Física

A Física é uma área de estudo da natureza que se divide em dois ramos: a Física clássica, que abrange os estudos físicos até o século XX e é separada em mecânica clássica, termologia, eletromagnetismo, óptica e ondulatória; e a Física moderna, que abrange os estudos físicos após o século XX e, por enquanto, é separada em mecânica relativística e mecânica quântica.

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Resumo sobre Física

• A Física é uma ciência experimental, já que tenta e consegue explicar os fenômenos da natureza por meio de experimentos.
• Possibilita a criação de tecnologias empregadas no combate a doenças, na comunicação e no transporte, no bem-estar e em muitas outras áreas.
• É dividida em Física clássica e a Física moderna.
• As equações de Maxwell são algumas das fórmulas mais importantes da Física.

O que é a Física?

A Física é uma área de conhecimento movida pela observação, interpretação, formulação e previsão dos fenômenos da natureza que circundam o Universo, utilizando a Matemática como sua linguagem. Assim como a Química e a Biologia, a Física compõe a área de Ciências da Natureza, tanto que a sua nomenclatura é originada do grego physiké, que significa “natureza”.

Função e importância da Física

A Física é extremamente importante, já que, por meio da sua investigação, é possível:

• compreender a origem da matéria e, consequentemente, a nossa;
• compreender as leis que regem o Universo e prever o seu comportamento futuro;
• construir tecnologias para a medicina, engenharia e diversas outras áreas.

Há tantas mais outras coisas possíveis com base nos estudos da Física que sequer é possível dimensioná-la.

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Principais áreas da Física

Por motivos históricos e científicos, a Física é fragmentada em duas áreas de estudo: a Física clássica e a Física moderna.

→ Física clássica

A Física clássica é compreendida do primeiro conhecimento adquirido com base nas observações da natureza até o século XX d. C., com a organização das equações de Maxwell. Geralmente o seu estudo é fragmentado em cinco áreas: mecânica clássica, termologia, eletromagnetismo, óptica e ondulatória.

• Mecânica clássica: o estudo dos corpos parados, em movimento, em equilíbrio ou imersos em fluidos.
• Termologia: o estudo da temperatura, do calor e da pressão sobre os corpos, os fenômenos relacionados a eles e as suas relações com outras grandezas físicas.
• Eletromagnetismo: estudo da relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos.
• Óptica: estudo da luz e dos fenômenos relacionados a ela.
• Ondulatória: estudo das ondas e dos fenômenos relacionados a elas.

→ Física moderna

A Física moderna é compreendida pelos conhecimentos adquiridos a partir do século XX d.C. até atualmente. Geralmente o seu estudo é fragmentado em duas áreas: mecânica relativística e mecânica quântica.

• Mecânica relativística: estudo dos fenômenos que acontecem em velocidades próximas à da luz; e da conexão entre espaço e tempo.
• Mecânica quântica: estudo dos fenômenos em escalas em níveis atômico ou subatômico.

Quais são as fórmulas importantes da Física?

Existem diversas fórmulas importantes na Física, pensando nisso, selecionamos uma das principais fórmulas de cada área da Física.

→ Fórmulas da mecânica

Na mecânica, temos a fórmula da segunda lei de Newton:

\(F = m \cdot a\)

\(F\) é a força, medida em Newton \(N\).

\(m\) é a massa, medida em quilograma \(kg\).

\(a\) é a aceleração da gravidade, medida em \(\text{m/s}^2 \).

→ Fórmulas da termologia

Na termologia, temos a fórmula da primeira lei da termodinâmica:

\(\Delta U = Q - W \)

\(\Delta U \) é a variação da energia interna, medida em Joule \(J\).

\(Q\) é a quantidade de calor, medida em Joule \(J\) ou calorias \(cal\).

\(W\) é o trabalho, medido em Joule \(J\).

→ Fórmulas do eletromagnetismo

No eletromagnetismo, temos a lei de Coulomb:

\(F = k \cdot \frac{\left| Q_1 \cdot Q_2 \right|}{d^2}\)

\(F\) é a força de interação entre as partículas eletricamente carregadas, medida em Newton \(N\).

\({\left| Q_1\right|} \) e \({\left| Q_2\right|} \) são os módulos das cargas das partículas, medidos em Coulomb \(C\).

\(d\) é a distância entre as cargas, medida em metros \(m\).

\(k\) é a constante eletrostática do meio, medida em \({(N \cdot m)^2}/{C}^2 \).

→ Fórmulas da óptica

Na ondulatória, temos a lei de Snell-Descartes:

\(n_1 \cdot \sin\theta_i = n_2 \cdot \sin\theta_r\)

\(n_1 \) é o índice de refração do meio 1.

\(sin\ \theta_i \) é o seno do ângulo de incidência, medido em graus.

\(n_2 \) é o índice de refração do meio 2.

\( \sin\theta_r \) é o seno do ângulo de refração, medido em graus.

→ Fórmulas da ondulatória

Na ondulatória, temos a fórmula da velocidade de propagação da onda:

\(v = \lambda \cdot f \)

\(v \) é a velocidade de propagação da onda, medida em \(m/s\).

\(\lambda\) é o comprimento de onda, medido em metros \(m \).

\(f\) é a frequência, medida em Hertz \(Hz\).

→ Fórmulas da relatividade

Na relatividade, temos a fórmula da relação geral entre a massa e a energia, de Einstein:

\(E = m \cdot c^2\)

\(E\) é a energia de uma ou várias partículas, também chamada de energia relativística, medida em Joule \(J\).

\(m\) é a massa de uma ou várias partículas, medida em quilograma \(kg\).

\(c\) é a velocidade da luz no vácuo, com valor de \(299792458 \ { m / s ^ 2 }\).

→ Fórmulas da mecânica quântica

Na mecânica quântica, temos a equação de Schrodinger unidimensional independente do tempo:

\(\frac{-\hbar^2}{2m} \frac{d^2\psi}{dx^2} + V(x) \cdot \psi(x) \ = E \cdot \psi(x) \)

\({\hbar} \) é a constante de Planck dividida por \({ 2 π }\).

\(m\)é a massa da partícula.

\(V(x) \) é a função energia potencial.

\( \psi(x) \) é a função de onda independente do tempo, em função da coordenada x.

\( \frac{d^2\psi}{dx^2}\) é a derivada parcial de segunda ordem da função de onda independente do tempo, em função da coordenada x.

\(E\) é a energia do sistema.

Saiba mais: Astrofísica — o que é e qual a sua relação com as leis da Física?

15 descobertas importantes da Física

Existem incontáveis descobertas físicas, em razão disso, selecionamos as 15 mais importantes da Física.

1. Desenvolvimento da alavanca e da força empuxo, por Arquimedes (287-212 a.C.).
2. Invenção da bússola pelos povos chineses, no século I d. C.
3. Desenvolvimento das leis de Kepler, por Johannes Kepler (1571-1630).
4. Desenvolvimento da teoria da gravitação universal e das leis de Newton, por sir Isaac Newton (1643-1727).
5. Descoberta do espectro de luz visível, por sir Isaac Newton (1643-1727).
6. Invenção da lâmpada elétrica, por Thomas Edison (1847-1931).
7. Descoberta da radioatividade, por Antoine Becquerel.
8. Descoberta do polônio e rádio, por Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906).
9. Descoberta do elétron, por Joseph John Thomson (1856-1940).
10. Descoberta da indução eletromagnética, por Michael Faraday (1791-1867).
11. Descoberta dos raios-X, por Wilhem Röntgen (1845-1923).
12. Descoberta da radiação de corpo negro, por Max Planck (1858-1947).
13. Descoberta do próton, por Ernest Rutherford (1871-1937).
14. Descoberta do nêutron, por James Chadwick (1891-1974).
15. Comprovação das ondas gravitacionais.

Exercícios resolvidos sobre Física

01) (UEL-PR) Um corpo de massa m é submetido a uma força resultante de módulo F, adquirindo aceleração a. A força resultante que se deve aplicar em um corpo de massa m/2 para que ele adquira aceleração 4a deve ter módulo:

a) F/2

b) F

c) 2F

d) 4F

e) 8F

Resolução

Letra C

Primeiramente, calcularemos a força resultante por meio da fórmula da segunda lei de Newton:

\(F = m \cdot a\)

Depois calcularemos a nova força \({ F ’ }\), quando temos a metade da massa e o quádruplo da aceleração:

\(F = m \cdot a\)

\(F' = \frac{m}{2} \cdot 4a \)

\(F' = \frac{4 \cdot m \cdot a}{2}\)

\(F' = 2 \cdot m \cdot a \)

Como a força resultante anterior era \(F = m \cdot a\), então:

\(F' = 2 \cdot F \)

02) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de Sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia.

Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm

Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts.

a) 9 h

b) 18 h

c) 58 h

d) 90 h

Resolução:

Alternativa D

Calcularemos a energia fornecida pelo painel elétrico por meio da fórmula da potência elétrica:

\(P = \frac{E}{\Delta t} \)

\(810 = \frac{E}{24} \)

\(E = 810 \cdot 24 \)

\(E = 19440W \cdot h\)

Ao final do dia, o consumo de energia da lâmpada será de:

\(9 = \frac{E}{24} \)

\(E = 9 \cdot 24\)

\(E = 216W \cdot h\)

Utilizando o resultado da quantidade de energia fornecida pelos painéis e igualando ao consumo de energia das lâmpadas, calcularemos o tempo em que o painel consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente:

\(19440 = 216 \cdot t\)

\(t = 90h\)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.