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 térmica


A expansão térmica é um conceito no ramo da física conhecido como termodinâmica, que lida com a relação entre calor, temperatura e energia. Ela descreve a tendência da matéria de alterar sua forma, área, volume e densidade em resposta a mudanças de temperatura. Em termos simples, quando as substâncias são aquecidas, elas se expandem, e quando são resfriadas, elas se contraem. Esse comportamento é observado em sólidos, líquidos e gases, embora de maneiras diferentes.

O que causa a expansão térmica?

No nível atômico, a expansão térmica ocorre porque os átomos e moléculas vibram mais em temperaturas mais altas. À medida que a temperatura de uma substância aumenta, essas partículas se movem mais rapidamente, empurrando-se mais para longe umas das outras. Esse aumento de velocidade e separação resulta na expansão da substância.

Exemplo 1: Trilhos de ferro em um dia quente

Durante o verão, você pode notar que os trilhos de trem às vezes deformam ou dobram. Isso acontece porque os trilhos de metal se expandem à medida que as temperaturas aumentam. Os engenheiros acomodam essa expansão deixando pequenos espaços, chamados juntas de expansão, entre as seções dos trilhos.

Tipos de expansão térmica

Geralmente, há três tipos de expansão térmica que são importantes de se considerar: expansão linear, expansão de área e expansão de volume. Cada tipo descreve como diferentes dimensões dos materiais podem se expandir devido a mudanças de temperatura.

1. Expansão linear

A expansão linear refere-se à alteração em uma dimensão (comprimento) de um objeto quando é aquecido ou resfriado. É geralmente vista em objetos longos, como hastes e trilhos. A mudança no comprimento pode ser calculada pela fórmula:

 ΔL = αL₀ΔT

Onde:

  • ΔL é a mudança no comprimento
  • α (alfa) é o coeficiente de expansão linear
  • L₀ é o comprimento original
  • ΔT é a mudança de temperatura
L₀ L₀ + ΔL

Exemplo 2: Uma barra de metal

Considere uma barra de metal que tem 2 m de comprimento. Se o coeficiente de expansão linear dela é 12 × 10-6 por grau Celsius, e a temperatura sobe 30 °C, a mudança no comprimento pode ser calculada como:

 ΔL = 12 × 10^-6 × 2 × 30 = 0,00072 m ou 0,72 mm

2. Expansão de área

Para objetos que possuem uma grande área superficial, como chapas ou placas, considera-se a expansão de área. A fórmula para a expansão de área pode ser dada como:

 ΔA = 2αA₀ΔT

Onde:

  • ΔA é a mudança na área
  • A₀ é a área original
A₀ A₀ + ΔA

3. Expansão de volume

A expansão de volume é o tipo mais comumente observado de expansão, especialmente em fluidos. Ela descreve como todo o volume de um objeto se expande. A fórmula para expansão de volume é:

 ΔV = βV₀ΔT

Onde:

  • ΔV é a mudança no volume
  • β (beta) é o coeficiente de expansão de volume, que para sólidos geralmente é cerca de 3α
  • V₀ é o volume original
V₀ V₀ + ΔV

Exemplo 3: Balão ao sol

Imagine um balão cheio de ar. Quando você o solta no sol, o ar dentro se aquece, causando a expansão do balão. Isso é a expansão de volume em ação. Se você precisar medir a mudança no volume, pode usar a fórmula acima para calcular a expansão com base no volume inicial e na mudança de temperatura.

Aplicações da expansão térmica

Pontes

Muitas pontes possuem juntas de expansão que permitem que se expandam e contraiam com as mudanças de temperatura sem causar danos estruturais.

Expansão térmica em termômetro líquido

Termômetros líquidos, como aqueles contendo mercúrio ou álcool, dependem da expansão térmica. À medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e sobe no tubo estreito, indicando a temperatura.

Linhas de energia

As linhas de energia são frequentemente estendidas frouxamente entre os postes para permitir a expansão térmica no verão sem se romper. No inverno, elas encolhem e ficam ainda mais apertadas devido ao frio.

Conclusão

A expansão térmica desempenha um papel fundamental em muitos fenômenos do dia a dia e aplicações tecnológicas. Compreender como os materiais se expandem e contraem com mudanças de temperatura é essencial para projetar estruturas, dispositivos e sistemas seguros e eficazes. Considerando os coeficientes de expansão para diferentes materiais, os engenheiros e cientistas podem antecipar e mitigar problemas potenciais causados por flutuações de temperatura.


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