Física
Movimento, forças, energia, ondas, luz, eletricidade e magnetismo, com laboratórios para lançar bolas, testar uma montanha-russa, montar circuitos e traçar raios.
- 1MovimentoPosição, rapidez, velocidade e aceleração, seguidas da queda e do lançamento de objetos. No laboratório de movimento, você lança uma bola na Terra, na Lua ou em Marte e vê o tempo, a altura e o alcance serem calculados.7 Unidades
- 2ForçasEmpurrões, puxões, atrito e gravidade, além das três leis com que Newton relacionou força e movimento. No laboratório de movimento, você faz um pêndulo oscilar na Terra, na Lua ou em Marte e compara o período com a fórmula.6 Unidades
- 3EnergiaTrabalho, energia cinética, energia potencial, conservação da energia e potência, com os cálculos resolvidos. No laboratório de energia, você acompanha uma montanha-russa com barras de energia e um controle de atrito, além de empurrar ou levantar uma carga para observar o trabalho e a potência.6 Unidades
- 4Ondas e somO que é uma onda, como comprimento de onda, frequência e velocidade se relacionam, como o som se propaga, como as ondas se somam, por que cordas e tubos emitem notas específicas e o espectro eletromagnético. No laboratório de ondas, você vê cordas, molas, som em um tubo, cubas de ondas e ondas estacionárias, calculados com as mesmas fórmulas usadas nas aulas.6 Unidades
- 5LuzSombras e propagação retilínea da luz, espelhos, refração e reflexão interna total, lentes e o olho, cores e prismas, além da longa busca para medir a velocidade da luz. No laboratório de ondas, você acompanha raios através de vidro, água e lentes, traçados com a lei de Snell e a equação das lentes delgadas.6 Unidades
- 6EletricidadeCarga, corrente, tensão e resistência; depois, lei de Ohm, circuitos em série e em paralelo, potência, conta de luz e segurança. No laboratório de circuitos, você monta circuitos com baterias, lâmpadas, resistores, interruptores e fusíveis e acompanha o cálculo das correntes.7 Unidades
- 7MagnetismoÍmãs e seus polos, linhas de campo e bússolas, o campo magnético da Terra, eletroímãs e os motores e geradores construídos com eles. No laboratório de energia, você investiga linhas de campo com uma bússola e altera o número de espiras e a corrente de uma bobina.5 Unidades
Sete cursos, de uma bola lançada a um motor
A física aqui começa com objetos cujo movimento você pode observar e termina nas correntes e nos campos dentro de um motor. Os exemplos resolvidos e a maioria dos números vêm de OpenStax College Physics 2e, com constantes do NIST e alguns dados espaciais da NASA. Todos os cursos apresentam os cálculos completos. Cada unidade termina com um resumo e um questionário com respostas explicadas.
Movimento antes das forças, forças antes da energia
Comece com Movimento: posição, rapidez, aceleração, gráficos do movimento, queda livre, projéteis e resistência do ar, em sete unidades. Forças retoma as perguntas deixadas por Movimento, com as três leis de Newton, atrito, peso e pêndulo. Depois, Energia aprofunda o estudo de trabalho, energias cinética e potencial, conservação e potência.
Os outros quatro podem ser estudados em qualquer ordem. Ondas e som aborda comprimento de onda e frequência, som, interferência, ondas estacionárias em cordas e tubos e o espectro eletromagnético. Luz passa por sombras, espelhos, refração, lentes e o olho, cores e o longo esforço para medir a velocidade da luz. Eletricidade vai da carga e da lei de Ohm aos circuitos em série e em paralelo, à conta de luz e à segurança; Magnetismo, dos polos e linhas de campo ao campo terrestre, eletroímãs, motores e geradores.
Cálculos que vale a pena saber fazer
Explique por que um carro a 100 km/h tem quatro vezes a energia cinética que tem a 50 km/h. Calcule que uma bola lançada a 20 m/s e 45° fica no ar por 2.9 segundos e cai a cerca de 41 m. Diga por que uma pessoa de 70 kg pesa aproximadamente 687 N na Terra e 113 N na Lua, mantendo a mesma massa. Cronometre um pêndulo de 99.4 cm de comprimento e confira os 2 segundos por oscilação. Converta um intervalo de 3 segundos entre o relâmpago e o trovão em uma distância de cerca de 1 km.
Quatro laboratórios para pôr as fórmulas em prática
O laboratório de movimento lança uma bola na Terra, na Lua ou em Marte e faz oscilar um pêndulo, medindo seu tempo como um cronômetro. O laboratório de energia opera uma montanha-russa com barras de energia potencial, energia cinética e calor e, no curso de magnetismo, desenha linhas de campo ao redor de ímãs e de uma bobina cujo número de espiras e corrente você ajusta. No laboratório de circuitos, você fecha interruptores, arrasta lâmpadas para os espaços vazios e vê um fusível queimar quando três lâmpadas fazem passar 1.5 A por um fusível de 1 A. O laboratório de ondas representa cordas, molas, som em um tubo e uma cuba de ondas, além de traçar raios na água, no vidro e em lentes com a lei de Snell.
Intuições que a física contraria
Um objeto mais pesado não cai mais rápido quando não há ar, como mostram o martelo e a pena soltos na Lua em 1971. Agitar uma corda mais depressa não faz sua onda viajar mais rápido; a corda determina a velocidade. Aceleração negativa nem sempre significa redução da rapidez. Segurar uma sacola parada não realiza trabalho no sentido físico, por mais que seu braço se canse. O polo magnético próximo ao Polo Norte geográfico é, em termos de ímãs, um polo sul. E um espelho com apenas metade da sua altura mostra seu corpo inteiro, não importa onde você fique.
Perguntas sobre esta matéria
Qual é a diferença entre distância e deslocamento?
Distância mede todo o caminho percorrido; deslocamento compara a posição final à inicial e inclui direção. Andar cinco metros a leste e três a oeste dá oito metros de distância, mas só dois metros a leste de deslocamento. Uma volta completa retorna ao início, zerando o deslocamento, mas não a distância. Movimento
A velocidade média pode ser zero enquanto a rapidez média é positiva?
Sim: a velocidade média usa deslocamento, enquanto a rapidez média usa distância. Um ciclista que percorre seis quilômetros de ida e seis de volta em uma hora cobre doze e termina no início. Sua rapidez média é doze quilômetros por hora e a velocidade média é zero, pois a variação líquida de posição é zero. Movimento
Um carro acelera ao fazer uma curva com rapidez constante?
Sua velocidade muda porque a direção faz parte dela, mesmo com rapidez fixa. A aceleração mede mudança de velocidade, não apenas aumento no velocímetro. Uma bola presa a um fio girando em círculo também acelera para o centro o tempo todo, apesar de manter a rapidez. Movimento
Aceleração negativa sempre significa desacelerar?
Não: o sinal indica direção em relação ao sentido positivo escolhido. Se avançar é positivo, um carro aumentando a rapidez de ré tem velocidade e aceleração negativas. Frear ao avançar também dá aceleração negativa, mas ela se opõe à velocidade e a rapidez diminui em vez de aumentar. Movimento
Como calculo a rapidez média em duas partes da viagem?
Divida a distância total pelo tempo total, sem tirar automaticamente a média das duas rapidezes. Trinta quilômetros a sessenta quilômetros por hora levam meia hora; trinta a trinta levam uma hora. Sessenta quilômetros em uma hora e meia dão quarenta quilômetros por hora, pois se passou mais tempo na rapidez menor. Movimento