2º ANO DO CEASD - GABARITO

AVALIAÇÃO TIPO A

1)CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMA CONSERVATIVO,QUER DIZER QUE A ENERGIA DO SISTEMA SE CONSERVA,OU SEJA NÃO HÁ DISSIPAÇÃO DE ENERGIA (PERDAS).ENTÃO TEMOS QUE Ema = Emb.

2)V = 50m/s

3)V = 10m/s

4) Ep = 18000J = 18 x 10³J


AVALIAÇÃO TIPO B

1) CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM UM SISTEMA NÃO CONSERVATIVO, QUER DIZER QUE A ENERGIA NÃO SE CONSERVA, OU SEJA HÁ PERDAS, DEVIDO AO ATRITO POR EXEMPLO.ENTÃO TEMOS QUE Ema + Edissipada = Emb.

2) H= 20m

3)V = 50m/s

4) X = 0,05m

ELETROSTÁTICA

CARGA ELÉTRICA

A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, os prótons, os elétrons e os nêutrons. Os prótons e os nêutrons localizam-se na parte central do átomo, e formam o chamado núcleo. Os elétrons giram em torno do núcleo na região chamada de eletrosfera. Os prótons e os elétrons apresentam uma importante propriedade física, a carga elétrica. A carga elétrica do próton e a do elétron tem a mesma intensidade, mas sinais contrários. A carga do próton é positiva e a do elétron, negativa. Num átomo não existe predominância de cargas elétricas; o número de prótons é igual ao número de elétrons. O átomo é um sistema eletricamente neutro. Entretanto quando ele ganha ou perde elétrons, fica eletrizado. Eletrizado positivamente quando perde elétrons e negativamente quando ganha elétrons. Sendo a carga do elétron a menor quantidade de carga elétrica existente na natureza, ela foi tomada como carga padrão nas medidas de cargas elétricas. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C). A carga do elétron, quando tomada em módulo, é chamada de carga elementar e é representado por e:

Carga elementar: 1,6. 10-19C
Carga do elétron: -1,6. 10-19C
Carga do próton: +1,6. 10-19C

A unidade de medida de carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o coulomb (C), que recebeu este nome em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.

ELETRIZAÇÃO DE UM CORPO

O processo de eletrização de um corpo é semelhante ao de um átomo. Se num corpo o número de prótons for igual ao número de elétrons, dizemos que ele está neutro. Quando um corpo apresenta uma falta ou um excesso de elétrons, ele adquire uma carga elétrica Q, que é sempre um número inteiro n de elétrons, de modo que:
Q = n. e

Portanto, um corpo pode ser:

a) eletrizado positivamente: falta de elétrons Q = + n. e
b) eletrizado negativamente: excesso de elétrons Q = – n. e

É usual o emprego dos submúltiplos:
1 microcoulomb 1µC = 10-6C
1 nanocoulomb 1nC = 10-9C
1 picocoulomb 1 pC = 10-12C

Exercícios Resolvidos – Cargas Elétricas

1. Um corpo condutor inicialmente neutro perde 5 X 1013 eletrons. Considerando a carga elementar 1,6x 10-19C , qual será a carga elétrica no corpo após esta perda de elétrons?
Inicialmente pensaremos no sinal da carga. Se o corpo perdeu elétrons, ele perdeu carga negativa, ficando, portanto, com mais carga positiva, logo, carregado positivamente.
Quanto à resolução numérica do problema, devemos lembrar da equação da quantização de carga elétrica:

Sendo n o número de elétrons que modifica a carga do corpo:

Resposta: 25x10-6C

2. Um corpo possui5x1019protóns e 4x1019 elétrons . Considerando a carga elementar , qual a carga deste corpo?
Primeiramente verificamos que o corpo possui maior número de prótons do que de elétrons, portanto o corpo está eletrizado positivamente, com carga equivalente à diferença entre a quantidade de prótons e elétrons.
Resposta:1,6C

CONDUTORES E ISOLANTES:

Condutores

O que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência (por exemplo, o cobre possui um elétron na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos, por exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os extremos desta barra. Os elétrons da camada de valência de todos os átomos facilmente se deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido pela diferença de potencial aplicada, originando-se uma corrente elétrica no material.
Outros materiais que possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único elétron na camada de valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes condutores de eletricidade

Isolantes

Obviamente, os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos simples, existem vários que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso da borracha, mica, teflon, baquelite etc.

Semicondutores

Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe um tipo de material que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor. O semicondutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.
Os materiais semicondutores mais usados na indústria eletrônica são o Germânio (Ge) e o Silício (Si), apesar do Silício predominar a produção atualmente. Seu comportamento se deve à sua ligação química, chamada ligação covalente (por compartilhar elétrons).
Cada átomo do silício se liga a quatro átomos vizinhos através da ligação covalente, ou seja, pares de elétrons (da última camada do Si) são compartilhados entre dois átomos. Os elétrons das camadas internas giram em torno do núcleo. Um fato importante é que tanto o germânio como o silício apresentam exatamente o mesmo tipo de estrutura que o diamante, variando apenas a dimensão (constante da rede).

PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO:

Considera-se um corpo eletrizado quando este tiver número diferente de prótons e elétrons, ou seja, quando não estiver neutro. O processo de retirar ou acrescentar elétrons a um corpo neutro para que este passe a estar eletrizado denomina-se eletrização.
A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer por atrito, por contato ou por indução.

a) Eletrização por Atrito:

Este processo foi o primeiro de que se tem conhecimento. Foi descoberto por volta do século VI a.C. pelo matemático grego Tales de Mileto, que concluiu que o atrito entre certos materiais era capaz de atrair pequenos pedaços de palha e penas. Quando há eletrização por atrito, os dois corpos ficam com cargas de módulo igual, porém com sinais opostos. Esta eletrização depende também da natureza do material, por exemplo, atritar um material m1com um material m2 pode deixar m1 carregado negativamente e m2 positivamente, enquanto o atrito entre o material m1e outro material m3 é capaz de deixar m1 carregado negativamente e m3 positivamente.
Convenientemente foi elaborada uma lista em dada ordem que um elemento ao ser atritado com o sucessor da lista fica eletrizado positivamente. Esta lista é chamada série triboelétrica: (veja figura)
Na eletrização por atrito, os dois corpos adquirem a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.

b) Eletrização por Contato:

Neste processo de eletrização, os corpos são colocados em contato, favorecendo uma nova distribuição de cargas pela superfície dos condutores. Na eletrização por contato, fica claro o Princípio da Conservação das Cargas Elétricas. Se dois corpos condutores, sendo pelo menos um deles eletrizado, são postos em contato, a carga elétrica tende a se estabilizar, sendo redistribuída entre os dois, fazendo com que ambos tenham a mesma carga, inclusive com mesmo sinal. O cálculo da carga resultante é dado pela média aritmética entre a carga dos condutores em contato.
Um corpo eletrizado em contato com a terra será neutralizado, pois se ele tiver falta de elétrons, estes serão doados pela terra e se tiver excesso de elétrons, estes serão descarregados na terra.


b) Eletrização por Indução:

Este processo de eletrização é totalmente baseado no princípio da atração e repulsão, já que a eletrização ocorre apenas com a aproximação de um corpo eletrizado (indutor) a um corpo neutro (induzido).

O processo é dividido em três etapas:

1 - Primeiramente um bastão eletrizado é aproximado de um condutor inicialmente neutro, pelo princípio de atração e repulsão, os elétrons livres do induzido são atraídos/repelidos dependendo do sinal da carga do indutor.

2 - O próximo passo é ligar o induzido à terra, ainda na presença do indutor.

3 - Desliga-se o induz do da terra, fazendo com que sua única carga seja a do sinal oposto ao indutor.

Após pode-se retirar o indutor das proximidades e o induzido estará eletrizado com sinal oposto à carga do indutor e as cargas se distribuem por todo o corpo.

CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

Energia Mecânica

Energia é a capacidade de executar um trabalho.
Energia mecânica é aquela que acontece devido ao movimento dos corpos ou armazenada nos sistemas físicos.
Dentre as diversas energias conhecidas, as que veremos no estudo de dinâmica são:
• Energia Cinética;
• Energia Potencial Gravitacional;
• Energia Potencial Elástica;

Energia Cinética

É a energia ligada ao movimento dos corpos. Resulta da transferência de energia do sistema que põe o corpo em movimento.
Sua equação é dada por:

T = F.dS

Utilizando a equação de Torricelli e considerando o inicio do movimento sendo o repouso, teremos:

V² = V0² +2adS

Substituindo no cálculo do trabalho:

EC = MV²/2

A unidade de energia é a mesma do trabalho: o Joule (J)

Teorema da Energia Cinética

Considerando um corpo movendo-se em MRUV.O Teorema da Energia Cinética (TEC) diz que:

"O trabalho da força resultante é medido pela variação da energia cinética."

Ou seja:

Tr = MV²/2 - MV0²/2

Exemplo:

Qual o trabalho realizado por um corpo de massa 10 kg que inicia um percurso com velocidade 10m/s² até parar?

Tr = 10.0²/2 - 10.10²/2
Tr = - 500 J

Energia Potencial

Energia Potencial é a energia que pode ser armazenada em um sistema físico e tem a capacidade de ser transformada em energia cinética.
Conforme o corpo perde energia potencial ganha energia cinética ou vice-e-verso.

Energia Potencial Gravitacional

É a energia que corresponde ao trabalho que a força Peso realiza.
É obtido quando consideramos o deslocamento de um corpo na vertical, tendo como origem o nível de referência (solo, chão de uma sala,...).

EPg = mgh

Enquanto o corpo cai vai ficando mais rápido, ou seja, ganha Energia Cinética, e como a altura diminui, perde Energia Potencial Gravitacional.

Energia Potencial Elástica

Corresponde ao trabalho que a força Elástica realiza.Como a força elástica é uma força variável, seu trabalho é calculado através do cálculo da área do seu gráfico, cuja Lei de Hooke diz ser:

Epe = KX²/2

Conservação de Energia Mecânica

A energia mecânica de um corpo é igual à soma das energias potenciais e cinética dele.
Então:

EM = EC + EP

Qualquer movimento é realizado através de transformação de energia, por exemplo, quando você corre, transforma a energia química de seu corpo em energia cinética. O mesmo acontece para a conservação de energia mecânica.
Podemos resolver vários problemas mecânicos conhecendo os princípios de conservação de energia.
Por exemplo, uma pedra que é abandonada de um penhasco. Em um primeiro momento, antes de ser abandonada, a pedra tem energia cinética nula (já que não está em movimento) e energia potencial total. Quando a pedra chegar ao solo, sua energia cinética será total, e a energia potencial nula (já que a altura será zero).
Dizemos que a energia potencial se transformou, ou se converteu, em energia cinética.
Quando não são consideradas as forças dissipativas (atrito, força de arraste, etc.) a energia mecânica é conservada, então:

EM (inicial) = EM (final)

Exemplos:

1) Uma maçã presa em uma macieira à 3m de altura se desprende. Com que velocidade ela chegará ao solo?

Resp: V = 7,75 m/s

2) Um bloco de massa igual a 10kg se desloca com velocidade constante igual a 12m/s, ao encontrar uma mola de constante elástica igual a 2000N/m este diminui sua velocidade até parar, qual a compressão na mola neste momento?

Resp: X =0,85m


Exercícios:


1) Qual a energia de um corpo de massa 1kg que se desloca com velocidade constante igual a 10m/s?
Resp: 50J

2) Um carro de massa 10³kg se desloca com velocidade 12m/s, quando avista um pedestre e freia até parar. Qual o trabalho realizado pelos freios do carro?
Resp: - 72 kj

3) Um homem de cai de uma altura de 100m. Qual sua velocidade ao chegar ao solo?
Resp: aproximadamentre 44,7m/s

4) Um bloco de 12kg cai de uma altura de 20cm sobre uma mola de constante elástica k=500N/m, em seu estado de repouso. Qual será a compressão na mola?
Resp: 0, 309 m = 30,9 cm

DIVISÕES DA FÍSICA

Um sistema de divisão da Física pode ser feito, levando-se em conta a magnitude do objeto em análise. A física quântica trata do universo do muito pequeno, dos átomos e das partículas que compõem os átomos; a física clássica trata dos objetos que encontramos no nosso dia-a-dia; e a física relativística trata de situações que envolvem grandes quantidades de matéria e energia.

A divisão mais tradicional, no entanto, é aquela feita de acordo com as propriedades mais estudadas nos fenômenos. Daí, temos a Mecânica, quando se estudam objetos a partir de seu movimento ou ausência de movimento, e também as condições que provocam esse movimento; a Termodinâmica, quando se estudam o calor, o trabalho, as propriedades das substâncias, os processos que as envolvem e as transformações de uma forma de energia em outra; o Eletromagnetismo quando se analisam as propriedades elétricas, aquelas que existem em função do fluxo de elétrons nos corpos; a Ondulatória, que estuda a propagação de energia pelo espaço; a Óptica, que estuda os objetos a partir de suas impressões visuais; a Acústica, que estuda os objetos a partir das impressões sonoras; e mais algumas outras divisões menores.

O QUE É FÍSICA!!??

Física é a ciência que estuda os fenômenos naturais, especialmente no que concerne as propriedades e interações da matéria e da energia. Trata dos componentes fundamentais do Universo, as forças que eles exercem e os resultados destas forças. O termo vem do grego φύσις (physis), que significa natureza, pois nos seus primórdios ela estudava, indistintamente, muitos aspectos do mundo natural. A Física difere da Química, ao lidar menos com substâncias específicas e mais com a matéria em geral, embora existam áreas que se cruzem, como a Físico-química (intimidade da matéria). Dessa forma, os físicos estudam uma vasta gama de fenômenos físicos, em diversas escalas de comprimento: das partículas subatômicas, das quais toda a matéria é originada, até o comportamento do universo material como um todo (Cosmologia).
A Física é uma das mais antigas disciplinas acadêmicas, talvez a mais velha de todas através da sua inclusão na astronomia. Ao longo dos dois últimos milênios, a física foi considerada sinônimo de filosofia, química e certos ramos da matemática e biologia mas durante a Revolução Científica no século XVI, ela tornou-se uma ciência única e moderna por mérito próprio. Contudo, em algumas áreas como a física matemática e a química quântica, as fronteiras da física mantêm-se difíceis de distinguir.
A Física é tanto significante como influente, em parte porque os avanços na sua compreensão foram muitas vezes traduzidos em novas tecnologias, mas também porque as novas idéias na física muitas vezes ressoam com as outras ciências, matemáticas e filosóficas. Por exemplo, avanços na compreensão do eletromagnetismo influenciaram diretamente o desenvolvimento de novos produtos que transformaram dramaticamente a sociedade moderna. (ex: televisão, computadores e eletrodomésticos); avanços na termodinâmica influenciaram o desenvolvimento do transporte motorizado; e avanços na mecânica inspiraram o desenvolvimento do cálculo.
Como ciência, a Física faz uso do método científico. Baseia-se na Matemática e na Lógica para a formulação de seus conceitos.