NÚCLEO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO DE JOVENS E ADULTOS CULTURA POPULAR CONSTRUINDO UM NOVO MUNDO

FÍSICA MÓDULO 8

PROFESSORA RITA MARIA ZANATTA DA MOTTA

O QUE É FÍSICA

Física é um termo com origem no Grego “physis” que significa “natureza”. É a ciência que estuda

as leis que regem os fenômenos naturais suscetíveis de serem examinados pela observação

experimentação, procurando enquadrá-los em esquemas lógicos.

A física estuda a natureza.

Alguns dizem que físicos estão interessados em determinar a natureza do espaço, do tempo, da

matéria, da energia e das suas interações. Esta definição excluiria certas áreas mais novas da física que

trabalham com a biologia, por exemplo.

Outros dizem que Física é a única ciência fundamental e que estas divisões são artificiais, ainda

que tenham utilidade prática. Seu argumento é simples: a Física descreve a dinâmica e configuração

das partículas fundamentais do universo. O universo é tudo que existe e é composto destas partículas.

Então todos os fenômenos, eventualmente abordados em outras ciências, poderiam ser explicados em

termos da física destas partículas. Seria como dizer que todos os resultados das outras ciências podem

ser derivados em bases físicas. Isso já acontece com explicações de fenômenos antes demonstrados

pela Química e hoje explicados pela Física. Entretanto, ainda não é muito fácil explicar a grande

maioria dos fenômenos de outros ramos da ciência, pois isto envolve campos ainda não explorados e

uma matemática muito elaborada.

Com base nisso, alguns chegam a sugerir que até mesmo o cérebro um dia poderá ser descrito por

uma equação ou um conjunto de equações matemáticas (muito provavelmente envolvendo muitos

argumentos de probabilidade).

Há os que argumentam que as divisões da ciência têm origem social e histórica e que definições de

física são forjadas para tentar reunir todas as pessoas que são aceitas como físicos pela sociedade.

Talvez quem esteja certo seja quem acredite na máxima:

Físicos são pessoas diferentes, em lugares diferentes, fazendo coisas diferentes.

Alguns dos físicos mais conhecidos da História são Galileu Galilei, Isaac Newton e Albert

Einstein.

Física é uma ciência fundamental que se desenvolve com base em teorias e experimentos. Fazem

parte das principais teorias da física: a mecânica clássica (descrição do movimento de objetos ), a

mecânica quântica (determinação de medidas de grandezas), a relatividade (relações do espaço-tempo

e a gravidade) e o eletromagnetismo (estudo da eletricidade e magnetismo).

A Física Clássica abrange todas as teorias e conhecimentos desenvolvidos até fins do século XIX,

abrangendo os princípios da mecânica clássica, ondulatória, termodinâmica e eletromagnetismo.

A Física Moderna engloba as teorias e conceitos a partir do século XX, destacando-se a mecânica

quântica, relatividade e física experimental (investigação dos fenômenos físicos utilizando processos

experimentais)

As áreas em que se divide a Física são: Acústica (estudo do som); Eletricidade (estuda a

eletricidade); Mecânica (estudo do movimento); Nuclear (estuda os núcleos e a matéria nuclear);

Óptica (estudo da luz).

CALOR E TEMPERATURA

É importante fazer uma distinção entre calor e temperatura, já que à primeira vista parece se

tratar do mesmo assunto.

A forma de energia que é diretamente transferida de um objeto mais quente para um mais frio é

chamada de calor. A energia somente está na forma de calor durante essa transferência, ou seja, calor é

a energia em trânsito.

Mas o que acontece com o calor absorvido por um objeto?

Existe uma lei que defende que a energia total do objeto aumenta, é a chamada Lei da

conservação, e é através dela que surgiu a energia potencial e a energia cinética. Quando um

determinado objeto passa por um aquecimento, a energia cinética de suas partículas constituintes

aumenta, como a sua energia potencial pode aumentar, ou ambas aumentam simultaneamente.

A unidade que mede a energia cinética das partículas aquecidas é chamada de temperatura.

Quando ocorre uma transferência de calor, a energia cinética das partículas do objeto que está

sendo aquecido aumenta, então a temperatura se eleva.

As unidades de temperatura mais utilizadas são a escala Celsius (°C) e a escala Fahrenheit

(°F).]

Transmissão de Calor Em certas situações, mesmo não havendo o contato físico entre os corpos, é possível sentir que

algo está mais quente. Como quando chega-se perto do fogo de uma lareira. Assim, concluímos que de

alguma forma o calor emana desses corpos "mais quentes" podendo se propagar de diversas maneiras.

O fluxo de calor acontece no sentido da maior para a menor temperatura.

Este trânsito de energia térmica pode acontecer pelas seguintes maneiras:

condução;

convecção;

irradiação

Condução Térmica

É a situação em que o calor se propaga através de um "condutor". Ou seja, apesar de não estar em

contato direto com a fonte de calor um corpo pode ser modificar sua energia térmica se houver

condução de calor por outro corpo, ou por outra parte do mesmo corpo.

Por exemplo, enquanto cozinha-se algo, se deixarmos uma colher encostada na panela, que está

sobre o fogo, depois de um tempo ela esquentará também.

Este fenômeno acontece, pois, ao aquecermos a panela, suas moléculas começam a agitar-se mais,

como a panela está em contato com a colher, as moléculas em agitação maior provocam uma agitação

nas moléculas da colher, causando aumento de sua energia térmica, logo, o aquecimento dela.

Também é por este motivo que, apesar de apenas a parte inferior da panela estar diretamente em

contato com o fogo, sua parte superior também esquenta.

Convecção Térmica

A convecção consiste no movimento dos fluidos, e é o princípio fundamental da compreensão do

vento, por exemplo.

O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e subindo. Então

as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o lugar vago

pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes

movimentos causam, entre outros fenômenos naturais, o vento.

Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio do movimento de

massas fluidas de densidades diferentes.

Irradiação Térmica

É a propagação de energia térmica que não necessita de um meio material para acontecer, pois o

calor se propaga através de ondas eletromagnéticas.

Imagine um forno microondas. Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e

ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. Enquanto o alimento é aquecido há

uma emissão de microondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura.

Efeitos da variação de temperatura

A variação de temperatura pode provocar:

-A dilatação e contração térmica

-Mudança de estado físico.

Dilatação Térmica

Todos os corpos existentes na natureza, sólidos, líquidos ou gasosos, quando em processo de

aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica.

O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do

grau de agitação das moléculas que constituem os corpos. Ao aquecer um corpo, por exemplo, ocorrerá

um aumento na distância entre suas moléculas em consequência da elevação do grau de agitação das

mesmas. Esse espaçamento maior entre elas se manifesta através da escansão das dimensões do corpo,

as quais podem ocorrer de três formas: linear, superficial e volumétrica.

O contrário ocorre quando os corpos são resfriados. Ao acontecer isso as distâncias entre as

moléculas são diminuídas e em consequência disso há diminuição nas dimensões do corpo

Mudanças de estado físico

Você já viu como num dia quente, um pedaço de gelo logo derrete depois de tirado do

congelador?

Nesse caso, a água em estado sólido passa rapidamente para o estado líquido.

Fusão

Passagem, provocada por um aquecimento, do estado sólido para o estado líquido.

O aquecimento provoca a elevação da temperatura da substância até ao seu ponto de fusão. A

temperatura não aumenta enquanto está acontecendo a fusão, isto é, somente depois que toda a

substância passar para o estado líquido é que a temperatura volta a aumentar.

O ponto de fusão de uma substância é a temperatura a que essa substância passa do estado sólido

para o estado líquido.

No caso da água o ponto de fusão é de 0ºC. Assim, o bloco de gelo permanecerá a 0ºC até todo ele

derreter para só depois sua temperatura começar a se elevar para 1ºC, 2ºC etc.

Mas o contrário também acontece. Se quisermos passar água do estado líquido para o sólido, é só

colocarmos a água no congelador. Essa mudança de estado é chamada solidificação.

Solidificação

Passagem do estado líquido para o estado sólido, através de arrefecimento (resfriamento).

Quando a substância líquida inicia a solidificação, a temperatura fica inalterada até que a totalidade

esteja no estado sólido, e só depois a temperatura continua a baixar.

No caso da água o ponto de solidificação é de 0ºC. Assim, a água permanecerá a 0ºC até que toda

ela congele para só depois sua temperatura começar a diminuir para -1ºC, - 2ºC etc.

Você já percebeu que, quando uma pessoa está cozinhando, ela tem que tomar cuidado para que a

água não suma da panela e a comida queime e grude no fundo? Mas para onde vai a água?

A água passa para o estado gasoso: transforma-se em vapor, que não pode ser visto. A passagem

do estado líquido para o estado gasoso é chamada vaporização.

Vaporização

Passagem do estado líquido para o estado gasoso, por aquecimento.

Se for realizada lentamente chama-se evaporação, se for realizada com aquecimento rápido chama-

se ebulição.

Durante a ebulição a temperatura da substância que está a passar do estado líquido para o estado

gasoso permanece inalterada, só voltando a aumentar quando toda a substância estiver no estado

gasoso.

O ponto de ebulição de uma substância é a temperatura a que essa substância passa do estado

líquido para o estado gasoso.

No caso da água o ponto de ebulição é de 100ºC. Assim toda a água permanecerá a 100ºC até toda

ela tenha evaporado para somente depois sua temperatura começar a aumentar para 101ºC, 102ºC etc.

A água pode passar do estado de vapor para o estado líquido. É fácil observar essa passagem.

Quantas vezes você já não colocou água gelada dentro de um copo de vidro fora da geladeira? Depois

de um tempo, a superfície do lado de fora fica molhada, não é mesmo?

As pequenas gotas de água se formam porque o vapor de água que existe no ar entra em contato

com a superfície fria do copo e se condensa, isto é, passa para o estado líquido. Essa mudança de

estado é chamada condensação, ou liquefação.

Condensação

Passagem do estado gasoso para o estado líquido, devido ao um arrefecimento (resfriamento).

Quando a substância gasosa inicia a condensação, a temperatura fica inalterada até que a

totalidade esteja no estado líquido, e só depois a temperatura continua a baixar.

Um exemplo de condensação é o orvalho .

Às vezes, quando está frio, logo de manhã vemos que muitas folhas, flores, carros, vidraças e

outros objetos que estão no ar livre ficam cobertos de gotas de água, sem que tenha chovido: é o

orvalho.

O orvalho se forma quando o vapor de água presente no ar se condensa ao entrar em contato com

superfícies que estão mais frias que o ar. Se a temperatura estiver muito baixa, a água pode congelar

sobre as superfícies frias, formando uma camada de gelo: é a geada, que pode causar prejuízos às

plantações, já que o frio pode destruir folhas e frutos.

Você já observou que certos produtos para perfumar o ambiente instalados no banheiro, por

exemplo, vão diminuindo de tamanho com o tempo? Isso acontece porque eles passam diretamente do

estado sólido para o estado gasoso. Essa passagem do estado sólido para o gasoso e vice-versa é

chamada sublimação.

Sublimação

Passagem direta de uma substância do estado sólido para o estado gasoso, por aquecimento, ou do

estado gasoso para o estado sólido, por arrefecimento. Ex. Gelo seco, naftalina.

Esquema das mudanças de estados físicos

Panela de pressão

Muita gente tem pavor de panela de pressão, não é verdade? Quase sempre é porque já ouviram

histórias de panelas que explodiram e, sem saber como funcionam, ficam com receio de usar.

A panela de pressão cozinha os alimentos até 3 vezes mais rápido do que as panelas normais.

Sabemos que a água ferve a temperaturas diferentes, dependendo da altitude, isto é, da pressão

atmosférica a que ela é submetida.

“E o que isso tem a ver com a panela de pressão???”

Veja bem: a água ferve a 100°C no Rio de Janeiro (ao nível do mar).

Lá no topo do Everest (8.848 m de altitude), a água ferve a 72°C.

Lá no alto, a pressão atmosférica é menor, a água ferve a uma temperatura mais baixa e o limento

vai demorar bem mais para cozinhar. Nem adiantaria aumentar o fogo, porque quando a- água entra

em ebulição (fervura) em uma panela normal, ela mantém essa temperatura mesmo que receba mais e

mais calor. O que acontece se você aumentar o fogo, é que a água vai evaporar mais rápido e você

ainda vai desperdiçar gás!

Tudo bem que você não está no topo do Everest, mas mesmo com a água esquentando até 100°C

(quando ela ferve e a temperatura pára de subir), é claro que você quer que ela fique muuuito mais

quente para que o alimento cozinhe mais rápido! Certo?

É aí que entra a panela de pressão! Observe a figura:

Trata-se de uma panela totalmente vedada (tem uma borracha que veda toda a superfície de

contato da tampa com a panela), que impede que o vapor escape. Como esse vapor vai se acumulando

dentro da panela, a pressão dentro dela aumenta e fica maior do que a pressão atmosférica.

Como o nível do mar é o máximo de pressão atmosférica que podemos ter para cozinhar (a menos

que faça uma viagem para as profundezas do oceano para fazer seu almoço), a panela com uma

pressão mais alta por dentro é a única maneira de conseguir que a água suba para uma temperatura

superior a 100ºC, atingindo mais ou menos 120°C. Com uma temperatura mais alta da água, os

alimentos cozinharão rapidinho!

Como funciona a garrafa térmica?

Garrafa térmica ou vaso de Dewar é um aparelho com o objetivo de conservar a temperatura

do seu conteúdo, no maior intervalo de tempo possível. Logo, para entender como funciona a garrafa

térmica, devemos saber que as paredes dessa garrafa não devem permitir a passagem de calor através

delas.

A propagação de energia térmica se efetua por três modos diferentes: condução, convecção e

radiação.

Para evitar trocas de calor por condução, a ampola interna da garrafa é feita de vidro (mau

condutor) com paredes duplas, entre as quais se faz vácuo, que quase não conduz calor, já que há

poucas moléculas para realizar essa tarefa.

Para isolar a garrafa das possíveis correntes de convecção (processo que ocorre com movimento de

partículas), coloca-se uma tampa bem fechada.

A troca de calor por radiação é evitada espelhando as superfícies interna e externa da ampola,

assim, as ondas eletromagnéticas são refletidas, tanto do conteúdo para fora como do ambiente para

dentro da garrafa.

Desta maneira, a temperatura no interior da garrafa é mantida por algumas horas. O sistema não é

100% eficiente, logo, o equilíbrio térmico com o meio ambiente acontece após certo tempo.

Pesquisa: Como se formam as nuvens

Como se forma o orvalho, a neblina e a geada.

Porque os inuítes constroem suas casas de gelo (os iglus)

Roupas usadas pelos beduínos no deserto.

EXERCÍCIOS

1) Calor é uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro em virtude de uma

diferença de temperatura entre eles. Há três processos de propagação de calor: condução,

convecção e radiação.

Em relação à transferência de calor, afirma-se que:

I. Em dias frios, os pássaros costumam eriçar suas penas para acumular ar entre elas. Nesse caso, o ar

acumulado constitui-se em um bom isolante térmico diminuindo as trocas de calor, por condução, com

o ambiente

II. Correntes de convecção na atmosfera costumam ser aproveitadas por aviões planadores e asas delta

para ganharem altura. Tais correntes são originadas por diferenças de temperaturas entre duas regiões

quaisquer da Terra.

III. As paredes internas das garrafas térmicas são espelhadas com o objetivo de diminuir as trocas de calor por radiação.

Está correto o que se afirma em

(a) I, II e III. ( b) apenas I e II.

( c) apenas I e III.

(d) apenas II e III. (e) apenas III.

2) Com relação aos processos de transferência de calor, considere as seguintes afirmativas:

I. A condução e a convecção são processos que dependem das propriedades do meio material no qual ocorrem.

II. A convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre somente em metais. III. O processo de radiação está relacionado com a propagação de ondas eletromagnéticas.

Assinale a alternativa correta.

(a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira

(b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira (c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira.

(d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras

(e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

3) Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio, cada uma contendo 330ml de refrigerante, são

mantidas em um refrigerador pelo mesmo longo período de tempo. Ao retirá-las do refrigerador

com as mãos desprotegidas, tem-se a sensação de que a lata está mais fria que a garrafa. É

correto afirmar que:

(a) a lata está realmente mais fria, pois a cidade calorífica da garrafa é maior que a da lata.

(b) a lata está de fato menos fria que a garrafa, pois o vidro possui condutividade menor que o

alumínio.

(c) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, possuem a mesma condutividade térmica, e a

sensação deve-se à diferença nos calores específicos.

(d) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade

térmica do alumínio ser maior que a do vidro.

(e) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade

térmica do vidro ser maior que a do alumínio.

ESTUDANDO AS ONDAS

Período, frequência e amplitude de ondas são grandezas fundamentais da física, podemos entender

esses fenômenos estudando ondas Longitudinais, como as sonoras, e ondas transversais, como as

ondas eletromagnéticas ou ondas numa corda.

Estudaremos os tipos de ondas. Uma onda é um pulso energético que se propaga no espaço e é

caracterizada pela sua freqüência, comprimento de onda e amplitude. Como freqüência da onda,

entendemos número de vezes em que cada oscilação ocorre, a unidade de freqüência no Sistema

Internacional é o [Hz]. O ouvido humano sensível a freqüências na faixa de 20Hz a 20000Hz, uma

corda de um violão afinada na nota lá, emite um som na freqüência de 440Hz. Uma onda sonora de

alta freqüência é percebida como um som agudo, uma baixa freqüência, como um som grave.

A amplitude de uma onda é a medida da sua magnitude máxima, ondas sonoras precisam de um

meio para se propagar, por isso são chamadas ondas mecânicas. Ondas eletromagnéticas, como ondas

luminosas, não precisam de um meio de propagação, como a luz, onda eletromagnética que se propaga

no vácuo. O comprimento de uma onda é a distancia entre duas cristas de onda, ou dois valores

máximos repetidos.

Algebricamente, podemos encontrar a velocidade de propagação de uma onda, utilizando a relação:

Sendo V a velocidade, “λ” o comprimento de onda e “f” a freqüência.

Obs:O homem sempre sentiu fascínio e curiosidade pelas ondas do mar.

Em nosso mundo estamos rodeados por ondas. Ondas mecânicas, sonoras, luminosas, ondas de

rádio, eletromagnéticas, etc.

V= λ.f

Na história da Física, grandes cientistas dedicaram-se ao estudo das ondas, entre eles: Christian

Huygens (1629-1695), Robert Hooke (1635-1703), Isaac Newton (1643-1727), Guglielmo Marconi

(1874-1937), Doppler (1803-1853).

Graças às ondas é que existem muitas das maravilhas do mundo moderno, como a televisão, o

rádio, as telecomunicações via satélite, o radar, o forno de microondas, entre outras.

A Acústica, que se dedica ao som e aos fenômenos sonoros.

Engenheiros especializados criam maneiras de reduzir ruídos de fontes como geladeiras, máquinas

de lavar roupas, automóveis, motores de embarcações etc. Para bloquear o ruído, utilizam-se paredes

espessas, sem aberturas. Materiais porosos como, por exemplo, tapetes, cortinas, cerâmica acústica

absorvem parte do som.

Na medicina, a Acústica é utilizada para medir o grau de audição e construir materiais de proteção

para o ouvido.

Em arquitetura, na construção de salas, teatros, igrejas e auditórios, a Acústica serve para eliminar

ruídos excessivos e proporcionar a esses locais condições ótimas de audição.

Também os móveis e materiais de construção e decoração devem ser escolhidos convenientemente

para evitar a reflexão de muitos sons que se combinam e desaparecem lentamente (reverberação).

Considere duas pessoas segurando as extremidades de uma corda.

Se uma delas fizer um movimento vertical brusco, para cima e depois para baixo, causará uma

perturbação na corda, originando uma sinuosidade, que se deslocará ao longo da corda aproximando-se

da outra pessoa, enquanto a extremidade que recebeu o impulso retorna à posição inicial, por ser a

corda um meio elástico.

Nesse exemplo, a perturbação denomina-se pulso, o movimento do pulso é chamado de onda, a

mão da pessoa que faz o movimento vertical é a fonte e a corda, na qual se propaga a onda, é

denominada meio.

Se provocarmos vários pulsos sucessivos com um movimento sobe-e-desce, teremos várias ondas

propagando-se na corda, uma atrás da outra, constituindo um trem de ondas.

Um outro exemplo pode ser visto quando se atira uma pedra num lago de águas paradas.

A perturbação causada pelo impacto da pedra na água originará um movimento que se propagará

pela superfície do lago como circunferências de mesmo centro, afastando-se do ponto de impacto.

Denomina-se onda o movimento causado por uma perturbação

que se propaga através de um meio.

Classificação das ondas

As ondas podem ser classificadas de três modos.

1º) Quanto à natureza

Ondas mecânicas: são aquelas que precisam de um meio material para se propagar (não se propagam

no vácuo).

Exemplo: Ondas em cordas e ondas sonoras (som).

Ondas eletromagnéticas: são geradas por cargas elétricas oscilantes e não necessitam de uma meio

material para se propagar, podendo se propagar no vácuo.

Exemplos: Ondas de rádio, de televisão, de luz, raios X, raios laser, ondas de radar etc.

2º) Quanto à direção de propagação

Unidimensionais: são aquelas que se propagam numa só direção.

Exemplo: Ondas em cordas.

Bidimensionais: são aquelas que se propagam num plano.

Exemplo: Ondas na superfície de um lago.

Tridimensionais: são aquelas que se propagam em todas as direções.

Exemplo: Ondas sonoras no ar atmosférico ou em metais.

3º) Quanto à direção de vibração

Transversais: são aquelas cujas vibrações são perpendiculares à direção de propagação.

Exemplo: Ondas em corda.

Longitudinais: são aquelas cujas vibrações coincidem com a direção de propagação.

Exemplos: Ondas sonoras, ondas em molas.

Pesquise sobre: difração, reflexão refração, interferência, perturbação,

ressonância, Rádio AM e FM, diferentes frequências para diferentes finalidades.

AUDIÇÃO

Com a voz, a audição é um dos meios pelos quais conseguimos nos comunicar. O som é

muito importante em nosso dia a dia, pois grande parte do nosso aprendizado envolve escutar

o que os outros falam

O som é uma forma de energia, assim como o calor e a luz. Ele, como onda mecânica,

propaga-se pelo ar, pelas águas e pelos objetos. Quando é produzido, faz com que minúsculas

moléculas do ar, da água ou de outro material vibrem ou balancem de um lado para outro.

O som é medido em decibéis. O som mais baixo que a orelha humana percebe é o de 0 Db

O som mais alto está por volta de 120 decibéis. Mas, nessa altura, o som já pode prejudicar

a audição. O barulho de uma britadeira, a um metro de distância, mede aproximadamente 130

decibéis.

As partes da orelha Assim como o olho é o órgão da visão, a orelha é o órgão responsável

pela audição. Está dividida em três partes:

Orelha externa:Na entrada da orelha externa, está o pavilhão auditivo (conhecido

popularmente como orelha), responsável por direcionar as ondas sonoras ao longo do canal

auditivo. Funciona como se fosse um funil. O som é canalizado por um tubo e chega até uma

membrana sensível – o tímpano. As ondas sonoras fazem essa membrana vibrar até chegarem

à orelha média.

Orelha média ;Abriga três pequenos ossos ligados entre si (martelo, bigorna e estribo) e as

membranas que delimitam a orelha interna. Quando as ondas sonoras fazem vibrar o tímpano,

este transmite as vibrações aos pequenos ossos, que as enviam para a orelha interna.

Orelha interna ;Vem logo em seguida. Ela é preenchida por um líquido chamado linfa.

Quando a orelha interna recebe as vibrações vindas do estribo – aquele último ossinho da

orelha média – as vibrações se propagam por este líquido. Essas vibrações transformam-se em

mensagens, que são enviadas ao cérebro, o qual, por sua vez, as percebe e interpreta.

Fique ligado! O som se propaga mais devagar que a luz e o calor. Podemos perceber isso quando

ocorre uma tempestade e a luz que vem do relâmpago chega aos nossos olhos em frações

de segundo. Já o barulho do trovão – que é produzido no mesmo instante e no mesmo

local do relâmpago – demora mais tempo para chegar às nossas orelhas. Isso acontece

pelas ondas terem naturezas diferentes: o som é uma onda mecânica, já a luz é uma onda

eletromagnética.

O ouvido humano ouve frequências compreendidas entre os 20 Hz (frequência mais grave) e os

20000 Hz (frequência mais aguda). Utilizando como referência a audição humana, chamamos

infrassons aos sons de frequência inferior a 20 Hz. Apesar do homem não os poder ouvir, há animais

(toupeira e elefante, por exemplo) que são capazes de os captar, conseguindo ouvir as ondas dos

tremores de terra (poucos Hz). Da mesma forma, designamos ultrassons aos sons inaudíveis por terem

frequência superior a 20000 Hz. Um cão ou um gato ouvem até aos 40000 Hz e um morcego até aos

160000 Hz.

Medindo a Intensidade dos Sons

O som que ouvimos são ondas sonoras produzidas por vibrações de partículas do meio. Por

exemplo, ao acontecer uma explosão num dado ponto, as moléculas do ar em volta desse ponto são

comprimidas e vão propagando ao longo dos meios materiais. O nosso ouvido, ao ser atingido por essa

onda sonora, possui a capacidade de converter a variação de pressão no ar em estímulo nervoso, o

qual, quando alcança o cérebro, nos passa uma sensação auditiva, o som. A onda sonora pode ser um

ruído como a do exemplo citado ou um som musical, produzido pela vibração periódica de uma fonte.

A exposição a níveis sonoros superiores a 80 dB pode causar lesões irreparáveis ao aparelho

auditivo, ocasionando desvios de personalidade, como fadiga, neurose e até psicoses. A tabela a seguir

mostra o tempo máximo que uma pessoa deve ficar exposta a ruídos contínuos ou intermitentes, no

intuito de evitar lesões irreversíveis.

Para níveis superiores a 120 dB, a sensação auditiva é uma sensação dolorosa. Observe alguns

níveis sonoros decorrentes em nosso cotidiano, para efeito de comparação

Forno microondas

No forno micro-ondas o aquecimento ocorre em razão de uma radiação eletromagnética de 2.450

MHz, radiação essa que aumenta a agitação das moléculas de água dos alimentos, aquecendo-os de

forma quase uniforme e de fora para dentro, já que as ondas eletromagnéticas se localizam na parte

externa dos alimentos.

O funcionamento do forno de micro-ondas ocorre da seguinte forma:No interior do aparelho existe

uma onda eletromagnética de frequência igual a 2.450 MHz que é gerada por um magnetron(é a

válvula eletrônica, presente nos fornos de microondas, responsável pela transformação de energia

elétrica em ondas eletromagnéticas.) e irradiada por um ventilador de metal, que fica localizado na

parte superior do aparelho, para o interior do mesmo. Através do processo de ressonância as moléculas

de água existentes nos alimentos absorvem essas ondas, as quais fazem aumentar a agitação das

mesmas, provocando assim o aquecimento dos alimentos de fora para dentro.

O forno de micro-ondas não atua de forma uniforme sobre todo o alimento, sendo por esse motivo

que em alguns casos aparecem pontos mais escuros no alimento que está sendo aquecido. O prato

giratório que esses fornos possuem serve para garantir uma distribuição mais uniforme da radiação

eletromagnética sobre todo alimento. As ondas eletromagnéticas possuem certa dificuldade para

penetrar em meios materiais, por esse motivo ela aquece de fora para dentro, agitando as moléculas de

água e de gordura das camadas mais externas com mais intensidade que as camadas mais internas do

alimento.

O forno micro-ondas é como qualquer outro forno, a única diferença dele para os fornos

convencionais é que ele aquece os alimentos através da propagação da radiação eletromagnética em

seu interior.

Ultasson

O ultra-som é utilizado pela natureza, que dotou certos animais com a capacidade de emitir ondas

ultra-sônicas. Os morcegos, golfinhos, mariposas se locomovem, encontram alimentos e fogem do

perigo através de ondas ultra-sônicas que eles próprios emitem.Com a observação do procedimento

desses animais desenvolveu-se a idéia do sonar, durante a Segunda Guerra Mundial. O sonar serve

para detectar objetos sob a água, como submarinos, e também para avaliar a profundidade dos mares.

Após a Segunda Guerra houve um aumento muito grande de aplicações do ultra-som nos mais diversos

campos.

A ultrassonografia (ou ecografia) é um método inócuo e relativamente barato de produzir em

tempo real imagens em movimento das estruturas e órgãos do interior do corpo. Em virtude de ser um

exame de realização muito simples, costuma ser usado para fins preventivos, diagnósticos ou como

acompanhamento de tratamentos. Através do efeito doppler (nome dado em homenagem a Johann

Christian Andreas Doppler, seu criador), a ultrassonografia permite também detectar o sentido e a

velocidade da corrente sanguínea em determinado segmento do corpo. É o método ideal para examinar

mulheres gestantes, durante o acompanhamento pré-natal, permitindo reconhecer o sexo do bebê antes

do nascimento, bem como diagnosticar eventuais alterações morfológicas ou funcionais do feto,

realizar intervenções intrauterinas e prever as que serão necessárias após o nascimento.

Entre outras grandes vantagens do exame de ultrassonografia estão a de tratar-se de um método

não invasivo de produzir imagens dinâmicas seccionais ou tridimensionais sem usar radiação. As

imagens geradas pelo ultrassom podem ser captadas em vídeo ou “congeladas” em fotografias. Nas

últimas décadas tem havido tanto avanço tecnológico nessa área que hoje em dia é possível analisar

desde o cérebro até articulações de recém-nascidos.

Como é feito o exame de ultrassonografia?

O exame de ultrassonografia é totalmente indolor e não ocasiona nenhum incômodo. Consiste em

fazer deslizar sobre a pele um pequeno aparelho chamado transdutor, que emite ondas sonoras de alta

frequência (dois milhões a 20 milhões de hertz), inaudíveis pelo ouvido humano, que são captadas de

volta sob a forma de eco. Como cada órgão e estrutura tecidual tem uma densidade específica, os

tempos de retorno dos ecos devolvidos por eles são diferentes e são traduzidos na tela em tons

variáveis de cinza, do branco ao preto, formando uma imagem captada por um computador.

Passa-se um gel adequado sobre a pele, na região a ser examinada, e sobre ele faz deslizar-se o

transdutor que emite as ondas sonoras e as capta de volta. Ele também pode ser realizado por via

intravaginal. Com a mulher deitada, o médico introduz o transdutor pela vagina e ele capta

informações das estruturas genitais superiores.

EXERCÍCIOS

1)Assinale a alternativa que define de forma correta o que é temperatura:

(a) É a energia que se transmite de um corpo a outro em virtude de uma diferença de temperatura.

(b) Uma grandeza associada ao grau de agitação das partículas que compõe um corpo, quanto mais

agitadas as partículas de um corpo, menor será sua temperatura.

(c) Energia térmica em trânsito.

(d) É uma forma de calor.

(e) Uma grandeza associada ao grau de agitação das partículas que compõe um corpo, quanto mais

agitadas as partículas de um corpo, maior será sua temperatura.

2) Assinale a alternativa que define corretamente calor

(a) Trata-se de um sinônimo de temperatura em um sistema.

(b) É uma forma de energia contida nos sistemas.

(c) É uma energia de trânsito, de um sistema a outro, devido à diferença de temperatura entre eles.

(d) É uma forma de energia superabundante nos corpos quentes.

(e) É uma forma de energia em trânsito, do corpo mais frio para o mais quente.

3)É correto afirmar que calor e temperatura são sinônimos?

3) Têm-se dois corpos, com a mesma quantidade de água, um aluminizado A e outro negro N, que ficam

expostos ao sol durante uma hora. Sendo inicialmente as temperaturas iguais, é mais provável que ocorra

o seguinte:

(a) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual temperatura é maior. (b) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante.

(c) Após uma hora a temperatura de N é maior que a de A.

(d) De início a temperatura de A decresce (devido à reflexão) e a de N aumenta.

(e) As temperaturas de N e de A decrescem (devido à evaporação) e depois crescem.

4) Calor é:

(a) energia em trânsito de um corpo para outro, quando entre eles há diferença de temperatura

(b) medido em graus Celsius ( c) uma forma de energia que não existe nos corpos frios

(d) uma forma de energia que se atribui aos corpos quentes

(e) o mesmo que temperatura

5) Sobre o conceito de calor pode-se afirmar que se trata de uma:

(a) medida da temperatura do sistema

( b) forma de energia em trânsito

(c) substância fluida.

(d) quantidade relacionada com o atrito

(e) energia que os corpos possuem.

6) Considere as afirmações a seguir:

I. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma quantidade de

calor.

II. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma temperatura.

III. Calor é transferência de temperatura de um corpo para outro.

IV. Calor é uma forma de energia em trânsito

Das afirmações acima, pode-se dizer que:

(a) I, II, III e IV são corretas

(b) I, II, III são corretas

(c) I, II e IV são correta

(d) II e IV são corretas

(e) II e III são corretas

7) O fato de o calor passar de um corpo para outro deve-se a:

(a) quantidade de calor existente em cada um.

(b) diferença de temperatura entre eles.

(c) energia cinética total de suas moléculas.

(d) o número de calorias existentes em cada um.

(e) nada do que se afirmou acima é verdadeiro.

8) Assinale a alternativa que define corretamente calor.

(a) Trata-se de um sinônimo de temperatura em um sistema.

(b) É uma forma de energia contida no sistema.

(c) É uma energia em trânsito, de um sistema a outro, devido à diferença de temperatura entre eles.

(d) É uma forma de energia superabundante nos corpos quentes.

(e) É uma forma de energia em trânsito do corpo mais frio para o corpo mais quente.

9) Quando dois corpos de materiais diferentes estão em equilíbrio térmico, isolados do meio

ambiente, pode-se afirmar que (a) o mais quente é o que possui menor massa

(b) apesar do contato, suas temperaturas não variam.

(c) o mais quente fornece calor ao mais frio.

(d) o mais frio fornece calor ao mais quente

(e) suas temperaturas dependem de suas densidades

10) Numa aula de Física, um aluno é convocado para explicar fisicamente o que acontece quando um

pedaço de ferro quente é colocado dentro de recipiente contendo água fria. Ele declara: “ o ferro é quente

porque contém muito calor. A água é mais fria que o ferro porque contém menos calor que ele. Quando

os dois ficam juntos, parte do calor contido no ferro passa para a água, até que eles fiquem com o mesmo

nível de calor... e, é aí que eles ficam em equilíbrio”. Tendo como referência as declarações do aluno e

considerando os conceitos cientificamente corretos, analise as seguintes proposições:

I. Segundo o conceito atual de calor, a expressão: “ O ferro é quente porque contém muito calor”, está

errada.

II. Em vez de declarar: “... parte do calor contido no ferro passa para a água”, o aluno deveria dizer que

“ existe uma transferência de temperatura entre eles”.

III. “ ... até que eles fiquem com o mesmo nível de calor...e, aí é que eles ficam em equilíbrio” correto, pois

quando dois corpos atingem o equilíbrio térmico seu calores específicos se igualam.

Assinale a alternativa correta: (a) Todas as proposições são verdadeiras

(b) Apenas a proposição I é verdadeira

(c) Apenas a proposição II é verdadeira (d) Apenas a proposição III é verdadeira

( e) Apenas as proposições I e III são verdadeiras.

11) Para que dois corpos possam trocar calor é necessário que:

I - estejam a diferentes temperaturas.

II - tenham massas diferentes.

III - exista um meio condutor de calor entre eles.

Dessas afirmações, é (são) correta(s)?

(a) apenas a I.

( b) apenas a II. ( c) apenas a I e a II.

(d) apenas a I e a III.

(e) todas estão corretas

12) Quando uma enfermeira coloca um termômetro clínico de mercúrio sob a língua de um

paciente, por exemplo ela sempre aguarda algum tempo antes de fazer a sua leitura. Esse

intervalo de tempo é necessário. (a) para que o termômetro entre em equilíbrio térmico com o corpo do paciente.

(b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa subir pelo tubo capilar.

(c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento do tubo capilar.

(d) devido à diferença entre os valores do calor específico do mercúrio e do corpo humano.

(e) porque o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do coeficiente de dilatação do mercúrio.

13 )Em nossas casas, geralmente são usados piso de madeira ou de borracha em quartos e piso

cerâmico na cozinha. Por que sentimos o piso cerâmico mais gelado?

(a) Porque o piso de cerâmica está mais quente do que o piso de madeira, por isso a sensação de mais

frio no piso cerâmico.

(b) Porque o piso de cerâmica está mais gelado do que o piso de madeira, por isso a sensação de mais

frio no piso cerâmico.

(c) Porque o piso de cerâmica no quarto dá um tom menos elegante.

(d) Porque o piso de madeira troca menos calor com os nossos pés, causando-nos menos sensação de

frio.

(e) Porque o piso de cerâmica tem mais área de contato com o pé, por isso nos troca mais calor,

causando sensação de frio.

14)Quando se retira uma garrafa de vidro com água de uma geladeira, depois de ela ter ficado lá

por algum tempo, veem-se gotas d’água se formando na superfície externa da garrafa.

Isso acontece graças, principalmente, à

(a) condensação do vapor de água dissolvido no ar ao encontrar uma superfície à temperatura mais

baixa.

(b) diferença de pressão, que é maior no interior da garrafa e que empurra a água para seu exterior.

(c) porosidade do vidro, que permite a passagem de água do interior da garrafa para sua superfície

externa.

(d) diferença de densidade entre a água no interior da garrafa e a água dissolvida no ar, que é

provocada pela diferença de temperaturas.

(e) condução de calor através do vidro, facilitada por sua porosidade.

15) Você já pensou em passar a noite em uma geladeira ou dormir sobre uma grande pedra de

gelo?

Apesar de essa ideia ser assustadora, já existe hotéis feitos de gelo que são como imensos iglus. O

primeiro hotel de gelo do mundo, o Ice, fica na Suécia. Esse hotel possui paredes, camas, mesas e

tudo o que existe em um hotel normal, só que de gelo. Não há como não se impressionar.

A inusitada construção é branca, transparente e costuma durar apenas o período do

inverno, porque depois o gelo se derrete.

Numa noite, verificou-se que a temperatura externa era muito mais baixa que a

temperatura do interior do hotel Ice.

A diferença de temperatura entre o interior do hotel e seu exterior se deve ao fato de o gelo

apresentar um valor baixo para

(a) o calor específico.

(b) a capacidade térmica.

(c) o coeficiente de atrito.

(d) o coeficiente de dilatação térmica.

(e) a constante de condutibilidade térmica.

16) Sabe-se que a temperatura do café se mantém razoavelmente constante no interior de uma

garrafa térmica perfeitamente vedada.

(a) Qual o principal fator responsável por esse bom isolamento térmico?

(b) O que acontece com a temperatura do café se a garrafa térmica for agitada vigorosamente?

17) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite

através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí

para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente

por:

(a) radiação e convecção

(b) radiação e condução

(c) convecção e radiação

(d) condução e convecção

(e) condução e radiação

18) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o contém dentro de um recipiente

com gelo, conforme a figura. Para que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a

vasilha seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relação ao vidro, um

maior valor de:

(a) condutividade térmica

(b) calor específico

(c) coeficiente de dilatação térmica

(d) energia interna

(e) calor latente de fusão.

19) A transmissão de calor por convecção só é possível:

(a) no vácuo

(b) nos sólidos

(c) nos líquidos

(d) nos gases

(e) nos fluidos em geral.

20) Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada incandescente, apesar de desligado,

gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à:

(a) convecção do ar aquecido

(b) condução do calor

(c) irradiação da luz e do calor

(d) reflexão da luz

(e) polarização da luz.

21) Assinale a alternativa correta:

(a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo.

(b) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução.

(c) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no

estado sólido.

(d) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se verifica em meios sólidos.

(e ) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto, a convecção térmica se verifica inclusive

em matérias no estado sólido.

22) Uma mesa escolar é construída com partes de ferro e partes de madeira. Quando você toca

a parte de madeira com a mão direita e a parte de ferro com a mão esquerda, embora todo o

conjunto esteja em equilíbrio térmico:

(a) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor;

(b) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção na madeira é mais notada que no

ferro;

(c) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção no ferro é mais notada que na

madeira;

(d) a mão direita sente menos frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor;

(e) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a madeira conduz melhor o calor.

23) Atualmente, os diversos meios de comunicação vêm alertando a população para o perigo

que a Terra começou a enfrentar já há algum tempo: o chamado “efeito estufa!. Tal efeito é

devido ao excesso de gás carbônico, presente na atmosfera, provocado pelos poluentes dos quais

o homem é responsável direto. O aumento de temperatura provocado pelo fenômeno deve-se ao

fato de que:

(a) a atmosfera é transparente á energia radiante e opaca para as ondas de calor;

(b) a atmosfera é opaca à energia radiante e transparente para as ondas de calor;

(c) a atmosfera é transparente tanto para a energia radiante como para as ondas de calor;

(d) a atmosfera é opaca tanto para a energia radiante como para as ondas de calor;

(e) a atmosfera funciona como um meio refletor para a energia radiante e como meio absorvente para

as ondas de calor.

24) Num dia quente você estaciona o carro num trecho descoberto e sob um sol causticante. Sai

e fecha todos os vidros. Quando volta, nota que “o carro parece um forno”. Esse fato se dá

porque:

(a) o vidro é transparente à luz solar e opaco ao calor;

(b) o vidro é transparente apenas às radiações infravermelhas;

(c) o vidro é transparente e deixa a luz entrar;

(d) o vidro não deixa a luz de dentro brilhar fora;

(e) n.d.a.

25) Observe o esquema abaixo, referente às mudanças de estado físico da água.

Identifique as mudanças indicadas pelas setas 1, 2, 3 e 4.

26) Identifique as mudanças de estado físico que ocorrem nas seguintes situações abaixo. (a) água da torneira no congelador.

(b) vapor de água subindo e formando nuvens.

(c) picolé derretendo

(d) roupa molhada estendida secando no varal

27) Durante a noite, principalmente em noites frias, o vapor de água do ar entra em contato com

superfícies frias, como as folhas das árvores, as pétalas de flores, a lataria e os vidros dos

automóveis e outros. Então, ali, o vapor de água sofre ( A ) e forma gotículas de água líquida

chamada de orvalho. A mudança de estado físico que substitui a letra A é:

(a) solidificação

(b) sublimação.

( c) condensação.

(d) fusão.

(e) vaporização

28) O estado físico da água e de qualquer outra substância depende da organização de suas moléculas e de seus átomos. No estado sólido, as moléculas de água;

(a) estão fortemente ligadas entre si;

(b) não ficam tão próximas entre si;

(c) movimentam-se intensamente; (d) movimentam-se totalmente desordenadas, chocando-se;

29) O estado físico da água e de qualquer outra substância depende da organização de suas

moléculas e de seus átomos. No estado liquido as moléculas de água:

(a) apresentam grande distâncias umas das outras;

(b) vibram em posições fixas;

(c) movimentam-se deslizando umas sobre as outras;

(d) estão fortemente ligadas entre si;

30) Por que a poluição sonora é prejudicial a saúde?

31) O que justifica a afirmação de que o Brasil é uma futura geração de surdos?

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARRETO, Benigno & XAVIER, Claudio, Física Aula por Aula, Vol 1, 2e 3, São Paulo,FTD,2013.

BONJORNO, José Roberto;RAMOS,Clinton Marcio;PRADO,Eduardo;CASEMIRO,Renato;Física,vol

1, 2 e 3,São Paulo, FDT,2013.

BRASIL,Ministério da Educação,Parâmetros Curriculares Nacionais ensino Médio, orientações

educacionais complementares aos parâmetros curriculares nacionais: ciências da natureza, matemática

e suas tecnologias, Brasília,DF,[206].

SCRIVANO NEWTON,Carla, Coleção Viver e Aprender, Ciências da Natureza e Matemática Ensino

Médio , Ciência, Transformação e Cotidiano, Educação de Jovens e Adultos, São Paulo, Editora

Global, 2013.

WWW.sofisica.com.br

WWW.colaweb.com.br

WWW.portaldoprofessor.com.br

WWW.brasilescola.com.br