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Resumo de Física do Ensino médio
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE TECNOLOGIAS E CIÊNCIAS
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017 i
PREFÁCIO
Esta sebenta foi elaborada por uma equipa de Professores do Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC) de diversas áreas de conhecimento, com o propósito de auxiliar os candidatos no estudo dos conteúdos específicos avaliados nos Exames de Acesso, realizados por esta instituição. Os conteúdos aqui descritos são as principais referências para candidatos que pretendem ingressar no ensino superior pois, abarcam os conhecimentos mínimos necessários para frequentar os Cursos de Engenharia desta instituição que é caracterizada pelos processos de ensino e aprendizagem com qualidade e rigor alicerçados na investigação, inovação e extensão universitária.
A sebenta contém conteúdos de quatro (4) disciplinas distribuídos da seguinte forma:
Língua Portuguesa: Tipo de texto; Categorias narrativas; Língua e comunicação; Ortografia; Lexicologia; Verbos e tipos de conjugação.
Matemática: Conjuntos numéricos; Potenciação e radiciação; Equações algébricas; Desigualdades algébricas; Exponenciais e logaritmos; Trigonometria; Geometria no plano; Noções básicas de derivadas.
Física: Mecânica; Fundamentos da termodinâmica; Eletricidade.
Química: Teoria atómica; Símbolos e fórmulas químicas; Soluções e unidades de concentração; Cálculo estequiométrico; Cinética, química e equilíbrio químico; Teorias ácido-base; Trocas de energia em reações químicas; Hidrocarbonetos.
Cada disciplina referida aborda, de forma resumida, os conteúdos programáticos do Ensino Médio de Angola, na área de Ciências Exatas.
Para consolidar esses conteúdos, são apresentados exercícios resolvidos que permitem a orientação e suporte dos candidatos na resolução de outros exercícios propostos.
Nesta perspectiva, o ISPTEC lança esta sebenta como material com valor acrescentado para suportar os estudos realizados pelos candidatos na compreensão dos temas abordados no percurso do ensino médio.
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
1.1 Fundamentos de Força e Movimento
1.1.1 Medição e Unidades de Medida
A Física é uma ciência que mede. Grandezas de Física: Atributos mensuráveis de corpos, de fenómenos da natureza Exemplos: Comprimento de um corpo L Corrente I dentro de um fio de cobre Intensidade do campo magnético no espaço entre os pólos de um íman. Medir: ⇔ Comparação da grandeza a medir com uma unidade pré definida Exemplo: Comparar o comprimento do corpo com o metro e determinar, quantas vezes o corpo contem o metro. O resultado pode ser uma fracção. O Procedimento de Medir depende da aplicação de qualquer lei física. Exemplo: Medir forças Aplicação da Lei de Hooke
Alongamento d da mola ~ Força F aplicada
F k d
, k é constante e depende da mola
Aparelhos de Medir: são calibrados em unidades (ou fracções das unidades) do atributo a medir. Resultado da Medição: Grandeza da Física = Valor (número) x Unidade
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
Definição do “Metro”:
O metro é o comprimento do trajecto percorrido pela luz, no vazio, durante um intervalo de tempo de 1 / 299 792 458 do segundo (17º CGPM - 1983 - Resolução 1).
Para medir comprimentos por meio de "comprimentos de onda" emprega-se um interferómetro.
1 METRO
A velocidade da luz no vácuo é definida como uma constante da natureza:
C 0 = 299 792 458 m/s.
- Definição do “Segundo”: 1 Segundo = 1s é 9 192 631 770 vezes a duração do período da radiação emitida e absorvida pela transição entre dois níveis da estrutura hiperfina do estado atómico fundamental do isótopo (^133) Cs. - Definição do “Quilograma”: 1 Quilograma = 1 kg é a massa do protótipo do quilograma. As definições das outras unidades são tratadas junto com os respectivos conteúdos da física onde são aplicadas.
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
1.1.2 Cinemática
Para descrever os fenómenos da mecânica precisamos algumas ferramentas da matemática. Uma destas ferramentas é a álgebra vectorial. Vectores são objectos da matemática, que têm uma magnitude (módulo), uma direcção e um sentido. São representados por setas.
A magnitude da seta indica o valor e a inclinação a direcção.
Cálculo com Vectores: Os desenhos seguintes mostram as operações de adição, substracção de vectores e da multiplicação de um vector por um escalar.
a) Adição e subtracção de Vectores
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
O desenho explica a situação mais explícita:
Em cima: construção da velocidade, a partir da trajectória. Em baixo: construção da acelaração a partir dos vectores velocidade.
Assim podemos concluir: Velocidade: ⇔ Variação da posição (deslocamento) em função do tempo
Aceleração: Para descrever a variação da velocidade com o tempo precisa-se o término “aceleração”:
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
Aceleração média: 2 1
( 2 ) ( 1 ) t t
a vt vt
^
Aceleração instantânea: 2 1
( ) lim (^2 ) (^1 ) 2 1 t t a t vt vt t t
Em analogia com a definição da velocidade a aceleração é definida como:
Aceleração: ⇔ Variação da velocidade em função do tempo
Agora já temos as ferramentas necessárias para descrever alguns tipos de movimentos
Movimentos especiais:
A. Movimento rectilíneo e uniforme:
0 ., 0
v v const a
⇒ A distância percorrida durante o tempo t é s v. t
.
Exemplo: Um carro anda com uma velocidade de 100 km/h. A distância percorrida durante duas horas é: ⇒ s = 100 km / h x 2 h = 200 km.
B. Movimento com aceleração constante:
2 2 a const v a t s ^1 a t
Exemplo: Um carro acelera de 0 km/h para 100 km/h em 5 s. A aceleração calcula-se:
3 , 6 2 5 ,^552
20 3600 5
1001000 5
100 s
m s
m s s
m s
h
km
t
v at a v
^
A distância percorrida durante a fase de aceleração é:
m s
s m s s
s a t m 69 , 375 2
( 5 )^5 ,^5525 2
5 , 55 2
1 2
2 2 2 ^2
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⇒ A adição de forças funciona via paralelograma de forças:
Paralelograma de Forças
As leis de Newton:
O físico Inglês Isaac Newton formulou no ano 1686 três leis que representam o fundamento da Dinâmica:
1) Primeira lei de Newton (chamada também Princípio de inércia): Um corpo liberto da acção de forças move-se rectilínea e uniformemente.
F = 0 v = const.
Explicação: Ignoramos o atrito. Alteramos o ângulo de inclinação do contentor da bola ate 0 (ver a figura em baixo).
⇒ A bola move-se até ao infinito quando o ângulo da inclinação é zero e o atrito é ignorado.
Consequência: Não existem diferenças entre sistemas, que se movem com uma velocidade v=0 e sistemas, que se movem com v = constante ≠ 0
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Exemplo: Um livro é depositado sobre uma mesa com almofada de ar dentro de um comboio. O comboio anda com a velocidade v ≠ 0.
⇒ O livro move-se á mesma velocidade do comboio (sistema de inércia) relativamente a um observador fora do comboio.
2) Segunda lei de Newton (Chamada também lei fundamental da Dinâmica):
Se uma força F actua sobre um corpo de massa m, comunica-se-lhe a aceleração m a F
^
Este axioma serve como definição da grandeza “força”. Cada corpo resiste do seu movimento via sua massa m. As unidades da massa e da força são definidos da seguinte maneira:
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Exemplo 1
Consideremos o mesmo comboio como descrito na página anterior. Mas: A velocidade v≠constante ⇒ existe uma aceleração a ≠ 0.
⇒ O livro sofre uma força F = m. a, que é compensada com a força da mola.
Exemplo 2
O peso de um corpo é tratado como uma força. Força gravítica G ⇒ aceleração gravítica g, com g = 9,81m/s^2 = constante.
⇒Altura h caída:
⇒ h é independente da massa m.
As imagens de uma máquina fotográfica da alta velocidade mostram a independência da altura altura percorrida pela massa: A esfera maior cai com a mesma velocidade como a esfera
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pequena.
3) Terceira lei de Newton (Chamada também lei de accão e reacção)
Quando a força F que actua sobre um corpo tem origem num outro, actua sobre o ultimo uma força igual e contrária – F.
Exemplos a) Corpo em cima de uma mesa
O peso do corpo provoca uma deformação elástica (tipo mola) da mesa. Esta deformação provoca uma força FN com direcção contrária à deformação, que compensa o peso F´N.
b) Cavalo com carrinho
O cavalo puxa o carrinho com uma força F > FR (força de atrito). O peso G é compensado com a reacção do pavimento da rua FN.
Sebenta Exclusiva para o Exame de Acesso 2017
Calcula a força F 2 que empurra o corpo.
Solução: O peso (^) F 1 pode ser descomposto por uma força paralela ao plano inclinado (^) F 2 e
uma força perpendicular F 3.
Geometria ⇒
Atrito
Quando um corpo se desliza a força de atrito sobre o corpo tem o sentido contrário a velocidade O atrito é proposcional a força perpendicular ao plano de contacto com o corpo. Se o corpo se desliza:
⇒ O atrito provoca uma aceleração negativa.
⇒ O atrito trava o movimento.
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Exemplo
FH Atrito com os travões não bloqueadas (p.e. com ABS)
⇒ FH H FN com H coeficiente de atrito estático
FH Atrito com os travões bloqueadas (p.e. sem ABS) ⇒ (^) FG G FN , com G coeficiente de atrito dinâmico.
Exemplo
