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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Ondas e oscilações


O estudo das ondas e oscilações é uma parte integral da física. Esses conceitos são fundamentais na descrição de uma variedade de fenômenos em ciência e engenharia. Desde as leves ondulações em um lago até o som de instrumentos musicais e mesmo as ondas eletromagnéticas que possibilitam a comunicação sem fio, as ondas e oscilações estão ao nosso redor. Compreendê-las pode fornecer insights sobre como o universo se comporta tanto em nível macroscópico quanto microscópico.

Introdução às ondas

Uma onda é uma perturbação que viaja de um lugar para outro através de um meio ou vácuo. O meio pode ser um sólido, líquido, gás ou mesmo o vácuo do espaço. As ondas transferem energia de um ponto a outro sem a transferência física de partículas de um local para outro.

Tipos de ondas

As ondas podem ser classificadas com base na direção do deslocamento das partículas em relação à propagação da onda:

1. Ondas mecânicas

Estas requerem um meio para viajar. Exemplos incluem ondas sonoras, ondas sísmicas e ondas na água.

Ondas longitudinais

Nas ondas longitudinais, as partículas do meio vibram paralelamente à direção de propagação da onda. Ondas sonoras no ar são um exemplo clássico disso.

        Exemplo: Ondas sonoras no ar, compressões e rarefações.
Pressão Rarifação
Ondas transversais

Nas ondas transversais, as partículas do meio se movem perpendiculares à direção de propagação da onda. Ondas de luz e ondas em uma corda são exemplos típicos disso.

        Exemplo: Ondas em uma corda, ondas na superfície da água.

2. Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas não requerem um meio para propagação. Elas também podem viajar através do vácuo. Exemplos incluem luz, ondas de rádio e raios X.

Características das ondas

Compreender as ondas requer conhecimento de várias características chave:

Comprimento de onda ( λ )

Comprimento de onda é a distância entre crestas ou vales sucessivos em uma onda. Ele determina o comprimento da onda e é medido em metros.

Frequência ( f )

Frequência refere-se a quantas vezes as partículas de um meio vibram quando uma onda passa por ele. É medida em Hertz (Hz), que é igual a ciclos por segundo.

Dimensões

A amplitude de uma onda é o deslocamento máximo das partículas do meio a partir de sua posição de equilíbrio. Ela representa a energia e intensidade da onda.

Velocidade da onda

A velocidade de uma onda é a distância percorrida por unidade de tempo por um ponto (como uma cresta) na onda. A velocidade ( v ) de uma onda pode ser calculada usando a fórmula:

        v = f * λ

onde v é a velocidade da onda, f é a frequência, e λ é o comprimento de onda.

Introdução à oscilação

Oscilações são movimentos de vai e vem em um intervalo regular. Um exemplo clássico de sistema oscilatório é um pêndulo simples. Quando é deslocado de sua posição de equilíbrio, ele experimenta uma força que tende a movê-lo de volta ao equilíbrio, criando um movimento oscilatório.

Movimento harmônico simples (MHS)

Movimento harmônico simples é um tipo de oscilação em que a força restauradora é proporcional ao deslocamento e atua na direção oposta ao deslocamento. MHS é caracterizado por oscilações com uma forma de onda sinusoidal.

Características do MHS

  • Posição de equilíbrio: A posição onde a força líquida no sistema é zero.
  • Amplitude ( A ): Deslocamento máximo a partir da posição de equilíbrio.
  • Período ( T ): O tempo gasto em um ciclo completo de oscilação.
  • Frequência ( f ): O número de oscilações por unidade de tempo. É o inverso do período.
        f = 1 / T

Representação matemática do MHS

O movimento pode ser descrito usando uma função seno ou cosseno. Se x(t) representa o deslocamento como uma função do tempo, então:

        x(t) = A * cos(ωt + φ)

onde A é a amplitude, ω é a frequência angular, t é o tempo, e φ é o ângulo de fase.

A frequência angular está relacionada à frequência e ao período como se segue:

        ω = 2πf = 2π/T

Energia no MHS

No MHS, a energia é continuamente transformada entre energia potencial e energia cinética, enquanto a energia mecânica total permanece constante.

Exemplos práticos e aplicações

Pêndulo

O pêndulo é um dos exemplos mais comuns de oscilações. O período de tempo do pêndulo depende de seu comprimento e da aceleração devido à gravidade, como mostrado abaixo:

        T = 2π √(L/g)

Onde L é o comprimento e g é a aceleração devido à gravidade.

Sistema massa-mola

Outro exemplo clássico de MHS é uma massa presa a uma mola. De acordo com a lei de Hooke, a força exercida pela mola é proporcional ao deslocamento:

        F = -kx

Onde k é a constante da mola, e x é o deslocamento.

O período de oscilação para uma massa m em uma mola é dado por:

        T = 2π √(m/k)

Ondas no dia a dia

Desde a música que ouvimos, a luz que vemos todos os dias, e as ondas de rádio que levam dados para nossos celulares, entender ondas nos ajuda a entender como nossa tecnologia e ambiente funcionam.

Conclusão

Ondas e vibrações estão em toda parte ao nosso redor e formam a espinha dorsal de muitas teorias e técnicas científicas. Desde a compreensão da natureza do som e da luz até o comportamento de partículas quânticas, os princípios de ondas e vibrações formam a base de muitos avanços em ciência e tecnologia.


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Ondas e oscilações

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