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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Mecânica dos fluidos


A mecânica dos fluidos é uma área da física que estuda fluidos - líquidos, gases e plasmas - e as forças que atuam sobre eles. Compreender a mecânica dos fluidos é essencial porque os fluidos fazem parte da vida cotidiana, seja a água que bebemos ou o ar que respiramos.

O que é um fluido?

Um fluido é uma substância que pode fluir e assumir a forma do seu recipiente. Isso inclui líquidos como água e óleo, bem como gases como ar e hélio. Ao contrário dos sólidos, os fluidos não têm forma fixa, e suas partículas podem mover-se livremente umas em relação às outras.

Propriedades dos líquidos

Os fluidos têm várias propriedades-chave que nos ajudam a compreender seu comportamento:

Densidade

Densidade é a massa por unidade de volume de um fluido. É importante porque afeta como as substâncias interagem umas com as outras. A fórmula para densidade é:

Densidade (ρ) = massa (m) / volume (V)

Por exemplo, a água tem uma densidade mais alta do que o óleo, e é por isso que o óleo flutua sobre a água.

Pressão

Pressão é a força aplicada por unidade de área de uma superfície. Nos fluidos, a pressão é aplicada igualmente em todas as direções em qualquer ponto. A fórmula para pressão é:

Pressão (P) = força (F) / área (A)

Um exemplo de pressão em fluidos é a pressão do ar dentro de um balão. As moléculas de ar colidem com as paredes do balão, criando pressão que mantém o balão inflado.

Pressão

Viscosidade

Viscosidade é uma medida da resistência de um fluido ao fluxo. Descreve o atrito interno dentro do fluido. Um fluido de alta viscosidade, como mel, flui lentamente, enquanto um fluido de baixa viscosidade, como água, flui rapidamente.

Leis fundamentais da mecânica dos fluidos

Lei de Pascal

A lei de Pascal afirma que quando uma pressão é aplicada a um fluido confinado, há uma mudança de pressão em todo o fluido. Esse princípio é utilizado em elevadores hidráulicos, onde uma pequena força aplicada a uma pequena área é transmitida para uma área maior, permitindo que uma força maior seja aplicada.

Princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes afirma que qualquer objeto imerso em um fluido é levantado por uma força igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Este princípio explica por que objetos como navios flutuam na água. A força de empuxo é maior que o peso do objeto, permitindo que ele flutue.

Força de empuxo

Equação de Bernoulli

A equação de Bernoulli relaciona a pressão, velocidade e altura de um fluido em movimento. Afirma que para um fluido incompressível e sem atrito, a seguinte relação é válida:

P + 0.5 * ρ * v^2 + ρ * g * h = constante

onde P é a pressão, ρ é a densidade do fluido, v é a velocidade do fluido, g é a aceleração devido à gravidade, e h é a altitude. O princípio de Bernoulli ajuda a explicar como aviões podem voar, porque a pressão do ar na superfície superior das asas é menor que a pressão na superfície inferior, criando sustentação.

Fluxo de fluidos

Fluxo laminar

O fluxo laminar é um tipo de fluxo de fluido em que o fluido flui em caminhos ou camadas suaves. Normalmente ocorre em velocidades baixas, e os caminhos das linhas de corrente são paralelos, não se cruzando.

Fluxo turbulento

O fluxo turbulento ocorre quando o fluido sofre flutuações ou misturas irregulares. Isso geralmente ocorre em altas velocidades e resulta em mudanças caóticas na pressão e na velocidade do fluxo.

Fluxo laminar Fluxo turbulento

Fluxo viscoso e número de Reynolds

O fluxo viscoso é descrito pela viscosidade e velocidade do fluido. O número de Reynolds é um número adimensional que ajuda a prever o padrão de fluxo em várias condições de fluxo de fluido. É dado por:

Re = (ρ * v * L) / μ

onde ρ é a densidade do fluido, v é a velocidade, L é um comprimento característico (como diâmetro), e μ é a viscosidade dinâmica. Números de Reynolds baixos indicam fluxo laminar, enquanto números altos indicam fluxo turbulento.

Aplicações da mecânica dos fluidos

Hidráulica

Sistemas hidráulicos usam essa pressão do fluido para gerar energia. Por exemplo, freios hidráulicos em veículos usam o fluido de freio para transmitir força do pedal para o disco de freio, desacelerando o veículo.

Aerodinâmica

A aerodinâmica é o estudo do comportamento do ar e de outros fluidos gasosos em movimento. É essencial no projeto de aviões, carros e até edifícios para reduzir o arrasto e melhorar a eficiência.

Sistema de tubulação

A dinâmica dos fluidos ajuda a projetar sistemas de tubulação eficientes para o transporte de líquidos e gases nas indústrias. Compreender fatores como perda de pressão e taxa de fluxo é importante para garantir o transporte eficiente de materiais.

Conclusão

A mecânica dos fluidos é uma parte fundamental da física que tem muitas aplicações, desde ações simples do dia a dia como beber água com um canudinho, até sistemas de engenharia complexos como o design de aeronaves. Compreender os princípios do comportamento dos fluidos ajuda a resolver problemas práticos e projetar sistemas eficientes. Desde ferver água até padrões meteorológicos, a mecânica dos fluidos desempenha um papel em uma ampla gama de fenômenos observados no mundo ao nosso redor.


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