinemática vetorial 89

1. Grandezas escalares e vetoriais 89

2. Vetor 90

3. Adição de vetores 91

4. Adição de dois vetores 92

5. Subtração de dois vetores 94

6. Decomposição de um vetor 95

7. Multiplicação de um número real por um vetor 96

8. Deslocamento vetorial 100

9. Velocidade vetorial média 101

10. Velocidade vetorial (instantânea) 101

11. Aceleração vetorial média 102

12. Aceleração vetorial (instantânea) 102

13. Velocidade relativa, de arrastamento e resultante 109

14. Princípio de Galileu 110

��� ���������� ���������������������������� 120

Capítulo 5 Princípios da Dinâmica 122

1. Introdução 122

2. O efeito dinâmico de uma força 123

3. Conceito de força resultante 123

4. Equilíbrio de uma partícula 124

5. Conceito de inércia 126

�������� ���!

���������"����

6. O Princípio da Inércia (1a Lei de Newton) 126

7. O Princípio Fundamental da Dinâmica

(2a Lei de Newton) 130

8. Peso de um corpo 134

9. Deformações em sistemas elásticos 141

10. O Princípio da Ação e Reação (3a Lei de Newton) 144

Capítulo 6 Atrito entre sólidos 164

1. Introdução 164

2. Atrito estático 165

3. Atrito cinético 170

4. Lei do atrito 172

Capítulo 7 Resultantes tangencial e centrípeta 182

1. Componentes da força resultante 182

2. A componente tangencial (Ft ) 183

3. A componente centrípeta (Fc p ) 184

4. As componentes tangencial e centrípeta nos

principais movimentos 189

5. Força centrífuga 190

Capítulo 8 Gravitação 202

1. Evolução histórica 202

2. As leis de Kepler 205

3. Universalidade das leis de Kepler 208

4. Lei de Newton da Atração das Massas 208

5. Satélites 210

6. Estudo do campo gravitacional de um astro 215

7. Variação aparente da intensidade da aceleração

da gravidade em razão da rotação do astro 219

Capítulo 9 Movimentos em campo gravitacional uniforme (balística) 230

1. Introdução 230

2. Aceleração de um corpo em movimento livre 232

3. Campo gravitacional uniforme 233

4. Movimento vertical em campo gravitacional

uniforme 234

5. Propriedades do movimento vertical 236

6. Movimento parabólico em campo gravitacional

uniforme 242

��� ��������� ��������������#$"����%��#��������&�� 258

Capítulo 10 Trabalho e potência 259

1. Energia e trabalho 259

2. Trabalho de uma força constante 260

3. Sinais do trabalho 260

4. Casos particulares importantes 261

5. Cálculo gráfico do trabalho 262

6. Trabalho da força peso 263

7. Trabalho da força elástica 264

8. O Teorema da Energia Cinética 265

9. Trabalho no erguimento de um corpo 266

10. Introdução ao conceito de potência 272

11. Potência média 272

12. Potência instantânea 276

13. Relação entre potência instantânea e velocidade 276

14. Propriedade do gráfico da potência em função do

tempo 277

15. Rendimento 278

Capítulo 11 Energia mecânica e sua conservação 286

1. Princípio da conservação — Intercâmbios

energéticos 286

2. Unidades de energia 288

3. Energia cinética 288

4. Energia potencial 289

5. Cálculo da energia mecânica 295

6. Sistema mecânico conservativo 295

7. Princípio da Conservação da Energia Mecânica 297

8. Energia potencial gravitacional 299

9. Velocidade de escape 300

Capítulo 12 Quantidade de movimento e sua conservação 315

1. Impulso de uma força constante 315

2. Cálculo gráfico do valor algébrico do impulso 316

3. Quantidade de movimento 317

�� ��%��"����

Capítulo 14 Estática dos fluidos 378

1. Três teoremas fundamentais 378

2. Massa específica ou densidade absoluta (μ) 379

3. Peso específico (ρ) 380

4. Densidade de um corpo (d) 380

5. Densidade relativa 380

6. O conceito de pressão 381

7. Pressão exercida por uma coluna líquida 383

8. Forças exercidas nas paredes do recipiente

por um líquido em equilíbrio 383

9. O Teorema de Stevin 384

10. Consequências do Teorema de Stevin 385

11. A pressão atmosférica e o experimento

de Torricelli 386

12. O Teorema de Pascal 392

13. Consequência do Teorema de Pascal 394

14. Pressão absoluta e pressão efetiva 394

15. Vasos comunicantes 395

16. Prensa hidráulica 396

17. O Teorema de Arquimedes 399

18. Uma verificação da lei do empuxo 400

Apêndice: Dinâmica dos fluidos 413

1. Preliminares 413

2. Vazão (Z) 413

3. Equação da continuidade 414

4. Teorema de Bernoulli 414

5. Demonstração do Teorema de Bernoulli 418

6. Equação de Torricelli 418

Questões do Enem 423

Para saber mais 432

Respostas 438

Bibliografia 448

4. O teorema do impulso 318

5. Sistema mecânico isolado 323

6. O Princípio da Conservação da Quantidade

de Movimento 323

7. Introdução ao estudo das colisões mecânicas 330

8. Quantidade de movimento e energia

mecânica nas colisões 331

9. Velocidade escalar relativa entre duas partículas que

percorrem uma mesma reta 331

10. Coeficiente de restituição ou de

elasticidade (e) 332

11. Classificação das colisões quanto ao

valor de e 333

12. Centro de massa 335

���� ����� 348

Capítulo 13 Estática dos sólidos 350

1. Introdução 350

2. Estática do ponto material e estática do corpo

extenso 351

3. Equilíbrio do ponto material 352

4. Equilíbrio do corpo extenso 356

5. Momento escalar de uma força em relação

a um eixo 356

6. Binário 359

7. Condições de equilíbrio do corpo extenso 359

8. Alavancas 361

9. Algumas alavancas nos seres vivos 363

10. Centro de gravidade 363

11. Equilíbrio de corpos apoiados 365

12. Equilíbrio estável, instável e indiferente 366

�� �'�()(*� 8

Capítulo 1 Temperatura 10

1. Introdução 10

2. A temperatura 10

3. Equilíbrio térmico 11

4. Medição de temperatura 12

5. Termômetros 12

6. Escalas termométricas 14

7. Pontos fixos fundamentais 14

8. Escalas Celsius e Fahrenheit 15

9. Conversão entre as escalas Celsius e Fahrenheit 16

10. Variação de temperatura 16

11. O zero absoluto 20

12. Escala absoluta 20

Capítulo 2 O calor e sua propagação 25

1. Energia térmica 25

2. Calor 25

3. Unidade usual de calor 25

4. Processos de propagação do calor 27

5. A convecção 33

6. A radiação 36

Capítulo 3 Calor sensível e calor latente 50

1. Introdução 50

2. Capacidade térmica (C) e calor específico (c) 51

3. Calor sensível e seu cálculo 51

4. Sistema físico termicamente isolado 52

5. Calorímetro 53

6. Mudanças de estado físico 57

7. Calor latente 59

8. Fusão e solidificação 59

9. Vaporização e liquefação 61

10. Pressão de vapor 63

11. Sublimação 71

12. Ponto crítico e ponto triplo 72

�������� ���!

���������"����

13. Curvas de fusão, vaporização e sublimação 72

14. Diagramas de estado 74

Capítulo 4 Gases perfeitos 86

1. Modelo macroscópico de gás perfeito 86

2. As variáveis de estado de um gás perfeito 87

3. Robert Boyle 89

4. Joseph Louis Gay-Lussac 90

5. Jacques Alexandre Cesar Charles 91

6. Benoît Paul Émile Clapeyron 92

7. Lei Geral dos Gases 99

8. Mistura física de gases perfeitos 99

9. O modelo microscópico de gás perfeito 100

10. Velocidade média quadrática 100

11. Equação Fundamental da Teoria Cinética 100

12. A temperatura na teoria cinética 102

13. A energia interna de um gás perfeito 102

14. A energia cinética média molecular 103

Capítulo 5 Termodinâmica 110

1. Introdução 110

2. Energia interna, trabalho e calor 111

3. Lei Zero da Termodinâmica 113

4. 1a Lei da Termodinâmica 114

5. Transformações termodinâmicas particulares 115

6. Diagramas termodinâmicos 117

7. Calores específicos dos gases perfeitos 119

8. Gráfico da transformação adiabática 121

9. Energia mecânica e calor 121

10. Máquinas térmicas e 2a Lei da Termodinâmica 129

11. Ciclo de Carnot 134

12. Transformações reversíveis e irreversíveis 135

13. Entropia 135

Capítulo 6 Dilatação térmica dos sólidos e dos líquidos 147

1. Introdução 147

2. Forças intermoleculares explicando a dilatação

térmica 148

3. Dilatação linear dos sólidos 148

4. Dilatação superficial dos sólidos 151

5. Dilatação volumétrica dos sólidos 151

6. Dilatação térmica dos líquidos 158

7. Temperatura e massa específica 159

8. Dilatação anormal da água 159

�� ��%��"����

��� (��+),'� 166

Capítulo 7 Movimento harmônico simples 168

1. Introdução 168

2. Movimento harmônico simples 170

3. Função horária da elongação no MHS 170

4. Função horária da velocidade escalar

instantânea 172

5. Função horária da aceleração escalar

instantânea 172

6. Força no movimento harmônico simples 176

7. Período do MHS 176

8. Oscilador massa-mola horizontal 176

9. Oscilador massa-mola vertical 179

10. Pêndulo simples 179

Capítulo 8 Ondas 188

1. Introdução 188

2. Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas 189

3. Ondas longitudinais, ondas transversais e

ondas mistas 192

4. Frente de onda e raio de onda 194

5. Grandezas físicas associadas às ondas 195

6. Velocidade de propagação de uma onda

periódica 197

7. O som 197

8. A luz 198

9. Velocidade de propagação de ondas

transversais em cordas tensas 198

10. Reflexão 205

11. Refração 207

12. Refração e reflexão de ondas

transversais em cordas 209

13. Superposição de pulsos em cordas 213

14. Superposição de ondas periódicas 215

15. Ressonância 216

16. Micro-ondas 217

17. Interferência de ondas bidimensionais

e tridimensionais 218

18. Princípio de Huygens 222

19. Difração 224

20. Experiência de Young 225

21. Interferência em películas delgadas 227

Capítulo 9 Acústica 242

1. Introdução 242

2. Altura de um som 247

3. Intervalo acústico entre dois sons 247

4. Intensidade sonora 249

5. Cordas sonoras 252

6. Timbre de um som 254

7. Tubos sonoros 256

8. Velocidade de propagação do som 261

9. Efeito Doppler 262

10. Sonoridade 265

11. Nível relativo de intensidade 266

���� ,����*�(�-'�� 274

Capítulo 10 Fundamentos da óptica geométrica 276

1. Luz: uma forma de energia radiante 276

2. Óptica: divisão e aplicações 276

3. Fontes de luz 277

4. Meios transparentes, translúcidos e opacos 277

5. Frente de luz — Raio de luz 278

6. Pincel de luz — Feixe de luz 278

7. Princípio da Independência dos Raios de Luz 280

8. Princípio da Propagação Retilínea da Luz 280

9. Sombra e penumbra 281

10. Câmara escura de orifício 282

11. Fenômenos físicos fundamentais na

óptica geométrica 285

12. Reflexão e refração regulares e difusas 285

13. Reflexão e refração seletivas 286

14. Generalidades sobre sistemas ópticos 288

15. Ponto objeto e ponto imagem 288

16. Sistemas ópticos estigmáticos, aplanéticos

e ortoscópicos 291

17. Reversibilidade na propagação da luz 291

Capítulo 11 Reflexão da luz 299

1. Reflexão: conceito, elementos e leis 299

2. O espelho plano 302

3. Construção gráfica de imagens nos

espelhos planos 302

4. Propriedade Fundamental dos Espelhos

Planos: a simetria 303

5. Imagem e objeto não superponíveis 305

6. Campo de um espelho plano 305

7. Translação de um espelho plano 306

8. Rotação de um espelho plano 307

9. Imagens múltiplas em dois espelhos

planos associados 307

10. Classificação e elementos geométricos

dos espelhos esféricos 314

11. Espelhos esféricos gaussianos 316

12. Focos dos espelhos esféricos 316

13. Raios luminosos particulares 318

14. Construção gráfica das imagens nos

espelhos esféricos 321

15. O referencial gaussiano 326

16. Função dos pontos conjugados

(Equação de Gauss) 326

17. Aumento linear transversal 327

Capítulo 12 Refração da luz 335

1. Introdução 335

2. Cor e velocidade da luz 337

3. Índice de refração 338

4. Refringência e dioptro 339

5. Refração 339

6. Análise do desvio do raio incidente 340

7. Refração e reflexão 343

8. Refração em dioptro plano 345

9. Lâmina de faces paralelas 346

10. Ângulo-limite e reflexão total 352

11. Dispersão da luz 354

12. Refração na atmosfera 356

13. Prisma óptico 361

Capítulo 13 Lentes esféricas 371

1. Um componente essencial 371

2. Classificação e elementos das lentes esféricas 371

3. Comportamento óptico das lentes esféricas 372

4. Centro óptico 374

5. Focos e pontos antiprincipais 374

6. Raios luminosos particulares 376

7. Construção gráfica das imagens em

lentes esféricas 377

8. Referencial gaussiano 383

9. Função dos pontos conjugados

(Equação de Gauss) 383

10. Aumento linear transversal 384

11. Vergência (“grau”) de uma lente 387

12. Equação dos Fabricantes de Lentes 388

13. Associação de lentes — Teorema das

Vergências 390

Capítulo 14 Instrumentos ópticos e óptica da visão 401

1. Introdução aos instrumentos ópticos 401

2. Câmera fotográfica 402

3. Projetor 403

4. Lupa ou microscópio simples 403

5. Microscópio composto 404

6. Lunetas 405

7. Introdução à óptica da visão 410

8. O bulbo do olho humano 411

9. Adaptação visual 411

10. Acomodação visual 412

11. Defeitos visuais e sua correção 412

Questões do Enem 424

Para saber mais 433

Respostas 438

Bibliografia 448

�������� ���!

���������"����

�� �)�'(���� 8

Capítulo 1 Cargas elétricas 10

1. Introdução 10

2. Noção de carga elétrica 12

3. Corpo eletricamente neutro e corpo eletrizado 13

4. Quantização da carga elétrica 14

5. Princípios da Eletrostática 15

6. Condutores e isolantes elétricos 16

7. Processos de eletrização 17

8. Lei de Coulomb 21

Capítulo 2 Campo elétrico 31

1. Conceito e descrição de campo elétrico 31

2. Definição do vetor campo elétrico 31

3. Campo elétrico de uma partícula eletrizada 33

4. Campo elétrico devido a duas ou mais partículas eletrizadas 33

5. Linhas de força 34

6. Densidade superficial de cargas 36

7. O poder das pontas 36

8. Campo elétrico criado por um condutor eletrizado 37

9. Campo elétrico criado por um condutor esférico eletrizado 39

10. Campo elétrico uniforme 40

11. Fenômenos eletrostáticos na atmosfera 41

Apêndice: Teorema de Gauss e aplicações 53

1. Fluxo do vetor campo elétrico 53

2. Teorema de Gauss 54

3. Algumas aplicações do Teorema de Gauss 55

4. Campo elétrico na superfície de um condutor 56

Capítulo 3 Potencial elétrico 59

1. Energia potencial eletrostática e o conceito de potencial em um campo elétrico 59

2. Potencial em um campo elétrico criado por uma partícula eletrizada 60

3. Potencial em um campo elétrico criado por duas ou mais partículas eletrizadas 61

4. Equipotenciais 61

5. Trabalho da força elétrica 62

6. Propriedades do campo elétrico 64

7. Diferença de potencial entre dois pontos de um campo elétrico uniforme 65

8. Potencial elétrico criado por um condutor eletrizado 65

9. Potencial elétrico criado por um condutor esférico eletrizado 66

10. Capacitância 67

11. Capacitância de um condutor esférico 67

12. Energia potencial eletrostática de um condutor 68

13. Condutores em equilíbrio eletrostático 68

14. Indução eletrostática 80

15. O potencial da terra 86

��� �)�'(������� 98

Capítulo 4 Corrente elétrica e resistores 100

1. Introdução 100

2. Corrente elétrica 100

3. Causa da corrente elétrica 101

4. Gerador elétrico 102

5. Intensidade de corrente elétrica e seu sentido convencional 103

6. Circuito elétrico 104

7. Gráfico i � t 105

8. Classificação das correntes elétricas quanto à forma do gráfico i � t 105

9. Continuidade da corrente elétrica 107

10. Efeito Joule 107

11. Potência elétrica 108

12. Quilowatt-hora (kWh) 109

13. Valores nominais 110

14. Fusível e disjuntor 110

15. Primeira Lei de Ohm 114

16. Condutor ideal 116

���� �)�'(�*�����( 194

Capítulo 8 Campo magnético e sua influência sobre cargas elétricas 196

1. Introdução 196

2. Ímãs ou magnetos 196

3. O campo magnético de um ímã 200

4. Campo magnético uniforme 202

5. Ação do campo magnético sobre cargas elétricas 202

6. Efeito Hall 206

7. Campo magnético uniforme e constante 209

8. Movimento de portadores de carga elétrica lançados em um campo magnético uniforme e constante 209

Capítulo 9 A origem do campo magnético 216

1. Introdução 216

2. Campo magnético gerado por um fio retilíneo muito longo (infinito) 218

3. Campo magnético gerado por uma espira circular 220

4. Campo magnético gerado por um solenoide 223

5. Origem das propriedades magnéticas dos materiais 226

6. Materiais ferromagnéticos 228

7. Ponto Curie 229

8. Permeabilidade relativa 230

9. Eletroímã 231

Capítulo 10 Força magnética em correntes elétricas 240

1. Introdução 240

2. Força magnética em um trecho elementar de um fio condutor 240

3. Força magnética exercida em um condutor retilíneo imerso em um campo magnético uniforme 241

4. Espira retangular imersa em campo magnético uniforme 242

5. Forças magnéticas entre dois condutores retilíneos e paralelos 246

17. Interruptores 117

18. Resistores 119

19. Segunda Lei de Ohm 121

20. Influência da temperatura na resistividade 121

Capítulo 5 Associação de resistores e medidas elétricas 128

1. Associação de resistores 1282. Reostatos 1313. Curto-circuito 1324. Medidas elétricas 139

Capítulo 6 Circuitos elétricos 149

1. Geradores de energia elétrica 149

2. Circuito simples 154

3. Máxima transferência de potência 154

4. Receptores elétricos 161

5. Associação de geradores 164

6. Circuitos elétricos de “caminho” único, incluindo

geradores, receptores e resistores 166

Capítulo 7 Capacitores 175

1. Introdução 175

2. Definição 175

3. O processo de carga de um capacitor 176

4. Capacitância 177

5. Energia potencial eletrostática de um capacitor 177

6. Estudo do capacitor plano 178

7. Influência do dielétrico na capacitância 180

8. Rigidez dielétrica e tensão de ruptura 181

9. Circuito RC 182

10. Associação de capacitores 186

�� ��%��"����

Capítulo 11 Indução eletromagnética 254

1. Introdução 254

2. Fluxo do vetor indução magnética ou fluxo de indução (�) 254

3. Variação do fluxo de indução 256

4. Indução eletromagnética 256

5. Lei de Lenz e o sentido da corrente induzida 259

6. Correntes de Foucault 263

7. Movimento de um fio condutor em um campo mag-nético: força eletromotriz induzida 269

8. Força contraeletromotriz de um motor 270

9. Lei de Faraday-Neumann 271

10. Noções de corrente alternada 272

11. Transformador de tensão 275

12. Indutância de um circuito 277

�.� �/�����(��'� 288

Capítulo 12 Noções de Física Quântica 290

1. Introdução 290

2. Modelo ondulatório para as radiações eletromagnéticas 290

3. A radiação térmica e o corpo negro 291

4. Modelo quântico para as radiações eletromagnéticas 294

5. Efeito fotoelétrico 295

6. A dualidade da luz 300

7. O átomo de Bohr e as transições eletrônicas 302

Capítulo 13 Mais de Física Moderna: Relatividade e outras noções 314

1. Introdução 314

2. O surgimento da Teoria da Relatividade 314

3. Os postulados de Einstein 314

4. A dilatação do tempo 315

5. A contração do comprimento 317

6. Composição de velocidades 318

7. Massa relativística 319

8. Equivalência entre massa e energia 320

9. Relação entre energia e quantidade de movimento de um corpo 321

10. Comportamento ondulatório da matéria 321

11. De Broglie e o modelo de Bohr 323

12. As quatro forças fundamentais da natureza 324

.� ��!����%���������!� 333

Capítulo 14 Análise dimensional 334

1. Grandezas físicas fundamentais e derivadas 334

2. Expressões dimensionais 334

3. Homogeneidade dimensional 336

4. Previsão de expressões físicas 336

Questões do Enem 345

Para saber mais 352

Respostas 357

Bibliografia 368