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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Teorema do trabalho–energia


O teorema do trabalho-energia é um princípio que conecta os conceitos de trabalho e energia. Em termos simples, ele nos diz que o trabalho realizado por todas as forças que atuam em um objeto é igual à mudança em sua energia cinética. Este teorema é um conceito fundamental na física e nos ajuda a entender como a energia é transferida e transformada.

Compreendendo o trabalho e a energia

Antes de entrar no teorema do trabalho-energia, vamos entender brevemente o que queremos dizer com trabalho e energia na física.

Trabalho

Na física, o trabalho é realizado quando uma força move um objeto a uma distância. No entanto, nem todas as forças realizam trabalho. Apenas o componente da força que atua na direção do deslocamento realiza trabalho.

A fórmula para o trabalho W é dada como:

W = F × d × cos(θ)

Onde:

  • F é a força aplicada.
  • d é o deslocamento do objeto.
  • θ é o ângulo entre a direção da força e o deslocamento.

Exemplo: Imagine que você está empurrando uma caixa pesada pelo chão. Se você aplicar uma força de 10 Newtons e a caixa se mover 5 metros na mesma direção, o trabalho realizado é:

W = 10 N × 5 m × cos(0°) = 50 Joules

Como a força está na direção do deslocamento, o ângulo é de 0 graus, e cos(0°) é 1.

Força (F) deslocamento (d)

Energia

Energia é a capacidade de realizar trabalho. Ela se apresenta em várias formas, como energia cinética, energia potencial, energia térmica, etc.

Energia cinética

A energia cinética é a energia que um objeto tem devido ao seu movimento. É dada pela fórmula:

KE = 0.5 × m × v²

Onde:

  • m é a massa do objeto.
  • v é a velocidade do objeto.

Exemplo: Um carro com uma massa de 1000 kg movendo-se a uma velocidade de 20 m/s tem a energia cinética:

KE = 0.5 × 1000 kg × (20 m/s)² = 200.000 Joules
carro em movimento Velocidade (v)

Teorema do trabalho–energia

De acordo com o teorema do trabalho-energia, o trabalho total realizado por todas as forças que atuam em um objeto é igual à mudança em sua energia cinética. Matematicamente é expresso como:

W_total = ΔKE = KE_final - KE_inicial

Onde:

  • W_total é o trabalho total realizado.
  • ΔKE é a variação da energia cinética.
  • KE_inicial é a energia cinética inicial.
  • KE_final é a energia cinética final.

Aplicação do teorema do trabalho-energia

Vejamos como podemos aplicar o teorema do trabalho-energia a diferentes cenários:

Exemplo 1: Parando o carro

Imagine que um carro para devido à força de atrito. O trabalho realizado pelo atrito é igual à mudança na energia cinética do carro.

Paisagem:

Um carro de massa 1000 kg está se movendo a uma velocidade de 30 m/s. O motorista aplica o freio e o carro para. Calcule o trabalho realizado pelo freio.

Solução:

KE_inicial = 0.5 × 1000 kg × (30 m/s)² = 450.000 Joules
KE_final = 0 (já que o carro para)
W_total = KE_final - KE_inicial = 0 - 450.000 Joules = -450.000 Joules

O sinal negativo indica que o trabalho realizado pelo freio é oposto ao movimento do carro.

carro freando colisão

Exemplo 2: Montanha-russa

Considere uma montanha-russa no topo de uma colina. À medida que desce, sua energia potencial é convertida em energia cinética.

Paisagem:

Uma montanha-russa com massa de 500 kg está em repouso no topo de uma colina de 10 m de altura. Calcule a velocidade da montanha-russa na base da colina.

Solução:

Energia potencial no topo da colina:

PE_inicial = m × g × h = 500 kg × 9,8 m/s² × 10 m = 49.000 Joules

Como a montanha-russa está parada no topo, KE_inicial é 0. Na base, toda a energia potencial é convertida em energia cinética:

KE_final = PE_inicial = 49.000 Joules

Agora use a fórmula da energia cinética para encontrar a velocidade:

49.000 Joules = 0.5 × 500 kg × v²
v² = 49.000 / 250
v = √(196) ≈ 14 m/s
Montanha Russa Topo (EP_Alta) base (EC_Alta)

Exemplo 3: Levantando um corpo

O trabalho realizado ao levantar um corpo é armazenado como energia potencial. Se for solto, a energia potencial é convertida de volta em energia cinética quando cai.

Paisagem:

Uma massa de 50 kg é levantada a uma altura de 5 m. Calcule sua velocidade pouco antes de a massa ser solta ao solo.

Solução:

Energia potencial a 5 m:

PE_inicial = m × g × h = 50 kg × 9,8 m/s² × 5 m = 2.450 Joules

Abaixo, pouco antes de atingir o solo, tudo isso é convertido em energia cinética:

KE_final = PE_inicial = 2.450 Joules

Usando a fórmula da energia cinética:

2.450 Joules = 0.5 × 50 kg × v²
v² = 2.450 / 25
v = √(98) ≈ 9,9 m/s
Massa Topo (EP_Alta) base (EC_Alta)

Conclusão

O teorema do trabalho-energia oferece uma maneira poderosa de analisar forças e movimentos em uma variedade de situações físicas. Seja freando um veículo, a emocionante descida de uma montanha-russa ou levantando e soltando um objeto, entender como o trabalho e a energia interagem nos ajuda a descrever e prever o movimento de forma eficiente.

Ao compreender esses princípios fundamentais, não apenas resolvemos problemas teóricos, mas também ganhamos insights valiosos sobre a mecânica do mundo real. O teorema do trabalho-energia encapsula esse entendimento ligando forças a mudanças de energia, tornando-o um conceito essencial no estudo da física.


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Teorema do trabalho–energia

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