Física - UFC - Aula 01 Grandezas Físicas

8/14/2019 Fsica - UFC - Aula 01 Grandezas Fsicas

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Fsica Geral 1 CD256Prof: Solange B. Fagan

AULA 1

I -INTRODUO

I-1) Grandezas Fsicas:

Utilizamos as grandezas fsicas para expressar as leis da fsica, como porexemplo, comprimento, massa, tempo, fora, a velocidade, a massa especfica, aresistividade, a temperatura, intensidade luminosa, intensidade do campo magntico,entre outros.

Ao definirmos uma grandeza fsica como, por exemplo, massa, estabelecemosuma srie de procedimentos para medir esta grandeza e atribuir-lhe uma unidadecomo, por exemplo, o quilograma, ou seja instituirmos um padro.

Selecionamos o menor nmero de grandezas fsicas que conduzir a umadescrio completa da fsica nos termos mais simples. Compete ao BureauInternacional de Pesos e Medidas, localizado nas imediaes de Paris e fundado em1875 para tratar das selees das grandezas fsicas fundamentais.

Uma vez estabelecido um padro bsico (ex: comprimento), devemos tambmestabelecer mtodos que possibilitem medir a extenso de qualquer objeto por simples

comparao com o padro estabelecido, ou seja, o padro deve ser acessvel.

- Sistema Internacional de Unidades:

As unidades bsicas para grandezas fsicas definidas pelo sistema internacional(SI) so sete entre as quais comprimento (metro - m), massa (quilograma kg), tempo(segundo s), corrente eltrica (Ampere A), temperatura termodinmica (Kelvin K), quantidade de substncia (mol mol), e intensidade luminosa (candela cd).

Na tabela 1 temos alguns prefixos do SI.

Tabela 1:

Fator Prefixo Smbolo Fator Prefixo Smbolo

101

102

103

106

109

1012

decahectoquilomega

giga

terapeta

dahkM

G

TP

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

decicentimillimicro

nano

picofemto

dcm

n

pf

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18/7/2008http://www.fisica.ufc.br/solange/fg_aula1.htm


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- Padro de Comprimento:

O Boreau Internacional de Pesos e Medidas mantm, sob sua guarda, o primeiropadro de comprimento internacional, chamado de metro padro, uma barra feita comuma liga de platina irradiada. Historicamente metro foi planejado para ser um dcimo milionsimo da distncia do plo norte ao equador, ao longo da linha do meridianoque passa por Paris. Entretanto medidas mais precisas mostraram que a barra metropadro diferia ligeiramente deste valor (0,023%).

Definies:1 jarda = 0,9144 metro1 polegada = 2,54 cm = 0,0254 metro

- Padro de Massa:

O padro de massa do sistema internacional um cilindro feito com uma liga deplatina irradiada, guardado no Boreau Internacional de Pesos e Medidas, e designado,por acordo internacional, como sendo a massa de um quilograma.

A tabela 2 mostra algumas massas medidas em quilogramas.

Tabela 2:

1015

1018

exa E 10-15

10-18

atto a

Elementos QuilogramasNossa galxiaO Sol

A TerraA LuaA gua dos oceanosUm transatlnticoUm ElefanteUma PessoaUma UvaUma Partcula de poeiraUm vrus de tabaco

Uma molcula de penicilinaUm tomo de urnioUm prton

2,2 x 1041

2,0 x 1030

6,0 x 1024

7,4 x 1022

1,4 x 1021

7,2 x 107

4,5 x 103

5,9 x 101

3,0 x 10-3

6,7 x 10-10

2,3 x 10-13

5,0 x 10-17




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Na escala atmica temosum segundo padro de massa eque no unidade do SI, a

massa do tomo C12 que, poracordo internacional foi designado como sendo uma massa de doze unidades de massa

atmica (u), exatamente, e por definio. A relao entre esta e o quilograma dadapor:

1 u = 1,660 x 10-27 kg

- Padro de Tempo:

A unidade padro na medio de tempo dada em segundos.A tabela 3 mostra a faixa dos intervalos de tempo que podem ser medidos.

Tabela 3:

- Notao Cientfica e Algarismos Significativos:

A manipulao de nmeros muito grandes, ou muito pequenos, fica simplificadaquando se usa notao cientfica. Nesta notao, um nmero se escreve como o

produto de um nmero entre 1 e 10 e uma potencia de 10, como 102 (=100) ou 103

(=1000). Veja exemplo a seguir:

Exemplo:102 x 103 = 100 x 1000 = 100 000 = 102+3 = 105

Um eltron 4,0 x 10-26

1,7 x 10-27

9,1 x 10-31

Intervalos de Tempo SegundosIdade da Terra 1,3 x 1017

Idade da pirmide de Quops 1,5 x 1011

Durao provvel da vida humana 2,0 x 109

Durao da rbita da Terra em torno dosol (um ano)

3,1 x 107

Durao da rotao da Terra em tornodo seu eixo (um dia)

8,6 x 104

Perodo do satlite Eco II 5,1 x 103

Meia vida do nutron livre 6,6 x 102

Tempo entre as batidas normais docorao

8,0 x 10-1

Perodo do diapaso de nota l 2,3 x 10-3

Vida mdia do mon 2,2 x 10-6

Perodo de oscilao das microndas de3 cm

1,0 x 10-10

Perodo tpico de rotao de umamolcula 1,0 x 10-12




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ou

102 / 103 = 100 / 1000 = 1/10 = 102-3 = 10-1

O nmero de algarismos significativos no resultado da multiplicao, ou dadiviso, de vrios nmeros no pode ser maior que o menor nmero de algarismos

significativos de qualquer dos fatores, ou divisores. O resultado da adio ou dasubtrao, de dois nmeros no tem algarismos significativos alm da ultima casadecimal na qual os dois nmeros originais tm algarismos significativos.

Exemplo:Achar a soma de 1,040 e 0,21341,040 + 0,2134 = 1,253O primeiro nmero, 1,040, s tem trs algarismos significativos alm da vrgula

decimal, enquanto o segundo 0,2134, tem quatro. De acordo com regra, a soma spode ter trs algarismos significativos alm da vrgula decimal.

Exerccios:

1) O raio da Terra vale aproximadamente 6,4 x 106 m. Determine o raio da Terra emmilhas. Para obter o fator de converso de milhas para metros use a seguinte seqnciade converses: 1 milha = 5280 ps, 1 p = 12 pol, 1 pol = 2,54 cm.

2) Converta doze polegadas para metros. A quantas polegadas correspondem 0,003 m?

3) A milha mencionada no problema 1 a milha inglesa. Alm da milha inglesatambm existe a milha mtrica que vale aproximadamente 1500 metros. Nascompeties esportivas as vezes se usa a jarda como unidade de comprimento.a) Qual a diferena entre 300 jardas e 300 metros?b) Calcule a diferena entre 100 milhas inglesas e 100 milhas mtricas?

4) No problema 1 voc verificou que uma milha vale aproximadamente 1609 metros.Um foguete est a uma distncia de 490 milhas da Terra. Calcule esta distncia emquilmetros.

5) As distncias astronmicas so muito maiores do que as distncias medidas naTerra. Assim sendo, necessrio definir unidades convenientes para que as distnciasastronmicas no sejam indicadas com um nmero muito grandes de zeros. Umaunidade astronmica equivalente a distncia mdia entre o sol e a Terra, ou seja,

cerca de 1,49 x 108 km. Um parsec a distncia para qual uma unidade astronmicasubtende um ngulo de 1 segundo. Um ano-luz a distncia percorrida pela luz novcuo durante um ano; a velocidade da luz no vcuo vale aproximadamente 300 000km/s.a) Determine a distncia da Terra ao sol em parsecs e em anos-luz.

b) Expresse um ano-luz em quilmetros e em milhas.c) Expresse um ano-luz em unidades astronmicas.d) Quanto tempo a luz do sol leva para chegar at a Terra.




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6) Transforme para o SI as seguintes unidades: (a) 1 cm2, (b) 1 km2, (c) 1 nm2, (d)

1dm3 ( ou 1 litro) e (e) 1 mililitro.

7) (a) Suponha que a massa especfica (massa/volume) da gua seja exatamente igual

a 1 g/cm3; Expresse a massa especfica da gua em kg/m3 e me kg/l. (b) Um recipientede 15 litros de gua leva 5 horas para ser completamente esvaziado. Calcule a vazomssica (massa/tempo) da gua em kg/s.

8) Um shake uma unidade de tempo equivalente a 10-8 s. (a) Converta 1,2 x 10-2

shakes para nanosegundos. (b) Quantos shakes correspondem a 15 microssegundos?

9) (a) Quantos segundos existem em um dia solar mdio? (b) Quantos segundosexistem em um ano solar mdio? (c) O perodo de rotao do satlite Eco II era de 5,1

x 103

segundos; calcule o nmero de rotaes completas realizadas por este satlitedurante um ano solar mdio. Coloque os resultados em notao cientfica.

10) (a) Um homem possui velocidade aproximada de 13 m/s. (b) Um coelho possuivelocidade de 35 milhas/hora. (c) Um leo possui uma velocidade de 22 m/s. Convertatodas essas velocidades para km/h.

11) A velocidade da luz no vcuo vale c = 3 x 108 m/s. Expresse a velocidade da luzno vcuo em (a) km/h, (b) km/s, (c) mm/ps, (d) cm/s e (e) cm/ns.

12) A massa da Terra vale 5,98 x 1024 kg. O raio da Terra aproximadamente igual a

6,35 x 10 6 m. Determine o valor aproximado da massa especfica da Terra. D a

resposta em: (a) g/cm3, (b) kg/m3, (c) g/l.

13) O ano-luz j foi definido no Problema 5 deste captulo. Uma astronave se deslocacom uma velocidade 72 000 m/s. Calcule o valor dessa velocidade em anos-luz/sculo.

14) Exprimir cada um dos seguintes nmeros como um nmero decimal, sem usar a

notao de potencias de 10: (a) 3 x 104

; (b) 6,2 x 10-3

; (c) 4 x 10-6

; (d) 2,17 x 105

.

15) Calcular o valor de cada uma das seguintes expresses arredondando-o com onmero correto de algarismos significativos, e exprimir o resultado em notaocientfica:

(a) (1,14) x (9,99 x 104);

(b) (2,278 x 10-8) (5,31 x 10-9);

(c) 12/(4,56 x 10-3);

(d) 27,6 + (5,99 x 102).

16)Calcular o valor de cada uma das seguintes expresses, arredondando-o comnmero correto de algarismos significativos e exprimir o resultado em notao




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cientfica:

(a) (2,00 x 104) (6,10 x 10-2);

(b) (3,141592) (4.00 x 105);

(c) (2,32 x 103) (1,16 x 108);

(d) (5,14 x 103) + (2,78 x 102);

(e) (1,99 x 102) + (9,99 x 10-5).

17) Efetuar os seguintes clculos e arredondar a resposta com o nmero correto dealgarismos significativos:

(a) (3,141592654) x (23,2)2;

(b) (3,141592654) x (0.76);

(c) (4 /3) x (1,1)3;

(d) (2,0)5 / (3,141592654).


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