física i ( fis130) ( 2013.2) prof. josé garcia vivas miranda vivasm@gmail

Física I (FIS130)

(2013.2)

Prof. José Garcia Vivas [email protected]

Bibliografía complementar

Fundamentos de Física: Mecânica – Vol. 1. Robert Resnick, Jearl Walker e David Halliday. Ed.: LTC.

Sears e Zemansky – Física I, Hugh D. Yong e R. A. Freedman, 10a edição. Adison Wesley.

Física – Vol. 1. David Halliday, Robert Resnick e Kenneth S. Krane. Ed.: LTC.

Curso de Física Básica: Mecânica. H. Moysés Nussenzveig. Ed. Edgard Blücher LTDA.

ALONSO, FINN, Física – Um Curso Universitário

Capítulo 1 Sobre a Ciência

O que é ciência?

Capítulo 1 –Sobre a CiênciaCiência é o corpo de

conhecimentos que descreve a ordem na natureza e a origem dessa ordem.

Tem como finalidade reunir conhecimento sobre o mundo, organizá-lo e condensá-lo em leis e teorias testáveis.

Capítulo 1 –Sobre a Ciência

História da ciência:- Grécia- Império romano- Bárbaros (idade das trevas)- Século XIII surge a universidade na Europa


Medidas científicas:Uma boa ciência é feita com uma boa medida. (Lord Kelvin)


Precisamos de bons instrumentos para fazermos boas medidas?


Medida do tamanho da Terra:O bibliotecário de Alexandria: Eratóstenes, cerca de 235 a.C.Circunferência = 40.000km


Matemática: uma das linguagens da ciência.Idéias expressas com a matemática, não são ambíguas.


Atitude científica:- Fato- Hipótese- Teoria

Capítulo 1 –Sobre a CiênciaAtitude científica:

- Fato Dados a respeito do mundo passíveis de revisão.

- Hipótese Idéia passível de ser testada.

- Teoria (leis) conjunto de hipóteses testadas.


Hipóteses :- Científicas - Não-científicas


Quais dessas hipóteses é científica?a)Os átomos são as menores partículas da matériab)O espaço é permeado de uma substância não-detectável.c) Garcia é o melhor professor de todos os tempos.


O método científico (abordagem indutiva)


Ciência, Arte e ReligiãoO que tem em comum e diferente?


Ciência, Arte e ReligiãoTodas buscam um significado para o mundo em nossa volta.Contudo têm raízes diferentes:

A ciência busca entender a ordem do cosmoA religião busca o porque da ordem. A arte é a interpretação pessoal e criativa

dessa ordem.


Ciência e TecnologiaSão a mesma coisa?


Ciência e TecnologiaA ciência reúne conhecimento e o organizaA tecnologia usa esse conhecimento para propósitos práticos.


Física: A ciência fundamentalMovimento, força, energia, matéria, luz, calor, som e o interior dos átomos.

Neurociência

Arquitetura

Biologia

QuímicaFísica


Estudar Física é observar a natureza.

Medição em Física

A física está baseada na medição de grandezas físicas. Algumas grandezas físicas foram escolhidas como grandezas fundamentais (como o comprimento, o tempo e a massa); cada uma foi definida e termos de um padrão e recebeu uma unidade de medida (como o metro, o segundo e o quilograma). Outras grandezas físicas são definidas em termos das grandezas fundamentais e de seus padrões de unidades

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Em 1971, na 14ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas, foram selecionadas sete grandezas como fundamentais, as quais formam a base do SI. Três grandezas básicas do SI são:

Obs: várias unidades são definidas em relação em termos das unidades básicas.Ex: 1 watt = 1 W = 1 kg.m2/s3

Grandeza Nome da Unidade

Símbolo da Unidade

Comprimento

metro m

Tempo segundo sMassa quilograma kg

A notação científica emprega potências de 10 para representar números muito grandes ou muito pequenos. Ex:1.450.000.000 m = 1,45×109 m0,000000567 m = 5,67×10-7 m

São exemplos de prefixos para unidades no SI:Fator Prefixo Símbolo

109 giga- G106 mega- M103 quilo- k10-2 centi- c10-3 mili- m10-6 micro-

10-9 nano- n10-12 pico- p

Comprimento (metro) 1792 (França) – um décimo de milionésimo da distância entre o Pólo Norte e o Equador. Mais tarde, por razões práticas o metro foi definido como a distância entre duas linhas finas gravadas nas extremidades de uma barra de platina-irídio (barra do metro padrão).

1960 - foi adotado outro padrão baseado no comprimento de onda da luz (1.650.763,73 comprimentos de onda da luz emitida por átomos de criptônio).

1983 – O metro é o comprimento da trajetória percorrida pela luz no vácuo durante o inervalo de tempo de 1/299.792.458 de um segundo.

Tempo (segundo)

13ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (1967) adotou o segundo baseado no relógio de césio-133.

Um segundo é o tempo tomado por 9.192.631.770 oscilações da luz (de um comprimento de onda especificado) emitida por um átomo de césio-133.

Sinais de tempo precisos são enviados a outras partes do mundo através de sinais de rádio sincronizados com relógios atômicos em laboratórios de padronização.

Ver Scale-of-Universe

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Distâncias• Imagine um transporte que

viajasse a 3.000 Km/h (Concord).

• Rápido não?

• A essa velocidade demoraríamos apenas 1 minuto para sair da Ribeira e chegar em Itapoã.

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Distâncias

• A essa velocidade demoraríamos 13 horas para dar a volta no mundo.

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Distâncias• A essa velocidade

demoraríamos 13 horas para dar a volta no mundo.

Distâncias

• 5 dias para chagar na Lua.

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DistânciasDistâncias

• 3 anos para Marte.

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• 6 anos para o Sol

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30 anos para Júpiter

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7.700 anos

a estrela mais próxima, Alfa Centaurium

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Grandeza temporal• Temos __ minutos que estamos

conversando.

• Faz 2013 anos que nasceu Jesus.

• O primeiro homem surgiu aproximadamente a 3.200.000 anos atrás.

• A Terra surgiu à 4.650.000.000 anos atrás.

• O Universo à 15.000.000.000 anos atrás.

15.000 anos atrás

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Grandeza temporalSe fossemos escrever um livro de 500

páginas sobre a história do Universo o homem estaria na última frase do último parágrafo da última página.

Se o Universo tivesse sido criado em Janeiro, a terra apareceria em março e o homem faltando menos de um segundo para o ano novo.

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O Pequeno Universo• Em um pequeno grão

de arroz temos aproximadamente 2x1022 átomos.

São 2.000.000.000.000.000.000.000 de átomos em Um pequeno grão de arroz!

Exemplo do copo de água nos oceanos.

Número de habitantes no mundo 7.060.000.000 habitantes.

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O Pequeno Universo

• Se a Terra fosse do tamanho de um átomo, em um grão de arroz teríamos aproximadamente 2.800 sistemas solares!!!

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Grandeza temporal• Neste segundo que se

passou, uma única partícula de ar se chocou aproximadamente 8.000.000.000 vezes com outras partículas de ar.

• Tempo relativo de Einstein

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A imensidão do minúsculo• “Eu poderia viver recluso

em uma casca de noz e me considerar rei do espaço infinito...” Shakespeare, Hamlet, ato 2, cena 2.

• Eu poderia viver recluso, por apenas um segundo em uma casca de noz e me considerar rei eterno do espaço infinito

Massa (quilograma)

O padrão de massa do SI é um cilindro de platina-irídio mantído próximo a Paris, ao qual foi atribuída a massa de 1 quilograma.

Um segundo padrão de massa é o padrão atômico. Foi atribuída a massa de 12 unidades de de massa atômica (u) ao átomo de carbono-12. A relação entre as duas unidades é:

1u=(1,6605402±0,0000010)×10-27 kg

Cópia N°20 do Padrão Internacional do quilograma (de Sèvres,na França)

Unidade SIGrandeza Nome SímboloTempo Segundo s

Distância metro mMassa quilograma kgQuantidade de substância mol molTemperatura termodinâmica kelvin KCorrente elétrica ampère AIntensidade luminosa candela cd

Grandezas complexas podem ser expressas por grandezas elementaresUNIDADES DE BASE DO SI (sistema internacional de unidades)

Ex: 1 N = 1 kg . m/s2

Incertezas e Algarismos Significativos

A diferença entre medidas está na incerteza em relação ao valor real.

Algarismos significativos são números de dígitos confiáveis.

Exercício: Medida de π. Dados: C=135 mm e d=42,4 mm. Calcule π e escreva o resultado com algarísmos significativos corretos.

dC

???141592654,3dC

Precisão e algarismos significativosRegra 1 – Algarismos significativos: Conte, a partir da

esquerda, ignorando todos os zeros iniciais; mantenha todos os dígitos até o primeiro duvidoso.

Ex.: x=3m e x=0,003 km têm apenas 1 algarismo significativo.

x=3,0 ou x=0,0030 têm dois significativos.Cuidado com notações ambíguasEx.: x=300m não esclarece a quantidade de dígitos

significativos da medida. Para isso, devemos utilizar a notação científica:

x=3x102 tem apenas um significativo enquanto x=3,0x102 tem dois.

Regra 2 – Ao multiplicar ou dividir, não mantenha no produto ou quociente um número de algarismos significativos maior do que o fator menos preciso.

Ex.: 2,3 x 3,1416 = 7,2Regra 3 – O número de casas decimais da soma ou da

diferença é o mesmo do dado que tiver o menor número de casas decimais.

Ex.: 103,9 kg 2,10 kg 0,319 kg106,319 106,3 kg

Exercícios1 – Escreva, conforme o exemplo abaixo, as unidades em notação científica.a) v = 0,0364 m/s = b) energia de repouso do elétron mec2 = 511000 eV = c) capacidade de armazenamento de um disco rígido comercial = 40 000 000 000 bytes =

3 – Calcule, com a aproximação correta:a) 2,438x1,2 b) 4,39-1,237 c) 8,23/2,0 d) 11,43+9,13

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