Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Energia potencial gravitacional e elástica


Na física, entender os conceitos de energia potencial é importante para entender como os objetos se comportam sob diferentes forças e interações. Hoje, focamos em dois tipos de energia potencial: energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. Essas energias fazem parte do conceito mais amplo de trabalho, energia e potência em mecânica. Ambos os tipos de energia são um tipo de energia armazenada. Elas têm o potencial de realizar trabalho quando as condições permitem, e desempenham um papel integral na mecânica.

Energia potencial gravitacional

Energia potencial gravitacional é a energia que é armazenada em um objeto por causa de sua posição em relação à Terra ou a outro corpo celeste. É a energia que um objeto possui devido à sua altura e à força gravitacional agindo sobre ele. Imagine que você pega um livro do chão e o coloca em uma prateleira; durante essa ação, você está dando ao livro energia potencial gravitacional. Se o livro cair, essa energia potencial é convertida em energia cinética, a energia do movimento.

A fórmula para calcular a energia potencial gravitacional (U) é:

U = mgh

Aqui:

  • m é a massa do objeto (em quilogramas)
  • g é a aceleração devido à gravidade (normalmente 9.8 m/s² na superfície da Terra)
  • h é a altura acima do ponto de referência (geralmente nível do solo, em metros)

Por exemplo, se você tem um livro didático de 2 kg em uma mesa de 1,5 m de altura, a energia potencial gravitacional do livro pode ser calculada como:

U = mgh = 2 kg * 9.8 m/s² * 1.5 m = 29.4 Joules

Assim, o livro possui 29,4 joules de energia potencial gravitacional nesta altura.

Visualização da energia potencial gravitacional

Nível do Solo Altura(H)

Na visualização acima, o círculo azul representa um objeto (como uma bola) elevado a uma altura h acima do solo. A energia potencial gravitacional aumenta à medida que a altura aumenta.

Energia potencial elástica

Energia potencial elástica é a energia que é armazenada em objetos quando são esticados ou comprimidos. Molas, elásticos e outros materiais flexíveis armazenam energia que pode ser liberada como energia cinética. Este tipo de energia é resultado da configuração das partículas ou moléculas constituintes de uma substância.

A fórmula para a energia potencial elástica (U) é dada pela lei de Hooke, representada como:

U = 0.5 * k * x²

Aqui:

  • k é a constante da mola (em N/m, uma medida da rigidez de uma mola)
  • x é o deslocamento em relação à posição de equilíbrio (em metros)

Por exemplo, se uma mola com uma constante de mola de 150 N/m é comprimida em 0,2 metros, a energia potencial elástica armazenada na mola é calculada da seguinte forma:

U = 0.5 * 150 N/m * (0.2 m)² = 3 Joules

Portanto, a mola comprimida armazena 3 joules de energia potencial elástica.

Visualização da energia potencial elástica

Deslocamento (x) equilíbrio

Na visualização acima, um bloco azul representa uma mola sendo comprimida ou esticada a partir de sua posição original de equilíbrio. A alteração no comprimento representa uma mudança no deslocamento. Quanto maior a compressão ou extensão, maior a energia potencial elástica armazenada.

Comparação e aplicações

Tanto a energia potencial gravitacional quanto a elástica são fundamentais na física e têm muitas aplicações no mundo real. A energia potencial gravitacional desempenha um papel importante em áreas como energia renovável (energia hidrelétrica), exploração espacial (órbitas de satélites) e cenários do cotidiano, como andar de bicicleta morro acima. A energia potencial elástica é importante em uma variedade de tecnologias, incluindo amortecedores em veículos, trampolins e diversos equipamentos esportivos.

Por exemplo, uma montanha-russa é um lugar emocionante onde essas duas energias interagem de forma vibrante. À medida que a montanha-russa sobe até o topo da colina, ela acumula energia potencial gravitacional. Conforme se move para baixo, essa energia é convertida em energia cinética. A energia potencial elástica também entra em ação se os carros da montanha-russa usam molas para absorver choques durante solavancos.

Conservação de energia

A lei da conservação de energia afirma que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas pode ser convertida de uma forma para outra. Na ausência de forças externas como atrito e resistência do ar, a energia mecânica total (soma da energia potencial e cinética) de um sistema permanece constante. Este princípio é fundamental para a compreensão da energia potencial.

Considere um pêndulo: em seu ponto mais alto, o pêndulo possui energia potencial gravitacional máxima e energia cinética nula. À medida que oscila para baixo, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Quando ele atinge o ponto mais baixo, a energia cinética está em seu máximo, e a energia potencial está em seu mínimo.

Ilustração da conservação de energia com um pêndulo

ponto de suporte

Os exemplos de pêndulos demonstram visualmente como a conversão de energia ocorre durante o movimento. À medida que o pêndulo balança de seus pontos mais altos (esquerda e direita) para o mais baixo, a energia transita entre cinética e potencial.

Em resumo, as energias potenciais gravitacionais e elásticas são conceitos importantes a serem compreendidos. Elas demonstram como a energia pode ser armazenada e convertida em outras formas, tornando o trabalho e o movimento possíveis em diversas circunstâncias. Esses princípios aprofundam nosso entendimento sobre fenômenos do cotidiano e são fundamentos essenciais no estudo da física.


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Energia potencial gravitacional e elástica

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