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Introdução à Física

Na introdução à Física, alguns temas-chave são abordados para nortear quem procura conhecer essa ciência.
Sir Isaac Newton (esquerda) e Albert Einstein (direita)
Grandes cientistas contribuíram para a evolução da Física, como Isaac Newton e Albert Einstein. [1]

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;

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    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. 

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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.

Grandeza

Tipo

Unidade de medida

Distância ou altura

Vetorial

Metros (m)

Velocidade

Vetorial

Metros por segundo (m/s)

Tempo

Escalar

Segundos (s)

Massa

Escalar

Quilogramas (kg)

Potência

Escalar

Watts (W)

Corrente elétrica

Escalar

Ampere (A)

Tensão

Escalar

Volts (V)

Energia

Escalar

Joule (J)

Frequência

Escalar

Hertz (Hz)

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:

  1. Calor

(  ) m/s²

  1. Altura

(  ) Hz

  1. Gravidade

(  ) V

  1. Diferença de potencial

(  ) J

  1. Frequência

(  ) A

  1. Corrente elétrica

(  ) m

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

Publicado por Gustavo Campos

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