Física

Física é uma das áreas de conhecimento primordiais da humanidade, responsável por observar, explicar, experimentar e formular as leis que regem a natureza. Ela é subdividida em duas grandes áreas: a Física Clássica, que estuda os fenômenos ocorridos a velocidades muito inferiores à velocidade da luz, e a Física Moderna, que estuda os fenômenos ocorridos a velocidades altas ou proximas à velocidade da luz.

Leia também: Astrofísica — o ramo da Astronomia que estuda o universo por intermédio das leis da Física

Resumo sobre Física

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  A Física é uma importante área de estudo dos fenômenos da natureza.

• Ela é dividida em duas grandes áreas: Física Clássica e Física Moderna.

• A Física Clássica investiga os estudos formulados da Grécia Antiga até antes do século XX.

• A Física Moderna investiga os estudos formulados a partir do século XX até os dias atuais.

• A Física Clássica é subdividida em Mecânica, Termologia, Eletromagnetismo, Óptica e Ondulatória.

• A Física Moderna é subdividida em Relatividade e Mecânica Quântica.

• A equação da segunda lei de Newton, \(F=m\cdot a\), é considerada uma das fórmulas mais importantes da Física Clássica.

• A a equação de Schrödinger unidimensional independente do tempo, \(\frac{-ℏ^2}{2m}\cdot \frac{d^2 ψ}{dx^2}+V(x)\cdot ψ(x)=E\cdot ψ(x)\), é considerada uma das fórmulas mais importantes da Física Moderna.

• O termoscópio foi uma das primeiras invenções da humanidade, criado em meados do século I a.C. por Philo de Bizâncio (280-220 a.C.). 

Quais são as áreas da Física?

Física, do grego physiké, cujo significado é “natureza”, é uma das ciências da natureza, pois estuda os fenômenos por uma perspectiva experimental e por uma perspectiva matemática. A Física é dividida em duas grandes áreas, a Física Clássica e a Física Moderna, por razões históricas e científicas.

→ Física Clássica

A Física Clássica é a área da Física que abrange os estudos desenvolvidos desde a Grécia Antiga até antes do século XX, concluída com o estudo das equações de Maxwell. Ela é normalmente dividida em cinco áreas: Mecânica, Termologia, Eletromagnetismo, Óptica e Ondulatória.

• Mecânica: investiga os movimentos dos corpos na Terra e imersos em fluidos. Ela é subdividida em Cinemática, Dinâmica e Hidrostática.

• Termologia: investiga as características, propriedades e comportamentos dos fenômenos associados a temperatura, calor e pressão. Ela é subdividida em Termometria, Calorimetria e Termodinâmica.

• Eletromagnetismo: investiga as características, propriedades e comportamentos dos fenômenos elétricos e magnéticos. Ela é subdividida em Eletrostática, Eletrodinâmica e Magnetismo.

• Óptica: investiga as características, propriedades e comportamentos dos fenômenos associados à luz. Ela é subdividida em Óptica Geométrica e Óptica Física.

• Ondulatória: investiga as características, propriedades e comportamentos dos fenômenos associados às ondas.

→ Física Moderna

A Física Moderna é a área da Física que abrange os estudos desenvolvidos a partir do século XX até a atualidade. Ela é principalmente dividida em duas áreas: Relatividade e Mecânica Quântica.

• Relatividade: investiga os fenômenos ocorridos a velocidades próximas à velocidade da luz e a relação existente entre o tempo e espaço. Ela é subdividida em Relatividade Restrita e Relatividade Geral.

• Mecânica Quântica: investiga os fenômenos ocorridos nas escalas subatômicas e atômicas. Por ser uma área relativamente nova, suas subdivisões ainda estão em andamento.

Para que serve a Física e qual a sua importância?

A Física é importante porque ela investiga as leis que regem a natureza, possibilitando a compreensão do universo ao nosso redor e o desenvolvimento de tecnologias para a manutenção e proteção da vida terrestre.

Por meio do estudo da Física, o homem conseguiu realizar vários feitos, como sair do planeta, investigar os confins do oceano, desenvolver aviões, carros, navios, telescópios, termômetros, televisores, celulares e toda a tecnologia que usamos diariamente.

Descobertas importantes da Física

São inúmeras as descobertas científicas obtidas pelo estudo da Física. Abaixo, listamos algumas delas cronologicamente:

• Século I a.C.: invenção do primeiro termoscópio por Philo de Bizâncio (280-220 a.C.). 

• Século I d.C.: invenção da bússola pelos chineses.

• 1543: formulação do modelo heliocêntrico pelo astrônomo e matemático Nicolau Copérnico (1473-1543).

• 1609-1619: formulação das leis de Kepler por Johannes Kepler (1571-1630).

• 1686: formulação da teoria da gravitação universal por Isaac Newton (1643-1727).

• 1687: formulação das leis de Newton por Isaac Newton.

• 1752: realização do experimento da pipa por Benjamin Franklin (1706-1790), que levou à criação do para-raios.

• 1803: teoria atômica de Dalton, por John Dalton (1766-1844).

• 1821: criação do primeiro motor elétrico contínuo por Michael Faraday (1791-1867).

• 1831: descoberta do fenômeno da indução eletromagnética por Michael Faraday.

• 1838: fabricação do primeiro motor elétrico por Moritz Hermann (1801-1874).

• 1895: descoberta dos raios X por Wilhem Röntgen (1845-1923).

• 1896: descoberta da radioatividade por Antoine Becquerel (1852-1908).

• 1897: descoberta do elétron por Joseph John Thomson (1856-1940).

• 1898: modelo atômico de Thomson, por Joseph John Thomson. Divulgação da existência dos elementos polônio e rádio por Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906).

• 1900: apresentação da radiação de corpo negro por Max Planck (1858-1947).

• 1905-1915: formulação da teoria da relatividade restrita e geral por Albert Einstein (1879-1955), que contribui para a calibração do GPS.

• 1905: comprovação do efeito fotoelétrico por Albert Einstein (1879-1955), que possibilita o funcionamento das portas automáticas em shoppings.

• 1911: modelo atômico de Rutherford, por Ernest Rutherford (1871-1937).

• 1913: modelo atômico de Bohr, por Niels Bohr (1885-1962).

• 1919: descoberta do próton por Ernest Rutherford.

• 1926: modelo atômico quântico, desenvolvido por Erwin Schrödinger (1887-1961).

• 1932: descoberta do nêutron por James Chadwick (1891-1974).

• 2015: comprovação das ondas gravitacionais previstas pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein.

• 2020: descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro de nossa galáxia por Andrea Ghez (1965-) e Reinhard Genzel (1952-).

Saiba mais: Como se deu a evolução dos modelos atômicos?

Fórmulas importantes da Física

→ Fórmulas da Mecânica

◦ Fórmula da velocidade média

Na Cinemática, uma das fórmulas mais importantes é a da velocidade média:

\(v_m=\frac{∆x}{∆t}\)

• \(v_m\) → velocidade média, medida em \([m/s] \).

• \({∆x}\) → diferença entre a posição final e a posição inicial do objeto, medida em metros \( [m] \).

• \({∆t}\) → diferença entre o tempo final e o tempo inicial do objeto, medida em segundos \([s] \).

◦ Fórmula da segunda lei de Newton

Na Dinâmica, uma das fórmulas mais importantes é a da segunda lei de Newton:

\(F=m\cdot a\)

• F → força, medida em Newton \([N] \).

• m → massa, medida em quilograma \([kg] \).

• a → aceleração da gravidade, medida em \([m/s^2] \).

◦ Fórmula do princípio de Stevin

Na Hidrostática, uma das fórmulas mais importantes é a do princípio de Stevin:

\(∆p=d\cdot g\cdot ∆h\)

• \(∆p \) → pressão manométrica, variação da pressão absoluta com a pressão atmosférica, medida em Pascal \([Pa ]\).

• d → densidade ou massa específica do fluído, medida em \([kg/m^3]\).

• g → gravidade, medida em \([m/s^2] \).

• h → altura, medida em metros \([m ]\).

→ Fórmulas da Termologia

◦ Fórmula das escalas termométricas

Na Termometria, uma das fórmulas mais importantes é a das escalas termométricas:

\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9=\frac{T_K-273}5\)

• \(T_C\) → temperatura na escala Celsius, medida em \([°C ]\).

• \(T_F\) → temperatura na escala Fahrenheit, medida em \([°F ]\).

• \(T_K\) → temperatura na escala Kelvin, medida em \([K ]\).

◦ Fórmula do calor latente

Na Calorimetria, uma das fórmulas mais importantes é a do calor latente:

\(Q=m\cdot L\)

• Q → quantidade de calor, medida em Joule \([J] \) ou calorias \([cal] \).

• m → massa, medida em quilograma \( [kg] \) ou gramas \([g] \).

• L → calor latente, medido em \([J/kg] \) ou \([cal/g] \).

◦ Fórmula da primeira lei da Termodinâmica

Na Termodinâmica, uma das fórmulas mais importantes é a da primeira lei da Termodinâmica:

\(∆U=Q-W\)

• \(∆U \) → variação da energia interna, medida em Joule \( [J]\).

• Q → quantidade de calor, medida em Joule \( [J]\) ou calorias \([cal] \).

• W → trabalho, medido em Joule \( [J]\).

→ Fórmulas do Eletromagnetismo

◦ Fórmula da lei de Coulomb

Na Eletrostática, uma das fórmulas mais importantes é a da lei de Coulomb:

\(F=k\cdot \frac{|Q_1 |\cdot |Q_2 |}d^2 \)

• F → força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton \([N]\).

• \(|Q_1 |\) e \( |Q_2 |\) → módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb \([C] \).

• d → distância entre as cargas, medida em metros \([m]\).

• k → constante eletrostática do meio, medida em \((N\cdot m)^2/C^2\).

◦ Fórmula da primeira lei de Ohm

Na Eletrodinâmica, uma das fórmulas mais importantes é a da primeira lei de Ohm:

\(R=\frac{U}i\)

• R → resistência elétrica, medida em Ohm \([Ω ]\).

• U → diferença de potencial (ddp), medida em Volts \([V ]\).

• i → corrente elétrica, medida em Ampére \([A ]\).

◦ Fórmula da lei de Faraday-Lenz

No Magnetismo, uma das fórmulas mais importantes é a da lei de Faraday-Lenz:

\(ε=-\frac{Δϕ}{Δt}\)

• \(ε\) → força eletromotriz induzida, medida em Volt \([V] \).

• \(Δϕ\) → variação de fluxo magnético, medida em Weber \([Wb] \) ou \([T\cdot m] \).

• \(Δt\) → variação de tempo, medida em segundos \([s] \).

→ Fórmulas da Óptica 

◦ Fórmula da lei de Snell-Descartes

Na Óptica Geométrica, uma das fórmulas mais importantes é a da lei de Snell-Descartes:

\(n_1\cdot sin\ ⁡θ_i= n_2\cdot sin\ θ_r\)

• \(n_1\) → índice de refração do meio 1.

• \(sin\ ⁡θ_i\) → seno do ângulo de incidência, medido em graus.

• \(n_2\) → índice de refração do meio 2.

• \( n_2\) → seno do ângulo de refração, medido em graus.

◦ Fórmula do princípio de Huygens

Na Óptica Física, uma das fórmulas mais importantes é a do princípio de Huygens:

\(n=\frac{c}v\)

• n → índice de refração do meio.

• c → velocidade da luz no vácuo, com valor de \(299\ 792\ 458\ m/s^2\).

• v → velocidade da luz no meio, medida em \([m/s] \).

→ Fórmulas da Ondulatória 

◦ Fórmula do efeito Doppler

Na Ondulatória, uma das fórmulas mais importantes é a do efeito Doppler:

\(f_p=f_r\cdot \frac{v_{som}±v_o}{v_{som}±v_{fonte}}\)

• \(f_p\) → frequência percebida, ou frequência Doppler, medida em Hertz \([Hz ]\).

• \(f_r \) → frequência real, medida em Hertz \([Hz ]\).

• \(v_{som} \) → velocidade do som, medida em \([m/s] \).

• \(v_o \) → velocidade do observador, medida em \([m/s] \).

• \(v_f \) → velocidade da fonte, medida em \([m/s] \).

◦ Fórmula do período de uma onda

Outra fórmula muito importante da Ondulatória é a do período de uma onda:

\(T=\frac{1}f\)

• T → período, medido em segundos \([s] \).

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz] \).

◦ Fórmula da frequência de uma onda

Outra fórmula muito importante da Ondulatória é a da frequência de uma onda:

\(f=\frac{1}T\)

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz] \).

• T → período, medido em segundos \([s] \).

→ Fórmulas da Relatividade

◦ Fórmula da relatividade restritita

Na relatividade restrita, uma das fórmulas mais importantes é a da dilatação do tempo:

\(∆t= γ\cdot ∆t_o\)

• \(∆t \) → tempo do corpo em movimento.

• \(∆_{to} \) → tempo do corpo em repouso.

• \(γ \) → fator de Lorentz.

◦ Fórmula da relatividade geral

Na relatividade geral, uma das fórmulas mais importantes é a da relação geral de Einstein entre a massa e a energia:

\(E=m\cdot c^2\)

• E → energia de uma ou várias partículas, também chamada de energia relativística, medida em Joule \([J ]\).

• m → massa de uma ou várias partículas, medida em quilograma \([kg ]\).

• c → velocidade da luz no vácuo, com valor de \(299\ 792\ 458\ m/s^2\).

→ Fórmula da Mecânica Quântica

Na Mecânica Quântica, uma das fórmulas mais importantes é a equação de Schrödinger unidimensional independente do tempo:

\(\frac{-ℏ^2}{2m}\cdot \frac{d^2 ψ}{dx^2}+V(x)\cdot ψ(x)=E\cdot ψ(x)\)

• \(ℏ\) → constante de Planck h  dividida por 2π .

• m → massa da partícula.

• \(V(x)\) → função da energia potencial.

• \(ψ(x)\) → função de onda independente do tempo, em função da coordenada x.

• \(\frac{d^2 ψ}{dx^2}\) → derivada parcial de segunda ordem da função de onda independente do tempo, em função da coordenada x.

• E → energia do sistema.

Veja também: Quais são as principais fórmulas de Física para o Enem?

Exercícios resolvidos sobre Física

Questão 1

(UFTM) Analisando as leis de Newton, pode-se concluir corretamente que:

A) O movimento retilíneo e uniforme é consequência da aplicação de uma força constante sobre o corpo que se move.

B) A lei da inércia prevê a existência de referenciais inerciais absolutos, em repouso, como é o caso do centro de nossa galáxia.

C) Para toda ação existe uma reação correspondente, sendo exemplo dessa circunstância a força normal, que é reação à força peso sobre objetos apoiados em superfícies planas.

D) Se um corpo é dotado de aceleração, esta certamente é consequência da ação de uma força ou de um conjunto de forças de resultante diferente de zero agindo sobre o corpo.

E) A força centrífuga é uma força que surge em decorrência da lei da inércia sobre corpos que obedecem a um movimento circular e que têm como reação a força centrípeta.

Resolução:

Alternativa D.

De acordo com a segunda lei de Newton, se um corpo é dotado de aceleração, esta certamente é consequência da ação de uma força ou de um conjunto de forças de resultante diferente de zero agindo sobre o corpo.

Questão 2

(Enem) Nas estradas brasileiras existem vários aparelhos com a finalidade de medir a velocidade dos veículos. Em uma rodovia, cuja velocidade máxima permitida é de 80 km h⁻¹, um carro percorre a distância de 50 cm entre os dois sensores no tempo de 20 m/s. De acordo com a Resolução n. 396, do Conselho Nacional de Trânsito, para vias com velocidade de até 100 km h⁻¹, a velocidade medida pelo aparelho tem a tolerância de +7 km h⁻¹ além da velocidade máxima permitida na via. Considere que a velocidade final registrada do carro é o valor medido descontado o valor da tolerância do aparelho.

Nesse caso, qual foi a velocidade final registrada pelo aparelho?

A) 38 km/h

B) 65 km/h

C) 83 km/h

D) 90 km/h

E) 97 km/h

Resolução:

Alternativa C.

Primeiramente, converteremos de centímetros para metros:

50 cm = 0,5 m

Então, calcularemos a velocidade média durante o percurso, por meio da fórmula:

\(v_m=\frac{∆x}{∆t}\)

\(v_m=\frac{0,5}{20\ ms}\)

Substituiremos o símbolo mili (m) pelo seu valor de \(10^{-3}\), então:

\(v_m=\frac{0,5}{20\cdot 10^{-3}}\)

\(v_m=\frac{50}{20}\cdot 10^{-2}\cdot 10^3\)

\(v_m=2,5\cdot 10^{-2+3}\)

\(v_m=2,5\cdot 10^1\)

\(v_m=25\ m/s\)

Depois, converteremos de m/s para km/h, multiplicando por 3,6:

\(v_m=25\ m/s\cdot 3,6= 90\ km/h \)

Então, a velocidade final é a velocidade média descontando o valor da tolerância do aparelho:

\(90\ km/h-7=83\ km/h\)