Introdução à Física

Na introdução à Física, temos contato com alguns fundamentos dessa disciplina que nortearão todo o estudo relacionado a essa área do conhecimento. Nesse sentido, é fundamental dominar certos conceitos iniciais para conseguir prosseguir com os estudos. São tópicos introdutórios de Física que você deve dominar e que vamos abordar neste texto:

• conceito de Física;

• Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

  grandezas;

• Sistema Internacional de Unidades;

• potência de dez e notação científica.

Leia também: Dicas para resolver exercícios de Física

Física: o que é?

A Física é área do conhecimento que estuda os fenômenos naturais, suas causas e consequências, e os associa a expressões matemáticas. As principais áreas de estudo da Física são:

• Mecânica: estudo do movimento e suas causas e consequências. O objeto central da mecânica são as leis de Newton, já que por meio delas toda a Mecânica se desenvolve.

• Gravitação universal: estudo da mecânica dos corpos celestes, suas órbitas e a atração entre eles.

• Calorimetria: envolve o estudo de trocas de energia térmica ou calor e as consequências para um sistema.

• Termodinâmica: analisa a relação entre temperatura, pressão e volume de um corpo.

• Óptica: estuda o comportamento da luz e os fenômenos associados a ela.

• Ondulatória: estuda o comportamento das ondas mecânicas ou eletromagnéticas.

• Eletrostática: estuda cargas elétricas em repouso e suas consequências para o meio.

• Eletrodinâmica: tem como objeto de estudo as cargas elétricas em movimento e o meio que as conduz.

• Magnetismo: estudo das propriedades magnéticas de alguns elementos, o que as origina e suas consequências para o meio.

• Física Moderna: analisa o comportamento de corpos que se movem com velocidades próximas ou iguais à da luz ou com tamanhos inferiores aos dos átomos. 

O que são grandezas?

As grandezas são os valores numéricos associados aos fenômenos na Física. Para diferenciar uma grandeza de outra, utilizam-se as unidades de medida e o contexto em que são aplicadas. Por exemplo, tanto energia mecânica (relacionada ao movimento) quanto calor são medidos em joule, e um pode ser convertido em outro. O contexto do problema auxilia a identificar com qual se deve trabalhar. Há poucas grandezas que não possuem unidade de medida, sendo um exemplo o rendimento de uma máquina, por ser a razão entre duas potências, a total e a útil.

Há dois tipos de grandezas físicas: as escalares e as vetoriais. A diferença entre ambas é que nas escalares a posição e orientação do vetor não interferem em seu valor; já nas grandezas vetoriais, elas interferem, principalmente quando ocorrem operações entre vetores. Suas características são:

• Grandezas escalares: possuem apenas o módulo, ou seja, o valor numérico.

• Grandezas vetoriais: também chamadas de vetores, possuem módulo, direção e sentido. A direção é a posição em que o vetor está se movendo, ou seja, horizontal, vertical ou diagonal. Já o sentido do vetor equivale ao seu destino: para a direita, para a esquerda, para cima ou para baixo. Devido a isso, é o sentido do vetor que indica se ele será positivo (para cima ou para a direita) ou negativo (para baixo ou para a esquerda).

Saiba mais: Grandezas escalares e vetoriais

Sistema Internacional de Unidades

O Sistema Internacional de Unidades ou SI é o sistema adotado para padronizar as unidades de medida no mundo todo. Isso ocorre porque muitos países possuem sua própria forma de tratar algumas grandezas. Tomando a massa como exemplo, no Brasil o padrão é utilizar o quilograma (kg), já nos Estados Unidos da América o comum é utilizar a libra (lb).

Nesse sistema, valores relacionados a distância devem ser medidos em metros (m); relacionados a tempo, em segundos (s); relacionados a energia, em joule (J) etc. A tabela a seguir demonstra as grandezas mais comuns e suas respectivas unidades de medida no SI.

Potência de dez e notação científica

A notação científica foi criada porque alguns valores associados às grandezas físicas possuem muitos dígitos, como a velocidade da luz no vácuo, que vale 299.792.458 m/s, e existem grandezas com muito mais dígitos, como a constante de Planck ou a constante de Avogadro.

Para casos como esses, utiliza-se a notação científica, que consiste em escrever um valor com muitos dígitos em um produto de um número com geralmente até três dígitos multiplicado por uma potência de base 10. Para a notação científica é necessário que o valor que multiplica pela base 10 seja maior ou igual a 1 e menor que 10. Em termos gerais, a regra para notação científica é:

\(x\bullet{10}^y\)

\(1\le x<10\)

Se y for positivo, a grandeza representa um número maior que 1; se for negativa, representa um número decimal. Para aplicar isso à velocidade da luz, devemos nos lembrar que geralmente as notações são expressas como o produto de um valor com três dígitos com uma potência de base 10. Com três dígitos, ficaria 299. Como é necessário ser maior ou igual a 1 e menor que 10, 299 passa a ser escrito como 2,99, que, nesse caso, como trata-se de 2 seguido de dois números 9 que se encontram após a vírgula, arredonda-se para 3.

Contando as casas deslocadas pela vírgula da direita para esquerda, obtém-se um total de 8 casas. Sendo assim, a velocidade da luz na forma de notação científica passa a ser reescrita da maneira a seguir:

\(3\bullet{10}^8\ {m}/{s}\)

• Videoaula sobre notação científica

Exercícios resolvidos de introdução à Física

Questão 1

Dados os tipos de grandezas física a seguir, marque a alternativa que determina em qual grande área da Física ela é estudada:

I) Aceleração de um corpo em movimento retilíneo

II) Som

III) Variação de temperatura

IV) Corrente elétrica

a) Eletrostática, Termodinâmica, Óptica Geométrica e Eletrodinâmica.

b) Mecânica, Eletrodinâmica, Calorimetria, Termodinâmica.

c) Mecânica, Ondulatória, Calorimetria e Eletrodinâmica.

d) Gravitação Universal, Eletrostática, Ondulatória e Calorimetria.

e) Gravitação Universal, Termodinâmica, Óptica Geométrica e Eletrodinâmica.

Resposta

Letra C

• Aceleração de um corpo em movimento retilíneo: está relacionada ao movimento de um corpo e consequentemente às leis de Newton, logo é estudada na Mecânica.

• Som: é uma onda mecânica estudada na Ondulatória.

• Variação de temperatura: ocorre quando um corpo ganha ou perde calor. Dessa forma, é estudada na Calorimetria.

• Corrente elétrica: a corrente elétrica é formada por carga elétrica em movimento, geralmente por elétrons, e a área da Física que estuda isso é a Eletrodinâmica.

Questão 2

As colunas a seguir são compostas por grandezas físicas e unidades de medida, respectivamente. Marque a alternativa que representa a associação correta entre elas:

a) VI, I, III, V, IV e II

b) III, V, IV, I, VI e II

c) I, VI, II, V, III e IV

d) V, VI, III, IV, I e II

e) II, I, VI, V, IV e III

Resposta

Letra B

• Calor é energia, medida em joules (J).

• Altura é o mesmo que distância, medida em metros (m).

• Gravidade é um tipo de aceleração, medida em metros por segundo ao quadrado (m/s²).

• Diferença de potencial é o mesmo que tensão elétrica, medida em volts (V).

• Frequência é medida em hertz (Hz).

• Corrente elétrica é medida em amperes (A).

Créditos da imagem

[1] mila kad / Shutterstock