Grandezas FísicasCapítulo 1

1) VolumeVocê já utiliza várias medidas de volume em seu dia a dia e conhece as unidades mais comuns de medida para expressar essa grandeza. Quer ver?

Você sabe dizer qual o volume de um copinho de café descartável?

E de um refrigerante?

E de uma caixa de leite?

E de um tanque de combustível de um carro médio?

E da caixa-d’água de onde você mora?

Agora precisamos lembrar como se chega ao cálculo do volume (capacidade) de um recipiente; como converter as unidades de volume e, principalmente, saber como podemos usar esse conhecimento para entender melhor as questões que afetam o nosso dia a dia, como as mudanças climáticas, por exemplo.

É importante lembrar que o volume indica o espaço ocupado por um corpo ou objeto. Esse espaço é tridimensional; portanto, para calcular o volume, precisamos de três dimensões: comprimento, largura e altura.

Para explicar isso melhor, considere por exemplo uma pequena caixa-d’água com as seguintes dimensões: 1 metro de comprimento por 1 metro de largura e 1 m de altura. Sabendo que o cálculo do volume é dado por:

comprimento x largura x altura

Qual o volume dessa caixa-d’água?

V = 1 m x 1 m x 1 m = 1 m3 (1 metro cúbico)

1 m

1 m1 m

A União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac) adota o Sistema Internacional de Unidades (SI) em suas publicações. No SI o volume é expresso em metros cúbicos (m3).

Em Química, como trabalhamos com volumes pequenos (pequena escala), utilizamos o litro (L) e o mililitro (mL), sendo que 1 mL é igual a 1 cm3.

1 m3 = 1000 L (ou 103 L)1 L = 1000 mL (ou 103 mL)

1 m3 = 1 000 000 mL (ou 106 mL)

2) Massa Toda medida de massa é sempre em comparação com um padrão escolhido adequadamente (quilograma-padrão). Quando se diz que uma pessoa tem massa igual a 70 kg, isso significa que, em comparação ao padrão escolhido, o quilograma, a massa dessa pessoa é setenta vezes maior.

O quilograma, por sua vez, não é adequado para medir a massa de uma aliança de ouro ou de um caminhão de carga. Nesses casos, é mais adequado, respectivamente, o uso do grama e da tonelada como padrão.

Aliança de ouro: 10 gramas Caminhão betoneira: 113 toneladas

O SI e, portanto, a IUPAC, adotam o quilograma padrão de medida de massa.

1 t = 1000 kg (ou 103 kg)1 kg = 1000 g (ou 103 g)

1 t = 1 000 000 g (ou 106 g)1 kg = 1 000 000 mg (ou 106 mg)

CuriosidadeQuilograma-padrão: massa de um cilindro feito com 90% de platina e 10% de irídio, com 3,917 cm de diâmetro por iguais 3,917 cm de altura.

PesoO nosso peso é a força com que a Terra nos atrai

para a sua superfície. De um modo mais formal, podemos dizer que peso é uma força que aparece nos corpos devido a uma atração gravitacional entre massas.

Massa e peso são conceitos totalmente distintos e não podem ser tratados como sinônimos. Todo corpo tem massa, mesmo que esteja isolado no Universo, mas só terá peso se estiver próximo a algum outro corpo com massa significativa que sofre sua atração. Matéria isolada não tem peso.

3) DensidadeConsiderando a atração gravitacional do planeta Terra, responda: o que pesa mais, 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão?

Na realidade o peso é o mesmo, pois apresentam a mesma massa. No entanto, a massa de 1 kg de chumbo ocupa um volume bem menor que a massa de 1 kg de algodão. Dizemos que o chumbo é muito denso (sua massa se concentra em um pequeno volume). Por sua vez, o algodão é pouco denso (sua massa se espalha em um volume maior)

A densidade (ou massa específica) é a relação entre a massa (m) e o volume (v) de um determinado material.

O volume é uma grandeza física que varia com a temperatura e a pressão e, embora a massa não varie, como a densidade de uma material depende do volume que ele ocupa, só podemos considerar um valor de densidade se especificarmos as condições de temperatura e pressão em que esse valor foi determinado.

mv

d

A água, por exemplo, possui densidade máxima igual a 1 g/cm3, na temperatura de 3,98 °C ou 4 °C, sob pressão de 1 atm (ainda líquida).

Por questões de simplificação, considera-se a água líquida em qualquer temperatura com densidade igual a 1 g/cm3. Mas, no estado, sólido, a densidade da água diminui para cerca de 0,92 g/cm3.

Como materiais menos densos flutuam em materiais mais densos, o gelo flutua na água.

Exemplos1) (UESPI) A água é um recurso natural fundamental para a existência da vida. Mesmo sendo tão importante, existem inúmeras situações que causam a poluição das nossas águas.

Considerando a densidade da água, à temperatura ambiente, igual a 1 g/mL, quais dos poluentes da tabela abaixo flutuariam na sua superfície? Observe os dados da tabela ao fazer sua análise:

Poluente Densidade (gmL) à temperatura ambiente

Gasolina 0,80

Óleo Comestível 0,90

Vidro pirex 2,10

Mercúrio 13,60

a) Vidro pirex e mercúrio. b) Gasolina, óleo comestível e vidro pirex. c) Gasolina e óleo comestível. d) Mercúrio e gasolina. e) Óleo comestível, gasolina e mercúrio.

Alternativa C

02) (UERJ) Para o estudo da densidade de alguns materiais; foram consideradas as duas amostras e a tabela abaixo:  

Amostra I: um fio metálico de massa 135 g e volume de 50 cm3.

 Amostra II: um líquido de massa 7,49 g e volume 10,70 cm3.

Substância Densidade (g/cm3, 25 °C)

Octano Benzeno

SódioÁcido sulfúrico

Alumínio

0,700,880,971,842,70

Calcule as densidades dos materiais contidos nas amostras I e II e identifique as substâncias que os compõem.

  03) (FMU/FIAM-SP) O esquema representa três tubos de ensaio de mesmo diâmetro, contendo cada um a mesma massa dos seguintes líquidos incolores: água, acetona e clorofórmio. Dadas as densidades: dágua = 1,00

g/cm3, dacetona = 0,80 g/cm3; dclorofórmio = 1,5 g/cm3, podemos afirmar que os tubos I, II e III contêm, respectivamente:a) acetona, água e clorofórmio.b) acetona, clorofórmio e água.c) água, clorofórmio e acetona.d) clorofórmio, água e acetona.e) clorofórmio, acetona e água.Alternativa D

4) Temperatura e CalorA temperatura é uma grandeza física relacionada à energia térmica de um material e não depende da massa.

No Brasil a unidade de temperatura mais utilizada é o grau Celsius (°C). Em Química utiliza-se muito o kelvin (K) denominado temperatura termodinâmica, que é adotada pelo Sistema Internacional de Unidades e pela IUPAC.

Os fatores de conversão são:

T/K = t/°C + 273,15

t/°C = T/K – 273,15

O calor é a energia térmica em movimento (em trânsito). A energia térmica é transferida na forma de calor de um corpo para o outro, desde que haja diferença de temperatura entre eles.

A energia térmica na forma de calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura (mais quente) para o corpo de menor temperatura (mais frio), nunca o contrário.

Quando dois corpos com diferentes temperaturas são colocados em contato, ocorre transferência de energia na forma de calor (do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura) até que os dois tenham atingido uma mesma temperatura, intermediária às que tinham no início. O calor depende da massa de um corpo.

f luxo de calor100°C 25°C

5) PressãoPressão atmosférica é a pressão que o ar da atmosfera exerce sobre a superfície do planeta. Essa pressão pode mudar de acordo com a variação de altitude, ou seja, quanto maior a altitude menor a pressão e, consequentemente, quanto menor a altitude maior a pressão exercida pelo ar na superfície terrestre. Normalmente não se sente a pressão atmosférica porque ela se aplica igualmente em todos os pontos do corpo.

A pressão atmosférica normal ao nível do mar é:

p =  1 atm = 1,013 x 105  pa

Outra unidade usual é o milímetro de mercúrio (mmHg), que é a pressão que uma coluna de mercúrio de  1 mm de altura exerce sobre uma superfície onde a gravidade g = 9,8 m/s2 e temperatura 00 C.   A relação entre mmHg e atm é a seguinte:

1 atm = 760 mmHg

Um dos primeiros a verificar a pressão exercida pela atmosfera na superfície terrestre foi Torricelli, através de um experimento onde ele utilizou um tubo com aproximadamente um metro de comprimento cheio de mercúrio, dessa experiência que se originou a unidade mmHg.