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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Física Moderna


A Física Moderna é uma parte fascinante e essencial do curso de Física, especialmente para os alunos da 11ª série. Ela introduz conceitos que expandem nossa compreensão do universo além das ideias clássicas. Isso inclui mecânica quântica, relatividade, estrutura atômica e física de partículas. Vamos mergulhar nesses conceitos e obter uma compreensão mais profunda.

1. Mecânica quântica

A mecânica quântica é o ramo da física que lida com o comportamento de partículas muito pequenas, como átomos e partículas subatômicas. Ao contrário da física clássica, onde objetos têm uma posição e um momento definidos, a mecânica quântica nos diz que essas partículas se comportam de maneiras probabilísticas.

Dualidade onda-partícula

Um conceito-chave na mecânica quântica é a dualidade onda-partícula. Essa teoria afirma que cada partícula ou entidade quântica exibe propriedades tanto de onda quanto de partícula. Por exemplo, a luz às vezes se comporta como uma onda e às vezes como uma partícula.

Imagine a luz passando por duas fendas e criando um padrão de interferência na tela. Isso mostra a natureza de onda. No entanto, quando observado, mostra efeitos discretos como partícula.

Princípio da incerteza de Heisenberg

O princípio da incerteza, proposto por Werner Heisenberg, é outro aspecto fundamental da mecânica quântica. Ele afirma que é impossível conhecer simultaneamente a posição exata e o momento de uma partícula.

Δx * Δp ≥ ħ/2

Aqui, Δx é a incerteza na posição, Δp é a incerteza no momento, e ħ (h-barra) é a constante de Planck reduzida. Este princípio limita nosso conhecimento e precisão ao medir sistemas quânticos.

2. A teoria da relatividade

A teoria da relatividade de Albert Einstein trouxe mudanças significativas em nossa compreensão do espaço e do tempo. Consiste em duas partes: relatividade especial e relatividade geral.

Relatividade especial

A teoria especial da relatividade lida com objetos se movendo a uma velocidade constante, especialmente próxima à velocidade da luz. Apresenta duas ideias primárias: a velocidade da luz é constante em todos os referenciais inerciais e as leis da física são as mesmas para todos os observadores.

Um dos resultados famosos da teoria especial da relatividade é a equação:

E = mc^2

Essa equação mostra que massa e energia podem ser usadas de forma intercambiável. Como resultado, à medida que a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz, sua massa efetivamente aumenta, tornando impossível que ele atinja ou exceda a velocidade da luz.

Relatividade geral

A relatividade geral estende os princípios da relatividade especial para incluir aceleração e gravidade também. Na relatividade geral, a gravidade é vista não como uma força, mas como uma curvatura do espaço-tempo devido à massa e energia.

Imagine que você coloca uma bola pesada em um trampolim. Seu peso faz o trampolim girar ao redor dela. Da mesma forma, objetos massivos como estrelas e planetas giram o espaço-tempo ao seu redor, o que observamos como gravidade.

3. Estrutura atômica

A estrutura do átomo é central para a física moderna. Um átomo consiste em um núcleo composto por prótons e nêutrons, cercado por elétrons.

Modelo atômico de Bohr

Niels Bohr propôs um modelo do átomo em que elétrons orbitam o núcleo em caminhos específicos ou "camadas". Este modelo ajudou a explicar o espectro atômico do hidrogênio e desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento da mecânica quântica.

E_n = -13.6 eV/n^2

Esta fórmula ajuda a determinar os níveis de energia dos elétrons no átomo de hidrogênio, onde n é o número quântico principal.

Modelo quântico do átomo

O modelo quântico moderno substitui a ideia de caminhos fixos por nuvens orbitais onde os elétrons provavelmente serão encontrados. Os elétrons não têm posições fixas; em vez disso, descrevemos suas localizações em termos de probabilidades.

4. Física de partículas

A física de partículas é o ramo da física que estuda os constituintes fundamentais da matéria e as forças entre eles.

Modelo padrão

O Modelo Padrão é a teoria que descreve três das quatro forças fundamentais conhecidas (eletromagnetismo, forças fraca e forte, mas não a gravidade).

Elétron Quarks

Inclui partículas como quarks, léptons e bósons. Quarks se combinam para formar prótons e nêutrons, enquanto léptons incluem elétrons e neutrinos. Bósons são partículas transportadoras de força, o mais famoso dos quais é o fóton, que medeia a força eletromagnética.

Compreender a física de partículas nos ajuda a obter uma compreensão mais profunda das forças e partículas que compõem o universo.

5. Aplicações da física moderna

A física moderna tem inúmeras aplicações no mundo de hoje, impactando tecnologia, medicina e muito mais.

Tecnologia

A tecnologia de semicondutores, que se baseia nos princípios da mecânica quântica, alimenta a eletrônica em nossos computadores e smartphones.

Medicina

Técnicas como ressonância magnética e tomografia computadorizada são baseadas em princípios de ambos eletromagnetismo e física nuclear, e demonstram a conexão entre teoria e aplicações do cotidiano.

Astrofísica

O estudo de estrelas, galáxias e do universo incorpora aspectos tanto da relatividade quanto da física quântica para entender a origem e a estrutura do universo.

Conclusão

A física moderna revoluciona nossa compreensão do universo físico. Ao explorar o muito pequeno, o muito rápido e o muito grande, compreendemos conceitos que desafiam a experiência cotidiana, mas são essenciais para um retrato completo da realidade. O progresso contínuo guarda a possibilidade de aprender ainda mais sobre o universo e desenvolver tecnologias que utilizem esses aspectos para o bem da humanidade.


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