01-as faces da fisica

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WILSON CARRONLicenciado em Fsica pela Faculdade de Filosoa, Cincias e Letras da Universidade de So Paulo. Mestre em Energia Nuclear aplicada agricultura pela Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba. Professor do Ensino Mdio e de cursos pr-vestibulares.

OSVALDO GUIMARESBacharel em Fsica pela PUC-SP. Condecorado no MEC pela maior nota do pas no Exame Nacional de Cursos para Bacharis em Fsica. Ps-graduado pelo Instituto de Fsica Terica da Unesp. Ps-graduado pela Escola Politcnica da USP, em Cincia Cognitiva. Mestre em Histria da Cincia pela PUC-SP. Professor do Ensino Mdio e de cursos pr-vestibulares. Colunista do jornal da Sociedade Brasileira para o Ensino de Astronomia (SBEA). Gestor da Escola Municipal de Astrofsica e do Observatrio do Planetrio no Ibirapuera em So Paulo.

AS FACES DA

Volume nico

3a edio

Fronts 2 Fisica.indd 1

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Ttulo original: Qumica na abordagem do cotidiano Wilson Carron, Osvaldo Guimares, 2006

Coordenao editorial: Jos Luiz Carvalho da Cruz Edio de texto: Alexandre da Silva Sanchez, Ldia Toshie Tamazato, Rita Helena Brckelmann de Oliveira, Srgio Roberto Torres Assistncia editorial: Regiane de Cssia Thahira Preparao de texto: Srgio Roberto Torres, Regina Gimenez, Mitsue Morissawa Coordenao de design e projetos visuais: Sandra Botelho de Carvalho Homma Projeto grfico: Marta Cerqueira Leite Capa: Marta Cerqueira Leite Foto: Tcnico caminhando sobre a rede eltrica. Moro, Oregon (EUA). James L. Amos/Corbis-Stock Photos Coordenao de produo grfica: Andr Monteiro da Silva, Maria de Lourdes Rodrigues Coordenao de reviso: Estevam Vieira Ldo Jr. Reviso: Sandra Lia Farah, Lumi Casa de Edio Ltda. Coordenao de arte: Wilson Gazzoni Agostinho Edio de arte: Wilson Gazzoni Agostinho Ilustraes: Adilson Secco, Nelson Matsuda Cartografia: Alessandro Passos de Costa Editorao eletrnica: Setup Bureau Editorao Eletrnica Coordenao de pesquisa iconogrfica: Ana Lucia Soares Pesquisa iconogrfica: Maria Magalhes, Evelyn Torrecilla As imagens identificadas com a sigla CID foram fornecidas pelo Centro de Informao e Documentao da Editora Moderna. Coordenao de tratamento de imagens: Amrico Jesus Tratamento de imagens: Evaldo de Almeida, Fabio N. Precendo, Rubens M. Rodrigues Sada de filmes: Helio P. de Souza Filho, Marcio H. Kamoto Coordenao de produo industrial: Wilson Aparecido Troque

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP) (Cmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Carron, Wilson, 1941 As faces da fsica : volume nico / Wilson Carron, Osvaldo Guimares. 3. ed. So Paulo : Moderna, 2006. Bibliografia. ISBN 85-16-05238-9 (aluno) ISBN 85-16-05240-0 (professor) 1. Fsica (Ensino mdio) I. Guimares, Osvaldo, 1955. II. Ttulo. 06-6044 ndices para catlogo sistemtico: 1. Fsica : Estudo e ensino 540.7 ISBN 85-16-05238-9 (LA) ISBN 85-16-05240-0 (LP)Reproduo proibida. Art. 184 do Cdigo Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

CDD-530.7

Todos os direitos reservadosEDITORA MODERNA LTDA. Rua Padre Adelino, 758 - Belenzinho So Paulo - SP - Brasil - CEP 03303-904 Vendas e Atendimento: Tel. (0_ _11) 2790-1500 Fax (0_ _11) 2790-1501 www.moderna.com.br 2008 Impresso na China 1 3 5 7 9 10 8 6 4 2

Ficha FISICA-carron

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APRESENTAO

com muita alegria e satisfao que apresentamos As faces da Fsica em sua nova edio.

Nesta terceira edio, mantivemos a identidade que tem caracterizado a obra ao longo desses anos: um livro em volume nico interessante e preciso, que estabelece uma estreita relao entre teoria e prtica e que atenta para os aspectos histricos da evoluo dos conceitos cientficos. Nesse sentido, trabalhamos com a premissa de compor uma obra que no apenas fosse criteriosa e preocupada com o rigor do seu objeto a Cincia , mas tambm operacional vale dizer, procuramos estabelecer um caminho que conduza professores e alunos na direo desse objeto do conhecimento. Trabalhamos, ainda, com o desejo e a confiana de que alunos e professores tenham nas mos uma obra que seja instrumento de acesso Cincia e referncia para o aprendizado e futuras consultas e aprofundamentos. O professor que se utiliza desta obra tem liberdade para estabelecer a melhor seqncia dos captulos, de acordo com sua realidade em sala de aula. A obra mantm a distribuio dos contedos da Fsica em seis grandes partes: a Mecnica, que trata dos movimentos, das foras, do equilbrio dos corpos e das leis da conservao (da energia e da quantidade de movimento); a Fsica Trmica, que estuda a energia trmica e suas relaes com a energia mecnica; a ptica Geomtrica, que estuda a energia luminosa e suas interaes com a matria; a Ondulatria, que trata do estudo das ondas mecnicas e da Acstica; o Eletromagnetismo, que faz a unio da recente cincia da Eletricidade com o Magnetismo; e a Fsica Moderna, que, alm de outras implicaes, revolucionou o estudo do movimento e da energia no sculo XX. H, ainda, um captulo sobre Anlise dimensional e Teoria dos erros. As faces da Fsica, nesta edio, traz novidades: contedos como resistncia do ar e partculas elementares; a seo Fsica no Cotidiano, que aborda aspectos da Fsica observados no cotidiano ou associados a situaes e objetos do cotidiano; e um projeto grfico moderno, que torna mais agradvel a leitura do texto e das imagens. Toda a teoria foi revista, de modo a tornar a obra mais completa e atualizada; as fotos foram escolhidas com muito critrio, tanto as ilustrativas quanto as que representam montagens experimentais.

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Cada uma das seis partes se inicia com texto e imagens que resgatam aspectos histricos relevantes do contedo que nela ser estudado. Nos captulos, a teoria apresentada de forma a priorizar a construo dos conceitos a partir de exemplos. Os exerccios foram atualizados: os de sala de aula, com os quais se pretende explorar todos os contedos estudados, e os exerccios complementares, que oferecem aos alunos a oportunidade de consolidar seu aprendizado e de ter uma viso dos exames vestibulares do pas. As respostas dos exerccios, dos exerccios complementares, a lista de siglas das faculdades e universidades, as tabelas auxiliares, as sugestes de leitura e a bibliografia encontram-se no final do livro. Acrescentamos, tambm, um suplemento com quadros-resumo, til para a resoluo dos exerccios. Esperamos, mais uma vez, ter atingido nossos objetivos de fornecer uma ferramenta que auxilie os professores em sua prtica docente e que prepare os estudantes para o ingresso na Universidade, alm de contribuir para conscientiz-los das implicaes das cincias no cotidiano.

Os autores

AGRADECIMENTOAssumir a misso empresarial de produzir montagens experimentais de qualidade para o ensino to raro quanto inestimvel. Nesse contexto, agradeo a acolhida na Alemanha pela 3B Scientific, que me colocou disposio vrios conjuntos experimentais, cujas fotos enriquecem esta edio.

Osvaldo Guimares

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Reproduo proibida. Art.184 do Cdigo Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

S u m r i oPARTE ICAPTULOS

MECNICA

1. Introduo Fsica, 41. Notao cientfica, 4 2. Algarismos significativos, 6 3. Sistema Internacional de Unidades, 7 4. Medidas de comprimento, massa e tempo, 8

3. Encontro de dois mveis em M.C.U., 73 4. Movimentos concntricos e transmisso do M.C.U., 75 5. Movimento circular variado uniformemente (M.C.V.U.), 77

8. Composio de movimentos, 821. Regra da cadeia, 82 2. Rolamento, 85

2. Cinemtica escalar: conceitos bsicos, 111. Localizao, 11 2. Movimento e repouso, 13 3. Espao e deslocamento escalar, 14 4. Velocidade escalar, 16 5. Acelerao escalar, 19 6. Classificao dos movimentos, 20

9. Movimento vertical, lanamento1. Movimento vertical, 91 2. Lanamento horizontal, 96 3. Lanamento oblquo, 98

horizontal e lanamento oblquo, 90

Reproduo proibida. Art.184 do Cdigo Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

10. Dinmica: as leis de Newton, 1061. Interaes mecnicas, 107 2. Interaes a distncia, 108 3. Interaes de contato, 110 4. Primeira lei de Newton, 114 5. Segunda lei de Newton, 117 6. Terceira lei de Newton, 119

3. Movimento uniforme, 241. Funo horria do espao, 24 2. Diagramas horrios, 26 3. Encontro e ultrapassagem de mveis, 29

4. Movimento variado uniformemente, 351. Funo horria da velocidade, 35 2. Funo horria do espao, 37 3. Equao de Torricelli, 40

11. Aplicaes das leis de Newton, 1241. Blocos em movimento horizontal, 125 2. Elevadores, 127 3. Polia fixa, polia mvel e talha exponencial, 130 4. Plano inclinado, 132 5. Resistncia do ar, 135

5. Vetores, 451. Vetor, 45 2. Adio de vetores, 47 3. Regra do paralelogramo, 48 4. Componentes de um vetor, 50 5. Outras operaes vetoriais, 52 6. Versores, 53

12. Dinmica das trajetrias curvas, 1411. Resultante centrpeta, 141 2. Trajetrias curvas em planos horizontais, 142 3. Rotor e pndulo cnico, 145 4. Trajetrias em planos verticais, 146

6. Cinemtica vetorial, 571. Deslocamento vetorial, 58 2. Velocidade vetorial, 59 3. Acelerao vetorial, 61 4. Acelerao tangencial e acelerao centrpeta, 63

13. Energia, trabalho e potncia, 1531. Formas de energia, 154 2. Trabalho de uma fora, 158 3. Potncia de uma fora, 161 4. Rendimento, 163

14. Energia mecnica, 1671. Energia cintica, 167 2. Energia potencial, 169 3. Sistemas conservativos, 172 4. Sistemas no-conservativos, 173

7. Movimentos circulares, 691. Grandezas angulares, 69 2. Movimento circular e uniforme (M.C.U.), 72

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15. Impulso e quantidade de movimento, 1791. Teorema do impulso, 180 2. Sistema isolado, 182 3. Centro de massa, 184 4. Choques, 18