Grade 10
  1. Mecânica  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração  1.1.6. Representação gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Movimento projetil  1.1.10. Velocidade relativa  1.2. Dinâmica  1.2.1. Leis do Movimento de Newton  1.2.2. Inércia e massa  1.2.3. Força e seus tipos  1.2.4. força de ação e reação  1.2.5. Fricção e seus efeitos  1.2.6. Coeficiente de atrito  1.2.7. Movimento circular  1.2.8. Força centrípeta e aceleração centrípeta  1.2.9. Momento e Impulso  1.2.10. Conservação do momento  1.2.11. A terceira lei de Newton e aplicações  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema do trabalho–energia  1.3.3. Energia cinética  1.3.4. Energia potencial  1.3.5. Energia Mecânica  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.3.8. Renewable and non-renewable energy sources  1.4. Força gravitacional  1.4.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional e intensidade do campo  1.4.3. Aceleração da gravidade em diferentes planetas  1.4.4. As leis do movimento planetário de Kepler  1.4.5. Órbitas e satélites  1.4.6. Peso e peso aparente  1.4.7. Energia potencial gravitacional
  2. Properties of matter  2.1. Estados da Matéria  2.1.1. Sólido, líquido e gás  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Forças intermoleculares  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose–Einstein  2.2. Pressão  2.2.1. Definição de Pressão  2.2.2. Pressão em líquidos  2.2.3. Pressão atmosférica  2.2.4. Princípio de Pascal  2.2.5. Princípio de Arquimedes e Flutuabilidade  2.2.6. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Elasticidade  2.3.1. Lei de Hooke  2.3.2. Tensão e deformação  2.3.3. Limite de Elasticidade e Módulo de Elasticidade  2.3.4. Aplicações da Elasticidade
  3. Física térmica  3.1. calor e temperatura  3.1.1. Diferença Entre Calor e Temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Expansão térmica  3.1.4. Equilíbrio térmico  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condutividade  3.2.2. Convecção  3.2.3. Radiação  3.2.4. Isolamento e suas aplicações  3.3. Propriedades térmicas da matéria  3.3.1. Capacidade térmica específica  3.3.2. Calor latente e mudança de fase  3.3.3. Ponto de Ebulição e Fusão  3.3.4. Motores térmicos e refrigeração  3.4. Laws of Thermodynamics  3.4.1. Lei zero da termodinâmica  3.4.2. Primeira lei da termodinâmica  3.4.3. Segunda lei da termodinâmica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas e óptica  4.1. A natureza e as propriedades das ondas  4.1.1. Tipos de ondas na natureza e propriedades das ondas  4.1.2. Ondas transversais e longitudinais  4.1.3. Parâmetros das ondas  4.1.4. Reflexão e refração de ondas  4.1.5. Superposição e Interferência  4.1.6. Ondas estacionárias e ressonância  4.1.7. Efeito Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características das ondas sonoras  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Aplicações das ondas sonoras  4.2.4. Ultrassom e seus usos  4.3. Ondas de Luz e Óptica  4.3.1. Natureza da luz  4.3.2. Reflexão da luz  4.3.3. Leis da reflexão  4.3.4. Espelhos e Formação de Imagens  4.3.5. Refração da luz  4.3.6. Lei de Snell  4.3.7. Lentes e Formação de Imagens  4.3.8. Reflexão interna total e ângulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Optical Instruments  4.4.1. Microscópio  4.4.2. Telescope  4.4.3. Olho humano e defeitos de visão  4.4.4. Câmera e seu princípio de funcionamento
  5. Eletricidade e Magnetismo  5.1. Eletrostática  5.1.1. Electric charge and its properties  5.1.2. Condutores e Isolantes  5.1.3. Lei de Coulomb  5.1.4. Campo elétrico e linhas de campo  5.1.5. Potencial elétrico e diferença de potencial  5.1.6. Capacitores e Capacitância  5.2. Eletricidade Corrente  5.2.1. Corrente elétrica e sua medição  5.2.2. Lei de Ohm  5.2.3. Resistência e resistividade  5.2.4. Circuitos em Série e Paralelos  5.2.5. Energia e potência elétrica  5.2.6. Leis de Kirchhoff  5.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  5.3.1. Campo magnético e linhas de campo  5.3.2. Efeitos magnéticos da corrente elétrica  5.3.3. Indução eletromagnética  5.3.4. Leis de Faraday da indução eletromagnética  5.3.5. Transformadores e Aplicações  5.3.6. Corrente AC e DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estrutura do átomo  6.1.2. Modelo atômico de Bohr  6.1.3. Níveis de Energia dos Elétrons  6.1.4. Raios-X e aplicações  6.2. Radioatividade  6.2.1. Tipos de radiação  6.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  6.2.3. Reações nucleares e aplicações  6.2.4. Fissão e Fusão  6.3. Física quântica  6.3.1. Dualidade onda-partícula  6.3.2. Efeito Fotoelétrico  6.3.3. Quantização de energia  6.3.4. Princípio da incerteza de Heisenberg
  7. Eletrônica e Comunicação  7.1. Semicondutores  7.1.1. Condutores, Isolantes e Semicondutores  7.1.2. Diodos e suas aplicações  7.1.3. Transistores e Portas Lógicas  7.1.4. LEDs e fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicação  7.2.1. Noções básicas de comunicação  7.2.2. Analog and digital signals  7.2.3. Comunicação sem fio e por fibra óptica  7.2.4. Ondas de Rádio e Modulação

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Queda livre e aceleração devido à gravidade


Dinâmica é o ramo da física que trata do movimento, e um dos movimentos interessantes de se estudar é a queda livre. Esse fenômeno envolve objetos se movendo sob a influência da gravidade e é um conceito que fascina muitas pessoas devido à sua simplicidade e ocorrência natural em nosso cotidiano.

Compreendendo a queda livre

Queda livre é um tipo de movimento em que um objeto está sujeito apenas à gravidade. Isso significa que não há outras forças significativas atuando sobre ele, como a resistência do ar. Quando você deixa cair um objeto de um prédio, ele geralmente passa por queda livre, especialmente se a altura não for tão grande para que a resistência do ar se acumule significativamente.

Conceitos básicos de queda livre

Aqui está uma descrição básica do que acontece durante a queda livre:

  • O objeto começa com uma velocidade inicial. Se for solto do repouso, essa velocidade torna-se zero.
  • A gravidade é a única força atuando sobre o objeto.
  • O objeto acelera para baixo a uma taxa constante, conhecida como aceleração devido à gravidade.

Aceleração devido à gravidade

A aceleração devido à gravidade é representada pelo símbolo g. Na superfície da Terra, o valor de g é aproximadamente 9,8 , text{m/s}^2. Esse valor significa que, desprezando a resistência do ar, a velocidade de um objeto em queda livre aumentará aproximadamente 9,8 , text{m/s} a cada segundo.

Fórmula para a velocidade em queda livre

A velocidade de um objeto em queda livre a qualquer momento pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

        V = U + GT

Onde:

  • v = velocidade final
  • u = velocidade inicial (geralmente 0 se começando do repouso)
  • g = aceleração devido à gravidade (9,8 , text{m/s}^2)
  • t = tempo de queda do objeto

Determinando a distância percorrida

A distância percorrida por um objeto durante a queda livre pode ser calculada usando esta fórmula:

        s = ut + frac{1}{2}gt^2

Onde:

  • s = distância percorrida
  • u = velocidade inicial (novamente, geralmente 0)
  • t = tempo de queda do objeto
  • g = aceleração devido à gravidade

Exemplo: uma maçã caindo

Vamos considerar um exemplo prático. Imagine uma maçã caindo de uma árvore. Se cai de uma altura de 5 m, podemos calcular quanto tempo levará para chegar ao chão, ignorando a resistência do ar.

Dado:

  • Velocidade inicial, u = 0 , text{m/s}
  • Altura da queda, s = 5 , text{m}
  • Aceleração devido à gravidade, g = 9,8 , text{m/s}^2

Usando s = ut + 0.5gt^2 :

        5 = 0 cdot t + 0.5 times 9.8 times t^2
        5 = 4.9t^2
        t^2 = frac{5}{4.9}
        t^2 approx 1.02
        T approx sqrt{1.02}
        t approx 1.01 , text{s}

Leva cerca de 1.01 segundos para a maçã cair no chão.

5 metros

Efeitos da resistência do ar

No mundo real, a resistência do ar pode ter um efeito significativo na velocidade dos objetos em queda. Por exemplo, uma pena cai muito mais lentamente que uma maçã porque é mais afetada pelo ar. No entanto, ao considerar um mundo ideal (sem resistência do ar), obtemos uma visão sobre os princípios fundamentais da física.

Comparando objetos pesados e leves

De acordo com a lei da queda dos corpos de Galileu, se dois objetos forem soltos da mesma altura, eles chegarão ao chão ao mesmo tempo, independentemente de suas massas, desde que não haja resistência do ar. Isso significa que se você deixar cair um martelo e uma pena em um vácuo, eles caem na mesma taxa.

Contexto histórico

Galileu Galilei foi uma das primeiras pessoas a desafiar a crença de Aristóteles de que objetos mais pesados caem mais rápido que os mais leves. Seus experimentos na Torre de Pisa foram mais anedóticos, mas serviram como um ponto de virada na compreensão da queda livre e da gravidade.

Newton e a gravidade

O trabalho de Isaac Newton baseou-se em teorias anteriores. Ele formulou a lei da gravitação universal, que ajudou a estabelecer os princípios matemáticos necessários para descrever com precisão a queda livre. Seu trabalho explica por que os objetos se movem da maneira que fazem e como a gravidade atua como uma força.

Aplicações práticas

Compreender a queda livre não é apenas acadêmico; tem implicações práticas em uma variedade de áreas:

  • Engenharia: Projetar estruturas que possam resistir a forças gravitacionais.
  • Aeronáutica: Fazer paraquedas e entender o movimento de corpos em queda livre.
  • Esportes: Analisar as trajetórias de bolas e outros equipamentos esportivos.

Exemplo: pára-quedismo

Paraquedistas experimentam a queda livre quando saltam de um avião. Apesar de inicialmente acelerarem devido à gravidade, eventualmente atingem a velocidade terminal, onde a resistência do ar equilibra a força da gravidade e eles caem a uma velocidade constante.

Paraquedista Paraquedas

Conclusão

Queda livre e aceleração devido à gravidade são conceitos fundamentais na física que descrevem o movimento sob a influência de forças gravitacionais. Essa compreensão fornece uma visão sobre fenômenos naturais e auxilia no desenvolvimento de tecnologia e inovações em várias áreas.

Ao explorar a matemática e a física por trás da queda livre, os alunos adquirem uma compreensão mais profunda das leis que governam o movimento na Terra e além. Explorar esses conceitos forma a base no estudo da mecânica e prepara os alunos para tópicos mais avançados em física.


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Queda livre e aceleração devido à gravidade

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