Curso de Física com Prof. Renato Brito - Apostila 1 - Mecânica - Termodinâmica - Óptica
S U M Á R I O
CAPÍTULO 1 - VETORES 1
1 - Grandezas escalares e grandezas vetrotoriais 1
2 - Vetores 1
3 - Operações com vetores – Soma vetorial 1
4 - Operações com vetores – subtração de vetores 2
5 - Método gráfico do paralelogramo 2
6 - Ângulo formado entre dois vetores 3
7 - Decomposição de vetores 3
8 - Multiplicação de um vetor por um número 5
9 - Propriedade do polígono fechado de vetores 5
10 - Representação i e j para vetores 6
11 – Expandindo para a notação i, j e k para vetores 7
12 - Breve Revisão de Geometria Plana 7
- Pensando em classe 10
- Pensando em casa 14
CAPÍTULO 2 – DE ARISTÓTELES A GALILEU
1 – Introdução 20
2 – O Pensamento Aristotélico e o senso comum 20
3 – Galileu chega ao conceito de Inércia 20
4 – O princípio da Relatividade de Galileu 22
5 – A primeira lei de Newton do movimento 23
6 – Entendendo o conceito de equilíbrio 23
7 – Entendendo o conceito de repouso 24
8 – O Papel da Força no Movimento dos Corpos 24
9 – Subindo ou descendo ? Acelerado ou retardado ? 25
– Pensando em classe 27
– Pensando em casa 29
10 – Aceleração: a rapidez com que a velocidade varia 34
11 – Movimento Uniforme (MU) 35
12 – Movimento Uniformemente Variado (MUV) 35
13 – A velocidade escalar média no MUV 36
14 – A função horária da Velocidade no MUV 36
15 – A função horária da posição no MUV 37
16 – Interpretação de gráficos 37
17 – Conversando sobre o lançamento horizontal 38
18 – Conversando sobre o lançamento obliquo 40
– Pensando em classe 43
– Pensando em casa 49
19 - Força produz aceleração 56
20 - Massa e peso 56
21 - Massa resiste a aceleração 57
22 - Segunda lei de Newton do movimento 57
23 - Quando a aceleração é g – Queda Livre 58
24 - Forças e interações 59
- Leitura Complementar: A natureza das forças 60
25 - Terceira lei de newton do movimento 62
26 - Ação e reação em massas diferentes 62
27 – Força de tração T em fios ideais 64
28 – Força de tração T em polias ideais 65
29 – Forças e deformações em molas ideais 66
30 – O Formato da Trajetória e o Par de Eixos Padrão 66
- Pensando em classe 70
- Pensando em casa 74
CAPÍTULO 3 – ESTUDO DO ATRITO
1 - Força de atrito seco de escorregamento entre sólidos 78
2 - Força de atrito estático e cinético 79
3 - A força de atrito na escala microscópica 80
4 - Resistência dos fluidos 82
- Pensando em classe 88
- Pensando em casa 94
CAPÍTULO 4 – DINÂMICA DO MOVIMENTO CURVILÍNEO
1 – Introdução 101
2 - As componentes tangencial e centrípeta da aceleração 102
3 - Forças em trajetória curvilínea 103
4 - Estudo do movimento de um Pêndulo Simples 104
5 – Dinâmica do MCU plano horizontal 105
6 - Uma questão intrigante: por que a lua não cai na Terra ? 107
7 - Comentários finais – Características do MCU 109
8 - Resumo das propriedades - Componentes da aceleração 111
- Pensando em classe 112
- Pensando em casa 117
APÊNDICE – REFERENCIAIS NÃO-INERCIAIS
1 – O Domínio de Validade das leis de Newton 125
2 – Introdução ao Referencial Inercial 125
3 – Propriedades dos Referenciais não-inerciais 127
4 - O Referencial Não Inercial 128
5 - O Princípio da Equivalência de Einstein 128
6 - O elevador acelerado para cima 129
7 - O elevador acelerado para baixo 130
8 - Vagão acelerado horizontalmente 130
9 – Forças de Interação e Forças de Inércia 132
- Pensando em classe 136
- Pensando em casa 138
CAPÍTULO 5 – TRABALHO E ENERGIA
1 - Por que estudar trabalho e energia ? 140
2 - O significado físico do trabalho realizado por uma força 140
3 - Entendendo o sinal algébrico do trabalho 141
4 - Trabalho realizado por forças internas 144
5 - Trabalho realizado por força constante inclinada 144
6 - Trabalho realizado por força de intensidade variável 146
7 - Aplicação: Cálculo do trabalho realizado pela força elástica 147
8 - Princípio da Trajetória Alternativa (P. T. A.) 148
9 - Princípio do trabalho total ou trabalho resultante 148
10 - Trabalho realizado pela força peso 150
11 - Forças conservativas e forças não-conservativas 151
12 - O Princípio da conservação da Energia Mecânica 151
13 - Condições para a conservação da Energia Mecânica 153
14 - Potência média e potência instantânea 155
15 – Máquinas 155
16 - O simples conceito de rendimento 156
- Pensando em classe 159
- Pensando em casa 163
CAPÍTULO 6 – SISTEMA DE PARTÍCULAS
1 - A quantidade de movimento (qdm) de uma partícula 172
2 - O impulso: o ganho de quantidade de movimento 172
3 - Impulso aplicado por uma força de intensidade variável 174
4 - O conceito de Sistema 175
5 - O conceito de Forças internas e Externas 176
6 - Entendo o impulso trocado entre dois corpos como uma mera transferência de
quantidade de movimento entre eles.176
7 - Coeficiente de restituição numa colisão 178
8 - Tipos de Colisão 178
9 - Caso Especial: Colisão elástica Unidimensional entre partículas de massas iguais 180
10 - Caso Especial: Colisão Unidimensional em que uma das massas é muito maior do
que a outra180
- Leitura Complementar: O Efeito da Baladeira Gravitacional 181
- Pensando em classe 183
- Pensando em casa 190
CAPÍTULO 7 – HIDROSTÁTICA
1 - O Conceito de Pressão 197
2 - Pressão exercida por uma coluna líquida 198
3 - A pressão atmosférica 201
4 - A Variação da Pressão no Interior de um gás 203
5 - A experiência de Torricelli 203
6 - Bebendo água de canudinho 205
7 - O Sifão 207
8 - O Princípio de Arquimedes do Empuxo 208
9 - A lógica por trás do Princípio de Arquimedes 209
10 - Calculando o empuxo a partir das leis de Newton 211
11 – Empuxo e Densidade 211
12 – Calculando o Empuxo Duplo 213
13 – Empuxo Não-Arquimedianos 214
14 – Referenciais não-inerciais na Hidrostática 220
15 – O Princípio de Pascal 222
16 – Mecanismos Hidráulicos 222
- Pensando em classe 224
- Pensando em casa 233
CAPÍTULO 8 – ESTÁTICA
1 – Introdução 247
2 - Momento de Uma Força 247
- Pensando em Classe 249
- Pensando em Casa 251
CAPÍTULO 9 – GRAVITAÇÃO UNIVERSAL
1 - Introdução 253
2 - Geocentrismo 253
3 - Heliocentrismo 253
4 - As três Leis de Kepler 254
5 - Lei da Gravitação Universal de Newton 254
6 - Intensidade do Campo Gravitacional 255
7 – Corpos em órbita 256
8 - Imponderabilidade no Interior de Satélites 256
9 – Entendendo as marés 256
- Pensando em Classe 258
- Pensando em Casa 262
CAPÍTULO 10 – ESPELHOS PLANOS
1 - Introdução 265
2 - Imagem de um Objeto Pontual 265
3 - Imagem de um Corpo Extenso 266
4 - Deslocamento e Velocidade da Imagem 266
5 - Campo Visual de um Espelho Plano 267
6 - Dois Espelhos Associados 267
7 - Rotação de um Espelho Plano 268
8 - Velocidade no Espelho Plano 268
9 – Enantiomorfismo 269
CAPÍTULO 11 – ESPELHOS ESFÉRICOS
1 - Introdução 271
2 - Elementos dos Espelhos Esféricos 271
3 - Leis da Reflexão 272
4 - Condições de Gauss 272
5 - Focos 272
6 - Raios Principais no Espelho Esférico 274
7 - Construção Geométrica de Imagens 274
8 - Espelho Esférico Convexo 275
9 – Espelho Esférico Côncavo 275
10 - Estudo Analítico 277
CAPÍTULO 12 – REFRAÇÃO DA LUZ
1 - Introdução 279
2 - Índice de Refração 279
3 - Leis de Refração da Luz 279
4 - Ângulo Limite e Reflexão Total 280
5 - Dioptro Plano 280
6 - Lâmina de Fases Paralelas 281
7 - Prisma Óptico 282
8 - Prismas de Reflexão Total 282
9 – Decomposição da Luz Branca 283
10 - Refração atmosférica, Miragens e Arco-íris. 284
CAPÍTULO 13 – LENTES ESFÉRICAS
1 - Introdução 286
2 - Tipos: Elementos e Nomenclatura 286
3 - Comportamento Óptico 287
4 - Focos 287
5 - Distância Focal e Pontos Antiprincipais 288
6 - Propriedades 288
7 - Construção Geométrica de Imagens 289
8 - Estudo Analítico 291
9 – Vergência (V) 291
10 - Fórmulas dos Fabricantes 291
11 – Associação de Lentes 292
12 – Instrumentos Ópticos 293
13 – Lupa 293
14 – Máquina Fotográfica 293
15 – Projetor 294
16 – Microscópio Composto 294
17 – Luneta Astronômica 294
18 – Óptica da Visão 294
19 – Comportamento Óptico do Globo Ocular 295
20 – Acomodação Visual 295
21 – Defeitos da Visão 295
- Pensando em classe 299
- Pensando em casa 311
CAPÍTULO 14 – Gases e Termodinâmica
1 – Entendendo o Estado Gasoso 326
2 – Leis experimentais dos gases 326
3 – A Equação de Estado do Gás ideal 328
4 – A Equação geral dos gases 329
5 – A Densidade do gás ideal 329
6 – Mistura de gases que não reagem entre si 330
6.1 – Lei de Dalton das Pressões Parciais 331
7 – Transformações gasosas particulares 332
7.1 – Transformação isovolumétrica – Estudo gráfico e analítico 332
7.2 – Transformação isobárica – Estudo gráfico e analítico 333
7.3 – Transformação isotérmica – Estudo gráfico e analítico 334
8 – A Teoria Cinética dos Gases 336
9 – Interpretação molecular da pressão de um gás ideal 337
10 - Interpretação molecular da temperatura de um gás ideal 337
11 – A Energia interna de um gás Ideal 339
12 – Trabalho em Transformações gasosas 339
13 – Maneiras para Aquecer ou Esfriar um gás 341
13.1 – Fornecendo energia ao gás 341
13.2 – Extraindo energia do gás 342
13.3 – Aumentando a energia interna U do gás 342
13.4 – Diminuindo a energia interna U do gás 342
14 – A 1ª Lei da Termodinâmica 343
15 – A Expansão Livre – Um caso especial 344
16 – Funções de Estado e Funções de Caminho 345
17 – Calores Molares dos gases - Cp e Cv 346
17.1 – Calor fornecido ao gás no processo isovolumétrico (Qv) 347
17.2 – Calor fornecido ao gás no processo isobárico (Qp) 347
17.3 – Analise Comparativa entre Qp e Qv 348
17.4 – Proporção entre Qp, Qv, DU e tisob nesse contexto 348
18 – Relação entre Cv e DU 349
19 – A transformação adiabática 349
19.1 – Processos adiabáticos no dia-a-dia 350
19.2 – Estudo analítico da transformação adiabática 351
19.3 – Estudo gráfico da transformação adiabática 351
20 – Ciclos Termodinâmicos 352
20.1 – A variação da energia interna DU num ciclo termodinâmico 352
20.2 – O trabalho realizado num ciclo termodinâmico 352
20.3 – O calor trocado por um gás num ciclo termodinâmico 353
20.4 – A primeira lei da termodinâmica aplicada a um ciclo 353
20.5 – Interpretando o Ciclo – Máquinas Térmicas 354
20.6 – O conceito de rendimento de uma máquina térmica 354
20.7 – Máquinas Frigoríficas 355
20.8 – Eficiência de máquinas frigoríficas 355
21 – A segunda lei da Termodinâmica 355
22 – O ciclo de Carnot 356
22.1 – A máquina de Carnot na prática – Exemplo Numérico 357
23 – Uma visão histórica das máquinas térmicas 359
23.1 – Ciclo Otto – motores de automóveis 359
24 – Leis da Termodinâmica – Considerações Finais 360
25 – AutoTestes comentados 363
- Pensando em classe 365
- Pensando em casa 375
Gabarito Comentado 403
Manual de Resoluções 415
Cronograma de aulas da Frente 2
