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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O Princípio de Arquimedes e a flutuação


O princípio de Arquimedes e o conceito de flutuação são importantes para entender como os objetos se comportam quando imersos em um fluido. Este princípio explica por que os objetos flutuam, afundam ou permanecem com flutuabilidade neutra dependendo da densidade do fluido e da própria densidade do objeto. Nesta jornada pela mecânica dos fluidos, exploraremos esses conceitos em detalhe, fornecendo exemplos em texto e visuais para auxiliar na compreensão.

Compreendendo os líquidos

Antes de podermos entender o princípio de Arquimedes, precisamos compreender o que são os fluidos. Na física, o termo "fluido" refere-se a qualquer substância que pode fluir, incluindo líquidos e gases. Ao contrário dos sólidos, os fluidos não têm forma fixa; em vez disso, tomam a forma de seu recipiente.

O que é flutuação?

A flutuação é a força ascendente que os fluidos exercem sobre os objetos que estão imersos neles. Essa força é o que faz com que os objetos pareçam mais leves na água do que no ar. O conceito de flutuação é importante no projeto de navios, submarinos e até de balões de ar quente.

Princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes recebe o nome do antigo matemático e inventor grego Arquimedes. Ele afirma:

"Um objeto imerso em um fluido experimenta uma força de flutuabilidade ascendente igual ao peso do fluido que ele desloca."

Este princípio pode ser expresso matematicamente utilizando a seguinte fórmula:

F_b = ρ_fluido × V_deslocado × g

Onde:

  • F_b = força de flutuabilidade
  • ρ_fluido = densidade do fluido
  • V_deslocado = volume do fluido deslocado pelo objeto
  • g = aceleração devido à gravidade

Esta fórmula nos ajuda a entender como vários fatores como densidade e volume do fluido afetam a força de flutuabilidade experimentada por um objeto.

Visualização da flutuação

Vamos ver como a flutuação funciona com um exemplo simples de um bloco submerso na água:

Água bloco força de flutuação

Nesta imagem, o bloco laranja está parcialmente submerso na água azul. A seta vermelha apontando para cima mostra a força de flutuação atuando no bloco.

Por que os objetos flutuam, afundam ou ficam suspensos?

Se um objeto flutua, afunda ou ficam suspensos em um fluido depende de sua densidade relativa à densidade do fluido.

Flutuar

Se a densidade de um objeto for menor que a densidade do fluido, ele flutuará. Por exemplo, considere um pedaço de madeira na água. A densidade da madeira é menor que a da água, por isso ela flutua.

Afundar

Se a densidade de um objeto for maior que a densidade do fluido, ele afundará. Uma pedra colocada na água irá afundar porque é mais densa que a água.

Ficar suspenso

Se a densidade de um objeto for igual à densidade do fluido, ele ficará suspenso no fluido. Um peixe pode ficar suspenso na água ajustando sua flutuabilidade.

O equilíbrio é mantido quando o peso do peixe (a força descendente) é igual à força de flutuação (a força ascendente).

Aplicações práticas da flutuação

O princípio da flutuação é usado em uma variedade de aplicações práticas:

Navios e barcos

Navios e barcos são projetados com base nos princípios da flutuação. Ao controlar a forma e o volume do casco, os navios podem deslocar uma quantidade suficiente de água para criar força de flutuação suficiente para suportar cargas pesadas.

Submarinos

Os submarinos ajustam sua flutuação controlando a entrada de água em seus tanques de lastro. Ao encher esses tanques com água, o submarino pode afundar. Para subir, a água é bombeada para fora, reduzindo a densidade geral.

Balões

Balões de ar quente flutuam no ar devido à flutuação. O ar quente dentro do balão é menos denso que o ar frio externo, criando uma força de flutuação ascendente que ajuda o balão a subir.

Experimentos com flutuação

Realizar experimentos simples pode ajudá-lo a entender melhor a flutuação. Aqui estão algumas atividades:

Flutuar e afundar com barro

Faça formas diferentes usando argila de modelar e mergulhe-as na água. Observe como a forma afeta a flutuação. Tente fazer uma forma que flutue e explique sua observação.

Fluido em camadas

Encha um recipiente transparente com líquidos de diferentes densidades, como óleo, água, xarope ou mel. Coloque pequenos objetos no recipiente e veja em qual camada eles se acomodam. Este experimento esclarece como diferentes densidades afetam a flutuação.

Resumo

Entender o princípio de Arquimedes e a flutuação é importante para compreender como diferentes objetos interagem com os fluidos. Este princípio não apenas explica por que objetos flutuam ou afundam, mas também desempenha um papel importante na construção naval, no mergulho e na aviação. Ao experimentar e observar exemplos da vida real, os conceitos de flutuação se tornam mais tangíveis e relevantes.


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O Princípio de Arquimedes e a flutuação

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