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

Grade 11 ↓


Mecânica


A mecânica é o ramo da física que lida com o movimento dos objetos e as forças que afetam o movimento. Isso nos ajuda a entender como e por que os objetos se movem e nos permite prever o movimento futuro, dadas as condições iniciais. A mecânica é um conceito fundamental na física, baseando-se em ideias da matemática e da física, como velocidade, aceleração, força e energia para descrever o movimento.

Tipos de mecânica

A mecânica pode ser amplamente dividida em duas categorias:

  • Dinâmica: O ramo que estuda o movimento sem considerar suas causas. Inclui parâmetros como deslocamento, velocidade e aceleração.
  • Cinemática: Ao contrário da cinemática, a dinâmica trata das forças e torques que afetam o movimento.

Dinâmica

A cinemática descreve o movimento usando termos específicos:

  • Deslocamento: É uma quantidade vetorial que representa a mudança na posição de um objeto. Se um objeto se move do ponto A para B, a distância em linha reta entre A e B é o deslocamento.
  • Velocidade: É a taxa de variação do deslocamento. Também é uma quantidade vetorial. A velocidade pode ser expressa pela fórmula: v = Δx / Δt
  • Rapidez: Ao contrário da velocidade, a rapidez é uma quantidade escalar que mede a distância total percorrida ao longo do tempo.
  • Aceleração: É a taxa de variação da velocidade ao longo do tempo. Se a velocidade estiver aumentando, o objeto está acelerando. Se a velocidade estiver diminuindo, é chamado de desaceleração ou aceleração negativa. A fórmula é: a = Δv / Δt

Exemplo visual

        <svg width="400" height="110"> <rect x="10" y="10" width="30" height="30" style="fill:blue;" /> <text x="50" y="35" fill="black">→ movimento >→ Deslocamento</text> </svg>
        <svg width="400" height="110"> <rect x="10" y="10" width="30" height="30" style="fill:blue;" /> <text x="50" y="35" fill="black">→ movimento >→ Deslocamento</text> </svg>

Enquanto a cinemática considera apenas como os objetos se movem, a dinâmica considera as causas do movimento:

Leis do movimento de Newton

Uma parte essencial da dinâmica são as leis do movimento de Newton, que são as seguintes:

  1. Primeira Lei (Lei da Inércia): Um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento continua a se mover com velocidade constante, a menos que uma força externa seja aplicada sobre ele. Esta lei destaca o conceito de inércia, que é a tendência de um objeto resistir a uma mudança em seu estado de movimento. Por exemplo, um livro colocado sobre uma mesa permanecerá em repouso a menos que uma força seja aplicada para movê-lo.
  2. Segunda Lei (Lei da Aceleração): A aceleração de um objeto é proporcional à força líquida aplicada ao objeto e inversamente proporcional à massa do objeto. Pode ser formulado matematicamente como: F = m * a onde 'F' é força, 'm' é massa e 'a' é aceleração.
  3. Terceira Lei (Ação e Reação): Para toda ação, há uma reação igual e oposta. Isso significa que as forças sempre vêm em pares. Por exemplo, quando você empurra uma parede, a parede também empurra com uma força igual.

Exemplo visual

        <svg width="400" height="180"> <line x1="50" y1="80" x2="350" y2="80" style="stroke:rgb(99,99,99);stroke-width:2"></line> <circle cx="70" cy="80" r="20" style="fill:lime;stroke:purple;stroke-width:2" /> <line x1="70" y1="60" x2="70" y2="0" style="fill:none;stroke:red;stroke-width:2" /> <text x="80" y="30" fill="red"><- Força</text> </svg>
        <svg width="400" height="180"> <line x1="50" y1="80" x2="350" y2="80" style="stroke:rgb(99,99,99);stroke-width:2"></line> <circle cx="70" cy="80" r="20" style="fill:lime;stroke:purple;stroke-width:2" /> <line x1="70" y1="60" x2="70" y2="0" style="fill:none;stroke:red;stroke-width:2" /> <text x="80" y="30" fill="red"><- Força</text> </svg>

Trabalho, energia e potência

A energia é um conceito importante na dinâmica, e está intimamente relacionada ao trabalho e à potência:

Trabalho

O trabalho é realizado quando uma força aplicada a um objeto causa deslocamento. A fórmula para trabalho é: Trabalho = força x deslocamento x cos(θ) Aqui, θ é o ângulo entre a direção da força e a direção do deslocamento.

Energia

Energia é a capacidade de realizar trabalho e pode assumir várias formas:

  • Energia cinética: A energia de um objeto devido ao seu movimento. É expressa como: EC = 1/2 m v² onde 'm' é massa e 'v' é velocidade.
  • Energia potencial: Energia armazenada devido à posição ou estado de um objeto. Por exemplo, a energia potencial gravitacional é: EP = m * g * h onde 'm' é massa, 'g' é aceleração devido à gravidade e 'h' é altura.

Potência

Potência é a taxa na qual o trabalho é realizado ou a energia é transferida. A fórmula é: Potência = trabalho / tempo

Leis de conservação

Há uma série de leis de conservação na mecânica, como:

Conservação de energia

Esta lei afirma que a energia total em um sistema fechado permanece constante ao longo do tempo. A energia não pode ser criada nem destruída; ela apenas muda de forma. Por exemplo, quando uma bola é solta, sua energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética.

Conservação de momentum

O momentum total de um sistema fechado permanece constante, a menos que uma força externa aja sobre ele. O momentum é o produto da massa e da velocidade: p = m * v

Exemplo visual: Conversão de energia

        <svg width="200" height="200"> <line x1="50" y1="100" x2="150" y2="100" stroke="blue" stroke-width="4" /> <text x="80" y="80" fill="black">Energia Potencial</text> <text x="80" y="120" fill="black">Energia Cinética</text> <text x="80" y="140" fill="green">Energia total permanece constante</text> </svg>
        <svg width="200" height="200"> <line x1="50" y1="100" x2="150" y2="100" stroke="blue" stroke-width="4" /> <text x="80" y="80" fill="black">Energia Potencial</text> <text x="80" y="120" fill="black">Energia Cinética</text> <text x="80" y="140" fill="green">Energia total permanece constante</text> </svg>

Aplicações da mecânica

A mecânica não é apenas teórica; possui muitas aplicações no mundo real, incluindo:

  • Engenharia: Compreender forças e movimento é essencial para projetar estruturas e maquinaria.
  • Astronomia: A mecânica ajuda a explicar o movimento dos corpos celestes.
  • Vida cotidiana: Desde dirigir um carro até praticar esportes, a mecânica desempenha um papel vital na compreensão do movimento.

Conclusão

Compreender a mecânica apresenta conceitos fundamentais que informam o estudo mais amplo da física. Desde o movimento dos carros nas estradas até os planetas no espaço, a mecânica nos ajuda a entender e mapear o movimento físico.


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