Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

Graduação ↓


Mecânica clássica


A mecânica clássica é um ramo da física que lida com o movimento dos objetos e as forças que atuam sobre eles. Ela forma a base para muitos estudos avançados em física e engenharia. Inicialmente desenvolvida por Isaac Newton e posteriormente refinada por outros físicos, a mecânica clássica descreve como objetos macroscópicos se comportam sob várias forças. Inclui vários conceitos-chave, como as leis de Newton sobre momento, energia, momento e momento angular.

Leis do movimento de Newton

Primeira lei: Lei da inércia

A primeira lei de Newton afirma que um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento continua a mover-se em linha reta a uma velocidade constante, a menos que uma força externa seja aplicada. Isso é chamado de lei da inércia.

Segunda lei: Lei da aceleração

A segunda lei define a relação entre a força aplicada a um objeto e sua aceleração. É expressa matematicamente da seguinte forma:

F = ma

Onde F é a força aplicada ao objeto, m é a massa do objeto, e a é a aceleração.

Peso

O círculo representa um objeto sobre o qual uma força descendente (peso) está agindo devido à gravidade.

Terceira lei: Ação e reação

A terceira lei de Newton afirma que para cada ação há uma reação igual e oposta. Isso significa que as forças sempre aparecem em pares. Se um objeto A exerce uma força sobre um objeto B, então o objeto B exerce uma força igual e oposta sobre o objeto A.

Exemplo: Quando um nadador empurra contra a parede de uma piscina, de acordo com a terceira lei de Newton, a parede empurra o nadador na direção oposta com uma força igual, fazendo com que o nadador avance.

Conceitos de força

Força é qualquer interação que altera o movimento de um objeto sem oposição. As forças podem fazer com que os objetos acelerem, desacelerem, permaneçam no lugar ou mudem de forma. A unidade de força no Sistema Internacional (SI) é o newton (N).

Trabalho e energia

Trabalho

Trabalho é a energia transferida por uma força que move um objeto por uma certa distância. É calculado da seguinte forma:

W = Fd cos theta

Onde W é o trabalho realizado, F é a força aplicada, d é a distância percorrida pelo objeto, e theta é o ângulo entre a direção da força e a direção do movimento.

Energia cinética

Energia cinética é a energia que um objeto possui devido ao seu movimento. Ela é dada pela fórmula:

KE = frac{1}{2}mv^2

Onde KE é a energia cinética, m é a massa do objeto, e v é sua velocidade.

Energia potencial

Energia potencial é a energia que está armazenada em um objeto devido à sua posição em um campo de força, geralmente a gravidade. Energia potencial gravitacional é calculada da seguinte forma:

PE = mgh

Onde PE é a energia potencial, m é a massa do objeto, g é a aceleração devido à gravidade, e h é a altura acima do ponto de referência.

Leis de conservação

Conservação de energia

O princípio da conservação de energia afirma que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas convertida de uma forma para outra. A energia total em um sistema isolado permanece constante.

Exemplo: Em uma montanha-russa, a energia mecânica total é conservada. No ponto mais alto, a energia potencial é máxima e a energia cinética é mínima. Na descida, a energia potencial é convertida em energia cinética.

Conservação do momento

Momento é o produto da massa e da velocidade de um objeto. A lei da conservação do momento afirma que se nenhuma força externa atua sobre um sistema fechado, então seu momento total permanece constante.

p = mv

Onde p é o momento, m é a massa, e v é a velocidade.

Exemplo: Em uma colisão, o momento antes da colisão é igual ao momento após a colisão, desde que não haja forças externas interferindo.

Colisão

Colisão elástica

Em uma colisão elástica, tanto o momento quanto a energia cinética são conservados. Os objetos colidem entre si sem qualquer deformação ou geração de calor.

Colisão inelástica

Em uma colisão inelástica, o momento é conservado, mas a energia cinética não é. Os objetos podem se unir ou se deformar, fazendo com que a energia cinética seja convertida em outras formas, como calor ou som.

Movimento harmônico simples

Movimento harmônico simples (MHS) é um movimento periódico onde a força restauradora é diretamente proporcional ao deslocamento. Um exemplo disso é uma massa presa a uma mola.

F = -kx

Onde F é a força restauradora, k é a constante de mola, e x é o deslocamento em relação ao equilíbrio.

Massa

O círculo azul representa uma massa em movimento harmônico simples em uma mola.

Exemplo: Um pêndulo balançando em pequenos ângulos aproxima-se de um movimento harmônico simples porque as forças envolvidas satisfazem o critério do MHS.

Velocidade angular

Velocidade angular e aceleração

Velocidade angular é a taxa de variação do deslocamento angular e é medida em radianos por segundo. A aceleração angular é a taxa de variação da velocidade angular.

omega = frac{Delta theta}{Delta t}, alpha = frac{Delta omega}{Delta t}

Onde omega é a velocidade angular, Delta theta é a mudança no ângulo, Delta t é a mudança no tempo, e alpha é a aceleração angular.

Torque

Torque é uma medida da força que pode girar um objeto em torno de um eixo. É uma quantidade vetorial, tendo tanto magnitude quanto direção.

tau = rF sin theta

Onde tau é o torque, r é a distância do braço de alavanca, F é a força aplicada, e theta é o ângulo entre a força e o braço de alavanca.

Força

A figura acima mostra um braço de alavanca girando em torno de um ponto de pivô ao aplicar uma força em um ângulo.

Conservação do momento angular

O momento angular é preservado em um sistema fechado sem torque externo. O momento angular de um objeto em rotação é expresso como:

L = Iomega

Onde L é o momento angular, I é o momento de inércia, e omega é a velocidade angular.

Exemplo: Uma patinadora no gelo girando com os braços esticados irá girar mais rápido se ela puxar os braços para dentro, porque o momento angular é conservado.

Aplicações no cotidiano

A mecânica clássica pode ser vista em atividades e objetos do dia a dia. Desde o ato básico de caminhar, onde os músculos do corpo aplicam força no chão, até dirigir um veículo, onde várias forças e movimentos entram em jogo.

Compreender a mecânica clássica ajuda a projetar máquinas eficientes, prever padrões climáticos e até mesmo lançar satélites no espaço, calculando cuidadosamente forças e movimentos.


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Mecânica clássica

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