física - ceesvo - apostila2

8/14/2019 Fsica - CEESVO - apostila2

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Apostila 2 2 Srie Fsica - CEESVO

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ENERGIA

Sempre que ocorre o deslocamento do ponto de aplicao de uma fora,dizemos que foi realizado um trabalho.

Assim, o garoto da ilustrao realizou um trabalho ao erguer a pedra.

Para poder aplicar uma fora elevantar a pedra, o garoto utilizou aenergia de seus msculos.

Esse fato ocorre sempre: s possvelrealizar trabalho usando energia.

Enquanto o garoto no estavalevantando a pedra, seus msculos

estavam em repouso e a energiacontida neles no estava sendo usada.A energia armazenada nos msculos do garoto, como toda energia que

no est sendo usada, chamada de energia potencial. Por sua vez, a pedralevantada pelo garoto passou a ter energia, pois, se o garoto solt-la, ela poderrealizar um trabalho:

Enquanto est suspensa pelo garoto, a pedra possui uma forma de energiaque no est sendo usada: a energia potencial.

MDULO 5

Energia a capacidade de realizartrabalho.


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Durante a queda, a pedra em movimento vai adquirindo um outro tipo deenergia, chamada energia cintica.

Esta ilustrao, comparada com aanterior, mostra que, quando a pedra solta de uma altura maior, possui maisenergia e, assim, pode realizar maiortrabalho.

Em alturas menores a energiapotencial de um corpo menor que adesse mesmo corpo em alturas maiores.

medida que um corpo cai, sua energia potencial diminui, at chegar aocho, onde nula. Durante a queda do corpo, a energia potencial gradativamente transformada em energia cintica.

Quando a pedra estava suspensa e em repouso, sua energia cintica, que aenergia de movimento, era nula e a energia potencial era grande. No entanto, apartir do momento em que a pedra iniciou a queda, sua energia cintica foiaumentando e sua energia potencial foi diminuindo. No instante em que atingiua gangorra, sua energia cintica era grande e a potencial nula.

Se somarmos, em cada instante, a energia potencial com a cintica, vamosverificar que a energia total constante.

Existem muitas formas de energia: mecnica, eltrica, trmica, qumica,nuclear, etc. Como voc acabou de ler, a energia mecnica pode apresentar-sesob dois aspectos: potencial - Ep e cintica - Ec .

Energia potencial: energia armazenada.Energia cintica: energia de movimento.


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Observe a ilustrao: uma bola abandonada do telhado de um prdioexemplificando a transformao de energia potencial em cintica.

Lembre - se: No (S. I. ) a unidade de medida de energia dada emjoule (J).

Ponto mximo Ep = mximaEc = zero

Ponto mdio Ep = Ec

Ponto mnimo Ec = mximaEp = zero

SAIBA MAIS...Energia nuclear ou atmica a energia que se origina das

reaes nucleares.Pode-se obt-la pelo processo de fisso nuclear dos elementos

qumicos pesados (urnio e plutnio) em reatores nucleares,ou pelo

processo de fuso nuclear dos elementos qumicos leves (hidrognio,transformando-se em hlio). Este ltimo, de transformao dehidrognio em hlio, acontece continuamente no interior do Sol e responsvel por toda a sua energia.

As reaes nucleares de fisso trazem srios riscos segurana, pois o lixo atmico leva centenas de anos para reduzir suaradiatividade a nveis no prejudiciais sade da humanidade. J asreaes de fuso no tm sido implementadas pelo homem porque aindarequerem mais energia do que so capazes de gerar.


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Princpio de conservao de energia

Sol: a nossa principal fonte de energia

O Sol fornece energia em quantidade muito superior que consumimos. Numpas com a rea territorial do Brasil, a energia recebida do Sol milhares de

vezes maior que a energia consumida.Essa energia ainda no pode ser diretamente aproveitada de forma eficiente ebarata. Porm, indiretamente, quase toda a energia de que dispomos se originado Sol.

Em qualquer processo de transferncia de energia, quando umsistema ganha energia, o outro perde.

Em conseqncia: A energia no pode ser criada nem destruda, masapenas transferida ou transformada. A energia total sempre permanececonstante.


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Expresses que definem energia:

Energia potencial: Energia cintica:

Onde: m = massa do corpo Onde: m = massa do corpog = acelerao da gravidade v = velocidadeh = altura

Energia elstica:

Onde: K = constante elstica da mola

x = deslocamento (deformao) da mola

Ep = m. g. h Ec = m . v2

2

Energia mecnica Em = Ep + EcA energia mecnica constante no sistema conservativo.

Eel = K x2

2


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Exemplos:

A. Um corpo de 2 kg abandonado de uma altura de 160 m. Calcular suaenergia potencial, considerando g = 10 m/s2.

Resoluo:Ep = ?

m = 2 kgg = 10 m/s2h = 160 m

Ep = m . g . h

Ep = 2 . 10 . 160

Ep = 3200 J

B. Uma partcula de massa igual a 3 kg abandonado de um farol, atingindo osolo com velocidade de 6 m/s. Determine sua energia cintica.

m = 3 kgv = 6 m/s

Ec = 3 6 2

2

Ec = 3 362

Ec = 54 J

Ec = m . v22


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C. Um objeto atinge uma mola cuja constante elstica K = 100 N/m, e produznela uma deformao de 0,2 m. Determine a energia potencial elstica do objetoarmazenada pela mola.

x = 0,2 m K = 100 N/m

Ep =2

2Kx =2

100 0,2 2

Ep = 100 0,042

Ep = 2 J

EXERCCIOS RESOLVA EM SEU CADERNO

1. O que energia e como ela pode ser calculada?D exemplos de transformao de energia.

2. Qual a diferena entre energia cintica e potencial?

3. A energia cintica de um avio em pleno vo depende de sua:

a) altitude c) massa e altitudeb) massa e volume d) massa e velocidade

4. Para bater o seu prprio recorde em salto de vara, um atleta deve atingiruma altura de 5 m. Sabendo-se que a massa do atleta de 65 kg e que no hperdas no sistema, considerando g = 10 m/s2, a energia potencial adquirida de:

a) 3000 Jb) 3250 J

c) 3500 Jd) 4000 J

5. Uma pessoa cai do 10 andar de um prdio. Se cada andar tem 3 m,desprezando a resistncia do ar, qual a velocidade que ele atinge o solo?(Use: g = 10 m/s2)

Obs.: 0,2 2 = 0,04


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TRABALHO

Conceito fsico de trabalhoObserve as figuras:

No sentido usual, tanto o pedreiro quanto o professor esto trabalhando.Trabalho, nesse caso, definido como a realizao de uma tarefa.

No sentido fsico, entretanto, apenas o pedreiro realiza trabalho, pois eleaplica uma fora ao carrinho, deslocando-o. Em Fsica s existe trabalhoquando, atravs da aplicao de uma fora, h o deslocamento de um corpo;no havendo esse deslocamento, o trabalho considerado nulo.

A garota da ilustrao a seguir est erguendo seu caderno, que pesa umNewton (1 N), a uma altura de um metro (1 m) acima da mesa.

Trabalho a capacidade que uma fora tem de produzir deslocamentos,gastando para isso energia.


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Portanto, ela realizou um trabalho, pois aplicou uma fora igual ao peso docorpo, que de 1 N, e deslocou esse corpo (o caderno) a uma altura de 1 m.

Dizemos, ento, que ela realizou um trabalho igual ao produto da fora pelodeslocamento (espao percorrido pelo corpo), na direo da fora.

Costumamos representar o trabalho pela letra grega e representandoa fora por F e o deslocamento por d, temos:

Onde:=trabalho

F = forad = deslocamento

A unidade de trabalho no Sistema Internacional (SI) ojoule (J). Pois:

1N (newton) 1m (metro) = 1J (joule)

Para calcularmos o trabalho onde o ngulo formado entre a fora e odeslocamento do corpo for maior do que 0, usa-se a seguinte expresso:

= F d cos

Onde:cos = co-seno do ngulo formado entre a fora e o deslocamento docorpo.

Exemplos:

A. Determine o trabalho realizado por uma fora de 200N num deslocamentode 8m.

F = 200 Nd = 8 m

= F d

= 200 8 = 1600 N m


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B. Um bloco de 18 kg, como indicado na figura abaixo, arrastado por umafora de 10 3 N, inclinada em 30 com a horizontal, deslocando-o em 5 m.Determine a fora de reao normal de apoio e o trabalho realizado pela fora.Dados: g = 10 m/s2 , cos300 = 0,86

1 frmulaP = N = m . g

N = 18 . 1030

2 frmula

= F . d. . cos300P

= 10 3 5 0,86

= 75 J


6. Na figura abaixo, um corpo se desloca ao longo da reta r sob a ao dasforas: f1, f2, f3 e f4. A fora cujo trabalho nulo, :

A) f1B) f2C) f3D) f4

7. Calcule o trabalho realizado por uma fora de 58N, que desloca um objetoem 300cm. ( Transforme cm em m )

f3

f4

f2

r

f1

N = 180 N

NF

m = 18 Kgg = 10 m/s2

F = 10 3 Nd = 5 m


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POTNCIA

Como voc leu acima, no Sistema Internacional de Unidades (SI), aunidade de potncia o watt (W), que o trabalho de 1 joule em 1 segundo.

Outras unidades:

Para calcularmos a potncia usamos as seguintes expresses:

ouP =t

P = F . vOnde:

P = potncia

= trabalhot = variao do tempoF = forav = velocidade

Define-se potncia, como sendo a rapidez com que o trabalho de uma fora realizado na unidade de tempo. Assim, uma mquina que realiza um trabalhorapidamente considerada potente. No Sistema Internacional, a unidade demedida dada em watt (w), nome do inventor da mquina a vapor. Outraunidade usada com freqncia o quilowatt (kw) = 1000w e mw (megawatt)1000 000w ou 106 w. Usa-se tambm o cv (cavalo-vapor) equivalente a735w e hp (horse-power) equivalente a 746w.

1 watt (W) = 1 J

s

1 CV = 735 W1HP = 746W


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Rendimento

Imaginemos uma mquina qualquer que deve realizar determinadotrabalho. Por exemplo, um trem eltrico.

Para o trem eltrico funcionar, devemos fornecer a ele uma potnciadenominada potncia eltrica ou potncia total. Por outro lado o tremdesenvolve umapotncia til que provoca o seu deslocamento.

A potncia til sempre menor que a potncia total, pois uma parte dapotncia total utilizada (perdida) para vencer as resistncias passivas,representadas principalmente pelo atrito. A parcela da potncia total que perdida (dissipada) denominadapotncia dissipada oupotncia perdida.

A relao entre essas grandezas :

Para qualificar uma mquina quanto sua eficincia, definimos a grandezarendimento como sendo:

O que se aproveita

O total recebido

O rendimento de uma mquina o quociente entre a potncia til e a potnciarecebida.

Observaes:a) Como o rendimento o quociente entre duas grandezas de mesma

unidade, ele adimensional, isto , sem unidade.

b) O rendimento pode ser expresso em porcentagem.c) O rendimento sempre menor do que 1 e maior ou igual a zero, isto ,

0 < 1.

.

Em que:Pt a potncia total.Pu a potncia til.

Pd a potncia dissipada.

Pt = Pu + Pd

= PuPt


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Exemplos:

A. Calcule a potncia que necessita uma mquina para realizar um trabalho de1200 J em 1 minuto.

1 min = 60 s

t = 60 s

= 1200 J

Frmula:

P =60

1200

P = 20 w

B. Para arrastar um corpo de massa 100kg entre dois pontos, com movimentouniforme, um motor de potncia igual a 500W opera durante 120s. Determine otrabalho motor realizado.

P = 500 W t = 120 s

= P t

= 500 120

= 60000 J

P =t


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8. O rendimento de uma mquina de 60% e a potncia total 250 W.Determine sua potncia til.

9. Transformar 3 . l04 CV em watts.

10. Calcule a potncia de um motor cuja fora realiza um trabalho de 600Jem 8 segundos.

11. Uma mquina cuja potncia til 2000 w realiza em 5 s um trabalho,em joule, de:

a) 10000 c) 400b) 5000 d) 80

GABARITO DE FSICA

MDULO 5

Exerccio 4:Letra b 3250J

Exerccio 5:V 24,5 m/s

Exerccio 6:Letra d f4

Exerccio 7:

= 174J

Exerccio 8:Pn = 150W

Exerccio 9:

P= 2,205 . 107w

Exerccio 10:P = 75W

Exerccio 11:

= 10000J


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MDULO 6

IMPULSO E QUANTIDADE DE MOVIMENTO

Impulso: quando exercemos uma fora sobre um corpo por um determinadotempo, estamos dando a ele um impulso. No S. I.( Sistema Internacional ) aunidade de medida de impulso dada em newton vezes segundo (N . s). Emconseqncia, impulso uma grandeza vetorial.

A expresso que define impulso:

Onde:

I = impulsoF = forat = variao de tempo

Quantidade de movimento: define-se quantidade de movimento comosendo o produto da massa de um corpo pela sua velocidade vetorial. No S. I. aunidade de medida de quantidade de movimento dada em quilograma vezesmetro por segundo (kg . m/s). Em conseqncia, quantidade de movimento uma grandeza vetorial.

A expresso que define quantidade de movimento:

Onde:

Q = quantidade de movimentom = massa do corpov = velocidade

I = F . t

Q = m . v

Obs.: Para o mesmo intervalo de tempo, oimpulso da fora resultante igual variao da quantidade de movimento, ouseja:

IFR = QfQi ou IFR = Q


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Exemplos:

A - Qual o impulso de uma fora de 40 N durante 2 minutos?

F = 40 N t = 2 min = 120 s

I = F t

I = 40 120

I = 4800 N s

B - Um corpo de massa 2,4 T lanado verticalmente para cima comvelocidade inicial de 3 m/s. Qual a quantidade de movimento inicial dessecorpo?

V = 3 m/s m = 2,4 T = 2400 Kg

Q = m v

Q = 2400 3

Q = 7200 Kg m/s

C - O grfico da figura abaixo mostra uma fora aplicada a um corpo que variacom o tempo. Calcule o impulso provocado por essa fora entre O e 6s.

F (N)

.

I = rea do trapzio

I = (B + b) . h0 2 4 6 t (s) 2

I = (6 + 2) . 22

I = 8 N . s

2

Obs.: 1min = 60 sento: 2 60 = 120 s

Obs.:como 1 T = 1000 Kgento: 2,4 1000 = 2400 kg

B = 6 ( base maior ) b = 2 ( base menor ) h =2 ( altura )

Soluo - neste caso o impulso igual a rea dafigura desenhada pela fora.


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EXERCCIOS RESPONDA EM SEU CADERNO

1. O princpio fsico que explica o recuo de uma arma ao disparar umprojtil :

a) teoria do impulsob) conservao de energiac) conservao da quantidade de movimentod) teoria da energia cintica2. Um vago de trem, de massa M, e sua carga de massa m, tm velocidade

v. A quantidade de movimento do conjunto :

a) (M+m) . v2 c) (M-m) . vb) (M+m) . v d) (M-m) . v2

3. Qual a intensidade do impulso de uma fora F = 20N durante 4 s.

4. Calcule a quantidade de movimento de uma partcula de massa 3 kgatingindo uma velocidade de 40 m/s.

GRAVITAO UNIVERSALDesde as civilizaes mais remotas, o homem sonha com a possibilidade

de desvendar os mistrios do universo. Hoje, sabe-se que o sistema solarcompe-se de nove planetas que giram ao redor do Sol. Sendo Mercrio o maisprximo do Sol e Pluto o mais distante. At se chegar a esta concluso, foramsculos de observaes. Muitos foram os filsofos que se empenharam nosentido de explicar o comportamento dos corpos celestes. Plato, Aristteles ePtolomeu consideravam a Terra o centro do universo (teoria geocntrica).Coprnico considerou o Sol como sendo o centro do universo (teoriaheliocntrica).


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Lei da gravitao: De acordo com Newton, dois corpos se atraem com forasdiretamente proporcionais ao produto de suas massas e inversamenteproporcional ao quadrado da distncia que os separa.

Para clculo da fora gravitacional, usamos a expresso:

Onde:

F = fora

G = constante de gravitao universal G = 6,7 x 10-11 N . m2 /Kg2

m1 = massa do corpo 1

m2 = massa do corpo 2

d2 = distncia ao quadrado

Exemplo:

A Um corpo de massa m1 = 1,2 Kg est a 2 m de outro de massa m2 = 4Kg. Determine a intensidade da fora de atrao gravitacional entre os dois:

Use: G = 6,7 . 10-11 N . m2Kg2

m1 = 1,2 kg m2 = 4 kg d = 2 m

Fg = G m1 m2d2

Fg = 6,7 10-11 1,2 4

22

Fg = 6,7 10-11

1,2 44

Fg = 8,04 10-11

N

F = G . m1. m2d2


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5. Dois pontos materiais de massa m1 = 2 Kg e m2 = 8 Kg esto localizados auma distncia de 4 m um do outro. A fora gravitacional entre elas :

Use: G = 6,7 . 10-11 N . m2

Kg

2

a) 6 . 1015 N b) 7 . 1011N c) 6,7 . 10-11 N d) nda

PRESSO

Presso uma grandeza escalar que relaciona uma fora resultante com area de contado onde ela age. Em conseqncia, o valor da presso no dependesomente da intensidade da fora aplicada, mas principalmente, da rea decontato onde ela atua. No (S. I.) a unidade de medida de presso dada em

pascal (Pa). 1Pa = 1N/m2.p=presso

Presso definida por: Onde: F = fora ou pesoA= rea

Exemplo:

A. Aplica-se uma fora F = 150 N perpendicularmente sobre umasuperfciede rea 2m2. Determine a presso exercida sobre essa superfcie.

p = FA

p = 1502

p = 75 N/ m2

Exerccio Resolva em seu caderno:

6. Aplica-se uma fora F = 10 N perpendicular sobre uma superfcie quadradade rea 0,5 m2. Determine a presso exercida sobre a superfcie.

p = FA


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Presso nos lquidos: O fsico francs Blaise Pascal, foi um grandeestudioso do comportamento dos lquidos e sobre os quais estabeleceu umimportante princpio.

Outras concluses tambm importantes:

1 - A presso em um lquido aumenta com a profundidade.

2 - Todos os pontos horizontais de uma mesma profundidade tm amesma presso.

3 - Num sistema de vasos comunicantes um lquido atinge omesmo nvel.

O princpio de Pascal contribuiu sobremaneira para criao da prensahidrulica e do macaco hidrulico, bem como, todos os sistemas hidrulicospresentes nos automveis, avies, navios, etc.

A expresso da prensa e macaco hidrulico dada por:

Onde:

F1 = fora 1 A1 = rea 1 F2 = fora 2 A2 = rea 2

Qualquer acrscimo de presso em um lquido, num recipiente fechado, transmitido integralmente para todas as partes desselquido.

F1 F2A1 A2

=


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Exemplo:

A - Uma prensa hidrulica tem mbolos com reas iguais a 0,1 m2 e 0,8 m2.Uma fora de 18 N aplicada sobre o mbolo menor. Qual a fora resultante

no mbolo maior?Frmula: F1 F2 18 F2 0,l F2 = 18 x 0,8 F2 = 14,4

A1 A2 0,1 0,8 0,1

Princpio de Arquimedes

Todo corpo mergulhado total ou parcialmente em um fludo, recebe desteuma fora chamada empuxo ( E ), vertical, de baixo para cima, com intensidadeigual ao peso do volume de fludo deslocado, ou seja:

E = PFl = dFl.Vd. g

Densidade: densidade de um corpo a relao entre sua massa e seu volume.

A expresso que define densidade :

No Sistema Internacional a densidade medida em quilograma por metrocbico (kg/m3 ) MKS . Entretanto, comum usar o grama por centmetrocbico ( g/cm3 ) CGS . Por exemplo, a densidade da gua igual l g/cm3.

Presso Atmosfrica: A massa de ar e gases existentes em volta de nossoplaneta, exerce uma presso sobre todos os corpos que esto na superfcie da

Terra. Essa presso recebe o nome de presso atmosfrica e mede 76 cm Hg(centmetro de mercrio) ou 1 atm (atmosfera) ao nvel do mar.

Empuxo: Uma pessoa consegue boiar na gua de uma piscina devido a ao deuma fora natural, aplicada para cima, chamada empuxo. Quem melhor definiuempuxo foi Arquimedes, atravs do princpio que leva o seu nome.

d = Vm Onde:d = densidadem = massaV = volume

F2 = 144 N

==


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Obs.: Fluido: lquido ou gases que podem ser escoados facilmente.

A expresso que define empuxo :

Peso aparente: o peso menos o empuxo


7. Os navios flutuam devido aos seus cascos serem bem grandes, de tal modoque suas massas sejam bem distribudas sobre as guas, mas principalmentedevido ao:

a) Princpio de Pascalb) Princpio de Arquimedes

c) Efeito Jouled) Lei de Coulomb

8.A prensa hidrulica uma aplicao prtica do princpio de:a) Stevin c) Bernoullib) Pascal d) Arquimedes

Um corpo total ou parcialmente imerso num fluido, recebe verticalmente paracima, uma fora denominada empuxo, cuja intensidade igual ao peso dovolume deslocado.

E = d . V . gou

E = dl. Vl. g

Onde:E = empuxodl = densidade dolquidoVl = volume do lquidog = gravidade = 10 m/s2

Pa = P - E


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9. A massa de 1 litro de lcool 800 g. A densidade do lcool, em g/cm3 :a) 0,8 c) 1/800b) 1,25 d) 800

Use: 1 litro = 1000 cm3

10. Uma esfera de alumnio ocupa um volume de 300 cm3 e possui massa de450 g. O valor da densidade da esfera , em g/cm3:

a) 2 b) 3 c) 1,5 d) 4

11. Uma prensa hidrulica tem dois mbolos de reas iguais a 10 cm2 e 80 cm2.Calcular a fora transmitida ao mbolo (pisto) maior, quando se aplica aomenor uma fora de 120N.

GABARITO DE FSICA

MDULO 6

Exerccio 1:Letra c

Exerccio 2:Letra b

Exerccio 3:I = 80 Ns

Exerccio 4:

120 kg.m/s

Exerccio 5:Letra c - 6,7.10-11 N

Exerccio 6:20 N/m2

Exerccio 7:Letra b

Exerccio 8:Letra b

Exerccio 9:Letra a - 0,8 g/cm3

Exerccio 10:Letra c 1,5 g/cm3

Exerccio 11:960N


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MDULO 7

INTRODUO TERMOLOGIA

Termologia a parte da Fsica que estuda o calor e suas aplicaes.O calor, tambm denominado energia trmica, conseqncia do movimento

vibratrio das molculas ou partculas de um corpo. Quanto maior o movimentovibratrio mais quente o corpo.

TEMPERATURA

Lembre-se que:

os corpos so constitudos de partculas denominadas tomos;

numa determinada substncia, diferentes tomos se agrupam formandomolculas;

as molculas dos corpos apresentam movimento caracterstico de cadamaterial: nos slidos esse movimento bem pequeno; nos lquidos aspartculas tm maior liberdade de movimento; nos gases as partculas tm ummovimento intenso e desordenado.

O movimento das molculas denominado agitao trmica. E a agitao

trmica est relacionada com a percepo que temos de quente e frio. Paraentender isso melhor, imagine um recipiente contendo gua at a borda e sendocolocado ao fogo. medida que a gua se esquenta, o movimento de suasmolculas vai aumentando, de tal forma que a gua se dilata e transbordamesmo antes de ferver.

Do que foi apresentado, podemos concluir que quanto mais quente o corpovai ficando, maior o movimento de suas molculas.

EQUILBRIO TRMICO

O que acontece quando um pedao de ferro quente colocado numavasilha contendo determinada poro de gua fria? O calor escoa do ferroquente para a gua fria, fazendo com que o ferro se esfrie e a gua se aquea.

A grandeza que permite avaliar o grau de agitao trmica dasmolculas de um corpo a temperatura.


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Esse escoamento cessa quando a gua e o ferro atingem o equilbriotrmico, isto , quando ambos atingem a mesma temperatura.

Obviamente, esse fenmeno no ocorre apenas entre o ferro quente e agua fria, mas com qualquer corpo aquecido em contato com outro de menortemperatura.

TERMMETROS

O instrumento que mede a grandeza temperatura o termmetro. Oprimeiro termmetro foi construdo h trs sculos e meio, pelo sbio italianoGalileu Galilei (1564-1642).

Atualmente, existem vrios tipos de termmetro. Os mais conhecidosconsistem num tubo de vidro longo e delgado, com um reservatrio na parteinferior (bulbo), onde fica contido mercrio (que o nico metal lquido sobtemperatura ambiente) ou lcool. Quando se trata de termmetro comreservatrio de lcool, para que se possa distinguir o lcool costume tingi-locom um corante, em geral vermelho.

O funcionamento de um termmetro geralmente se baseia na dilatao doslquidos (e voc sabe que dilatao aumento de volume provocado poraquecimento). Ento, colocando o termmetro em contato com um corpo, estecede ou recebe calor do termmetro, at que ambos atinjam o equilbriotrmico. Com a troca de calor, o volume do lquido contido no termmetrovaria, marcando assim a temperatura numa escala graduada.

ESCALAS TERMOMTRICAS

Geralmente os termmetros apresentam uma linha graduada que indica ovalor da temperatura. Essa graduao recebe o nome de escala termomtrica.

Existem vrias escalas termomtricas, dentre as quais iremos estudar: aCelsius, apresentada pelo astrnomo sueco Anders Celsius (1701-1744); aFahrenheit, proposta pelo fsico alemo Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736); a Kelvin, inventada pelo fsico e lorde britnico William ThomsonKelvin (1824-1907).


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Escala Celsius.Para obter essa escala, coloca- se

primeiro o bulbo do termmetro

no gelo em fuso e depois novapor da gua em ebulio, atque ocorra o equilbrio trmicoem cada caso. Chega-se assim adois valores de temperatura, queso marcados no termmetro: ao valor alcanado pelo geloem fuso atribudo o nmero 0;

ao valor alcanado pelo vaporda gua atribudo o nmero100. Escala Celsius.

O intervalo obtido entre esses dois nmeros dividido em 100 partesiguais, cada uma valendo 1 grau Celsius. O grau Celsius representado pelosmbolo C. Por exemplo, 30 graus Celsius representamos assim: 30 C.

A escala Celsius, que a mais usada no Brasil, pode ser prolongada almde 100 C e abaixo de 0 C, neste caso para temperaturas negativas.

Escala Fahrenheit.

obtida mergulhando-se o bulbo dotermmetro numa mistura refrigerante degelo picado, cloreto de amnio (sal) ecloreto de sdio, cuja temperatura

corresponde a -17,7 C. Em seguida otermmetro colocado no vapor da guaem ebulio. O intervalo entre essas duasmedidas dividido em 212 partes iguais,

valendo, cada uma, 1 grau Fahrenheit(1 F). A temperatura:

da mistura refrigerante de 0 F, quenessa escala corresponde a 32 F;

da gua em ebulio de 212 F. Escala Fahrenheit.


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Dessa maneira, o intervalo entre a temperatura do gelo em fuso e a dagua em ebulio de 180 F.

A escala Fahrenheit muito usada nos pases de lngua inglesa.

Escala Kelvin.

Tambm conhecida como escala absoluta, pois nela,diferentemente da Celsius e da Fahrenheit, o zero significaausncia de agitao molecular. A escala Kelvin obtidapelo prolongamento da escala Celsius at 273 C, que a temperatura mais baixa da natureza, conhecida como

zero absoluto.O zero absoluto representado assim: 0 K

(zero kelvin). Observe que a escala Kelvin no usa aexpresso grau, sendo o valor da temperatura relacionadodiretamente ao nome da escala; por exemplo: 100 K, 35 Ketc. Em zero absoluto foi comprovado que as molculascessam por completo seu movimento. Essa escala tem apli-caes em laboratrios, para a determinao detemperaturas muito baixas, como a de certos gasesliquefeitos.

Escala Kelvin.

RELAES ENTRE AS ESCALAS TERMOMTRICAS

A prxima figura representa trs termmetros um em escala Celsius,outro em Fahrenheit e o terceiro em Kelvin , colocados num mesmorecipiente com gua:


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Cada um desses termmetros entra em equilbrio trmico com a gua. Observena figura anterior que, ao atingir o equilbrio trmico, o lquido contido nobulbo de cada termmetro atinge um mesmo nvel em cada escala

correspondente.Dessa maneira, ao atingir o equilbrio trmico, a relao entre as trsescalas dada atravs da seguinte expresso:

EXEMPLOS:

A)Transforme:

a) 50 F em C

TC =9

5 (TF- 32)

TC =9

5 (50 32)

TC =9

5 .18

Tc = 990

TC = 10C

1) Do Celsius para Fahrenheit TF = (5

9 Tc) + 32.

2. Do Fahrenheit para Celsius TC =9

5 (TF - 32)

3. Do Celsius para Kelvin TK = Tc + 273

4) Do Kelvin para Celsius Tc = Tk 273

5) De Fahrenheit para Kelvin TK = (9

5 TF) + 255

b)47 C em K

TK = TC + 273

TK = 47 + 273

TK = 320 K


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c) 30 C em F

TF = (

5

9 TC) + 32

TF = (5

9 .30) + 32

TF = ( 9 6 ) + 32

TF = 86 F


1. Faa a converso das seguintes temperaturas:

a) 104 F para C d)53 C para Kb) 423 K para C e) 293 K para 0Cc) 10 C para F

DILATAO TRMICA

Quando uma pessoa est com febre, sua temperatura corporal maiselevada do que o normal. Isto pode ser comprovado com auxlio do termmetroclnico. Aps retirarmos o termmetro do enfermo, constatamos que o filete demercrio se dilatou dentro do tubo. Isso porque as dimenses dos corpos sofremdilatao quando estes so aquecidos, e contrao quando resfriados.

Muitas vezes, a dilatao s pode ser comprovada por meio de ins-trumentos. Mas ela pode tambm ser entendida pelo movimento das molculas.Assim, quando um corpo aquecido suas molculas vibram mais intensamente.

Por isso, elas necessitam de maior espao. E o que acontece quando muitaspessoas danam num salo. Se a dana exigir passos mais amplos, sernecessrio maior espao para execut-los.

d) 45 F em K

TK = (

9

5 TF ) + 255

TK = (9

5 . 45 ) + 255

TK = ( 5 5 ) + 255

TK = 280 K


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Todos os corpos sejam slidos, lquidos ou gasosos esto sujeitos dilatao trmica. Vamos agora estudar esse assunto.

DILATAO DOS SLIDOS

Entre os slidos, os metais so os que melhor se dilatam, principalmente oalumnio e o cobre. Temos um bom exemplo disso num vidro de conserva coma tampa metlica emperrada. Para abrir o vidro, basta mergulhar a tampa nagua quente; como o metal se dilata mais que o vidro, a tampa logo fica frouxa.

O aquecimento pode levar um slido a dilatar-se em todas as direes.Assim, a dilatao dos slidos pode ser linear, superficial ou volumtrica.

Dilatao linear

Essa dilatao corresponde ao aumento do comprimento dos corpos quandoaquecidos. Voc j notou que os trilhos das es-tradas de ferro no ficam unidos uns aos outrosnos pontos em que so emendados? necessriotomar essa precauo porque, durante o vero, ostrilhos aumentam de comprimento (aumentolinear) pela ao do calor. Assim, se estiveremunidos sero foradosuns contra os outros, oque acaba provocando

uma deformao perigosa passagem do trem, quepode descarrilar.

A dilatao linear pode ser comprovada e medidapor meio de um aparelho chamado pirmetro dequadrante.

Dilatao superficial

Refere-se rea do slido dilatado, como por exemplo sua largura e com-primento. Uma experincia bem simples pode comprovar a dilatao superficialdos slidos, como mostra a figura a seguir:


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A moeda no passa pelo aro porque

sua superfcie aumentou aps ter sidoaquecida.

Dilatao volumtrica.

Refere-se ao aumento do volume doslido, isto , de seu comprimento, de suaaltura e largura. O instrumento usado paracomprovar a dilatao volumtrica de umcorpo chamado anel de Gravezande,sendo este uma variao da experinciasugerida na figura anterior.

O volume da esfera aumenta com oaquecimento .

DILATAO DOS LQUIDOS

Voc j observou como o leite aumenta de volume quando ferve?O mesmo ocorre com todos os lquidos, que apresentam maior capacidade

de dilatao que os slidos.O processo de dilatao da gua um pouco diferente do que ocorre com

os outros lquidos. Em temperaturas superiores a 4 0C, a gua se comporta como

Curiosidade

Por que o vidro fino suporta mais calor que o grosso?

Levado ao fogo, um vidro grosso racha mais facilmente que um vidro fino. Issoacontece porque o vidro mau condutor de calor. Assim, se o vidro for espesso, ascamadas que ficam em contato com o fogo se aquecem e se dilatam antes dascamadas mais afastadas, causando a rachadura. No vidro delgado, a dilatao maisuniforme. Por isso, ele no racha. O pirex um tipo especial de vidro que se dilatamuito pouco, podendo ser levado ao fogo sem o perigo de rachar.


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a maioria das substncias, isto , aumenta de volume quando aquecida e diminuiquando resfriada. Mas, ao ser aquecida de 00C a 4 0C, o fenmeno se inverte e agua diminui de volume. Inversamente, se for esfriada de 4 0C a 0 0C, ela se

dilata, ou seja, aumenta de volume. por essa razo que uma garrafa cheia de gua e fechada estoura no

congelador: de 4 0C a 0 0C, enquanto a garrafa de vidro ou plstico diminui devolume ao esfriar-se, a gua tem seu volume aumentado.

DILATAO DOS GASES

A dilatao dos gases, que mais acentuada que a dos lquidos, pode sercomprovada por uma experincia bem simples. Num balo de vidro, com ar emseu interior, introduz-se um canudo dentro do qual h uma gota de leo:


2.Que temperatura?

3. Para que servem os termmetros?

4. Quais so as escalas termomtricas mais usadas?

5. O que dilatao?

6. Numa das regies mais frias do mundo, o termmetro indica -76 0 F. Qualser a mesma temperatura na escala Celsius?


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7. Em Pluto, o planeta mais afastado do sistema solar, a temperatura chega a-380 0F. Qual a temperatura de Pluto na escala Celsius?

CALORColocando um cubo de gelo dentro de um copo

com gua quente, constatamos que o gelo se derretee que a gua fica fria.

Qual a causa da alterao na gua e no gelo? a gua que faz o gelo derreter-se? o gelo que faza gua esfriar?

A resposta correta : o gelo se derrete porcausa do calor que recebe da gua. Ou seja, a gua transfere calor para o gelo,que se aquece e derrete.

Para compreender como ocorre, de um corpo quente para um corpo frio, apassagem dessa estranha energia chamada calor, vamos precisar apenas de umpouco de imaginao.

Considere o resistor quente de um chuveiro eltrico mergulhado em guafria. Suponha que pudssemos penetrar no interior da matria, onde esto as

molculas ou partculas. O que veramos? Molculas num contnuo edesordenado movimento vibratrio. E esse movimento seria mais intenso naspartculas do resistor quente do que na gua fria.

Assim, quanto mais aquecido estiver o corpo, maior ser a vibrao desuas molculas. Dentro do resistor observaramos as partculas do metalvibrando e transferindo parte de sua energia s molculas da gua, quepassariam a vibrar mais intensamente. Enquanto fosse aumentando a vibraodas molculas de gua, observaramos a diminuio da vibrao das molculasdo metal.

Dessa forma, podemos entender por que durante o contato as partculas doresistor passam a vibrar menos, ocorrendo o inverso com as molculas da gua.

Agora, podemos chegar seguinte definio:

CALOR UMA FORMA DE ENERGIA QUE SE TRANSFERE DE UM CORPOQUENTE PARA UM CORPO FRIO AT QUE HAJA EQUILBRIO TRMICOENTRE ELES.


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FONTES DE CALOR

As fontes de calor podem ser naturais, como o Sol e os vulces, ouartificiais, como as velas, as lmpadas, o ferro de passar roupa e o chuveiroeltrico.

Alguns corpos, como os metlicos, so bons condutores de calor. Outros,como os de madeira, vidro, borracha e isopor, no conduzem bem o calor.

Embora sejam bons condutores de calor, os diversos tipos de metal (ferro,prata, chumbo etc.) no realizam essa conduo igualmente. A experinciadescrita a seguir comprova essa afirmao.

Numa caixa metlica so introduzidos, por orifcios laterais, bastes deprata, cobre, alumnio, ferro e chumbo, de mesmo comprimento e mesmaespessura. Uma das extremidades dos bastes fica fora da caixa. Essasextremidades externas so recobertas de cera:

Alguns metais conduzem melhor o calor do que outros.Coloca-se gua fervendo dentro da caixa, de modo que os bastes ficam

totalmente cobertos. Depois de alguns instantes, a cera se derrete primeiro nobasto de prata e depois nos outros, na seguinte seqncia: cobre, alumnio eferro. A cera que cobre o basto de chumbo pode nem chegar a derreter-se.

Dessa experincia pode-se concluir que, entre os metais que foramutilizados, a prata o melhor condutor de calor, enquanto o chumbo o pior.

PROPAGAO DO CALOR

Como voc sabe, a transmisso do calor de um corpo mais quente paraoutro mais frio se d at que seja atingida uma temperatura de equilbrio. Essapropagao do calor pode ser por conduo, conveco ou irradiao.


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Propagao por conduo.

Se colocarmos a extremidade de um objeto metlico comprido no fogo, empouco tempo a outra extremidade tambm estar quente. O mesmo acontece

introduzindo uma pequena colher de metal numa xcara de lquido quente. Essefenmeno ocorre porque as vibraes das molculas se transmitem para asmolculas vizinhas. No ocorre, no entanto, deslocamento dessas molculas.

Na conduo, portanto, o calor se propaga de molcula para molcula. Esta uma forma de transmisso do calor caracterstica dos slidos, embora ocorra,menos intensamente, tambm nos lquidos e gases.

Saiba mais...

Recipientes que conservam melhor a temperatura

Nos utenslios de cozinha encontramos bons exemplos de como se comportamos diferentes materiais quanto conduo e ao isolamento trmico. O

alumnio, por exemplo, bastante empregado na confeco de panelas, poisajuda a cozinhar rapidamente os alimentos; no entanto, como tambm permiteuma rpida troca de calor com o ambiente, os alimentos contidos nessaspanelas se resfriam tambm rapidamente depois do cozimento.

O vidro, a cermica, a porcelana, a madeira e o ao inoxidvel mantm osalimentos quentes por mais tempo. por isso que se costuma servir feijoadaainda bem quente em cumbucas de cermica.

Por manter o calor, a cermica usada nafabricao de cumbucas, onde a feijoada pode serservida bem quente.

Adaptado de: Paran.Fsica. So Paulo, tica, 1993.

v. 2, p. 98.


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Os lquidos e gases no conduzem bem o calor, com exceo do mercrioe do hidrognio. A experincia representada na figura aolado permite comprovar que os lquidos so mauscondutores de calor. Veja que podemos segurar o tubo de

ensaio na parte inferior sem queimar os dedos, embora agua esteja fervendo na parte superior. .

Os lquidos so maus condutores de calor.

Propagao por conveco.

Se colocarmos serragem na guacontida num balo de vidro (recipientemuito usado em laboratrio) e o levarmosao fogo, veremos a serragem subir e descerincessantemente. Isso significa que a guasobe, ao ser aquecida, e desce quandoesfria, formando assim as chamadascorrentes de conveco. A propagao porconveco produzida pelo deslocamento demolculas caracterstica dos lquidos e gases. Correntes de conveco.

As correntes de conveco so usadas no aquecimento de casas, nosaparelhos de ar condicionado, nos radiadores de automveis, sendo res-ponsveis tambm pelo vo de planadores e asas-delta.

Propagao por irradiao.

Da mesma forma que a luz, o calor do Sol chega Terra depois deatravessar uma grande extenso de vcuo. Essa energia trmica, tambmchamada energia radiante, se propaga pela irradiao.

Outro exemplo desse tipo de irradiao: quando aquecemos as mos diante

de uma fogueira, a maior parte do calor nos transmitida por irradiao, umavez que a conduo do calor pelo ar pequena e a conveco tende a carregar oar quente para cima.


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ABSORO E EMISSO DE CALOR

A chama de uma vela, alm de emitir luz, emite tambm energia trmica: ocalor luminoso. J a gua fervente emite calor, mas no luz: o chamado calor

obscuro, produzido por uma fonte quente mas no luminosa e que tambm sepropaga por irradiao.

O Sol ou uma lmpada acesa produzem calor luminoso, enquanto um ferrode passar roupa, quando normalmente aquecido, produz calor obscuro.

Certas substncias deixam passar o calor luminoso, mas impedem apassagem do calor obscuro. O vidro um exemplo. Essa propriedade do vidro usada na construo de estufas destinadas conservao do calor, como as queguardam certas plantas sensveis temperatura.

Uma estufa consiste num compartimento de paredes e telhado de vidro, quedeixam passar o calor luminoso do Sol para dentro do ambiente durante o dia. Anoite, a estufa impede que o calor obscuro obtido de dia se perca, mantendo asplantas aquecidas em seu interior.

Quando um corpo aquecido ele absorve uma parte do calor e reflete outra.Os corpos que absorvem bem o calor so tambm os que melhor o emitem. Oscorpos escuros so os que mais absorvem e emitem calor (a fuligem, porexemplo, absorve 97% do calor recebido). J com os corpos claros ou brilhantesocorre o contrrio (a prata polida, por exemplo, absorve apenas 6% do calor

recebido). por isso que no vero devemos usar roupas claras, pois elasabsorvem menos calor. No inverno, a preferncia deve ser por roupas escuras,pois so as que mais absorvem calor.

MEDIDA DA QUANTIDADE DE CALOR

A quantidade de calor que passa de um corpo para outro pode ser medida.A parte da Termologia que se ocupa dessa medio a Calorimetria.So duas as principais unidades de quantidade de calor:

caloria (cal) a quantidade de calor necessria para elevar em 1 C atemperatura de 1 g de gua, sob presso normal;

quilocaloria (Kcal) a quantidade de calor necessria para elevar em 1 Ca temperatura de 1 kg de gua, sob presso normal.


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Uma quilocaloria igual a 1 000 calorias, ou seja, 1 Kcal = 1 000 cal.

Obs.: 1 cal ~ 4,2 J ( joule )

CALOR LATENTE

Leia o exemplo abaixo:

Ernesto estava to animado com sua observao que no teve dvidas: foipara cozinha e resolveu fazer um teste.

Pegou uma panela pequena, pesou e colocou nela 100 gramas de gelo ejuntou 100 ml de gua, at quase cobrir os cubos de gelo. Mexeu bem, at que otermmetro marcasse perto de 00C. Colocou a panela no fogo, com fogo bembaixo, e foi anotando, a cada minuto, o valor da temperatura indicado pelotermmetro.

Ficou assustado e achou que o termmetro estava quebrado, pois obteve os

seguintes resultados:

TEMPO (minutos) TEMPERATURA (C)0 0,11 0,22 0,13 0,24 0,95 2,8

Mas, a partir do quinto minuto, Ernesto percebeu que todo gelo haviaderretido. Ento, a temperatura da gua comeou a subir.

Confiante, Ernesto chegou seguinte concluso: enquanto havia gelo nagua, sua temperatura no variou. Mas, quando todo o gelo derreteu, atemperatura comeou a aumentar.


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Como possvel que, quando cedemos calor ao conjunto gua-gelo, atemperatura no varie? Para compreender esse fenmeno, precisamos analisar aestrutura da matria.

Para fundir o gelo necessrio aumentar a energia cintica mdia das

molculas (conjunto de tomos). Mas, quando chegamos temperatura demudana de fase, precisamos de energia para quebrar a ligao entre asmolculas. Isso significa que a energia que est sendo fornecida ao gelo , emsua maior parte, usada para quebrar as ligaes qumicas entre as molculas, eno para aumentar a energia cintica mdia delas!

O conceito de calor latente usado para representar esse fenmeno.

Para clculo do calor latente usa-se a seguinte relao:

Onde: L = calor latenteQ = quantidade de calorm = massa da substncia

Se quisermos calcular tambm a quantidade de calor usamos a seguintefrmula:

CALOR LATENTE (L) A QUANTIDADE DE CALOR NECESSRIAPARA FAZER UMA CERTA MASSA (m) DE UMA SUBSTNCIA

MUDAR DE FASE SEM ALTERAR A SUA TEMPERATURA.

L =m

Q

Q = m L


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Abaixo temos o valor do calor latente para diversas substncias e atemperatura na qual ocorre a mudana de estado.

Tabela

Como podemos observar, essas tabelas foram construdas medindo-setemperaturas em situao em que a presso vale 1 atmosfera. Posteriormente,veremos a influncia da presso sobre os pontos de mudana de estado dassubstncias.

EXEMPLO:

1. Um bloco de gelo de massa 200 g est a 0 C. Determine a quantidade decalor que se deve fornecer a esse bloco para transform- lo totalmente emgua a 0 C.


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Obs.: procurar o calor latente ( L) da gua a 0 C na tabela da pg.17.

Ento: L = 80 cal /gm = 200 g

Q = m LQ = 200 80Q = 16000 cal

CALOR ESPECFICO

Corpos de materiais diferentes aquecidos sob mesma temperatura norecebem, necessariamente, a mesma quantidade de calor. Existe, portanto, umacaracterstica que faz com que certas substncias absorvam mais ou menos calorque outras. Essa caracterstica o calor especfico da substncia.

O calor especfico definido como a quantidade de calor necessria paraelevar em 1 C a temperatura de 1 g de uma substncia.

Veja na tabela abaixo o calor especfico de algumas substncias:

A quantidade de calor necessria para aquecer um corpo de temperatura t1para temperatura t2 calculada pela frmula:

Sendo:Q = quantidade de calorm = massa da substnciac = calor especfico t = variao de temperatura

Q = m .c . t


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Para termos a variao de temperatura subtramos a temperatura final ( T2 ) dainicial ( T1 ).

t = T2 - T1

EXEMPLO:

A. Calcule a quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de umabarra de ferro de 30 C a 55 C, sabendo que sua massa vale 800 g.

Obs.: Procurar o calor especfico ( c ) do ferro na tabela da pg. 18.

Ento: c = 0,117 cal /g Cm = 800g

T1 = 30 C T2 = 55 C t = T2 - T1Q = m c t t = 55 - 30Q = 800 0,117 25 t = 25 CQ = 2340 cal

B.Uma substncia de 10g tem que absorver 50cal para que sua temperaturavarie em 10 C. Qual o calor especfico dessa substncia?

Q = 50 cal m = 10g t = 10 C

c = ?

Q = m . c . t50 = 10 . c . 1050 = 100 c

c =10050

c= 0,5 cal/g C


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Efeitos do calor

O calor responsvel tanto pelo aquecimento e pela dilatao dos corposcomo pelas mudanas de estado fsico das substncias. Aquecimento, dilatao

e mudana de estado fsico so os efeitos fsicos do calor.O calor pode tambm provocar a decomposio e a combinao desubstncias, como ocorre na eletrlise da gua e na obteno do sulfeto de ferro,respectivamente. Essas reaes so exemplos de efeitos qumicos do calor.Outros efeitos do calor:

efeitos fisiolgicos, como as sensaes de quente e frio;efeitos mecnicos, como os observados em mquinas a

vapor, locomotivas e navios, que transformam calor emmovimento.

EXERCCIOS RESPONDA EM SEU CADERNO

8. Como se classificam as fontes de calor? D exemplos.

9.Quais so as trs formas de propagao do calor?

10. O que calor especfico de uma substncia?

11.Cite os principais efeitos do calor.

12. O calor especfico de um material 0,2 cal/g . C. Isso significa que paraelevar em 30 C a temperatura de 500g desse material necessrio umaquantidade de calor Q em calorias de:

a) 1500 b) 3000 c) 36000 d) 75000

13.Para elevar a temperatura de l00g de gua de 22 C at 32 C, necessriauma quantidade de calor, em calorias, de:

a) 5400b) 3200c) 2200d) 1000

Procurar o calor especfico ( c ) na tabela da pgina 18.


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GABARITO DE FSICA - CEESVO

MDULO 7

Exerc. 1 a) Tc = 40 C b) Tc = 150 C c) TF = 50 Fd) Tk = 326 K e) Tc = 20 C

Exerc. 6 Tc = - 60 C

Exerc. 7 Tc = - 229 C

Exerc. 12 Q = 3000 cal letra b)

Exerc. 13 Q = 1000 cal letra d)


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MDULO 8

O ESTUDO DAS ONDAS

As pessoas podem conversar, ver e ouvir televiso, falar ao telefone e ouvirrdio graas existncia de ondas. Isso porque os sons se propagam atravs deondas sonoras; j o rdio, a televiso e o telefone funcionam graas s ondaseletromagnticas.

A produo de ondas

E o que so ondas?

Para responder a esta pergunta,

vamos comear analisando asseguintes fotos.

Na foto ao lado, podemos observarque as oscilaes para cima e parabaixo, provocadas numa das

extremidades da corda, produzem umaperturbao que se propaga ao longoda corda.

Nesta foto, podemos observar que aperturbao produzida pela pedra no pontoem que atinge a gua se propaga em todas asdirees da superfcie da gua.


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Podemos chegar, assim, seguinte definio:

Quando jogamos uma pedra num tanque com gua, observamos a formao deondas que podem mover corpos distncia, como uma rolha de cortia queesteja boiando.

Esta a propriedade fundamental das ondas.

Classificao das ondas

A classificao das ondas depende de dois fatores: da natureza das ondas e dosentido de suas vibraes.

a) QUANTO NATUREZA, as ondas classificam-se em mecnicas eeletromagnticas.

Ondas mecnicas Estas ondas exigem um meio material para sepropagarem.

Observe:Ao vibrar, as cordas do violo

transmitem essa vibrao smolculas do ar que se encontramprximas a ela. Essas molculas,por sua vez, transmitem a vibraopara outras, e assim su-cessivamente, at ela chegar aosnossos ouvidos como sensaosonora.

As ondas sonoras e as ondasproduzidas na gua so ondas

mecnicas. Fazem parte tambmdesse grupo as ondas produzidasem cordas, molas, etc.

Ondas eletromagnticas Esse tipo de onda no exige um meio material

ONDA UMA PERTURBAO QUE SE PROPAGA.

TODA ONDA TRANSMITE ENERGIA SEM TRANSPORTAR MATRIA.


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para a sua propagao.As ondas eletromagnticas so produzidas por cargas eltricas em

movimentos muito rpidos de vaivm. o que se passa nas antenas trans-missoras de rdio, televiso e radar. No vcuo, todas as ondas eletromagnticasse propagam velocidade de 300 000 km/s.

Entre as ondas eletromagnticas incluem-se as ondas de rdio, de TV, deradar, luminosas, infravermelhas, ultravioleta, de raios X, de raios gama, deraios csmicos, microondas.

Para entender bem a diferena entre ondas mecnicas e ondas eletromagnticas,observe e analise atentamente a figura seguinte.

A bomba de vcuo retira o arcontido na campnula. Portanto,quando a bomba tiver retirado todo o arda campnula, o som da campainha no

ser mais ouvido.Agora, pense na luz que a lmpadaest emitindo. Mesmo existindo vcuo,ela ser sempre visvel.

Podemos concluir ento que,enquantoas ondas mecnicas precisamde um meio material para sepropagarem, as eletromagnticas propa-gam-se independentemente desse meiomaterial.

b) QUANTO AO SENTIDO DA VIBRAO, as ondas classificam-se emtransversais e longitudinais.

Ondas transversais Ao vibrar, cada ponto de uma corda desloca-seperpendicularmente direo de propagao da onda. Este um exemplo deonda transversal.

Em uma onda transversal, as partculas vibram em direes perpendiculares direo de propagao da onda.


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Ondas longitudinais Ao vibrar, cada ponto de uma mola movimenta-sena mesma direo de propagao da onda. Esse um exemplo de ondalongitudinal.

Durante a vibrao de uma mola, algumas partes se comprimem e outras seexpandem, ou seja, ocorre compresso e expanso da mola. O comprimento deonda, nesse caso, medido pela distncia entre duas compresses.

Em uma onda longitudinal, as partculas vibram na mesma direo depropagao da onda.

Elementos de uma onda

Vamos agora examinar os diversos elementos de uma onda.

Cristas So as elevaes (A, C, E, G) da onda.

Vales So as depresses (B, D, F) da onda.


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Comprimento de onda ()* a menor distncia que vai de uma crista aoutra ou de uma depresso a outra. Note que as cristas ou as depresses podemestar mais prximas (AB) ou mais distantes (AB) umas das outras, como vocpode ver na ilustrao a seguir.

*Letra grega. L-selambda.

Freqncia (f) Quando voc prende uma das extremidades de uma rguasobre a mesa e fora a outra para baixo, soltando-a a seguir, ela comea a vibrar.Se, ao vibrar, a rgua faz vinte movimentos de vaivm por segundo, a sua

freqncia de vinte vibraes ouciclos por segundo.A freqncia de uma onda dependedo nmero de vibraes porsegundo da sua fonte de emisso.A onda se propaga sempre com amesma freqncia da fonte que a

emitiu, independentemente domeio no qual se propaga.


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Por exemplo: uma onda com determinada freqncia, emitida por umaestao de rdio de Minas Gerais, ser recebida no Rio de Janeiro, na Bahia, emBraslia, em Gois com a mesma freqncia.

A unidade de freqncia ciclos por segundo ou hertz (Hz). So ainda

muito usados os mltiplos: quilohertz (kHz) e megahertz (MHz).

Perodo (T) Se a rgua executa vinte vibraes por segundo, qual ser otempo de uma vibrao completa?

Chamamos deperodo (T) o tempo de uma vibrao ou volta completa.E para o seu clculo usamos a seguinte relao:

O valor do perodo sempre o inverso da frequncia e sua unidade no S. I. o segundo (s ).

Observe que, se uma rgua apresenta 20 vibraes por segundo, quandoimpulsionada, sua freqncia de f= 20 Hz, e seu perodo ser de:

Como T = 1f

T = 120

T = 0, 05 s ( perodo de uma volta completa da rgua )

Exemplo:

A - Uma onda apresenta frequncia f = 10 Hz. Determine seu perodo.

T = 1 T = 1f 10

T = 0,1 s

1 kHz = 1 000 Hz1 MHz 1 000 000 Hz

T = 1f


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Velocidade (V) A velocidade de propagao das ondas constante paraum determinado meio. A velocidade do som no ar, a 0 C 330 m/s. Avelocidade da luz no vcuo 300 000 000 m/s.

Para calcularmos a velocidade de uma onda multiplicamos o seucomprimento pela sua frequncia, como vemos abaixo.

Onde: V = velocidade de propagao= comprimento da ondaf = frequncia

Atravs da frmula acima de velocidade, podemos tambm calcular afrequncia (f ) e o comprimento de onda ( ).

frequncia comprimento de onda

Exemplo:A estao de rdio de Sorocaba Cacique 2 FM funciona na frequncia de

aproximadamente 96 megahertz ( f = 96 10 6 Hz ). Se a velocidade de

propagao das ondas de rdio 3 . 10 8 m/s, qual seu comprimento de onda?

Obs.: 1 mega = 106

V = 3 . 10 8 m/sf = 96 10 6 Hz

= Vf

= 3 . 10 896 10 6

= 0, 03 10 2= 0, 03 100 = 3 m ( aproximadamente )

V = f

f = V

= V

f

Primeiro dividimos 3 por 96, depoisconservamos a base que vale 10 e subtramosseus expoentes ( 10 8 6 = 10 2 ). Da temos:


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Exerccios responda em seu caderno:

1. O que comprimento de onda?

2. O que amplitude?

3. O que freqncia?

4. A rdio Universitria FM da Unesp dever operar na freqncia de 100megahertz (f = 100 10 6 Hz ). Sabendo-se que a velocidade de propagao das

ondas de rdio de 3 . 10 8 m/s, o comprimento da onda :Use: = V

fa) 30 m b) 0,3 m c) 3 m d) 300 m

Fenmenos Sonoros

Reflexo

Quando ondas sonoras AB, AB, AB provenientes de um ponto Pencontram um obstculo plano rgido MN, produz-se reflexo das ondas sobre oobstculo.

Na volta, produz-se uma srie de ondas refletidas, CD, CD, que sepropagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como seemanassem de uma fonte P, simtrica da fonte P em relao ao plano refletor.

Se a onda incidente for o som, a reflexo pode ocasionar os fenmenos doeco e da reverberao.


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EcoOs obstculos que refletem o som podem apresentar grandes asperidades.

Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha, etc.O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto.

Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situadaa 17 m, no mnimo, do obstculo refletor, pois o ouvido humano s podedistinguir dois sons com intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340m/s, nesse tempo, percorre 34 m.

O sonar um aparelho capaz de emitir ondas sonorasna gua e captar seus ecos, permitindo, assim, a localiza-o de objetos sob a gua.

Medindo o tempo entre a emisso do som e a recepodo seu eco, o sonar pode determinar a distncia exata e aforma aproximada do objeto.

O sonar serve para orientar a navegao, obter o perfildos fundos marinhos, revelar a presena de cardumes,etc.

Alguns animais, como o golfinho e o morcego,possuem radares biolgicos e se orientam pelos ecos dos sons que emitem.

Reverberao

Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esseencontro produz reflexes mltiplas que no s reforam o som, como tambmo prolongam durante algum tempo, depois que cessou a emisso.

esse prolongamento que constitui a reverberao.A reverberao ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante

em que o som direto est se extinguindo, ocasionando o prolongamento dasensao auditiva.

Refrao

Consiste no processo de a onda sonora passar de um meio para outro,mudando sua velocidade de propagao e o comprimento de onda, masmantendo constante a freqncia.

Difrao

Fenmeno em que uma onda sonora pode transpor obstculos.


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Exemplo:

Quando se coloca um obstculo entre uma fonte sonora e o ouvido, o som enfraquecido, porm no extinto. Logo, as ondas sonoras no se propagam

somente em linha reta, mas sofrem desvios nas extremidades dos obstculos queencontram.

Interferncia

Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.Neste caso, teremos uma regio do espao na qual, em certos pontos, ouvire-

mos um som forte e, em outros, um som fraco ou ausncia de som.

Ressonncia

Quando um corpo comea a vibrar por influncia de outro, na mesmafreqncia deste, ocorre um fenmeno chamado ressonncia.

Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrarem ressonncia com as ondas sonoras produzidas por um avio a jato.

O SOM

Observando as duas ilustraes a seguir, voc pode notar que o som estpresente nas duas situaes representadas. Alm disso, pode perceber que umsom desagradvel, e o outro no.

O que produz estes sons?A buzina e o fone do telefone

so dispositivos capazes detransformar a energia eltricaem energia sonora.

Som forte interferncia construtiva

Som fraco interferncia destrutiva


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As ondas sonoras

Observe a figura abaixo:

A vibrao da lmina produzsom. O som resulta sempre davibrao de um corpo. Quando almina vai para a frente, elaempurra o ar; quando ela vaipara trs, ela puxa o ar. Essemovimento de vaivm se propagaem todas as direes, em ondaslongitudinais.O som no se propaga apenas noar, mas em qualquer meio material,seja ele slido, lquido ou gasoso.

Alis, o som se transmite melhor nos slidos do que nos lquidos, e melhor noslquidos do que nos gases.

A velocidade do som

Como acabamos de ver, a onda sonora precisa de um meio material para sepropagar, e sua propagao mais fcil em determinados meios. Portanto, avelocidade do som depende do meio em que o som se propaga.

No ar e em todos os gases, a velocidade do som depende tambm datemperatura. Nos lquidos e slidos, a velocidade do som menos afetada pelavariao da temperatura.

Veja alguns dados na tabela abaixo:

25 4540


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Leitura complementar

Infra-som e ultra-som

De um modo geral, o ser humano capaz de ouvir sons compreendidos nointervalo de freqncia entre 20 Hz e 20 000 Hz.

Sons cuja freqncia esteja abaixo de 20 Hz no so audveis e denominam-se infra-sons. Sons cuja freqncia esteja acima dos 20 000 Hz denominam-seultra-sons.

Os ultra-sons tm inmeras aplicaes em medicina. J os infra-sonsapresentam interesse porque so gerados por ocasio de terremotos.

Qualidades fisiolgicas

Algumas caractersticas do som esto diretamente relacionadas com o nossosentido da audio. A estas caractersticas denominamos qualidades fisiolgicasdo som.

Timbre

Na execuo de uma msica por uma orquestra, podemos distinguir os sonsdos diferentes instrumentos, como o do violino, do piano, da flauta, da bateria.A qualidade do som que nos permite identificar a sua origem chama-se timbre.

graas ao timbre que conseguimos distinguir os vrios instrumentos deuma orquestra.


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Intensidade

A intensidade uma qualidade do som que nos permite distinguir sonsfortes de sons fracos.

A intensidade est relacionada amplitude da onda sonora: quanto maisintensa, maior a amplitude.

Altura

A voz de um garoto aguda; a de um adulto grave. A altura umaqualidade do som que nos permite distinguir sons graves de sons agudos.

A altura est relacionada freqncia da onda sonora: quanto maior afreqncia, mais agudo o som e vice-versa.

A reflexo do somA reflexo do som ocorre quando a onda sonora atinge um obstculo e

volta. A reflexo pode ser observada em qualquer fenmeno ondulatrio, mas,no caso do som, provoca um efeito especialmente interessante: o eco.

O eco s ocorre se a distncia entre a origem do som e o obstculo for, nomnimo, de 17 metros. Para entender o porqu disso, acompanhe a explicaoque se segue.

Nossos ouvidos tm capacidade de distinguir sons emitidos num intervalode tempo de, no mnimo, 1/10 s. Em intervalos menores, os sons se superpem.

A velocidade de propagao do som no ar, a 15 C, de 340 m/s; 1/10 dessevalor equivale a 34 metros.

O dobro de 17 34, que a distncia que o som percorre at o obstculo,donde ele volta at a fonte do som, percorrendo novamente a mesma distncia,ou seja, 17 metros.

Os rudos e a msica

Os rudos so produzidos por vibraes irregulares. Os sons musicais so

produzidos por vibraes regulares.Um conjunto musical formado por diferentes instrumentos sonoros, que

harmonizam seus sons e produzem melodias agradveis. O violo e a guitarra so instrumentos de cordas. O saxofone, a corneta e a clarineta so instrumentos de sopro. O pandeiro, o atabaque, o prato e a bateria so instrumentos de percusso.


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Exemplo:

A) Joo estava em um campo e deu um grito, 4 s depois ouviu o eco. A quedistncia ele estava do anteparo que refletiu o som?

Use: S = v . t

Obs.: se houver eco multiplicamos a distncia ( S ) por 2.

2 S = v . t

2 S = 340 . 4

2 S = 1360

S = 13602

S = 680 m

Exerccios Responda em seu caderno:

5. O que infra-som? E ultra-som?

6. O que intensidade de um som?

7. O que altura de um som?

8. A exploso produzida em uma pedreira foi ouvida por algumas pessoas,5s aps ter ocorrido. A distncia entre as pessoas e a pedreira, naquele local,em que a velocidade do som era de 340 m/s :

Use: S = v t

a) 170 m b) 1,7 m c) 17000 m d) 1700 m

9. Um caador dispara a arma diante de um anteparo refletor e ouve o ecodo tiro 6 s aps. Sabendo que o som se propaga no ar com v = 340 m/s, calculara distncia do caador ao anteparo.

S

S


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10. O claro de uma exploso foi visto por pessoas que estavam a 2720 mdo local. Quanto tempo depois ouviram o rudo produzido por ela?

LUZ: REFLEXO E REFRAO

A luz uma radiao ou onda eletromagntica visvel.Do ponto de vista da Fsica, no h diferena entre ondas de rdio,

televiso, microondas, raios X e luz: todas so ondas eletromagnticas, todastransportam energia propagando-se no vcuo a enorme velocidade. A luz nospermite veressa energia.

Fontes de luz

De maneira geral, as fontes de luz so naturais ou artificiais.

Fonte naturais

O Sol fornece a energia luminosa para todo o Sistema Solar. As estrelastambm emitem luz.

Fontes artificiais

As primeiras fontes de luz que o homem criou eram baseadas no fogo.

A tcnica produziu fontes de luz baseadas na eletricidade e em outras formasde energia. Ex.: vela, lanterna, lmpada, etc.

Corpos luminosos e corpos iluminados

Observando os diferentes tipos de fontes de luz, verifica-se que essas fontesso corpos que tm luz prpria. o caso, entre outros, de uma lmpada ou doSol. Todos os corpos que tm luz prpria so chamados de corpos luminosos.

A maioria dos corpos que ns vemos no tem luz prpria. Eles refletem a

luz que recebem de outros corpos e, por isso, se chamam corpos iluminados.A Lua um corpo iluminado. Voc pode v-la tanto de noite como de dia.

Entretanto, como ela no tem luz prpria e reflete a luz do Sol, parte dela ou asua totalidade fica s escuras durante o seu movimento em torno da Terra. E porcausa disso que temos asfases da Lua (veja quadro seguinte).


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A luz atravessa todos os corpos?

Observe os seguintes exemplos:

Corpos como vidros do carro deixam-se atravessar totalmente pela luz: socorpos transparentes.


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A luz atravessa parcialmente o vidro decorado do vitral da foto. Nesse caso,temos umcorpo translcido.

A luz no atravessa o corpo do novilho. Trata-se de um corpoopaco.

A velocidade da luz em outros meios

A velocidade da luz no vcuo uma constante universal importantssima. Deacordo com a Teoria da Relatividade, a velocidade mxima possvel, paraqualquer corpo no Universo.

A velocidade da luz, porm, depende do meio em que ela se propaga.Veja na tabela abaixo alguns valores aproximados da velocidade da luz em

determinados meios.

Propagao da luz

.

fcil comprovar isso. Basta fazer a experincia da gravura anterior.O menino s consegue ver a vela quando seu olho, o orifcio e a vela esto

em linha reta.

1) A LUZ SE PROPAGA EM LINHA RETA.2) A LUZ SE PROPAGA NO VCUO.3) A LUZ SE PROPAGA EM TODAS AS DIREES.


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Princpio da propagao retilnea da luz

A figura mostra um raio de luz solar penetrando num quarto escuro atravsde um orifcio muito pequeno, segundo uma trajetria retilnea.

Princpio da independncia dos raios de luz

Se o motorista indicado na figura enxerga o passageiro atravs do espelhoretrovisor, este tambm enxerga o motorista.

Princpio da independncia dos raios de luz

A figura ao lado mostra um feixe de luzcruzando com outro e seguindo o seu caminhocomo se o outro no existisse.

Num meio homogneo e transparente, a luz se propaga em linhareta.

O caminho seguido pela luz independe do sentido da propagao.

Um raio de luz, ao cruzar com outro, no interfere na sua propagao.


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Reflexo da luz

Quando um feixe de luz atinge umobstculo, ele se reflete, isto , volta parao meio de onde se propagou.

Se esta reflexo se d em todas asdirees, ela chamada de reflexodifusa. esta forma de reflexo da luzque nos permite ver os objetos.

Mas se os raios de luz atingem umasuperfcie polida ou um espelho, eles serefletem numa direo determinada: achamada

reflexo especular.

Lei da reflexo

Imagine uma superfcie S plana e polida. Um raio de luz i incide nessasuperfcie, formando um ngulo 1 com a normal n (reta perpendicular superfcie), e se reflete num raio de luz rque forma um ngulo2 com a normaln.

Segundo a lei da reflexo, 1 = 2, ou seja, se a reflexo especular:

Obs.: - letra do alfabeto grego chamada teta, usada para representar ngulos.

O NGULO DE INCIDNCIA SEMPRE IGUAL AONGULO DE REFLEXO.


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Refrao da luz

Voc j observou o fenmeno apresentado nesta figura?

Por que um objeto parece estar quebrado quando ocolocamos num copo com gua?

O termmetro parece estar quebrado quando parte deleest mergulhado em gua. Isso se deve ao fenmenoda refrao da luz.

A refrao da luz acontece quando a luz passa de um meio transparente paraoutro, com mudana de direo.

Observe esta outra figura:

O desvio sofrido pela direo de propagao da luz se deve variao de suavelocidade quando ela passa de um meio para o outro.

S existe refrao quando o raio de luz incide obliquamente em relao superfcie da gua ou de qualquer outro meio transparente.

Quando a luz incide perpendicularmente superfcie, no h desvio do raiode luz, embora haja variao na sua velocidade. Uma piscina parece menosprofunda do que na realidade, quando observada de uma direo perpendicular sua superfcie.

interessante notar que o desvio sofrido pelo raio de luz depende dafreqncia da radiao, ou seja, da sua cor. Por isso, um feixe de luz branca, aoatravessar um prisma, sofre uma decomposio de cores.


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Os prismas de vidro possuem a capacidade de decompor a luz solar ou branca.

Os raios solares que incidem sobre um prisma decompem-se nas cores:vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta (cores do arco-ris).

Esse conjunto de cores chamado espectro solar.

possvel fazer a experincia inversa, isto , compor a luz branca a partirdas sete cores do espectro solar. Isso feito no aparelho chamado disco de

Newton.O disco de Newton formado por seqncias das cores do espectro solar. Se

esse disco gira rapidamente, aparece a cor branca sobre sua superfcie edesaparecem as cores do espectro solar.

Exerccios Responda em seu caderno:

11. Que so corpos transparentes, translcidos e opacos? D exemplos.

12.O que reflexo difusa? E reflexo especular?

GABARITO DE FSICA - CEESVO

MDULO 8

Exerc.4 = 3 m letra c)

Exerc. 8 S = 1700 m letra d)

Exerc. 9 S = 1020 m

Exerc. 10 t = 8 s

PRISMA UM CORPO DE VIDRO FORMADO POR DUAS SUPERFCIESPLANAS E NO PARALELAS.


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BIBLIOGRAFIA

BONJORNO, Regina Azenha e BONJORNO, Jos Roberto eBONJORNO, Valter e RAMOS, Clinton Marcico. Fsica Termologia,tica Geomtrica, Ondulatria, Vol. 2, Editora FTD.

BONJORNO, Regina Azenha e BONJORNO, Jos Roberto eBONJORNO, Valter e RAMOS, Clinton Marcico. Fsica Fundamental, 2grau, Volume nico, Editora FTD.

LOPES, Plnio Carvalho Lopes. Cincias O ecossistema fatoresqumicos e fsicos. 8 S. Editora Saraiva.

CRUZ, Daniel. Cincias e Educao Ambiental Qumica e Fsica.Editora tica. BARROS, Carlos e PAULINO, Wilson Roberto. Fsica e Qumica.Editora tica.

CARVALHO, Odair e FERNANDES, Napoleo. Cincias em novadimenso. Editora FTD.

Telecurso 2000. Fsica. Vol. 2. Fundao Roberto Marinho. FERRARO, Nicolau Gilberto. Eletricidade histria e aplicaes.

Editora Moderna. Perspectivas para o Ensino de Fsica SEE/CENP So Paulo 2005. Apostilas George Washington. Fsica. Ensino Mdio Supletivo.

MONTANARI, Valdir. Viagem ao interior da matria. Editora Atual. MXIMO, Antnio e ALVARENGA, Beatriz. Fsica. Vol. nico.Editora Scipione.


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ELABORAO:EQUIPE DE FSICA - CEESVO 2005

Geonrio Pinheiro da SilvaJair Cruzeiro

EQUIPE DE FSICA 2008

Bruno Bertolino Leite BrotasJair Cruzeiro

Marcos Tadeu Vieira CassarRita de Cssia de Almeida Ribeiro

DIGITAO e COORDENAO

PCP - Neiva Aparecida Ferraz Nunes

DIREO

Elisabete Marinoni GomesMaria Isabel R. de C. Kupper

Atualizao 2008

APOIO.

Prefeitura Municipal de Votorantim.


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física - ceesvo - apostila2

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