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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Lei de Hooke e a relação tensão-deformação


No mundo ao nosso redor, objetos podem mudar de forma ou tamanho quando forças são aplicadas a eles. Por exemplo, se você puxar uma mola, ela se estica. Se você apertar uma bola de borracha, ela se achata. Entender como os materiais respondem às forças é uma parte importante da física, e é aqui que a lei de Hooke e a relação tensão-deformação são úteis. Esses conceitos nos ajudam a compreender o comportamento dos materiais sob diferentes forças, o que é uma parte essencial do estudo da elasticidade e deformação.

O que é a lei de Hooke?

Em termos simples, a Lei de Hooke nos diz quanto um material elástico, como uma mola, se esticará ou contrairá quando uma força é aplicada a ele. A Lei de Hooke pode ser expressa como:

F = kx
  • F é a força aplicada no objeto.
  • k é a constante da mola, uma medida da rigidez do material.
  • x é o deslocamento, ou seja, quanto o material se expande ou contrai a partir de sua posição original.

A constante da mola k é um valor único para cada material e nos diz quão rígido é o material. Um valor de k alto significa que o material é muito rígido, enquanto um valor baixo significa que é mais flexível.

Exemplo visual

    
        
        
        Força(F)
        
        Deslocamento (x)

No diagrama acima, uma mola horizontal está presa a um ponto fixo em uma extremidade, enquanto uma força é aplicada na outra extremidade, causando um alongamento na mola (deslocamento x).

Entendendo o limite elástico

Todo material elástico tem um limite onde, se for esticado além deste ponto, não voltará à sua forma original. Isso é conhecido como limite elástico. Até esse limite, os materiais seguem a lei de Hooke. Uma vez que o limite é ultrapassado, os materiais não podem retornar à sua forma original, levando a uma deformação permanente.

Por exemplo, considere um fio de metal. Se você aplicar pouca força, ele se esticará e retornará ao seu comprimento original quando a força for removida. No entanto, se você aplicar muita força, ele pode se esticar tanto que não será capaz de retornar à sua forma original.

Tensão e deformação

Para entender como os materiais se deformam sob a influência de diferentes forças, precisamos definir dois termos importantes: tensão e deformação.

Tensão

A tensão está relacionada à força aplicada a um material. É a força por unidade de área, dada pela fórmula:

        Tensão (σ) = Força (F) / Área (A)
  • σ (sigma) é a tensão.
  • F é a força aplicada.
  • A é a área da seção transversal na qual a força é aplicada.

Deformação

A deformação é uma medida da deformação que reflete o deslocamento entre partículas em um corpo de matéria. A deformação é definida como a mudança no comprimento dividida pelo comprimento original:

        Deformação (ε) = Mudança no Comprimento (ΔL) / Comprimento Original (L0)
  • ε (epsilon) é a deformação.
  • ΔL é a mudança no comprimento.
  • L0 é o comprimento original.

Exemplo visual de tensão e deformação

    
        
        
        Área (A)
        
        Comprimento Original(L0)
        
        Mudança (ΔL)

Relações e módulo de elasticidade

Em termos de tensão e deformação, a relação entre essas duas quantidades é dada pelo módulo de elasticidade, também conhecido como módulo de Young. Ele fornece uma medida da elasticidade de um material:

        Módulo de Young (E) = Tensão (σ) / Deformação (ε)
  • E é o módulo de Young.
  • σ é a tensão.
  • ε é a deformação.

O módulo de Young é uma constante para um determinado material e indica quão rígido é o material. Um módulo grande significa que o material é muito rígido.

Exemplo de texto

Considere uma faixa de borracha e um fio de aço. Se você puxar os dois com a mesma força:

  • A faixa de borracha se estica facilmente, indicando que tem um módulo de Young baixo.
  • O fio de aço se estica muito pouco, indicando um módulo de Young alto.

Aplicações da lei de Hooke e das relações tensão-deformação

Compreender essas relações é importante em uma variedade de campos e aplicações cotidianas:

  • Projetar edifícios e pontes que possam suportar forças.
  • Fabricação de molas para equipamentos mecânicos.
  • Fabricação de materiais que requerem propriedades elásticas específicas, como bens esportivos e implantes médicos.

Exemplo visual: comparando materiais

    
        

        
        Faixa de Borracha

        
        Fio de Aço

Na figura, a linha azul para a faixa de borracha tem uma inclinação mais íngreme do que a linha vermelha para o fio de aço, indicando que a borracha é mais elástica e se estica mais sob a mesma quantidade de tensão.

Conclusão

A lei de Hooke, juntamente com os conceitos de tensão e deformação, formam a base para entender as propriedades mecânicas das substâncias. Esses princípios nos ajudam a prever como as substâncias se comportarão sob diferentes forças, ajudando engenheiros e cientistas a projetar estruturas e produtos que sejam seguros e eficazes. Compreender esses princípios básicos forma a base para estudos mais avançados em ciência dos materiais e engenharia.


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