Fundamentos da Física | Recomposição de Aprendizagem

Prepare-se para embarcar em uma aventura empolgante, que ajudará você a mandar bem no Enem e vestibulares: vamos conhecer os fundamentos da Física.

Nessa trilha de recomposição de aprendizagem, você vai descobrir os mistérios da Física, a partir de conceitos fundamentais que vão te auxiliar no entendimento do MRU (Movimento Retilíneo Uniforme) e do MRUV (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado).

Pronto para começar?

Videoaula sobre grandezas físicas: escalares e vetoriais

Nesta primeira videoaula de Recomposição de Aprendizagem sobre os fundamentos da física, o professor Flaverson Messias Batista explica as grandezas físicas, que podem ser escalares e vetoriais. Entenda melhor!

Grandezas escalares e vetoriais

Para podermos descrever o movimento, primeiramente precisamos relembrar  alguns conceitos básicos que integram os fundamentos da Física.

Começamos pensando em nosso cotidiano, analisando como grandezas como tempo (escalar) e velocidade (vetorial) guiam nossas atividades.

Por exemplo: saber a distância (escalar) até o trabalho nos ajuda a estimar o nosso tempo (escalar) de deslocamento. Já a análise da direção (vetorial) e da intensidade (módulo) do vento influenciam na escolha do agasalho. 

Observe que as grandezas, escalares e vetoriais, estão presentes em tudo, desde a temperatura (escalar) do café até a força (vetorial) do chute na bola. Compreendê-las nos torna mais conscientes do mundo ao nosso redor. 

Mas, afinal, o que são grandezas escalares e vetoriais?

Grandezas escalares

As grandezas escalares precisam apenas de um valor numérico e uma unidade de medida para serem compreendidas, como a temperatura (20°C) ou a massa (5 kg). Imagine um termômetro: ele indica a temperatura (escalar) sem precisar de direção ou sentido. 

As grandezas escalares estão presentes em tudo, desde o tempo (3 horas) até a velocidade (60 km/h), mas sem revelar para onde estamos indo!

Grandezas vetoriais

As grandezas vetoriais, por sua vez, possuem módulo, direção e sentido, além de um valor numérico. Como vimos na videoaula com a ideia do carro fazendo uma curva: o módulo da velocidade pode ser constante, mas a direção muda a cada instante, enquanto o sentido indica para onde o carro está se movendo.

Outro exemplo é um soco na parede: o módulo da força do soco é a energia transmitida, no caso o “tamanho” da força, ou ainda o valor numérico, a direção é o ângulo em que o punho atinge a parede, podemos chamar de horizontal, vertical, entre outros, e o sentido indica se o soco está indo para frente ou para trás.

Veja o exemplo: 

Um lutador mostrando o movimento para o outro. Fonte da imagem: https://cienciadoringue.com.br/wp-content/uploads/2023/03/socos-isometricos-aquecimento-boxe-muay-thai-mma-988×1024.png 

Podemos analisar a força que o lutador aplica na mão da lutadora como:

• Módulo = 30N (esse é apenas um valor aleatório e assumo a direita valor como positivo)
• Direção = Horizontal
• Sentido = Da direita para a esquerda.

As grandezas vetoriais estão em toda parte, desde a velocidade do vento até a aceleração da gravidade. Compreendê-las nos permite navegar melhor pelo mundo, desde calcular o tempo de viagem até entender o impacto de uma colisão. Elas são ferramentas essenciais para desvendar os segredos da Física e consequentemente das ciências que necessitem desse conceitos.

Em resumo:

• Módulo: é a “magnitude” da grandeza, como a força do soco ou a velocidade do carro.
• Direção: indica para onde a grandeza está apontada, como a direção do vento ou a trajetória de um projétil.
• Sentido: informa se a grandeza está indo para frente ou para trás, como o sentido do soco ou da correnteza do rio.

Vamos conferir mais um exemplo:

Imagine um carro partindo de Florianópolis em direção à Porto Alegre. Nessa jornada, as grandezas vetoriais entram em cena para guiar o motorista e desvendar os segredos da viagem.

O módulo da distância percorrida é a medida da extensão total do trajeto, em quilômetros. É como se fosse a “magnitude” da viagem, quanto mais quilômetros, maior o módulo.

A direção da viagem indica para onde o carro está se movendo, como se fosse uma bússola que aponta para o destino final. No caso, a direção seria noroeste, seguindo a BR-101 e BR-290.

Já o sentido da viagem informa se o carro está se aproximando ou se afastando de Porto Alegre. 

Ao compreender o módulo, a direção e o sentido da viagem, o motorista pode estimar o tempo de chegada, planejar paradas e até mesmo desfrutar da paisagem com mais consciência.

Videoaula sobre grandezas fundamentais, derivadas e SI

Nesta segunda videoaula da série Fundamentos de Física para o Enem, o professor Flaverson explica as grandezas físicas fundamentais, as grandezas físicas derivadas e também a sua relação com o Sistema Internacional de Medidas.

Sistema internacional 

O Sistema Internacional de Unidades (SI) é o padrão global de medição, composto por sete unidades básicas (metro, segundo, quilograma, ampère, kelvin, mol e candela) e suas unidades derivadas. É a linguagem universal da ciência, tecnologia e comércio, utilizado em praticamente todos os países do mundo. 

Grandezas fundamentais e derivadas 

No mundo da Física, existem grandezas fundamentais, como comprimento (metro), tempo (segundo) e massa (quilograma), que são as bases para as derivadas. Há ainda as grandezas chamadas de derivadas, como velocidade (m/s) e força (N), que nascem da combinação das fundamentais, revelando mais segredos da natureza. 

Para compreender melhor esses conceitos, imagine um bolo: as medidas dos ingredientes (fundamentais) se unem na receita (derivadas) para criar o bolo em questão.

A seguir uma tabela das grandezas fundamentais do Sistema Internacional:

Fonte da tabela: https://slideplayer.com.br/slide/392089/3/images/3/GRANDEZAS+F%C3%8DSICAS+FUNDAMENTAIS+X+DERIVADAS.jpg 

E, na sequência, tem-se uma tabela com exemplos de grandezas derivadas:

Retirado em: https://slideplayer.com.br/slide/392089/3/images/4/GRANDEZAS+F%C3%8DSICAS+FUNDAMENTAIS+X+DERIVADAS.jpg 

Videoaula sobre notação científica

Nesta videoaula, o professor Flaverson traz os fundamentos da notação científica, ou seja, um modo muito fácil de trabalhar com decimais.

Notação científica: operações com decimais

A notação científica torna os números mais compactos e fáceis de lidar, especialmente quando são muito grandes ou muito pequenos. Imagine um gigante com 150.000.000.000 de metros de altura! Em notação científica, ele fica minúsculo: 1,5 x 10¹¹ m. Incrível, né?

Existem várias formas de usá-la mas aqui vamos seguir esses passos:

1. Verifique se o número é maior ou menor 1, se for maior o expoente é positivo, se for menor o expoente é negativo.
2. Da esquerda para a direita ache o primeiro algarismo significativo ele deve ser um número real maior ou igual a 1 e menor do que 10.
3. “Pule” a vírgula do início do número (da direita dele) até a esquerda desse algarismo significativo, a quantidade de casas que ela “pulou” é o que vai no expoente.

Observação: Se ele for maior que 1 e for acompanho apenas de 0 depois do primeiro algarismo significativo da esquerda para a direta, você pode apenas contar os zeros e colocar no expoente, como por exemplo:

4 000 000= 4,0 . 106

Perceba: 

1° = número maior que 1, expoente positivo.

2° = algarismo significativo = 4 

3° = “pulou” a vírgula 6 vezes do início do número até a esquerda do algarismo significativo, ou contou os zeros = expoente 6

Ela deverá ter essa estrutura:

Retirado em: https://static.significados.com.br/foto/significados-notacao.jpg 

Mas por que usá-la?

• Praticidade: com números gigantes, como a distância da Terra ao Sol (150 x 10¹¹ m), a notação científica facilita a escrita e leitura.
• Clareza: ao comparar números grandes e pequenos, a notação científica ajuda a visualizar a diferença de ordens de magnitude. Imagine a massa da Terra (5,97 x 10²⁴ kg) e a de um átomo de hidrogênio (1,67 x 10⁻²⁷ kg)
• Cálculos precisos: em áreas como Física, Química e Astronomia, a notação científica garante precisão e rapidez nos cálculos, mesmo com números complexos.

Exemplos no dia a dia:

• População da Terra: 7,9 x 10⁹ pessoas (bem mais compacta que 7.900.000.000).
• Capacidade de armazenamento de um disco rígido: 1 TB = 1 x 10¹² bytes (gigabytes).

Videoaula com exemplos e exercícios de notação científica

Para fechar a trilha de Recomposição de Aprendizagem sobre os Fundamentos da Física, o professor Flaverson traz exemplos resolvidos de notação científica, com as operações com números decimais:

Exercícios:

Questão 1 (UECE-CE- 1999):

O nanograma é um submúltiplo do grama equivalente a:

a) 10-12g

b) 10-9g

c) 10-10g

d) 109g

e) 1012g

Questão 2 (UFPEL-RS-2021):               

A ÁGUA NA ATMOSFERA

O calor proveniente do Sol por irradiação atinge o nosso Planeta e evapora a água que sobe, por ser ela, ao nível do mar, menos densa que o ar.

Ao encontrar regiões mais frias na atmosfera, o vapor se condensa, formando pequenas gotículas de água que compõem, então, as nuvens, podendo, em parte, solidificar-se em diferentes tamanhos.

Os ventos fortes facilitam o transporte do ar próximo ao chão – a temperatura, em dias de verão, chega quase a 40° – para o topo das nuvens, quando a temperatura alcança 70°C.

Há um consenso, entre pesquisadores, de que, devido à colisão entre partículas de gelo, água e granizo, ocorre a eletrização da nuvem, sendo possível observar a formação de dois centros: um de cargas positivas e outro de cargas negativas.

Quando a concentração de cargas nesses centros cresce muito, acontecem, então, descargas entre regiões com cargas elétricas opostas. Essas descargas elétricas – raios – podem durar até 2s, e sua voltagem encontra-se entre 100 milhões e 1 bilhão de volts, sendo a corrente da ordem de 30 mil amperes, podendo chegar a 300 mil amperes e a 30.000°C de temperatura.

A luz produzida pelo raio chega quase instantaneamente, enquanto que o som, considerada sua velocidade de 300 m/s, chega num tempo 1 milhão de vezes maior.

Esse trovão, no entanto, dificilmente será ouvido, se acontecer a uma distância superior a 35 km, já que tende seguir em direção à camada de ar com menor temperatura.

No texto, muitas unidades da Física são abordadas, como unidades de Termologia, Mecânica, Eletricidade e Ondas. Assinale a alternativa que contém corretamente, apenas grandezas físicas escalares referidas no texto:

a) temperatura, tempo, ddp, força elétrica e velocidade.    

b) temperatura, tempo, ddp, intensidade de corrente elétrica e distância.

c) força elétrica, campo elétrico, velocidade, aceleração e deslocamento.

d) força elétrica, campo elétrico, potencial elétrico, aceleração e distância.

e) tempo, potencial elétrico, período, frequência e deslocamento.

Questão 3 (FGV-SP-2019):

A unidade de medida de potencial elétrico do Sistema Internacional é o volt (V), que também é unidade da grandeza física chamada

a) força elétrica.          

b) carga elétrica.            

c) corrente elétrica.         

d) força eletromotriz.         

e) campo magnético. 

Questão 4 (ENEM-MEC-2009):

O Super-homem e as leis do movimento

Uma das razões para pensar sobre a física dos super-heróis é, acima de tudo, uma forma divertida de explorar muitos fenômenos físicos interessantes, dede fenômenos corriqueiros até eventos considerados fantásticos. A figura seguinte mostra o Super-homem lançando-se no espaço para chegar ao topo de um prédio de altura H. Seria possível admitir que com seus superpoderes ele estaria voando com propulsão própria, mas considere que ele tenha dado um forte salto.

Neste caso, sua velocidade final no ponto mais alto do salto deve ser zero, caso contrário, ele continuaria subindo. Sendo g a aceleração da gravidade, a relação entre a velocidade inicial do Super-homem e a altura atingida é dada por: v2 = 2gh.

A altura que o Super-homem alcança em seu salto depende do quadrado de sua velocidade inicial porque

a) a altura do seu pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar ao quadrado.

b) o tempo que ele permanece no ar é diretamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é diretamente proporcional à velocidade.

c) o tempo que ele permanece no ar é inversamente proporcional à aceleração da gravidade e essa é inversamente proporcional à velocidade média.

d) a aceleração do movimento deve ser elevada ao quadrado, pois existem duas acelerações envolvidas: a aceleração da gravidade e a aceleração do salto.

e) a altura do pulo é proporcional à sua velocidade média multiplicada pelo tempo que ele permanece no ar, e esse tempo também depende da sua velocidade inicial.

Questão 5 (UDESC-SC- 2011):

Considere as seguintes proposições sobre grandezas físicas escalares e vetoriais.

I. A caracterização completa de uma grandeza escalar requer tão somente um número seguido de uma unidade de medida. Exemplos dessas grandezas são o peso e a massa.

II. O módulo, a direção e o sentido de uma grandeza caracterizam-na como vetor.

III. Exemplos de grandezas vetoriais são a força, o empuxo e a velocidade.

IV. A única grandeza física que é escalar e vetorial ao mesmo tempo é a temperatura.

Assinale a alternativa correta.

a) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.                                 

b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.  

c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.                                  

d) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.  

e) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.  

Questão 6 (ENEM 2020):

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, produziram miniaturas de objetos em impressoras 3D de alta precisão. Ao serem ativadas, tais impressoras lançam feixes de laser sobre um tipo de resina, esculpindo o objeto desejado. O produto final da impressão é uma escultura microscópica de três dimensões, como visto na imagem ampliada.

A escultura apresentada é uma miniatura de um carro de Fórmula 1, com 100 micrômetros de comprimento. Um micrômetro é a milionésima parte de um metro.

Usando notação cientifica, qual é a representação do comprimento dessa miniatura, em metro?

a) 1 x 10^-1

b) 1 x 10^-3

c) 1 x 10^-4

d) 1 x 10^-6

e) 1 x 10^-7

Gabarito: 

Questão 1: B
Questão 2: B
Questão 3: D
Questão 4: E
Questão 5: D
Questão 6: C

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