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FÍSICA DO MOVIMENTO

Sejam Bem-vindos!

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Engenharia Básica

Material baseado em notas de aulas da Unicamp

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Introdução

CAPÍTULO 1 – Fundamentos da Física – Vol 1. – Halliday, Rescink e Walker

  • Física e outras ciências
  • O método científico
  • Quantidades Físicas
      • Tempo
      • Comprimento
      • Massa

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A Natureza e seus fenômenos

  • Entender a regularidade da Natureza tem estimulado a curiosidade humana há milênios.
  • Percepção de ordem, periodicidade: o mundo é previsível
    • Movimento de rotação da Terra: dia e noite.
    • Movimento da Lua em torno da Terra: mês.
    • Movimento da Terra ao redor do Sol: ciclo de 365 dias, estações.
    • Fenômenos biológicos, meteorológicos

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Física e outras ciências

  • A matemática é a linguagem da Física:
    • Os fenômenos são descritos matematicamente.
    • As leis físicas são formuladas como equações matemáticas.
  • A Física é a ciência mais fundamental: os fenômenos químicos, biológicos, ... podem “em princípio” ser explicados pelas leis da Física. Aplicações de avanços básicos da Física têm grande impacto em outras atividades:
    • Engenharia
    • Tecnologia
    • Medicina
    • Computação
    • Matemática

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Metas da Ciência

  • Observar, descrever e entender a regularidade dos fenômenos naturais.
  • Encontrar as leis gerais por trás das regularidades.
  • Século XVI (Galileu Galilei): O Método Científico.

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O Método Científico

  • Observação e experimentação (reprodutibilidade): teste crucial na formulação das leis naturais
  • A Física parte de dados experimentais
  • Acordo com a experiência é o juiz supremo da validade de qualquer teoria: não vale autoridade, hierarquia, iluminação divina.
  • Abstração e indução: simplificar para entender, construir modelos.
  • Leis e teorias (novas previsões)
  • Arma mais poderosa contra as pseudo-ciências, o charlatanismo, a enganação.

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O tempo

  • Relógio: qualquer movimento periódico
    • Nascer do sol: intervalo de um dia
    • Sucessão das estações: intervalo de um ano.
    • Outros movimentos celestes.
    • Galileu usou suas pulsações como relógio.
    • Movimento de um pêndulo.
    • Frequência da luz emitida por átomos.

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Padrão do tempo

  • Até 1956, 1 s =1/86400 do dia solar médio (média sobre o ano de um dia)
  • 1956: padrão baseado no ano solar.
  • 1967: 13a Conferência Geral sobre Pesos e Medidas definiu 1s como 9.162.631.770 períodos da radiação de uma transição atômica do Césio 133 (definição do relógio atômico).
  • 1999: NIST-F1, Padrão atual

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História da medição do tempo

Relógio de Sol

Século 16 AC no Egito

Hora no verão diferente da

hora no inverno.

Em 263 AC, relógio trazido da

Catânia para Roma apresentou

tempo errado aos romanos por

100 anos.

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História da medição do tempo

Ampulheta

Século 14 na Europa

Usado para marcar tempo de

eventos como sermões, aulas...

Relógio de pêndulo

1656 astrônomo holandês Cristiaan Huygens.

Galileu, em 1580, foi o primeiro a ver a importância do pêndulo.

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História da medição do tempo

Relógio de mola

Século 15 na Europa

Impreciso inicialmente

Tornou o relógio miniaturizável.

Tecnologia que reinou até o advento

do relógio de quartzo.

​

Relógio de quartzo

1927 J.W.Horton e W.A.Morrison

Tinha o tamanho de uma sala

Preciso: mostrou que o segundo como

1/86.400 do ano médio era impreciso.

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História da medição do tempo

Relógio Atômico

​

Átomos de Césio 133 têm uma transição numa frequência de 9.192.631.770 ciclos /s (Hz)

Os átomos absorvem energia na cavidade de microondas e ficam em ressonância.

Átomos de Césio sempre emitem nesta mesma frequência: bom padrão de medida de tempo.

Em 1967, na 13a. Conferência Geral de Pesos e Medidas, foi definido como padrão de tempo:

1s→ 9.192.631.770 ciclos de uma transição hiperfina do césio 133

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Alguns tempos característicos

Tempos

​

Segundos

​

​

​

Menor tempo conceptível na física atual, denominado tempo de Planck

​

10-43

Tempo para a luz atravessar o núcleo

​

10-23

Período de oscilação da luz visível

​

10-15

Período de oscilação de um rádio FM

​

10-8

Período do motor de um carro veloz

​

10-2

Período da batida cardíaca

​

100

Duração do dia

​

105

Duração do ano

​

107

Duração da vida humana

​

109

Desde o surgimento da escrita

​

1011

Desde o surgimento do homem

​

1013

Idade da Terra

​

1017

Idade do Universo

​

1018

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O metro Padrão

  • 1791- International System (SI) Metro, 1 m = 10 -7 da distância do polo norte ao equador (meridiano de Paris)
  • 1797- Barra de platina
  • 1859- Maxwell propõe o comprimento de onda da linha espectral amarela do sódio.
  • 1875- Tratado do metro. IBWM
  • 1960- CGPM: 1.650.763,73 comprimentos de onda da transição 2p10 ­ 5d5 do kriptônio (massa 86)
  • 1983- Distância percorrida pela luz no vácuo em 1/299.792.458 de segundo. A velocidade da luz é definida como c = 299.792.458 m/s.

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Alguns comprimentos característicos

Luminosidade

Microscopia ótica

Microscopia

eletrônica

Métodos indiretos

Métodos diretos

Comprimentos

​

Metros

​

​

​

Menor distância conceptível na física atual, denominada comprimento de Planck

​

10-35

Menor dimensão já pesquisada

​

10-21

Dimensão do núcleo atômico

​

10-15

Dimensão do átomo

​

10-10

Dimensão de um vírus

​

10-8

Dimensão de uma bactéria

​

10-5

Comprimento de onda da luz

​

10-6

Altura do homem

​

100

Diâmetro da Terra

​

107

Distância até o Sol

​

1011

Distância até a estrela mais próxima

​

1016

Dimensão da Via Láctea

​

1021

Distância até Andrômeda

​

1022

Dimensão do Universo

​

1026

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O Quilograma Padrão

  • 1889: a 1a Conferência Geral sobre Pesos e Medidas definiu o protótipo do quilograma como uma peça de Platina-Irídio colocada no IBWM.

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Algumas massas características

Massas

​

Quilogramas

​

​

​

Massa do elétron

​

10-30

Massa do próton

​

10-27

Massa de um vírus

​

10-21

Massa de uma bactéria

​

10-12

Massa de uma pulga

​

10-7

Massa do homem

​

102

Massa do Pão de Açúcar

​

1010

Massa da atmosfera

​

1019

Massa dos oceanos

​

1021

Massa da Terra

​

1025

Massa do Sol

​

1030

Massa da Via Láctea

​

1041 a 1042

Massa do Universo

​

1053 a 1054

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Unidades SI

UNIDADES SI

Nome

Símbolo

Grandeza

metro

m

Comprimento

kilograma

kg

Massa

segundo

s

Tempo

ampere

A

Corrente elétrica

kelvin

K

Temperatura termodinâmica

mole

mol

Quantidade de substância

candela

cd

Intensidade luminosa

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Alguns prefixos

Fator

Prefixo

Símbolo

​

​

​

1018

exa

E

1015

peta

P

1012

tera

T

109

giga

G

106

mega

M

103

quilo

k

102

hecto

h

101

deca

da

Fator

Prefixo

Símbolo

​

​

​

10-1

deci

d

10-2

centi

c

10-3

mili

m

10-6

micro

μ

10-9

nano

n

10-12

pico

p

10-15

femto

f

10‑18

atto

a

Microscópio

Nanotubo

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Para pensar...

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Obrigado a todos!

Até a próxima.

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