Movimento com velocidade constante e aceleração

z
GUSTOIMAGES/SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
O movimento com velocidade constante
• Um garoto andando de bicicleta está parado ou em movimento?
• Você sabe o que é velocidade média? Como essa velocidade é calculada?
2

z
Quando você está sentado dentro de
um ônibus que acaba de ultrapassar
um carro, como mostra a figura ao
lado, você está parado ou em
movimento?
Para saber se um corpo está em
movimento é preciso ter outro corpo
como referência. E, a partir dessa
referência, é possível estudar o
movimento desse corpo.
O movimento é relativo!
A resposta é: depende.
ADILSONSECCO/ARQUIVODAEDITORA
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Existem vários tipos de movimento: o trem percorre uma trajetória em linha
reta e, portanto, realiza um movimento retilíneo. Os carros de corrida estão
descrevendo uma trajetória curvilínea. As cestas na roda gigante descrevem
um tipo de movimento curvilíneo chamado de movimento circular.
Como podemos medir a velocidade de um corpo em movimento?
FABIOCOLOMBINI/ACERVODOFOTÓGRAFO
VITTALY/SHUTTERSTOCK/GLOWIMAGES
OTAVIODIASDEOLIVEIRA/FOLHAPRESS
4

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Velocidade, distância e tempo são grandezas físicas diferentes, mas há uma
relação entre elas:
Imagine que uma atleta correu 100
metros, em linha reta, em 10 segundos.
Para calcular a velocidade média
dessa atleta, dividimos o seu
deslocamento pelo tempo gasto para
realizar esse deslocamento.
Atenção: isso não significa que a velocidade da atleta durante a prova
foi sempre a mesma!
velocidade média = , ou seja, 10 m/s
100m
10s
VITALYBELOUSOV/ITAR-TASS/CORBIS/
CORBIS(DC)/LATINSTOCK
5

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Para calcular a velocidade média do carro no percurso mostrado, primeiro
temos que conhecer o seu deslocamento:
O deslocamento (ΔS) é calculado pela diferença entre a posição final (S)
e a posição inicial do carro (Si).
S = S - Si = 130 km - 10 km = 120 km
A
B
6

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Para calcular o intervalo de tempo (Δt) em que o carro percorreu a distância
mostrada, utilizamos a diferença entre o instante final (t) e o instante inicial (ti):
Com essas informações, calculamos a velocidade média:
É importante notar que a velocidade marcada pelo
velocímetro do carro não é a velocidade média, e sim
a velocidade instantânea, ou seja, a velocidade do carro
em determinado momento.
t = t - ti = 4 h - 2 h = 2 h
Vm= = 60 km/h
120m
2h
SIMA/SHUTTERSTOCK/
GLOWIMAGES
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Agora imagine que um carro mantenha sempre a mesma
velocidade ao longo de todo o seu caminho, seguindo em linha reta.
Nesse caso, a velocidade instantânea terá o mesmo valor que a
velocidade média.
Esse movimento em linha reta e com velocidade constante é
chamado de movimento retilíneo uniforme. No entanto, na
prática, existem poucos movimentos que podemos observar no
nosso dia a dia que têm velocidade constante.
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O movimento com aceleração
O guepardo é o mamífero terrestre mais veloz. Partindo do repouso, em
apenas 2 segundos ele chega à velocidade de 72 km/h.
• Você sabe o que é aceleração?
W.WISNIEWSKI/CORBIS/LATINSTOCK
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A aceleração é uma grandeza que indica quanto a velocidade mudou e em
qual intervalo de tempo. A fórmula para calcular a aceleração é dada por:
A variação da velocidade (Δv) é a diferença entre a velocidade final (vf) e a
velocidade inicial (vi) do objeto estudado.
A aceleração de um carro de corrida
que, na largada, atingiu 30 m/s em 5
segundos é calculada da seguinte forma:
a =
v
t
a = = 6m/s230m/s
5s
ANTÔNIOGAUDÉRIO/FOLHAPRESS
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Uma aceleração de 6 m/s2 significa que a velocidade do carro aumentou 6 m/s
a cada segundo. “Metro por segundo ao quadrado” é uma abreviação de
metro por segundo por segundo (m/s/s).
Nos dois trechos a aceleração foi 3 m/s2. Dizemos então que o carro realiza
um movimento retilíneo uniformemente variado.
Veja outro exemplo:
KLNARTESGRÁFICAS/ARQUIVODAEDITORA
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Como calcular a aceleração de um carro com velocidade de 25
m/s, em que o motorista pisa no freio e, após 5 segundos, o carro
para?
Dizemos que houve uma desaceleração
porque a velocidade do carro diminui.
A variação de velocidade, que é calculada subtraindo a velocidade inicial
da velocidade final, nesse caso, é negativa.
a = = = − 5m/s2v
t
0 m/s − 25m/s
5s
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A queda dos corpos
Mas uma maçã e uma folha de papel aberta, soltas da mesma
altura, não caem com a mesma velocidade por causa da
resistência do ar. Essa força exercida pelo ar é contrária ao
movimento do objeto e, quanto maior a superfície do
objeto, maior será a força de resistência.
Uma maçã que foi solta e está caindo percorre uma trajetória
retilínea. Na foto vemos que a maçã percorre espaços cada vez
maiores no mesmo intervalo de tempo, ou seja, sua velocidade
aumenta e, portanto, a maçã está em movimento acelerado.
PHOTORESEARCHERS/PHOTORESEARCHERS/LATINSTOCK
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Mas, se o volume do objeto não é muito grande e seu
peso não é muito pequeno, a resistência do ar tem
pouca influência na velocidade inicial da queda.
Esse movimento é conhecido como queda livre. A
aceleração desse movimento é chamada de
aceleração da gravidade e, perto da superfície da
Terra, vale aproximadamente 9,8 m/s2.
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A velocidade é uma grandeza que tem um valor numérico chamado de módulo
ou intensidade, mas também tem direção e sentido. Trata-se, portanto, de
uma grandeza vetorial.
O carro verde e o
carro amarelo estão
indo na mesma
direção, mas em
sentidos diferentes!
LUÍSMOURA/ARQUIVODAEDITORA
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KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
Em uma situação em que um carro está
fazendo uma curva, o módulo da velocidade
não muda (nesse exemplo específico). No
entanto, a direção da velocidade do carro
está mudando.
Qualquer mudança na velocidade, seja no módulo, seja na direção, resulta
em um movimento acelerado.
Por isso, dizemos que a velocidade não é constante e o movimento é
acelerado.
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Forças
• Qual a relação entre força
e movimento?
No dia a dia, a palavra “força” tem vários
significados. Aqui, você vai aprender o
conceito de força em Física.
• O que significa, em
Física, “ação e reação”?
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A força é uma grandeza vetorial, pois tem intensidade (ou módulo), direção e
sentido. A unidade para medir a intensidade de uma força é o newton, cujo
símbolo é N.
O aparelho usado para medir a intensidade das forças é o dinamômetro, que
funciona como uma mola que se deforma proporcionalmente à força.
1,0N
9,8N
1 kg
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A direção e o sentido das forças
R = F1 + F2
Quando duas ou mais forças são aplicadas no mesmo ponto, na mesma
direção e no mesmo sentido, a intensidade da força resultante é igual à soma
das forças, e a direção e o sentido são os mesmos das forças aplicadas.
A força resultante é a força que pode substituir o conjunto de forças aplicadas
em um corpo, produzindo o mesmo efeito.
JOELBUENO/ARQUIVODAEDITORA
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45 N 40 N
módulo da força
resultante = 5N
ILUSTRAÇÕES:PAULONILSON/ARQUIVODAEDITORA
43 N 40 N37 N
Quando duas forças são aplicadas em um ponto, com a mesma direção, mas
sentidos opostos, o valor da força resultante será dado pela diferença do
valor das forças. O sentido da resultante será o mesmo que o da força de
maior intensidade.
R = F1 - F2
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Quando duas ou mais forças são aplicadas em um ponto, em direções
diferentes, a força resultante é calculada da seguinte forma:
A resultante pode, então, ser calculada utilizando uma régua ou o teorema
de Pitágoras.
Representamos cada uma das forças por uma seta, no tamanho proporcional
ao módulo, e assim teremos uma situação como a representada abaixo.
PAULONILSON/ARQUIVODAEDITORA
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Com uma régua podemos medir as forças
aplicadas e encontrar a força
resultante, de acordo com a escala usada.
Por exemplo: se tiver 5 cm, a resultante
terá 50 newtons de intensidade. Se as
duas forças formam um ângulo de 90o
, a
resultante será a hipotenusa do triângulo
retângulo formado.
R2 = F1
2 + F2
2
Portanto, o modo mais eficiente de puxar o barco seria com as duas garotas
puxando juntas, pela mesma corda.
30 n
40 n
R
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TRLLTD./SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
A inércia dos corpos
Essa propriedade da matéria é chamada de inércia e está expressa na
primeira lei de Newton.
Todo corpo tem a tendência de permanecer em repouso ou em movimento
retilíneo uniforme se a resultante das forças que agem sobre ele for nula.
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O atrito
Na ausência de forças, um corpo pode continuar sempre em movimento
retilíneo uniforme. Mas, se você der um peteleco em uma caneta sobre a
mesa, ela logo para de se movimentar. Por quê?
ADILSON SECCO / ARQUIVO DA EDITORA
A força de atrito da mesa sobre a caneta atua em sentido contrário ao do
movimento da caneta, opondo-se a ele.
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A força de atrito depende do tipo das superfícies em contato. Uma bolinha de
metal, por exemplo, rola muito mais tempo sobre tampos de vidro do que sobre
tampos de cimento.
Às vezes, é recomendável reduzir
o atrito entre superfícies. Outras
vezes queremos aumentar o atrito:
por exemplo, entre os pneus de
um automóvel e o solo. Nesse
caso, quanto maior o atrito, menor
a distância percorrida pelo carro
após a frenagem.
25

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Força e aceleração
Forças provocam mudança na velocidade, ou seja, provocam acelerações. A
segunda lei de Newton diz que a aceleração que um corpo adquire é
diretamente proporcional à força resultante que atua sobre ele e tem a mesma
direção e o mesmo sentido dessa força.
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Quanto maior for a massa de um corpo, menor será a aceleração provocada
por determinada força.
ou
a=
F
m
F= m ∙ a
A relação entre a massa e os módulos da força e da aceleração é dada pela
seguinte fórmula:
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Ação e reação
As forças de ação e reação são aplicadas sobre corpos diferentes: a bola
de tênis aplica uma força sobre a parede e a parede aplica uma força sobre a
bola de tênis.
A terceira lei de Newton, também chamada de lei da ação e reação, afirma que
a toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade e direção, mas de
sentido contrário.
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A terceira lei de newton consegue explicar vários fatos, como o movimento de
subida de um foguete, por exemplo.
A queima de combustíveis
produz jatos fortes de
gás, que são eliminados
com força para baixo. Uma
força contrária, a força de
reação do conjunto de
moléculas de
gás, impulsiona o foguete
para cima.
JOHNSONSPACECENTER/NASA
combustível
líquido
oxigênio
líquido
câmara onde
o combustível
é queimado
jato de gás
expelido
do foguete
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O peso e a resistência do ar
Quando um corpo cai, a velocidade
dele aumenta por causa da aceleração
da gravidade, mas deve-se considerar
também a força de atrito com o ar.
Após determinado tempo de
queda, a resistência do ar torna-se
igual ao peso do corpo. Como a
resultante das forças que agem
sobre esse corpo é nula, a
velocidade de queda não se altera
mais.
peso do corpo
Neste momento,
o valor da
resistência do ar se
torna igual ao peso
do corpo. O corpo
cai com velocidade
constante.
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A atração gravitacional
A explicação sobre o movimento dos
corpos e seu equilíbrio na Terra foi
apenas uma das contribuições de
Isaac Newton para a ciência.
• Por que as pessoas que estão do
outro lado da Terra não caem?
• O que mantém os planetas
girando ao redor do Sol?
ALBUM/ORONOZ/LATINSTOCK
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Matéria atrai matéria
A Terra está atraindo o seu corpo
com a mesma força com que você
atrai a Terra. Porém, a massa da
Terra é tão grande que a força que
você exerce sobre ela não é capaz
de alterar o estado de movimento
do planeta.
LUÍS MOURA / ARQUIVO DA EDITORA
Newton explicou que os corpos caem porque são atraídos pela Terra por uma
força chamada força gravitacional ou força da gravidade, que é dirigida para
o centro da Terra.
p
p
32

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A atração gravitacional existe entre todos os corpos do Universo. O valor da
força gravitacional, no entanto, depende da massa dos corpos e da distância
entre eles. Quanto maior for a massa, maior será o valor da força.
De acordo com a lei da gravitação universal, matéria atrai matéria na razão
direta das massas e na razão inversa do quadrado da distância entre elas.
F –F
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O peso dos corpos
m = 1 kg
g = 10 m/s2
P = 10 N
m = 2 kg
g = 10 m/s2
P = 20 N
P = mg
O peso é uma grandeza vetorial que pode ser calculada pela fórmula:
Os corpos caem com uma aceleração chamada de aceleração da
gravidade, que é provocada pela força da gravidade.
F = m ∙ a P = m ∙ g
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Peso e massa não são a mesma coisa! A massa de um corpo não varia
se ele está na superfície da Terra ou da Lua, mas na Lua o peso de um
corpo é menor do que na Terra.
Balanças comuns são
dinamômetros e medem o peso
dos corpos!
Podemos utilizar um
dinamômetro para medir o
peso de um corpo. Como o
peso é diretamente proporcional
à massa, conhecendo-se a
aceleração da gravidade, é
possível determinar também
sua massa.
JIRIHERA/SHUTTERSTOCK/GLOWIMAGES
35

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O centro de gravidade e o equilíbrio dos corpos
Um corpo está em equilíbrio quando a linha vertical que passa pelo seu centro
de gravidade cai dentro de sua base de sustentação.
A força gravitacional atua sobre todas as partes de um corpo, mas podemos
substituir essas forças por uma força resultante que é aplicada sobre o centro
de gravidade do corpo.
centro de gravidade
lata em equilíbrio se não seguramos, a lata cai para o lado
36

z
A força centrípeta
Na situação ao lado, o carrinho está
sofrendo uma aceleração provocada pela
força exercida pelo cordão. Essa força é
chamada de força centrípeta.
Qualquer força que aponta para o centro da
curva descrita por um corpo é classificada
como força centrípeta. Ela atua mudando a
direção da velocidade de um corpo.
A força centrípeta pode ser resultado
da força gravitacional sobre um planeta
que orbita o Sol, por exemplo.
força
centrípeta
37

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A força centrípeta atua também quando um carro está fazendo uma curva.
Quando o motorista vira o volante e faz as rodas girarem, a força de atrito da
pista sobre os pneus mantém o carro na pista, atuando como uma força
centrípeta.
Se a pista estiver molhada, a força de atrito pode diminuir a tal ponto que, em
vez de fazer a curva, o carro sai pela reta tangente à curva.
força centrípeta
v
38

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O movimento dos planetas e dos satélites
força
gravitacional
satélite
A força que modifica a direção da
velocidade dos planetas, mantendo-os
em um movimento elíptico ao redor do
Sol, é a força gravitacional. É ela
também que mantém os satélites
girando ao redor dos planetas.
39

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O empuxo
A força de empuxo tem módulo igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo.
Essa lei é conhecida como princípio de Arquimedes.
Qualquer corpo mergulhado na água parece mais leve porque sofre a ação
de uma força vertical, em sentido contrário ao peso do corpo. Essa força é
chamada de força de empuxo ou simplesmente empuxo.
E = dL ∙ VL ∙ g
LUISMOURA/ARQUIVODAEDITORA
40

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Um corpo afunda quando o valor de seu peso é maior do que o empuxo. Ele
flutua quando o valor de seu peso é igual ao empuxo, mesmo que seja feito de
um material mais denso.
A forma de um barco faz deslocar um grande volume de água e o empuxo é
intenso o suficiente para equilibrar seu peso.
Um prego desloca muito pouca água ao ser submerso, o que provoca um
empuxo incapaz de sustentar seu peso.
peso do barco = 500 N
empuxo = 500 N
41

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Trabalho e energia
• Qual a diferença entre os conceitos físicos de trabalho e potência?
• Que transformações de energia ocorrem à medida que o mexilhão cai do
bico da gaivota?
ROGERTIDMAN/CORBIS/CORBIS(DC)/LATINSTOCK
42

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O conceito científico de trabalho
A garota mudou a mesa de posição aplicando uma força. Dizemos que essa
força realizou um trabalho.
Observe a imagem:
Quanto maior for a força empregada e quanto maior for o deslocamento do
objeto, maior será o trabalho.
43

z
A unidade de trabalho no Sistema Internacional
é o joule (J).
Observe o atleta parado segurando uma barra
com 150 kg de massa, a 2,30 metros do chão.
Como não há deslocamento da barra, a força
que o atleta está aplicando não está
realizando trabalho.
MAURITIUS/LATINSTOCK
44

z
O trabalho não depende do tempo gasto para realizá-lo. O que mede a rapidez
com que um trabalho é feito é o conceito de potência (P).
A unidade de potência é o watt (W). 1 watt é a potência que corresponde ao
trabalho de 1 joule por segundo.
A potência é o trabalho realizado por unidade de tempo, como representado
na fórmula:
Em várias situações utiliza-se um múltiplo do watt, o quilowatt (kW):
1 quilowatt vale 100 watts.
45

z
A potência e o consumo de energia
Veja o cálculo de quantos joules essa lâmpada consumiu em 4 horas:
Podemos expressar a energia consumida ou o trabalho realizado multiplicando
a potência pelo intervalo de tempo. Se utilizarmos o quilowatt e a hora como
unidades, obtemos uma unidade de trabalho ou de energia consumida: o
quilowatt-hora (kWh).
Nesse caso, a potência é usada para determinar a energia
consumida por unidade de tempo.
Uma lâmpada de 60 W transforma, por segundo, 60J de energia
elétrica em luz e calor.
46

z
As transformações da energia
lâmpada acesa: energia elétrica energia luminosa e calor
comida no fogão: energia química (gás) energia luminosa e calor
Exemplos de transformação:
Quando uma forma de energia se transforma em outra, a quantidade total de
energia é mantida: a energia não pode ser criada nem destruída. Essa lei é
chamada de lei da conservação da energia.
A energia aparece de várias formas na natureza e uma forma de energia pode
ser transformada em outra.
47

z
A energia cinética
Quanto maior a velocidade de um
carro, maior será o dano se ele se chocar
com outro corpo. A destruição também é
influenciada pela massa do veículo: uma
batida contra um caminhão é muito pior
do que contra um carro.
A energia cinética depende da massa e da velocidade do corpo:
Todos os corpos em movimento possuem energia cinética e são capazes de
realizar trabalho.
WILLIANSVALENTE/FOLHAPRESS
Ec = . m . v2
48

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DRJEREMYBURGESS/SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
A energia potencial
Para elevar o bate-estacas é preciso
realizar um trabalho (com um motor)
que vence a força gravitacional e eleva
o peso do bate-estacas. O trabalho
realizado fica armazenado sob a forma
de energia potencial
gravitacional, que pode ser calculada:
Um corpo possui uma energia decorrente da posição que ocupa, mesmo
estando parado. A energia potencial depende da altura em relação a um nível
que serve de referência.
Ep = m ∙ g ∙ h
49

z
À medida que uma bolinha cai, sua velocidade
aumenta. A energia cinética da bolinha está
aumentando e, como está se aproximando do
solo, sua energia potencial gravitacional está
diminuindo.
Se não houvesse resistência do ar, a energia
mecânica seria a mesma em todos os instantes
da queda!
A soma da energia potencial da bolinha com a
energia cinética em determinado ponto da
queda é a energia mecânica nesse instante.
m =0,120 kg
h = 10 m
Ep = 12 J
Ec = 0
h = 5 m
Ep = 6 J
Ec = 6 J
Ep = 0 J
Ec = 12 J
50

z
Máquinas que facilitam o dia a dia
Todas as máquinas mecânicas são
adaptações ou combinações de dispositivos
chamados de máquinas simples.
• Existem três tipos de alavancas e dois tipos
de roldanas. Quais deles você conhece?
• De que forma as máquinas modificam as
forças que fazemos?
DAVIDMERCADO/REUTERS/LATINSTOCK
51

z
braço da
força potente
ponto de apoio
braço da
resistência
resistência
força
potente
HIROESASAKI/ARQUIVODAEDITORA
A alavanca
Para calcular a intensidade da
força que o garoto deve
fazer, utilizamos a fórmula:
O garoto aplica uma força (força potente)
para vencer o peso da pedra (força resistente).
Uma alavanca é basicamente uma barra que pode se mover sobre um ponto
de apoio (fulcro).
52

z
Os tipos de alavanca
Quando a distância entre o ponto de apoio
e a força de resistência é menor do que a
distância entre o mesmo ponto e a força
potente, a força potente será menor do
que a força de resistência.
O ponto de apoio fica entre a força potente e
a força resistente, que podem se
movimentar.
Alavanca interfixa
ILUSTRAÇÕES:DAVIDLUCIO/ARQUIVODAEDITORA
Fp
Fp
Fr
Fr
ponto de apoio
ponto de apoio
Fr
Fp
53

z
Alavanca inter-resistente
Muitos ossos do corpo humano
funcionam como sistemas de
alavancas, em que as forças são
aplicadas pelos músculos.
A força resistente localiza-se entre o
ponto de apoio e a força potente. O
braço da força potente é sempre maior
do que o braço da força resistente.
O sistema ao lado funciona como
uma alavanca inter-resistente.
ponto de
apoioFr
Fp
ILUSTRAÇÕES:DAVIDLUCIO/ARQUIVODAEDITORA
ponto de apoio
Fr
Fp
força do músculo
peso do
corpo
HIROESASAKI/
ARQUIVODAEDITORA
54

z
Alavanca interpotente
Além de ampliar o deslocamento, esse tipo de
alavanca amplia a velocidade de um movimento.
Ao sustentar um peso, o braço funciona como
uma alavanca interpotente.
A força potente é aplicada entre o ponto de apoio e a força resistente. O braço
da resistência é sempre maior que o da força potente.
ponto de
apoio
Fr
Fp
Fp
Frponto de
apoio
55

z
Rodas, roldanas e engrenagens
Girando-se a manivela, a corda é
enrolada e desenrolada em torno de um
cilindro. A vantagem é que a força sobre a
manivela é menor que o peso do balde.
O sarilho é um equipamento antigo usado para retirar
água de poços.
O conjunto formado por rodas presas a eixos está presente em muitas
situações, funcionando com uma espécie de alavanca redonda.
56

z
peso = 300 N
força = 300 N
roldana
Roldanas
Nas roldanas fixas, o eixo é fixo num
suporte. Assim, a força necessária para
equilibrar o peso do outro lado da corda
tem o mesmo valor do peso.
A roldana ou polia é uma roda que gira em torno de um eixo. Ela tem um sulco
ou canal na borda por onde passa um fio ou uma corda.
57

z
No caso das roldanas
móveis, cada trecho da corda
sustenta metade do peso do objeto
suspenso. A força que se faz para
sustentar o objeto é igual à metade
de seu peso.
Com a combinação de uma roldana
móvel e uma fixa, diminuímos a
intensidade da força potente e
mudamos sua direção ou o seu
sentido, o que pode facilitar o trabalho.
100 N
100 N100 N
200 N
58

z
Engrenagens
Podem ser usadas para
transmitir movimentos e mudar
forças e velocidades.
No caso da bicicleta, o pedal
movimenta uma roda cheia de
dentes, e essa roda
movimenta uma corrente, que
movimenta a roda de
trás, fazendo a bicicleta andar.
Rodas ligadas a outras por dentes ou correntes são chamadas de
engrenagens e são usadas em bicicletas, motores, ferramentas
elétricas, aparelhos de vídeo e em muitas outras máquinas complexas.
Engrenagem com corrente
(usada em bicicletas).
Engrenagem com dentes
(usada em alguns relógios e máquinas).
59

z
d1
F1
F2
d2
O plano inclinado
E quanto menor for a
inclinação, menor será a força.
Porém, o trabalho será o mesmo porque
a distância percorrida pelo objeto é
maior.
A força necessária para elevar uma caixa pesada a 1 metro de altura com o
auxílio de um plano inclinado é menor do que se a caixa fosse levantada
verticalmente.
60

z
Cunha
Parafuso
A rosca do parafuso é, na
verdade, um pequeno plano inclinado
em volta de um cilindro, como uma
minúscula escada em caracol.
É um tipo de plano inclinado duplo
que se movimenta enquanto realiza
o trabalho. Quanto mais afiada for a
borda da cunha, menor a força
necessária para cortar um objeto.
machado
força
forçaforça
cunha
força
força
HIROESASAKI/ARQUIVO
DAEDITORA
A.PARRAMÓN/APPHOTO
61

z
O calor
• Você sabe o que acontece com
as partículas de um corpo
quando sua temperatura
aumenta?
• Qual a relação do calor com a
subida do nível do mercúrio no
termômetro ou o derretimento
de um pedaço de gelo?
DELFIMMARTINS/PULSARIMAGENS
63

z
fluxo de energia
(calor)
fluxo de energia
(calor)
TEMPO&ARTE/ARQUIVODAEDITORA
Toda matéria é constituída de partículas (átomos e moléculas) em constante
agitação. Quanto mais quente estiver um corpo, maior a agitação de suas
partículas.
A soma das energias cinéticas dos átomos constituintes de um corpo é
chamada de energia interna.
Um aumento na temperatura de um corpo indica que houve um aumento
na energia cinética média das partículas que o formam.
64

z
Calor é a quantidade de energia transferida de um corpo para outro quando há
uma diferença de temperatura entre eles.
O calor passa sempre do corpo mais quente para o corpo mais frio. No
momento em que ambos ficam à mesma temperatura, dizemos que o conjunto
formado por esses corpos atingiu o equilíbrio térmico.
partículas de
um gás à baixa
temperatura
partículas
de um gás à
temperatura
mais alta
65

z
Medindo a temperatura
Isso explica o funcionamento de alguns tipos de termômetros.
Em geral, os corpos dilatam quando sua temperatura aumenta. Isso
acontece porque as partículas se movem mais rapidamente e se
afastam umas das outras.
DAVEKING/DORLINGKINDERSLEY/GETTYIMAGEES
66

z
Em contato com o corpo, o termômetro clínico recebe calor e, à medida que
sua temperatura aumenta, o mercúrio dilata e sobe pelo tubo. Quanto maior for
a temperatura, mais a coluna de mercúrio subirá.
Os números no termômetro indicam a temperatura em graus Celsius, uma
unidade de medida representada por ºC.
A temperatura aumenta.
67

z
Na escala Celsius, o 0º representa a temperatura de
fusão do gelo e o 100º corresponde à temperatura da
água em ebulição (medidas feitas ao nível do mar). O
intervalo entre esses valores é dividido em 100 partes
iguais, cada uma correspondendo a 1 ºC.
O zero absoluto, ou seja, a temperatura em que a
agitação das moléculas é a mínima
possível, corresponde a ‒273 ºC.
A escala Kelvin é uma escala cujo zero corresponde
ao zero absoluto.
T = tc + 273
100 ºC
variação
de 1 ºC
0 ºC
68

z
Nos Estados Unidos utiliza-se a escala Fahrenheit, que atribui 32 ºF para a
temperatura de fusão do gelo e 212 ºF para a temperatura da água em
ebulição à pressão atmosférica.
O intervalo entre esses valores é dividido
em 180 partes iguais. Portanto, a
conversão de Celsius em Fahrenheit é
feita da seguinte forma:
100 ºC
0 ºC
fusão do gelo
água em
ebulição
69

z
DIVULGAÇÃO/ARQUIVODAEDITORA
A caloria
1 caloria = 4,18 joules e 1 joule = 0,24 caloria
A caloria é utilizada para medir
a quantidade de energia que os
alimentos fornecem ao nosso
organismo. É costume usar a
quilocaloria (kcal), que
equivale a 100 calorias.
A caloria é uma unidade de medida de calor. Uma caloria é a quantidade de
calor necessária para elevar em 1 ºC a temperatura de 1 grama de água.
70

z
O calor específico
Massas idênticas de água e óleo de
soja sofrem variações diferentes de
temperatura quando recebem a
mesma quantidade de calor, pois o
calor específico do óleo de soja é
menor do que o da água!
Para elevar a temperatura de 1g de água
em 1 ºC, é necessária 1 caloria. Dizemos
que esses valores correspondem ao
calor específico (c) da água.
A quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de um corpo
depende da massa e da variação da temperatura, e também da composição
química da substância aquecida.
71

z
É possível calcular a quantidade de calor absorvida ou cedida por um corpo
quando sua temperatura varia com a fórmula:
Compare a quantidade de calor necessária para elevar 0,5 kg de água e 0,5 kg
de ferro de 25 ºC a 90 ºC:
• Para o ferro (c = 0,11 cal/g . ºC)
• Para a água (c = 1 cal/g . ºC)
Q = m . C . (t2 ‒ t1)
Q = 500 . 0,11 . (90 ‒ 25) = 3 575 cal
Q = 500 . 1 . (90 ‒ 25) = 32 500 cal
72

z
O calor e as mudanças de estado físico
A energia recebida durante
o derretimento do gelo, por
exemplo, aumenta a vibração
das moléculas, que começam
a se mover mais livremente,
até que a água atinja o
estado líquido.
Quando uma substância recebe ou cede energia na forma de calor, ela pode
mudar de estado físico.
73

z
Quanto maior for a massa de uma substância, maior a quantidade de energia
necessária para a mudança de estado. Essa quantidade de energia é
chamada de calor latente, e pode ser de fusão ou de vaporização.
O calor latente (L) varia de uma
substância para outra e a
quantidade de calor necessária
para fazer uma substância
mudar de estado é dada por:
Q = m . L
Temperatura
EnergiaEnergia
fusão
líquido
vaporização
gasoso
74

z
O aumento da temperatura provoca o aumento das dimensões de um corpo.
Esse fenômeno é chamado de dilatação térmica.
Sólidos
A dilatação de um sólido depende de seu
tamanho, da variação de temperatura e
do material que ele é feito, expresso pelo
coeficiente de dilatação do material.
partículas de
um sólido em
temperatura
mais baixa
partículas de um sólido em
temperatura mais alta
75

z
Líquidos
O derretimento faz as moléculas se aproximarem. Quando a temperatura
chega a 4 ºC, a organização das moléculas é a mais compacta possível.
Acima de 4 ºC, a água comporta-se como outros líquidos.
A densidade do gelo é menor do que a da água, pois no estado sólido as
moléculas de água estão mais afastadas do que no estado líquido. Isso
acontece porque no gelo há ligações químicas que mantêm as moléculas
afastadas umas das outras.
Volume (cm3)
1000,30
1000,20
1000,10
1000,00
2 4 6 8 10
Temperatura (ºC)
76

z
Gases
Se o volume puder variar, o aquecimento do gás vai fazê-lo
aumentar de volume.
Quando aquecemos um gás, sua pressão e seu volume tendem a aumentar.
Se o volume do recipiente não muda, então a pressão do gás aumenta com a
temperatura.
DAVIDTAYLOR/SCIENCEPHOTOLIBRARY
77

z
A transmissão do calor
• Qual é a principal forma de
transmissão de energia nos
metais, nos gases e nos líquidos?
• Como o calor do Sol chega até
a Terra?
Para cozinhar e não queimar as mãos é melhor usar uma colher de
cabo de madeira ou uma colher inteira de metal?
NORPH/SHUTTERSTOCK/
GLOWIMAGES
78

z
Condução
A condução de calor, portanto, é a
transferência de energia entre átomos.
Quando uma parte de um metal é aquecida, seus átomos e elétrons livres
começam a vibrar mais rapidamente. Essa vibração é transmitida para os
átomos vizinhos.
CLÁUDIOCHIYO/ARQUIVODAEDITORA
ADILSONSECCO/
ARQUIVODAEDITORA
79

z
Há materiais que são bons condutores de calor, como os metais, e outros que
não conduzem bem o calor, como a madeira, os plásticos, a borracha e o
isopor. Os materiais que conduzem mal o calor são chamados de isolantes
térmicos.
O ladrilho e o tapete estão à mesma
temperatura, mas a transferência de
energia do nosso pé para o ladrilho
ocorre mais facilmente do que para o
tapete. Essa perda mais rápida de calor
é que nos dá a sensação maior de frio.
Veja o exemplo:
KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
80

z
Convecção
Esse processo se repete e a água fica circulando pela panela, formando as
correntes de convecção. Isso permite que toda a água da panela seja
aquecida.
É o principal processo de transmissão de calor nos líquidos e gases. A camada
de água no fundo da panela recebe calor por condução e se expande, ficando
menos densa que a água mais fria da parte de cima. Essa água mais fria
desce e substitui a água já aquecida, que sobe.
ADILSONSECCO/ARQUIVO
DAEDITORA
MARTYNF.CHILLMAID/SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
81

z
As correntes de convecção que se
formam na atmosfera possibilitam o
voo planado de aves de grande
porte, como as águias.
A convecção acontece também nas
geladeiras. Como o congelador fica na
parte superior, o ar nessa região
esfria, fica mais denso e desce. O ar da
parte inferior, mais quente, sobe e é
resfriado pelo congelador. O processo se
repete, formando correntes de
convecção dentro da geladeira.
FRANSLANTING/LATINSTOCK
ar mais
frio
desce
ar mais
quente
sobe
82

z
Irradiação
A transmissão de calor por ondas
eletromagnéticas é chamada de
irradiação. Um corpo pode emitir
vários tipos de radiação
dependendo da temperatura em
que ele se encontra.
A radiação infravermelha é um tipo de
radiação ou onda eletromagnética.
Esse tipo de radiação é capaz de se
propagar no vácuo e transmitir energia.
Não podemos vê-la, mas podemos
senti-la em nossa pele como calor.
SPLDC/LATINSTOCK
83

z
Das radiações que incidem sobre um corpo, uma parte é refletida e a outra é
absorvida.
Em uma estufa, o vidro deixa passar a luz do Sol, que é absorvida
pelas plantas. Estas se aquecem e emitem raios infravermelhos, que
não atravessam tão bem o vidro como a luz. Isso mantém a estufa
aquecida e ajuda na sobrevivência das plantas.
Sol luz do Sol
calor
84

z
O efeito estufa
Esse processo é chamado de efeito estufa e mantém a temperatura média da
Terra em torno de 15 ºC. Sem ele, o planeta ficaria coberto por uma camada
de gelo, com uma temperatura em torno de -18 ºC.
As radiações do Sol passam pela atmosfera (como passam pelo vidro da
estufa) e esquentam a superfície do planeta, que emite raios infravermelhos.
Uma parte desses raios atravessa a atmosfera e vai para o espaço, e a outra é
absorvida.
Parte do calor escapa
para o espaço.
Parte do calor é
retida na Terra.
radiação solar
atmosfera
LUÍSMOURA/ARQUIVODA
EDITORA 85

z
O problema é que fábricas, veículos e queimadas nas florestas lançam na
atmosfera bilhões de toneladas de gás carbônico por ano. Esse aumento na
concentração de gás carbônico intensifica o efeito estufa, o que resulta em um
aumento da temperatura média do planeta: é o aquecimento global.
As mudanças climáticas decorrentes desse aquecimento podem trazer graves
consequências para o homem e para a vida no planeta.
400
380
360
340
320
300
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Ano
Concentração de CO2 na atmosfera (ppm) Temperatura média global (1880-2005)
Temperatura (ºC)
15,0
14,8
14,6
14,4
14,2
14,0
13,8
13,6
13,4
13,2
13,0
1380 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Ano
Fonte: GISS (Nasa).
86

z
As ondas e o som
As ondas sonoras são ondas
mecânicas que se propagam em um
meio material. A acústica é a parte da
Física que estuda as ondas sonoras.
• Som agudo, som grave, som
fraco, som forte. Como a Física
explica essas diferenças?
87

z
Uma onda é uma perturbação que se
propaga em um meio sólido, líquido ou
gasoso, ou até mesmo no vácuo
(espaço vazio).
O que faz cada ponto da corda oscilar é a
energia transmitida pela onda.
Você pode produzir uma onda usando uma
corda presa a um objeto fixo: sacudindo a
ponta solta da corda para cima e para
baixo, a corda se deforma. A deformação
se desloca ao longo da corda e é chamada
de pulso.
ILUSTRAÇÕES:ALEXARGOZINO/ARQUIVODAEDITORA
88

z
As características de uma onda
Amplitude e comprimento
de onda
Todas as ondas propagam energia sem deslocar matéria, têm
velocidade, amplitude, frequência e comprimento de onda.
A distância entre uma crista ou
um vale em relação à posição
de equilíbrio é chamada de
amplitude. A distância
percorrida por uma onda até
que ela comece a se repetir
(distância entre duas cristas ou
dois vales) é chamada de
comprimento de onda (λ).
89

z
Frequência e período
O tempo gasto para realizar
uma oscilação completa é
chamado de período (T). O
período é o inverso da
frequência, e vice-versa.
Cada ponto da corda sacudida fica oscilando. Frequência da onda produzida é
o número de oscilações completas que cada ponto realiza por unidade de
tempo. A unidade de frequência é o hertz (Hz).
f ou=
1
T
T =
1
f
90

z
Velocidade
Cada tipo de onda tem uma velocidade de propagação diferente. Como a
velocidade é a relação entre o espaço percorrido e o tempo gasto para
percorrê-lo, utilizamos o período (T) e o comprimento de onda (λ) para
calcular a velocidade de propagação de uma onda, que é constante:
v ou=
λ
T
v = λ · f
comprimento
da onda
comprimento
da onda
91

z
Ondas transversais e longitudinais
No segundo caso, cada ponto
da mola oscila para a frente e
para trás, na mesma direção
da propagação de energia.
Esse tipo de onda é chamado
de onda longitudinal.
No primeiro caso, cada ponto da mola oscila em uma direção que é
perpendicular à direção de propagação do pulso. Trata-se, portanto, de
uma onda transversal.
Uma mola pode ser sacudida verticalmente, como foi feito com a corda, ou sua
extremidade pode ser puxada e comprimida.
Onda transversal propagando-se ao longo da mola.
Onda longitudinal propagando-se ao longo da mola.
Veja no detalhe: as partes escuras são as regiões
em que a mola está mais comprimida.
92

z
Ondas sonoras
Quando realizamos a experiência vista na
figura ao lado, a vibração da régua faz
oscilar as moléculas do ar que estão
próximas. Essas moléculas interagem com
as moléculas vizinhas, fazendo-as oscilar
também. Formam-se regiões onde o ar
está mais comprimido (regiões de
compressão) e regiões onde as moléculas
oscilam com maior amplitude e ficam mais
afastadas (regiões de rarefação).
São ondas longitudinais originadas a
partir da vibração de corpos materiais.
Elas se propagam pela vibração das
partículas do ar ou de outro meio material.
93

z
Uma onda longitudinal é formada por uma sequência de compressões e
rarefações propagando-se pelo ar.
A distância que separa duas compressões (ou duas rarefações) corresponde
ao comprimento de onda.
região de compressão
região de rarefação
Comprimento de onda
compressão
rarefação
pressão
Outra maneira de representar a onda
indicando a variação da pressão do
ar ao longo da onda.
Detalhe das regiões
de compressão (com
partículas mais
próximas entre si) e
de rarefação (com
partículas mais
afastadas entre si).
ALEXARGOZINO/ARQUIVODAEDITORA
Uma lâmina de aço oscilando
pode produzir ondas
sonoras. Quanto maior a
amplitude da
oscilação, maior a
intensidade do som.
94

z
A velocidade do som
Quanto mais elástico e mais denso for um meio, maior a velocidade do som.
A velocidade do som depende do meio em que a onda se desloca.
A onda sonora pode se propagar por qualquer meio material: sólido, líquido
ou gasoso.
velocidade (m/s)
95

z
A frequência do som
A orelha humana capta sons que vão de 20 Hz, que correspondem a sons
muito graves, até 20 kHz (quilo-hertz), que são sons muito agudos.
A característica que nos permite distinguir sons agudos e sons graves
é a altura do som, que está relacionada com a frequência da onda
sonora: quanto maior a frequência, maior a altura, ou seja, mais
agudo é o som.
comprimento de onda
maior frequência
menor comprimento de onda
som mais agudo
menor frequência
maior comprimento de onda
som mais grave
comprimento de onda
comprimento de onda
96

z
A intensidade do som
A unidade usada para medir o nível de intensidade sonora é o decibel (dB).
A intensidade do som depende da amplitude da vibração das partículas por
onde a onda sonora passa: maior amplitude significa maior intensidade.
Quando pedimos a uma pessoa para falar mais alto ou mais baixo, na
realidade, queremos que ela fale com maior ou menor intensidade.
Situação inicial Desfecho
Tique-taque de relógio, cochicho, respiração normal 10 dB
Conversa em tom normal (a 1 m) 60 dB
Aspirador de pó 70 dB
Rua com tráfego intenso 80 dB
Liquidificador à velocidade máxima 90 dB
Britadeira (a 1 m), buzina, carro com escapamento aberto, danceteria 90 dB
Avião a jato a 100 m de distância, show de “rock pesado” 120 dB
97

z
O timbre
Cada instrumento musical
ou cada voz humana
produz vibrações que
originam uma onda com
uma forma
característica de cada
um, isto é, de seu timbre.
As notas musicais diferem entre si por sua frequência. Mas a mesma nota
emitida por instrumentos diferentes é percebida por nós de forma diferente
porque cada instrumento emite notas com um timbre característico.
pressão
do ar
nota de
guitarra
nota de
violino
98

z
O eco
Imagine que você dê um grito e o som se
choque contra um obstáculo. Para que o eco
aconteça, é preciso que haja uma distância
mínima entre você e o obstáculo, de forma
que o seu grito e o som refletido sejam
percebidos como dois sons distintos.
Quando uma onda sonora atinge uma superfície, uma parte é absorvida e
outra é refletida. Mas nós só podemos distinguir um som de outro se houver
entre ambos um intervalo de tempo de pelo menos um décimo de segundo.
obstáculo
99

z
A natureza da luz
• Ondas de rádio, raios X,
luz visível... O que esses
fenômenos têm em
comum?
Essa é a casa onde nasceu Isaac Newton. O arco-íris é mais um fenômeno
estudado por ele.
• O que o arco-íris indica
sobre a natureza da luz
branca?
ROYL.BISHOP/AMERICANINSTITUTEOFPHYSICS/SCIENCE
100

z
As ondas eletromagnéticas
A luz, as ondas de rádio e televisão, micro-ondas, os raios X e os raios
infravermelhos são ondas eletromagnéticas. No vácuo, todas as ondas
eletromagnéticas se propagam com a mesma velocidade: 300.000 km/s.
MARCELOKURA/
ARQUIVODAEDITORA
REPRODUÇÃO/ARQUIVODAEDITORA
KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
ROBERTOLOFIEL/ARQUIVODAEDITORA
MARCELOKURA/ARQUIVODAEDITORA
101

z
As ondas de rádio, usadas na transmissão de rádio e televisão, têm um
comprimento de onda mais longo do que as micro-ondas.
Micro-ondas são usadas na transmissão por satélite de televisão e telefone,
nos radares e nos fornos de micro-ondas.
Os raios infravermelhos são emitidos pelos corpos
aquecidos e são usados em satélites de previsão do
tempo, controles remotos, sensores de alarmes, etc.
ADAPTADODE:MÁXIMO,ANTÔNIO;ALVARENGA,BEATRIZ.CURSODE
FÍSICA.SÃOPAULO:SCIPIONE.VOL.3.P.294./ARQUIVODAEDITORA
A porta do forno possui uma tela metálica que
reflete as micro-ondas, impedindo que saiam
do forno. Além disso, um dispositivo de segurança
desliga o forno quando a porta é aberta.
Um feixe de micro-ondas, proveniente de uma fonte, é
distribuído em várias direções por um ventilador metálico.
dispositivo
especial, gerador de
micro-ondas (fonte de
micro-ondas)
O prato giratório permite que se
obtenha um cozimento mais
uniforme do alimento.
SCIENTIFICA/VISUALSUNLIMITED/
CORBIS/CORBIS(DC)/LATINSTOCK
102

z
A luz visível é a parte do espectro
eletromagnético em que estão as
ondas capazes de produzir a visão.
Acima da luz visível estão os raios
ultravioleta, que são emitidos pelo Sol e
atuam na produção de vitamina D,
necessária à formação dos ossos. A
exposição excessiva aos raios UV
aumenta os riscos de câncer de pele, além
de provocar o envelhecimento precoce
da pele.
DAVIDPARKER/SCIENCEPHOTOLIBRARY/SPLDC/LATINSTOCK
Cada frequência dentro do espectro
visível é percebida como uma cor
diferente, variando do vermelho ao violeta.
103

z
Os raios X são muito úteis à Medicina, pois
servem para detectar fraturas e problemas
nos ossos. Eles são absorvidos pelos
ossos, mas atravessam tecidos menos
densos, o que permite a formação de
imagens chamadas de radiografias.
Os raios gama são as ondas com frequência mais alta
produzidas por materiais radioativos. Podem ser utilizados
para destruir tumores (radioterapia), para esterilizar
materiais cirúrgicos e para conservar alimentos.
LESTERV.BERGMAN/CORBIS/LATINSTOCK
ARQUIVODAEDITORA
104

z
As propriedades da luz
Corpos translúcidos permitem a
passagem de uma parte da luz.
Nós só conseguimos enxergar os
objetos que enviam luz até os nossos
olhos. Ao incidir sobre um corpo, a luz
pode ser refletida, absorvida ou
atravessar o corpo.
KLAUSTIEDGE/CORBIS/CORBIS(RF)/LATINSTOCK
Corpos opacos são aqueles
que nenhuma luz consegue
atravessar, como uma parede
branca. A luz atravessa bem
corpos transparentes, como
o vidro.
105

z
Luz e sombras
A luz se propaga em linha reta, o que possibilita a formação de sombras. A
sombra se forma nos locais que não são atingidos diretamente por nenhum
raio luminoso. A penumbra é uma sombra parcial.
raios luminosos
lâmpada
sombra
penumbra
ILUSTRAÇÕES:KLNARTESGRÁFICAS/ARQUIVODAEDITORA
106

z
Em 1666, Isaac Newton realizou um experimento de decomposição da luz
branca utilizando um prisma: quando a luz passa de um meio para o outro, ela
pode mudar de direção (fenômeno chamado de refração).
Como a luz branca é formada
por uma mistura de
ondas, quando atravessa o
prisma, cada onda sofre um
desvio diferente. As ondas se
separam e várias cores
podem ser percebidas.
Esse fenômeno explica a formação do arco-íris: as gotas de chuva funcionam
como prismas, desviando a trajetória das ondas que formam a luz branca.
MATTHIASKULKA/CORBIS/CORBIS(DC)/LATINSTOCK
107

z
A cor de um objeto opaco depende então das luzes que
ele absorve e reflete. Se um objeto reflete mais a cor
vermelha e absorve bem as outras cores, ele será
percebido como vermelho.
A luz que ilumina um objeto também interfere em sua cor: quando uma bola
verde e uma vermelha são iluminadas por uma luz vermelha, por exemplo, a
bola verde parece preta e a bola vermelha continua vermelha.
PAULONILSON/ARQUIVODAEDITORAFOTOS:MOURA/FOTOARQUIVO
108

z
Espelhos e lentes
• Que instrumentos e objetos do
cotidiano são aplicações da
reflexão da luz?
• E da refração da luz?
DAVIDPARKER/SCIENCEPHOTOLIBRARY/STOCKPHOTOS
109

z
A reflexão da luz
Em superfícies irregulares,
ocorre a reflexão difusa: um
feixe de raios paralelos se
reflete em várias direções.
Quando um feixe de luz incide sobre uma superfície plana e polida, o ângulo
de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Esse tipo de reflexão chama-se
reflexão regular ou especular.
KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
Superfície irregular:
(folha de papel)
raio incidente
ângulo de
incidência
espelho
ângulo de
reflexão
raio refletido
reta normal
110

z
Em um espelho plano, as imagens parecem estar atrás do espelho. Isso
acontece porque os olhos e o cérebro captam as imagens a partir dos raios
luminosos que chegam até nós.
A imagem do objeto é vista no ponto
de encontro dos prolongamentos dos
raios refletidos.
objeto espelho Imagem virtual
111

z
Espelhos esféricos
Os espelhos côncavos fornecem
imagens ampliadas de objetos
próximos. Por isso, são utilizados pelos
dentistas, em espelhos de
maquiagem, entre outras aplicações.
Os espelhos convexos fornecem um
campo de visão maior que os espelhos
planos. São usados no retrovisor
externo de veículos, em saídas de
estacionamentos, em lojas, etc.
CORDELIAMOLLOY/SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
MARKTHOMAS/SCIENCEPHOTOLIBRARY/LATINSTOCK
112

z
A refração da luz
A mudança de velocidade quando a luz passa de um meio para outro é
chamada de refração.
Quando um raio de luz passa do ar para a água, ou do ar para um vidro, ele
diminui de velocidade. Se incidir obliquamente, ele muda também de direção.
GIPHOTOSTOCK/PHOTORESEARCHERS,INC./LATINSTOCK
113

z
Lentes
As lentes convergentes
fazem raios paralelos
convergirem para um único
ponto depois de as
atravessarem.
As lentes são feitas de vidro, plástico ou outros materiais transparentes
e formam, por refração, imagens dos objetos.
Lupas e óculos para
hipermetropia são lentes
desse tipo.
raios incidentes
raios refratados
eixo
F
F
114

z
Nas lentes divergentes, os raios que incidem paralelos ao eixo principal da
lente se afastam uns dos outros. É o prolongamento dos raios refratados que
converge para o foco.
As lentes de óculos para
miopia e o olho mágico
instalado nas portas são
lentes divergentes.
As lentes possuem duas faces: uma delas é uma superfície curva; a outra
pode ser curva ou plana.
raios incidentes
raios
refratados
eixo
F
F
115

z
Instrumentos ópticos
A luz entra por uma abertura que pode ser controlada pelo diafragma. A
objetiva é formada por um sistema de lentes que funciona como uma lente
convergente. Aciona-se o obturador para fotografar um objeto.
Máquina fotográfica
obturador
diafragma
filme
imagem
invertida
objeto
objetiva
diafragma
(controla a
abertura)
luz
espelho móvel
sensor
obturador
(controla o tempo de
exposição à luz)
lentes
prisma
visor
116

z
Microscópios ópticos
Lunetas e telescópios
Fornecem imagens ampliadas de objetos
pequenos. A luz emitida por uma lâmpada
atravessa o objeto e passa pela objetiva.
A maioria dos microscópios possui um
conjunto de 3 objetivas com capacidade
de aumento diferentes.
Fornecem imagens aumentadas de objetos
distantes. Possuem sistemas de lentes
convergentes reunidos em uma objetiva e uma
ocular (nos telescópios refletores, usa-se um
espelho côncavo).
Lentes (a ocular)
ampliam a imagem
formada pela objetiva.
A luz atravessa o
objeto observado.
luz
Lentes
(a objetiva)
lentes
luz
117

z
Eletricidade e magnetismo
• Como um corpo pode ficar
carregado com eletricidade?
O âmbar, uma resina produzida pelos pinheiros, é capaz de atrair objetos leves
depois de ser esfregado na pele de animais.
PHOTORESEARCHERS/PHOTORESEARCHERS/LATINSTOCK
• Quais as propriedades
de um ímã?
• O que é uma corrente elétrica?
118

z
A eletricidade estática
O balão e a flanela ficaram eletrizados
e aproximaram-se porque cargas
elétricas de sinais diferentes se
atraem (e cargas elétricas de
mesmo sinal se repelem).
Uma maneira de remover
elétrons de um corpo consiste
em friccioná-lo em outro
material diferente. Veja as
figuras ao lado.
O átomo é eletricamente neutro, mas, em certas situações, elétrons podem
passar de um corpo para outro, resultando em corpos com carga total
negativa e corpos com carga total positiva.
KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
119

z
Materiais como vidro, plástico, tecidos, papel, madeira e borracha são
chamados de isolantes térmicos. Podem perder ou ganhar elétrons de
outros corpos por atrito, mas os elétrons não se movem bem entre seus
próprios átomos.
Os materiais em que os elétrons
podem se mover com bastante
facilidade entre os átomos são
chamados de condutores
elétricos. É o caso da maioria
dos metais.
Cuidado com a eletricidade estática!
Além de pequenos choques, ela pode causar problemas sérios, como
explosões e incêndios.
fio condutor
material
isolante
fluxo de
elétrons
Terra Terra
fio condutor
material
isolante
fluxo de
elétrons
120

z
A indução eletrostática
Lei de Coulomb: se o valor de uma
das cargas for duplicado, o valor da
força de atração também duplicará.
A atração dos pedaços de alumínio pelo balão é explicada pela indução
eletrostática: a proximidade do balão carregado negativamente repele as
cargas negativas do alumínio. Suas cargas positivas, então, ficam mais
próximas do balão e os pedaços de alumínio movem-se em direção ao balão.
Essa separação de cargas elétricas
num corpo provocada pela
proximidade de um corpo carregado é
chamada de indução eletrostática.
KLNARTESGRÁFICAS/
ARQUIVODAEDITORA
papel-alumínio
121

z
A corrente elétrica
O fluxo ordenado de
elétrons forma a corrente
elétrica. O conjunto
formado pela pilha, pelos
fios e pela lâmpada forma
um circuito elétrico.
A lâmpada acende porque uma corrente elétrica está passando
pelos fios, pela pilha e pela lâmpada.
Os elétrons dos metais normalmente movem-se de forma
desorganizada. Quando ligamos os fios metálicos a uma
pilha, o movimento fica mais organizado.
lâmpada de
1,5 volt
chave para abrir ou
fechar o circuito
pilha de lanterna
fio elétrico encapado
122

z
Corrente contínua: o fluxo de elétrons se dá em um único sentido.
A intensidade é medida em
ampère (A). A unidade de carga
elétrica é o coulomb (C), mas
geralmente utiliza-se o
microcoulomb (μC).
A intensidade de uma corrente é
a quantidade de carga elétrica
que passa por uma seção
transversal do condutor num
intervalo de tempo.
Corrente alternada: os elétrons oscilam no interior do condutor, invertendo
periodicamente o sentido da corrente.
sentido convencional
movimento dos elétrons
123

z
As cargas elétricas se deslocam por causa da
diferença de potencial elétrico, também
chamada de tensão elétrica ou voltagem.
O grau de dificuldade que um condutor oferece à
passagem da corrente é chamado de resistência
elétrica e depende do material de que é feito o
condutor. A resistência é medida em ohms (Ω) e
pode ser calculada pela fórmula:
Unidade de medida de tensão elétrica = volt (V)
É a diferença de potencial entre os polos de
uma pilha que mantém uma corrente elétrica
quando eles são unidos por um fio.
U = R · i
cargas totais
diferentes
material
isolante
cargas totais
iguais
fluxo de cargas
124

z
Potência elétrica
A potência elétrica de um aparelho está relacionada com a intensidade (i) de
corrente elétrica que passa em cada trecho do circuito e também com a
voltagem (U):
A potência indica o consumo de energia elétrica em cada unidade de tempo.
Ela é medida em watts (W).
P =
Energia
t
P = U · i
125

z
Efeito Joule
Nas lâmpadas incandescentes, a
energia elétrica é usada para aquecer
um filamento de tungstênio. Quando o
filamento atinge uma temperatura
próxima dos 2 600 ºC, ele passa a
emitir luz. Porém, boa parte da energia
é transformada em calor, o que diminui
muito o rendimento desse tipo
de lâmpada.
A energia que passa por um condutor
se transforma, em parte, em calor. Por
isso lâmpadas e aparelhos elétricos se
aquecem quando estão funcionando.
Esse efeito é conhecido como
Efeito Joule.
JACEK/KINO.COM.BR
126

z
Cuidado com as instalações elétricas!
• Para diminuir as chances de
choque e proteger alguns
aparelhos, é feita uma “ligação
terra”, que permite que o
excesso de cargas escoe
para a Terra.
• Enrolar um fio em outro para fazer emendas pode
provocar curtos-circuitos. Os fusíveis e disjuntores
protegem as instalações elétricas dos efeitos de
curtos-circuitos e de eventuais aumentos de corrente
elétrica.
• Se um aparelho for ligado a uma tensão (110, 127 ou 220V) maior do que a
especificada pelo fabricante, ele pode ser danificado. Se for ligado a uma
tensão menor, não funciona ou funciona mal.
JACEK/KINO.COM.BR
JACEK/KINO.COM.BR
127

z
O magnetismo
Há um campo magnético ao redor do ímã, ou seja,
um ímã é capaz de exercer seus efeitos a distância.
O poder de atração de um
ímã é maior em suas
extremidades, isto é, em
seus polos. Há dois polos
magnéticos em um ímã: o
polo norte e o polo sul.
Polos diferentes se atraem
e polos iguais se repelem.
Com ímãs você pode atrair certos materiais, como alguns metais, chamados
de materiais ferromagnéticos.
CORDELIAMOLLOY/SCIENCEPHOTOLIBRARY
A.PARRAMÓN/APPHOTO
128

z
A bússola
A agulha aponta sempre
nessa direção porque a
Terra apresenta um
magnetismo natural
resultante do núcleo com
ferro em seu interior. Os
polos magnéticos do
planeta localizam-se
próximos aos polos
geográficos.
A bússola magnética consiste em uma agulha imantada que pode girar
livremente, voltando-se sempre para a direção norte-sul do planeta.
MARKGARLICK/SCIENCEPHOTOLIBRARY/SPLDC/LATINSTOCK
129

z
O eletromagnetismo
Quando uma corrente elétrica passa pelo
circuito, a agulha da bússola muda de direção.
Isso significa que a corrente elétrica é capaz de
produzir campos magnéticos e funcionar como
um ímã.
Observe a figura ao lado.
Por meio da eletricidade podemos gerar
magnetismo e por meio do magnetismo podemos
gerar eletricidade.
Quando duas cargas estão em movimento, há
entre elas uma força magnética, além de uma
força elétrica.
circuito elétrico aberto
fio sobre a
bússola
circuito elétrico fechado
130

z
Eletroímãs
Os ímãs produzidos por corrente
elétrica são chamados de
eletroímãs. São utilizados em
telefones, alto-
falantes, microfones, televisores, co
mputadores, guindastes
eletromagnéticos, entre outras
aplicações.
Observe o experimento mostrado na figura abaixo. Ele mostra um prego se
magnetizando quando uma corrente elétrica passa por um fio enrolado ao
redor dele.
PHOTORESEARCHERS/LATINSTOCK
131

z
Indução eletromagnética
Isso significa que um campo magnético variável gera corrente elétrica em
um condutor. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética.
A imagem abaixo nos mostra que, quando um ímã é movimentado para dentro
e para fora das espiras de um fio, a agulha da bússola se movimenta.
cerca de 30 m de fio encapado
bússola
fio enrolado 20 a 30 vezes ao redor da
bússola e do imã
imã
132

z
Nas usinas hidrelétricas, as turbinas que giram impulsionadas pela
queda-d’água fazem fios condutores se movimentarem entre os polos de
eletroímãs. Isso gera uma corrente elétrica. Desse modo, a energia
mecânica da queda-d’água é transformada em energia elétrica.
O mesmo princípio é utilizado nas usinas termoelétricas, eólicas e
nucleares, e também nos dínamos usados em bicicletas.
Esquema simplificado de gerador
eletroímã
eixo
eletroímã circuito com
espiras
reservatório
gerador
turbina
133

z
Motores elétricos
Cargas elétricas em movimento ou fios que conduzem corrente elétrica podem
sofrer a ação de forças quando colocados num campo eletromagnético.
Nesses aparelhos, as espiras de um
fio próximo a um ímã ou eletroímã
ficam submetidas à ação de uma
força e começam a girar.
furadeira
fio que leva corrente
elétrica para o motor
ímãs
fio enrolado em
espiras
Esse efeito é utilizado nos motores elétricos
presentes em
geladeiras, ventiladores, liquidificadores,
furadeiras e máquinas de lavar roupa.
134

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