Aula 03: Grandezas e Unidades Físicas

    A física é responsável por estudar todos os acontecimentos que existem na natureza, os chamados fenômenos físicos. 

Para facilitar o estudo desses fenômenos, os físicos optaram por criar regras gerais que fossem capazes de serem identificadas em todo o mundo, uma forma universal de se estudar os fenômenos físicos, tornando-os padrão.

As grandezas físicas se resumem em unidades de medidas criadas através do Sistema Internacional de Unidades (SI), responsável por tal padronização.

Na mecânica, o SI corresponde ao sistema MKS, que tem como unidades fundamentais: metro, quilograma e segundo.

Em toda medida, os algarismos corretos e o primeiro duvidoso são chamados de algarismos significativos.

Entre as grandezas físicas também estão a notação científica, o tempo, a unidade métrica e as medidas de distância. 

Tabela das principais grandezas físicas Tabela das principais grandezas físicas

Usando o Sistema Internacional de Unidades, têm-se quatro vantagens básicas:

• Unicidade – Porque existe apenas uma unidade para cada grandeza física.
• Uniformidade – Acaba com eventuais confusões sobre símbolos, porque cada fenômeno físico possui o seu em particular.
• Relação decimal entre múltiplos e submúltiplos – Facilita o trabalho escrito e verbal, através da escrita com o uso da potência de dez.
• Coerência – Evita interpretações erradas. 

Por Talita A. Anjos 

http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/grandezas-fisicas-unidades.htm

Continuação...

     Em física, uma grandeza ou quantidade é o conceito que descreve qualitativa e quantitativamente as relações entre as propriedades observadas no estudo da natureza (no seu sentido mais amplo).

Uma grandeza descreve qualitativamente um conceito porque para cada noção diferente pode haver (pelo menos em princípio) uma grandeza diferente e vice-versa.

Uma grandeza descreve quantitativamente um conceito porque o exprime em forma de um binário de número e unidade.

Grandeza é tudo aquilo que envolve medidas. Medir significa comparar quantitativamente uma grandeza física com uma unidade através de uma escala pré-definida. Nas medições, as grandezas sempre devem vir acompanhadas de unidades. Exemplos de grandezas: comprimento, massa, temperatura, velocidade, aceleração.

Medir uma grandeza física é compará-la com outra grandeza de mesma espécie, que é a unidade de medida. Verifica-se, então, quantas vezes a unidade está contida na grandeza que está sendo medida. Em resumo, Grandeza Física é tudo aquilo que pode ser medido e associado um valor numérico e a uma unidade. Exemplos: tempo, comprimento, velocidade, aceleração, força, energia, trabalho, temperatura, pressão.

Classificações das grandezas físicas

Grandezas escalares

Grandezas escalares , como o tempo (por exemplo, 5 segundos), ficam perfeitamente definidas quando são especificados o seu módulo (5) e sua unidade de medida (segundo). Estas grandezas físicas (que são completamente definidas quando são especificados o seu módulo e a sua unidade de medida) são denominadas grandezas escalares. Exemplos: Densidade, Pressão, Área, Potência, Energia, Temperatura, Comprimento, Resistência, Massa, Tempo.

Grandezas vetoriais

Para serem caracterizadas, necessitam de um número e uma unidade (valor algébrico), direção e sentido. Exemplos: força, aceleração, velocidade, torque, quantidade de movimento, deslocamento, indutância, campo elétrico, campo magnético.

Grandezas fundamentais

São as grandezas ditas primitivas de que não dependem de outras para serem definidas. Somente são 7: comprimento, massa, tempo, intensidade de corrente elétrica, intensidade luminosa, temperatura termodinâmica e quantidade de matéria.

Grandezas derivadas

São definidas por relação entre as grandezas fundamentais. Exemplos: velocidade, força, potência.

UNIDADES DE MEDIDAS

Medir uma grandeza física significa compará-la com uma outra grandeza de mesma espécie tomada como padrão. Este padrão é o que chamamos de unidade de medida.

Muitas vezes, ao procedermos à medida de uma certa grandeza física, notamos que ela deve ser expressa por um número muito superior ou, dependendo do caso, muito inferior ao padrão ou unidade.

Para uma melhor apresentação e um fácil entendimento do resultado para todos foi elaborada uma forma , chamada de notação científica, onde um número N é representado de uma forma que, com o auxílio de uma potência de 10, acompanhado do número n indicará o número de vezes que a grandeza medida é maior ou menor que a unidade ou padrão, sendo que esse número é 1 < n < 10.

Com o rápido desenvolvimento da Física e a difícil comunicação entre os estudiosos no final do século XIX, foi aparecendo uma variedade muito grande de medidas para se comparar as mesmas grandezas, surgindo então uma necessidade de se elaborar um sistema onde todos utilizassem as mesmas medidas evitando assim inúmeras unidades para a mesma grandeza. Foi então que surgiu o Sistema Internacional de Medidas (S.I.), que não é nada mais do que um conjunto de unidades que se prestam para medir, comparar todas as espécies de grandezas, possibilitando ainda a operação com seus múltiplos e submúltiplos.

Unidades de Medida de Comprimento

De acordo com o SI (sistema internacional de medidas) o metro é considerado a unidade principal de medida de comprimento, seguido de seus múltiplos e submúltiplos. Os múltiplos do metro são o quilômetro (km), hectômetro (hm) e decâmetro (dam) e os submúltiplos são decímetro (dm), centímetro (cm) e milímetro (mm). Entre as medidas são estabelecidos critérios de conversão, de acordo com a tabela a seguir:

A medida que as unidades seguem a orientação da direita os valores são multiplicados por 10. E a medida que seguimos para a esquerda os valores são divididos por 10. Essa tabela de conversão existe para que as valores estejam sempre na mesma unidade. Vamos realizar as seguintes transformações:

10 km em metros → 10 * 10 * 10 * 10 = 10 000 metros

7 hm em dam → 7 * 10 = 70 decâmetros

5 m em cm → 5 * 10 * 10 = 500 centímetros

10 cm em m → 10 : 10 : 10 = 0,1 metros

1000 m em km → 1000 : 10 : 10 : 10 = 1 quilômetro

1 m em hm → 1 : 10 : 10 = 0,01 hectômetro

2 hm em mm → 2 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 = 200 000 milímetros

5 mm em m → 5 : 10 : 10 : 10 = 0,005 metros

4 km em mm → 4 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 = 4 000 000 milímetros 

Exemplo

Algumas medidas foram fornecidas a empresa responsável pela construção de casas populares. As informações trazem as dimensões das casas em várias unidades de comprimento diferenciadas. Faça transformação das unidades de forma que as unidades fiquem padronizadas. Observe a tabela com as dimensões das casas populares:

Casa 1
Comprimento: 120 dm
Largura: 700 cm

Casa 2
Comprimento: 0,8 dam
Largura: 90 dm

Casa 3
Comprimento: 10 000 mm
Largura: 0,009 km

Casa 4
Comprimento: 7 000 mm
Largura: 11 dm


Vamos realizar a conversão para a unidade padrão o metro.

Casa 1
120 dm em m = 120 : 10 = 12 metros
700 cm em m = 700 : 10 : 10 = 7 metros

Casa 2 
0,8 dam em m = 0,8 * 10 = 8 metros
9 dm em m = 90 : 10 = 9 metros

Casa 3 10 000 mm em m = 10 000 : 10 : 10 : 10 = 10 metros
0,009 km em m = 0,009 : 10 : 10 : 10 = 9 metros

Casa 4
7 000 mm em m = 7 000 : 10 : 10 : 10 = 7 metros
110 dm em m = 110 : 10 = 11 metros 

Por Marcos Noé Pedro Da Silva

Medidas de tempo

  A unidade de tempo escolhida como padrão no Sistema Internacional (SI) é o segundo.

Segundo

    O Sol foi o primeiro relógio do homem: o intervalo de tempo natural decorrido entre as sucessivas passagens do Sol sobre um dado meridiano dá origem ao dia solar.

O segundo (s) é o tempo equivalente a do dia solar médio.

    As medidas de tempo não pertencem ao Sistema Métrico Decimal.

Múltiplos e Submúltiplos do Segundo

Quadro de unidades 

Múltiplos
minutos	hora	dia
min	h	d
60 s	60 min = 3.600 s	24 h = 1.440 min = 86.400s

    São submúltiplos do segundo:

• 
  décimo de segundo
• centésimo de segundo
• milésimo de segundo

Cuidado:  Nunca escreva 2,40h como forma de representar 2 h 40 min. Pois o sistema de medidas de tempo não é decimal.

   Observe:

 

 Outras importantes  unidades de medida:

mês (comercial) = 30 dias ano (comercial) = 360 dias ano (normal) = 365 dias e 6 horas ano (bissexto) = 366 dias

semana = 7 dias quinzena = 15 dias bimestre = 2 meses trimestre = 3 meses quadrimestre = 4 meses

semestre = 6 meses biênio = 2 anos lustro ou qüinqüênio = 5 anos década = 10 anos século = 100 anos milênio = 1.000 anos

Notação Científica

A notação científica serve para expressar números muito grandes ou muito pequenos. A segredo é multiplicar um numero pequeno por uma potência de 10.

A forma de uma Notação científica é: m . 10 ^e, onde m significa mantissa e E significa ordem de grandeza. A mantissa SEMPRE será umvalor em módulo entre 1 e 10.

Transformando

Para transformar um numero grande qualquer em notação cientifica, devemos deslocar a vírgula para a esquerda até o primeiro algarismo desta forma:

200 000 000 000 » 2,00 000 000 000

note que a vírgula avançou 11 casas para a esquerda, entao em notação cientifica este numero fica: 2 . 10¹¹.

Para com valores muito pequenos, é só mover a virgula para a direita, e a cada casa avançada, diminuir 1 da ordem de grandeza:

0,0000000586 » movendo a virgula para direita » 5,86 (avanço de 8 casas) » 5,86 . 10^-8

-12.000.000.000.000 » -1,2 . 10¹³

http://www.infoescola.com/matematica/notacao-cientifica/

Exercícios

Aula 02: História da Física ( Parte 01)

       A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. Suas formulações são em geral compactantes expressas em linguagem matemática.A introdução da investigação experimental e a aplicação do método matemático contribuíram para a distinção entre Física, filosofia e religião, que , originalmente, tinham como objetivo comum compreender a origem e a constituição do Universo.A mesma se desenvolve em função da necessidade do homem de conhecer o mundo natural e controlar e reproduzir as forças da natureza em seu benefício.

        É com Aristóteles que a Física e as demais ciências ganham o maior impulso na Antigüidade . Suas principais contribuições para a Física são as idéias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade" ) e o geocentrismo . A lógica aristotélica irá dominar os estudos da Física até o final da Idade Média.Seus estudos mais importantes foram reunidos no livro Órganom .

    Geocentrismo - Aristóteles descreve o cosmo como um enorme ( porém finito) círculo onde existem nove esferas concêntricas girando em torno da Terra, que se mantêm imóvel no centro delas.

    Gravidade - Aristóteles considera que os corpos caem para chegar ao seu lugar natural. Na antiguidade, consideram-se elementos primários a terra, a água, ar e fogo. Quanto mais pesado um corpo (mais terra) mais rápido cai no chão. A água se espalha pelo chão porque seu lugar natural é a superfície da Terra. O lugar natural do ar é uma espécie de capa em torno da Terra. O fogo fica em uma esfera acima de nossas cabeças e por isso as chamas queimam para cima.

          A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Diz a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka !" ( Achei, achei !) . No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro. 

        Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo. No livro Commentariolus diz pela primeira vez que a Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Enfrenta a oposição da Igreja Católica, que adotara o sistema aristotélico como dogma e faz da Física um campo de estudo específico. Para muitos historiadores, a revolução copernicana se consolida apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas dos planetas de Joannes Kepler ( 1571- 1630).

    Heliocentrismo - "O centro da Terra não é o centro do mundo ( Universo) e sim o Sol ". Este é o princípio do heliocentrismo (que tem o Sol do grego hélio - como centro), formulado por Nicolau Copérnico e marco da concepção moderna de Universo. Segundo o heliocentrismo, todos os planetas, entre eles a Terra, giram em torno do Sol descrevendo órbitas circulares.O século XVII lança as bases para a Física da era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para seus país, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na óptica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton ( 1642-1727), cientista inglês, o grande nome dessa época: são dele a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal.

  Decomposição da luz - Newton pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca se decompõe nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta.

  Leis da mecânica - A mecânica clássica se baseia em três leis.

Primeira lei - É a da inércia. Diz que um objeto parado e um objeto em movimento tendem a se manter como estão a não ser que uma força externa atue sobre eles.

Segunda lei - Diz que a força é proporcional à massa do objeto e sua aceleração. A mesma força irá mover um objeto com massa duas vezes maior com metade da aceleração.

Terceira lei - Diz que para toda ação há uma reação equivalente e contrária. Este é o princípio da propulsão de foguetes: quando os gases "queimados"(resultantes da combustão do motor) escapam pela parte final do foguete, fazem pressão em direção oposta, impulsionando-o para a frente.

    Gravitação universal - observando uma maçã que cai de uma árvore do jardim de sua casa, ocorre a Newton a idéia de explicar o movimento dos planetas como uma queda. A força de atração exercida pelo solo sobre a maçã poderia ser a mesma que faz a Lua "cair" continuamente sobre a Terra.

    Principia - Durante os 20 anos seguintes , Newton desenvolve os cálculos que demonstram a hipótese da gravitação universal e detalha estudos sobre a luz, a mecânica e o teorema do binômio. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural, conhecida como Principia, obra-prima científica que consolida com grande precisão matemática suas principais descobertas. Newton prova que a Física pode explicar tanto fenômenos terrestres quanto celestes e por isso é universal.

( Continua)...


COMPREENDENDO O TEXTO


1. Após a leitura do texto, descreva com suas palavras a importância do estudo da física. ( Mínimo 05 linhas)
2. Pesquise e resuma no seu portfólio sobre a biografia dos físicos: ARISTÓTELES, PLATÃO, GALILEU e NEWTON. (Mínimo 15 linhas)