Física I (FIS130)
(2013.2)
Prof. José Garcia Vivas Miranda
[email protected]
Bibliografía complementar
Fundamentos de Física: Mecânica – Vol. 1. Robert Resnick,
Jearl Walker e David Halliday. Ed.: LTC.
Sears e Zemansky – Física I, Hugh D. Yong e R. A.
Freedman, 10a edição. Adison Wesley.
Física – Vol. 1. David Halliday, Robert Resnick e Kenneth S.
Krane. Ed.: LTC.
Curso de Física Básica: Mecânica. H. Moysés Nussenzveig.
Ed. Edgard Blücher LTDA.
ALONSO, FINN, Física – Um Curso Universitário
Capítulo 1
Sobre a Ciência
O que é ciência?
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Ciência é o corpo de
conhecimentos que descreve
a ordem na natureza e a
origem dessa ordem.
Tem como finalidade reunir
conhecimento sobre o
mundo, organizá-lo e
condensá-lo em leis e teorias
testáveis.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
História da ciência:
-Grécia
-Império romano
-Bárbaros (idade das trevas)
-Século XIII surge a universidade na Europa
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Medidas científicas:
Uma boa ciência é feita com uma boa
medida. (Lord Kelvin)
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Precisamos de bons instrumentos para
fazermos boas medidas?
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Medida do tamanho da Terra:
O bibliotecário de Alexandria: Eratóstenes,
cerca de 235 a.C.
Circunferência = 40.000km
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Matemática: uma das linguagens da ciência.
Idéias expressas com a matemática, não são
ambíguas.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Atitude científica:
-Fato
-Hipótese
-Teoria
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Atitude científica:
-Fato  Dados a respeito do mundo
passíveis de revisão.
-Hipótese  Idéia passível de ser testada.
-Teoria (leis) conjunto de hipóteses
testadas.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Hipóteses :
-Científicas
-Não-científicas
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Quais dessas hipóteses é científica?
a)Os átomos são as menores partículas da
matéria
b)O espaço é permeado de uma substância
não-detectável.
c) Garcia é o melhor professor de todos os
tempos.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
O método científico (abordagem indutiva)
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Ciência, Arte e Religião
O que tem em comum e diferente?
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Ciência, Arte e Religião
Todas buscam um significado para o mundo em nossa volta.
Contudo têm raízes diferentes:
A ciência busca entender a ordem do cosmo
A religião busca o porque da ordem.
A arte é a interpretação pessoal e criativa dessa ordem.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Ciência e Tecnologia
São a mesma coisa?
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Ciência e Tecnologia
A ciência reúne conhecimento e o organiza
A tecnologia usa esse conhecimento para propósitos práticos.
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Física: A ciência fundamental
Movimento, força, energia, matéria, luz, calor, som e o interior
dos átomos.
Neurociência
Biologia
Química
Arquitetura
Física
Capítulo 1 –Sobre a Ciência
Estudar Física é
observar a natureza.
Medição em Física
A física está baseada na medição de grandezas físicas.
Algumas grandezas físicas foram escolhidas como grandezas
fundamentais (como o comprimento, o tempo e a massa);
cada uma foi definida e termos de um padrão e recebeu
uma unidade de medida (como o metro, o segundo e o
quilograma). Outras grandezas físicas são definidas em
termos das grandezas fundamentais e de seus padrões de
unidades
Sistema Internacional de Unidades (SI)
Em 1971, na 14ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas,
foram selecionadas sete grandezas como fundamentais, as
quais formam a base do SI. Três grandezas básicas do SI são:
Grandeza
Nome da Unidade
Símbolo da Unidade
Comprimento
metro
m
Tempo
segundo
s
Massa
quilograma
kg
Obs: várias unidades são definidas em relação em termos das
unidades básicas.Ex:
1 watt = 1 W = 1 kg.m2/s3
A notação científica emprega potências de 10 para
representar números muito grandes ou muito pequenos.
Ex:
1.450.000.000 m = 1,45×109 m
0,000000567 m = 5,67×10-7 m
São exemplos de prefixos para unidades no SI:
Fator
Prefixo
Símbolo
109
giga-
G
106
mega-
M
103
quilo-
k
10-2
centi-
c
10-3
mili-
m
10-6
micro-

10-9
nano-
n
10-12
pico-
p
Comprimento (metro)
1792 (França) – um décimo de milionésimo da distância entre
o Pólo Norte e o Equador. Mais tarde, por razões práticas o
metro foi definido como a distância entre duas linhas finas
gravadas nas extremidades de uma barra de platina-irídio (barra
do metro padrão).
1960 - foi adotado outro padrão baseado no comprimento de
onda da luz (1.650.763,73 comprimentos de onda da luz emitida
por átomos de criptônio).
1983 – O metro é o comprimento da trajetória percorrida pela
luz no vácuo durante o inervalo de tempo de 1/299.792.458 de
um segundo.
Tempo (segundo)
13ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (1967) adotou
o segundo baseado no relógio de césio-133.
Um segundo é o tempo tomado por 9.192.631.770
oscilações da luz (de um comprimento de onda
especificado) emitida por um átomo de césio-133.
Sinais de tempo precisos são enviados a outras partes do
mundo através de sinais de rádio sincronizados com relógios
atômicos em laboratórios de padronização.
Ver Scale-of-Universe
Distâncias
• Imagine um transporte que
viajasse a 3.000 Km/h
(Concord).
• Rápido não?
• A essa velocidade
demoraríamos apenas 1
minuto para sair da Ribeira
e chegar em Itapoã.
29
Distâncias
• A essa velocidade demoraríamos 13 horas para
dar a volta no mundo.
30
Distâncias
• A essa velocidade
demoraríamos 13
horas para dar a volta
no mundo.
• 5 dias para chagar na Lua.
31
Distâncias
• 3 anos para Marte.
32
Distâncias
• 6 anos para o Sol
33
Distâncias
30 anos para Júpiter
34
Distâncias
a estrela mais próxima, Alfa Centaurium
7.700 anos
35
Grandeza temporal
• Temos __ minutos que estamos
conversando.
• Faz 2013 anos que nasceu Jesus.
• O primeiro homem surgiu
aproximadamente a 3.200.000 anos
atrás.
• A Terra surgiu à 4.650.000.000 anos
atrás.
15.000 anos atrás
• O Universo à
atrás.
15.000.000.000 anos
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Grandeza temporal
Se fossemos escrever um livro de 500
páginas sobre a história do Universo o
homem estaria na última frase do último
parágrafo da última página.
Se o Universo tivesse sido criado em
Janeiro, a terra apareceria em março e o
homem faltando menos de um segundo
para o ano novo.
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O Pequeno Universo
• Em um pequeno grão
de arroz temos
aproximadamente
2x1022 átomos.
São 2.000.000.000.000.000.000.000 de átomos em
Um pequeno grão de arroz!
Número de habitantes no mundo 7.060.000.000 habitantes.
Exemplo do copo de água nos oceanos.
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O Pequeno Universo
• Se a Terra fosse do tamanho de um
átomo, em um grão de arroz teríamos
aproximadamente 2.800 sistemas
solares!!!
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Grandeza temporal
• Neste segundo que se
passou, uma única
partícula de ar se chocou
aproximadamente
8.000.000.000 vezes com
outras partículas de ar.
• Tempo relativo de Einstein
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A imensidão do minúsculo
• “Eu poderia viver recluso
em uma casca de noz e
me considerar rei do
espaço infinito...”
Shakespeare, Hamlet, ato 2, cena 2.
• Eu poderia viver recluso, por apenas um
segundo em uma casca de noz e me
considerar rei eterno do espaço infinito
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Massa (quilograma)
O padrão de massa do SI é um cilindro de platina-irídio
mantído próximo a Paris, ao qual foi atribuída a massa de 1
quilograma.
Um segundo padrão de massa é o padrão atômico. Foi
atribuída a massa de 12 unidades de de massa atômica (u) ao
átomo de carbono-12. A relação entre as duas unidades é:
1u=(1,6605402±0,0000010)×10-27 kg
Cópia N°20 do Padrão Internacional do quilograma (de Sèvres,na França)
Grandezas complexas podem ser expressas por grandezas elementares
UNIDADES DE BASE DO SI (sistema internacional de unidades)
Ex: 1 N = 1 kg . m/s2
Unidade SI
Grandeza
Nome
Símbolo
Tempo
Segundo
s
Distância
metro
m
Massa
quilograma
kg
Quantidade de substância
mol
mol
Temperatura termodinâmica
kelvin
K
Corrente elétrica
ampère
A
Intensidade luminosa
candela
cd
Incertezas e Algarismos Significativos
A diferença entre medidas está na incerteza em relação ao
valor real.
Algarismos significativos são números de dígitos confiáveis.
Exercício: Medida de π. Dados: C=135 mm e d=42,4 mm. Calcule π
e escreva o resultado com algarísmos significativos corretos.

d
C
C
 3,141592654 ???
d
Precisão e algarismos significativos
Regra 1 – Algarismos significativos: Conte, a partir da esquerda, ignorando
todos os zeros iniciais; mantenha todos os dígitos até o primeiro duvidoso.
Ex.: x=3m e x=0,003 km têm apenas 1 algarismo significativo.
x=3,0 ou x=0,0030 têm dois significativos.
Cuidado com notações ambíguas
Ex.: x=300m não esclarece a quantidade de dígitos significativos da medida.
Para isso, devemos utilizar a notação científica:
x=3x102 tem apenas um significativo enquanto x=3,0x102 tem dois.
Regra 2 – Ao multiplicar ou dividir, não mantenha no produto ou
quociente um número de algarismos significativos maior do que o fator menos
preciso.
Ex.: 2,3 x 3,1416 = 7,2
Regra 3 – O número de casas decimais da soma ou da diferença é o mesmo
do dado que tiver o menor número de casas decimais.
Ex.:
103,9
kg
2,10
kg
0,319 kg
106,319  106,3 kg
Exercícios
1 – Escreva, conforme o exemplo abaixo, as unidades em
notação científica.
a) v = 0,0364 m/s =
b) energia de repouso do elétron mec2 = 511000 eV =
c) capacidade de armazenamento de um disco rígido
comercial = 40 000 000 000 bytes =
3 – Calcule, com a aproximação correta:
a) 2,438x1,2
b) 4,39-1,237
c) 8,23/2,0
d) 11,43+9,13