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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Ausência de peso e queda livre


A ausência de peso e a queda livre são conceitos fascinantes no campo da física, especialmente dentro do tema da gravitação universal. Para entender esses fenômenos, devemos primeiro entender o básico sobre gravidade, que é uma força que puxa os objetos uns para os outros. A Terra, sendo um corpo massivo, exerce uma atração gravitacional sobre os objetos, fazendo-nos experimentar "peso." A ideia de ausência de peso e queda livre desafia nossas experiências cotidianas da gravidade.

Entendendo a gravidade

A gravidade é uma das quatro forças fundamentais da natureza. É a força de atração entre duas massas. Sir Isaac Newton formulou pela primeira vez a lei da gravitação universal, segundo a qual:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Onde:

  • F é a força gravitacional entre os dois objetos.
  • G é a constante gravitacional, aproximadamente 6,674 × 10^-11 N(m/kg)^2.
  • m1 e m2 são as massas dos dois objetos.
  • r é a distância entre os centros das duas massas.

Peso vs massa

É importante distinguir entre peso e massa. Massa é a quantidade de matéria em um objeto e permanece constante independentemente da localização. Em contraste, peso é a força exercida pela gravidade na massa de um objeto. Peso pode mudar dependendo da intensidade do campo gravitacional. Na Terra, costumamos calcular o peso da seguinte forma:

Peso = Massa * g

Aqui, g representa a aceleração devido à gravidade, que é aproximadamente 9,81 m/s^2 na superfície da Terra.

Descoberta da queda livre

A queda livre ocorre quando a única força agindo sobre um objeto é a gravidade. Neste estado, a resistência do ar e outras forças devem ser desprezíveis. Um objeto em queda livre experimenta aceleração apenas devido à gravidade.

Imagine que uma pedra é solta de uma certa altura. À medida que cai, ela acelera em direção ao solo a uma velocidade de 9,81 m/s^2, independentemente da resistência do ar. Essa aceleração constante caracteriza a queda livre.

Exemplo visual de queda livre

Gravidade g = 9.81 m/s²

O diagrama acima mostra uma bola em queda livre. A linha tracejada representa o caminho da bola, que é puxada para baixo pela gravidade. A força da gravidade continua a acelerar a bola até que ela colida com outra força, como o solo.

Cálculo exemplo de queda livre

Se um objeto é solto de um prédio de 100 m de altura, quanto tempo levará para atingir o solo?

Uso da fórmula:

S = 1/2 * g * t^2
100 = 1/2 * 9.81 * t^2
t^2 = 100 / 4.905
t ≈ √20.38
t ≈ 4.51 seg

Assumindo que não há resistência do ar, o objeto levará cerca de 4,51 segundos para atingir o solo.

O conceito de ausência de peso

A ausência de peso ou sensação de falta de peso é a sensação quando não há força de sustentação no seu corpo. Isso é frequentemente experimentado em queda livre. Em um estado de ausência de peso, pode-se sentir como se estivesse flutuando porque não se tem a pressão ou força habituais sobre si (como do solo ou de uma cadeira empurrando para cima).

Gravidade e corpos orbitantes

Astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) experimentam ausência de peso porque estão em um estado de constante queda livre em direção à Terra. A ISS está constantemente caindo em direção à Terra, mas também se movendo a uma velocidade rápida. Isso significa que ela cai ao redor da Terra, fazendo uma órbita. Enquanto está em órbita, os astronautas flutuam dentro da estação espacial, experimentando ausência de peso porque tudo ao seu redor, incluindo a estação, também está em um estado de queda livre.

Exemplo visual de órbita e ausência de peso

Terra ISS

Neste diagrama, a estação espacial, representada pelo pequeno círculo azul, orbita a Terra no caminho tracejado. Ela continua a cair em direção à Terra, fazendo com que todos os objetos a bordo experimentem ausência de peso.

Experimentando ausência de peso na Terra

Embora a verdadeira ausência de peso seja experimentada no espaço, também pode ser simulada na Terra. Quando aviões voam em trajetórias parabólicas, os passageiros podem experimentar ausência de peso por um breve período de tempo no topo dessas curvas. Esses voos são frequentemente usados para treinamento de astronautas e para experimentos científicos.

Exemplo de voo parabólico

Imagine um avião subindo em um ângulo e depois descendo em forma parabólica. À medida que se move para cima, os passageiros dentro da cabine flutuam por um momento, e experimentam gravidade zero por um tempo.

Conclusão

A ausência de peso e a queda livre revelam os efeitos fascinantes da gravidade quando suas forças opostas usuais são removidas. Ao aprender sobre esses fenômenos, adquirimos uma compreensão mais profunda de como os objetos se comportam sob diferentes efeitos gravitacionais, quer eles estejam na Terra ou orbitando no espaço. Desde nossas experiências cotidianas de peso até a rara sensação de flutuar em queda livre, a gravidade continua a governar e fascinar além da Terra, moldando o universo.


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Ausência de peso e queda livre

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