Grade 9
  1. Mecânica  1.1. Movimento  1.1.1. Tipos de movimento  1.1.2. Distância e deslocamento  1.1.3. Velocidade e Velocidade  1.1.4. Aceleração  1.1.5. Representação gráfica do movimento  1.1.6. Equações do movimento  1.1.7. Movimento uniforme e não uniforme  1.1.8. Queda livre e aceleração devido à gravidade  1.1.9. Velocidade relativa  1.1.10. Movimento circular  1.2. Leis da força e movimento  1.2.1. O conceito de força  1.2.2. A primeira lei do movimento de Newton  1.2.3. Segunda lei do movimento de Newton  1.2.4. Terceira Lei de Newton do Movimento  1.2.5. Inércia e tipos de inércia  1.2.6. Movimento  1.2.7. Conservação do momento  1.2.8. Aplicação das leis de Newton na vida cotidiana  1.2.9. Tipos de Forças (Contato e Não Contato)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Força Gravicional  1.3.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.3.2. Importância da Força Gravitacional  1.3.3. Aceleração devido à gravidade  1.3.4. Queda livre e ausência de peso  1.3.5. Massa e peso  1.3.6. Variação de g com altura e profundidade  1.3.7. Leis do movimento planetário de Kepler  1.3.8. Satélites e suas órbitas  1.4. Trabalho, Energia e Potência  1.4.1. Conceito de trabalho  1.4.2. Ações positivas e negativas  1.4.3. Trabalho realizado por força constante e variável  1.4.4. Energia e suas formas  1.4.5. Kinetic energy and potential energy  1.4.6. Lei da conservação de energia  1.4.8. Unidade comercial de energia  1.4.9. Teorema Trabalho-Energia  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Mechanical advantage  1.5.3. Eficiência das máquinas  1.5.4. Alavancas e seus tipos  1.5.5. Polias e Planos Inclinados  1.5.6. Engrenagens e seus usos
  2. Propriedades da matéria  2.1. Estados da matéria  2.1.1. Sólidos, líquidos e gases  2.1.2. Propriedades dos diferentes estados da matéria  2.1.3. Mudança no estado da matéria  2.1.4. Plasma e Condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidade e pressão  2.2.1. Conceito de densidade e densidade relativa  2.2.2. Pressão em sólidos, líquidos e gases  2.2.3. Lei de Pascal e suas Aplicações  2.2.4. Pressão atmosférica e suas variações  2.2.5. Tensão superficial e capilaridade  2.3. Flutuabilidade e o princípio de Arquimedes  2.3.1. Força de flutuabilidade  2.3.2. Princípio de Arquimedes  2.3.3. Aplicações do Princípio de Arquimedes  2.3.4. Objetos flutuantes e afundantes  2.3.5. Teoria da Flotação e Princípio de Arquimedes
  3. Calor e Termodinâmica  3.1. Temperatura e calor  3.1.1. Conceito de calor e temperatura  3.1.2. Medição de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferência de calor  3.2.1. Condução de calor  3.2.2. Convecção de calor  3.2.3. radiação de calor  3.2.4. Aplicações da transferência de calor  3.2.5. Condutividade térmica  3.3. Expansão térmica  3.3.1. Expansão de sólidos, líquidos e gases  3.3.2. Expansão anômala da água  3.3.3. Aplicações da Expansão Térmica  3.4. Capacidade calorífica específica e calor latente  3.4.1. Conceito de capacidade calorífica específica  3.4.2. Medição e aplicações do calor específico  3.4.3. Calor latente de fusão e vaporização  3.4.4. Motores Térmicos e Eficiência
  4. Ondas e som  4.1. Ondas e seus tipos  4.1.1. Ondas mecânicas e eletromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinais e Transversais  4.1.3. Propriedades das Ondas  4.1.4. Comprimento de onda, frequência e velocidade da onda  4.1.5. Superposição de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Natureza e transmissão do som  4.2.2. Velocidade do som em diferentes meios  4.2.3. Reflexão do som e eco  4.2.4. Sonar e ultrassom  4.2.5. Ressonância e pulsação  4.3. Características do som  4.3.1. Intensidade, volume e qualidade do som  4.3.2. Efeito Doppler no som
  5. Iluminação e Óptica  5.1. Reflexão da luz  5.1.1. Leis da reflexão  5.1.2. Reflexão em um espelho plano  5.1.3. Reflexão em um espelho esférico  5.1.4. Formação de imagem por espelhos côncavos e convexos  5.1.5. Aplicações da Reflexão  5.2. Refração da luz  5.2.1. Leis da refração  5.2.2. Índice de refração  5.2.3. Refração através de uma placa de vidro  5.2.4. Refração na água e no ar  5.2.5. Lentes e seus tipos  5.2.6. Formação de imagens por lentes convexas e côncavas  5.2.7. Reflexão interna total e suas aplicações  5.3. Dispersão e espalhamento de luz  5.3.1. Espectro da luz branca  5.3.2. Prismas e Dispersão  5.3.3. Efeito Tyndall e céu azul
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Carga elétrica e eletricidade estática  6.1.1. O conceito de carga elétrica  6.1.2. Carregamento por fricção, contato e indução  6.1.3. Eletroscópio e seu funcionamento  6.2. Corrente Elétrica  6.2.1. O conceito de corrente elétrica  6.2.2. Lei de Ohm e Resistência  6.2.3. Fatores que afetam a resistência  6.2.4. Circuitos em Série e Paralelo  6.2.5. Efeito térmico da corrente elétrica  6.2.6. Potência e energia elétrica  6.3. Magnetismo  6.3.1. Ímãs naturais e artificiais  6.3.2. Propriedades dos ímãs  6.3.3. Magnetismo da Terra  6.3.4. Campo magnético e linhas de campo  6.3.5. Eletroímãs e suas aplicações
  7. Física Moderna  7.1. estrutura do átomo  7.1.1. Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas  7.1.2. Elétrons, Prótons e Nêutrons  7.1.3. Modelo de Rutherford e Bohr  7.2. Radioatividade  7.2.1. Tipos de emissões radioativas  7.2.2. Meia-vida e decaimento radioativo  7.2.3. Usos e perigos da radioatividade
  8. Ciência espacial e astronomia  8.1. O universo e seus componentes  8.1.1. Estrelas e galáxias  8.1.2. Planetas e Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturais e artificiais  8.2.2. Uso de satélites

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Expansão de sólidos, líquidos e gases


A expansão térmica é um conceito fundamental em calor e termodinâmica que descreve como o tamanho dos objetos muda com a temperatura. Todas as substâncias, sejam sólidas, líquidas ou gasosas, expandem-se quando aquecidas e contraem-se quando resfriadas. Este princípio é importante para entender muitos fenômenos naturais e tem aplicações práticas em engenharia, construção e na vida cotidiana.

Conceito básico de expansão térmica

Quando uma substância é aquecida, suas partículas começam a se mover mais vigorosamente. Esse aumento na vibração das partículas faz com que a substância se expanda. O grau de expansão depende do tamanho original da substância, da variação de temperatura que ocorre nela e de seu coeficiente de expansão térmica. Este conceito pode ser expresso por uma fórmula simples:

ΔL = α × L₀ × ΔT

Onde:

  • ΔL é a mudança no comprimento do objeto.
  • α é o coeficiente de expansão linear específico do material.
  • L₀ é o comprimento original do objeto.
  • ΔT é a variação de temperatura.

Expansão dos sólidos

Os sólidos têm forma e volume definidos, e suas partículas estão muito próximas umas das outras. Como resultado, os sólidos geralmente têm os menores coeficientes de expansão térmica em comparação com líquidos e gases. No entanto, a expansão dos sólidos é importante e deve ser levada em consideração em muitas aplicações.

Exemplos de difusão em sólidos

Ferrovias: Os trilhos de trem são feitos de aço e se expandem no verão. Para acomodar essa expansão, lacunas, conhecidas como juntas de expansão, são deixadas deliberadamente entre os trilhos.

Pontes: As pontes metálicas são projetadas com juntas de expansão uniformes para evitar danos estruturais devido às variações de temperatura ao longo do ano.

No exemplo acima, a linha sólida pode representar uma barra de metal à temperatura ambiente. Quando aquecida, a linha tracejada mostra como a barra de metal se expande. Você pode ver visualmente o aumento de comprimento.

Expansão de líquidos

Os líquidos, embora menos restritos que os sólidos, também se expandem quando aquecidos. Ao contrário dos sólidos, os líquidos não têm forma fixa, permitindo que se expandam mais livremente. A expansão dos líquidos é medida como uma mudança de volume em vez de comprimento.

A fórmula para a expansão volumétrica pode ser dada como:

ΔV = β × V₀ × ΔT

Onde:

  • ΔV é a mudança no volume.
  • β é o coeficiente de expansão volumétrica.
  • V₀ é o volume original do líquido.

Exemplos de difusão em líquidos

Termômetro: Um exemplo comum é um termômetro de mercúrio. À medida que a temperatura aumenta, o mercúrio se expande e sobe em uma coluna fina, possibilitando medir a temperatura.

Corpos d'água: Durante o tempo quente, a superfície de lagos e oceanos se expande à medida que as temperaturas aumentam. Embora isso seja imperceptível em pequena escala, pode afetar os padrões climáticos locais.

Nesta visualização, a coluna azul mostra o líquido em um recipiente estreito em duas temperaturas diferentes. As partes sombreadas mostram como o líquido se expande à medida que a temperatura aumenta, similar a como funciona um termômetro líquido.

Expansão de gases

Os gases se expandem muito mais do que sólidos e líquidos quando aquecidos. Isso ocorre porque as moléculas de gás estão distantes entre si e se movem livremente, tornando a expansão mais evidente. Seguindo a lei de Charles, a maioria dos gases se expande a uma taxa constante com a temperatura quando a pressão é mantida constante.

A lei de Charles afirma:

V₁/T₁ = V₂/T₂

Esta relação mostra que quando a pressão é constante o volume de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura.

Exemplos de expansão em gases

Baloes de ar quente: Balões de ar quente sobem porque o ar dentro do balão é aquecido, fazendo com que se expanda. O balão flutua porque tem uma densidade menor que o ar externo.

Pneus de carro: Em tempo quente, o ar dentro dos pneus de carro se expande, aumentando a pressão dos pneus. Monitorar a pressão dos pneus é muito importante para evitar acidentes.

O círculo sólido representa o gás em sua temperatura inicial, e o círculo tracejado mostra quanto o gás se expande à medida que a temperatura aumenta.

Aplicações da expansão térmica

A expansão térmica desempenha um papel vital em vários aspectos da vida:

Construção civil: Os engenheiros devem levar em consideração a expansão térmica ao projetar edifícios, pontes e estradas para evitar falhas estruturais.

Eletrodomésticos: Aparelhos como refrigeradores e fornos dependem do coeficiente de expansão térmica para funcionar eficientemente.

Culinária: As panelas se expandem quando aquecidas. Essa expansão ajuda a distribuir o calor uniformemente, o que cozinha os alimentos de forma mais eficiente.

Tubos: Os sistemas de tubulação devem acomodar mudanças no comprimento devido a variações de temperatura para evitar vazamentos e rupturas.

Conclusão

Compreender a expansão térmica é importante para muitas áreas da ciência e da engenharia. Desde vigas de aço em arranha-céus até airbags em carros, a expansão térmica é um fator crítico que afeta o design e a operação de muitos sistemas. Ao compreender os princípios de como diferentes materiais se expandem com o calor, engenheiros e cientistas podem criar projetos mais seguros e eficientes. Embora a matemática da expansão térmica possa parecer assustadora, o conceito básico é simples: os materiais se expandem quando aquecidos e se contraem quando resfriados.


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Expansão de sólidos, líquidos e gases

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