Introdução ao Estudo dos Fenômenos Físicos - FIS06325
Exercícios – Lista 1
Unidade I – Introdução à física, método científico, modelos, etc.
1)
Reflita sobre as questões abaixo e discuta – explicando suas razões – quais seriam problemas pertinentes para
uma investigação científica conduzida por um físico:
a.
2)
De que são constituídos os anéis de saturno?
b.
Por que as torradas sempre tendem a cair com a parte da manteiga virada para baixo?
c.
Quais as relações entre os acontecimentos em vidas passadas e na vida atual de uma pessoa?
d.
Por que não conseguimos lembrar dos fatos ocorridos na nossa primeira infância?
Discuta quais das hipóteses seguintes podem ser investigadas usando o método científico. Lembre-se: para uma
hipótese se considerada cientificamente plausível, ela deve ser consistente com fatos bem estabelecidos, deve ser
testável e refutável.
a.
3)
O diamante é mais duro do que o aço.
b.
O diamante é mais belo que o rubi.
c.
O diamante apresenta brilho mais intenso que o rubi.
d.
O sabão em pó da marca A lava melhor que o sabão em pó da marca B.
e.
A observação de pássaros é uma das atividades de lazer mais comuns nos EUA.
[Baseado em Young & Freedman, Física I] Quantas experiências são necessárias para se refutar uma teoria?
Quantas são necessárias para se aprovar uma teoria? Explique.
4)
Considere a afirmação a seguir, retirada do artigo de A. Einstein “Física e realidade”, traduzido para o português por
S. R. Dahmen, e publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física (v. 28, n. 1, pp. 9-22, 2006). (Esse artigo está
disponível para download na seção “Textos sugeridos”.)
“No palco de nossas experiências mentais surgem, em colorida sucessão, experiências sensíveis, seus quadros
mnemônicos, representações e sentimentos. Contrariamente à Psicologia, a Física ocupa-se (diretamente) apenas
com as experiências sensíveis e com a ‘compreensão’ das relações entre elas. Mas o conceito de ‘mundo externo
real’ do senso comum também se apoia exclusivamente sobre as impressões sensíveis.”
Comente o texto acima e explique o que você entende por “experiências sensíveis”.
5)
[Baseado em P. Lucie, Física Básica, Vol. I] Em um trecho de um de seus livros, Galileu analisa da seguinte
maneira o fenômeno da resistência do ar:
“... um corpo pesado possui uma tendência inata a mover-se com um movimento constante e uniformemente
acelerado em direção ao centro comum de gravidade, ou seja, ao centro de nossa Terra, de maneira que, em
intervalos de tempos iguais, sofre acréscimos iguais, de momento e de velocidade. Mas isso é válido apenas no
caso de todos os impedimentos externos e acidentais terem sido removidos; no entanto, um desses impedimentos
não pode nunca ser removido: é o meio, que deve ser penetrado e jogado para o lado pelo corpo que cai. Como já
disse, esse corpo é por sua natureza continuamente acelerado, o que faz com que encontre uma resistência do
meio cada vez maior, com a conseqüente diminuição da taxa de aumento de sua velocidade até que, finalmente, a
velocidade atinja um valor tal, ao mesmo tempo que a resistência do meio se torne tão grande que, um equilibrando
o outro, os dois efeitos impedem qualquer aceleração futura. O movimento do corpo torna-se então uniforme e daí
em diante conservará um valor constante.”
a.
Faça, a respeito do trecho acima transcrito, qualquer comentário ou crítica que julgar conveniente.
b.
Galileu afirma a existência de uma velocidade limite, para um corpo que cai. Esse fato pode ser
comprovado por observação experimental? De que maneira?
c.
Construa um modelo matemático para descrever a situação descrita por Galileu, utilizando conhecimentos
de Física aprendidos no Ensino Médio. Para isso, faça uma hipótese a respeito da relação entre a força de
resistência do meio e a velocidade de queda do objeto.
6)
[Baseado em P. Lucie, Física Básica, Vol. I] Em outro trecho do mesmo livro, Galileu explica que a resistência do ar
sobre um corpo que cai é devida aos choques do meio (ar) contra as asperezas e rugosidades existentes na
superfície do corpo. Explica a seguir que, na medida em que um corpo diminui de tamanho, a superfície se torna
cada vez mais importante, relativamente ao peso; consequentemente, a resistência do ar tem mais influência sobre
o movimento de um corpo pequeno que sobre o movimento de um corpo maior, da mesma forma e feito da mesma
substância.
a.
Verifique esse efeito de superfície, calculando a razão entre os pesos de duas esferas de aço, com raios R
e 2R, respectivamente, e comparando com a razão entre as áreas superficiais das mesmas esferas. Repita
o cálculo para outras formas geométricas simples (cubos, cilindros, etc.) e discuta o resultado encontrado.
b.
Deixe cair, de uma altura de uns poucos metros um punhado de poeira ou de areia bem seca. O que
aconteceria se a queda ocorresse no vácuo (experimento imaginário)? O que acontece na realidade?
Explique as diferenças.
7)
[Baseado em P. Lucie, Física Básica, Vol. I] Seguindo Galileu, diremos que um corpo que cai em um meio fluido
atinge uma velocidade limite se a altura da queda for suficientemente grande. Quais são os parâmetros relevantes
na determinação dessa velocidade? Sugira um procedimento experimental que permita descobrir de que maneira a
velocidade limite depende desses parâmetros.
8)
Com relação aos experimentos de Galileu com o plano inclinado, discuta qual o papel desempenhado pelo atrito
entre as esferas que desciam o plano e a superfície deste.
9)
[Baseado em P. Lucie, Física Básica, Vol. I] Uma das hipóteses consideradas por Galileu para descrever o
movimento acelerado dos corpos que caem foi assumir que a velocidade seria diretamente proporcional à distância
percorrida pelo corpo em queda livre. Essa hipótese foi descartada pelo próprio Galileu, com o seguinte argumento:
“... se a velocidade com que um corpo cai, ao percorrer uma distância de oito pés, fosse o dobro da velocidade com
que ele percorre os primeiros quatro pés, os intervalos de tempo necessários para percorrer essas duas distâncias
seriam iguais. Mas uma queda de quatro pés e de oito pés no mesmo intervalo de tempo somente seria possível no
caso de movimento instantâneo; a observação no entanto nos mostra que o movimento de um corpo que cai
consome tempo, e consome menos tempo numa queda de quatro pés do que numa queda de oito pés;
consequentemente, não é verdadeiro que a velocidade aumenta proporcionalmente ao espaço.”
a.
Faça uma análise crítica do raciocínio de Galileu, discutindo a aparente confusão entre os conceitos de
velocidade média e velocidade instantânea.
b.
Em sua opinião, é possível determinar, por argumentos puramente lógicos como o apresentado por
Galileu, se a velocidade deve crescer proporcionalmente à distância percorrida na queda ou ao tempo de
queda? Caso sua resposta seja positiva, apresente esses argumentos. Caso sua resposta seja negativa,
discuta como então essa dúvida poderia (ou deveria) ser resolvida.
c.
Se um objeto se movesse com velocidade diretamente proporcional à distância percorrida, esboce como
deveria ser a forma de um gráfico de posição em função do tempo para esse objeto. Compare com o
gráfico da posição em função do tempo para um objeto que se move com velocidade diretamente
proporcional ao tempo gasto no movimento do objeto.
10) Um dos personagens fictícios presentes nos textos de Galileu faz a seguinte afirmação, ainda com relação à queda
dos corpos:
“... o movimento uniformemente acelerado é tal que sua velocidade aumenta em proporção ao espaço percorrido;
de forma que, por exemplo, a velocidade adquirida por um objeto caindo de uma altura de quatro côvados seria o
dobro daquela adquirida na queda de dois côvados e esta última seria o dobro daquela adquirida no primeiro
côvado. (...) Essas proposições, ao que me parece, devem ser aceitas sem hesitação ou controvérsia.”
Essa afirmação é derrubada na seqüência do próprio texto. Explique o que há de errado com a afirmação e
apresente a relação matemática correta entre as grandezas mencionadas no texto.
11) [Baseado em uma questão de vestibular da UERJ, de 1999] Foi veiculada na televisão uma propaganda de uma
marca de biscoitos com a seguinte cena: um jovem casal estava num mirante sobre um rio e alguém deixava cair lá
de cima um biscoito. Passados alguns segundos, o rapaz se atira do mesmo lugar de onde caiu o biscoito e
consegue agarrá-lo no ar. Analise as possibilidades de essa situação acontecer na realidade, considerando os
resultados das experiências de Galileu sobre a queda dos corpos.
12) [Baseado em uma questão do Provão de Física do MEC, de 1999] Considere o seguinte trecho de um dos escritos
de Galileu:
“Com efeito, nos planos inclinados descendentes está presente uma causa de aceleração, enquanto nos planos
ascendentes está presente uma causa de retardamento; segue-se disso ainda que o movimento sobre um plano
horizontal é eterno, visto que é uniforme, não aumenta nem diminui, muito menos se acaba.”
Esse texto é considerado a primeira expressão de um dos princípios fundamentais da Física. Comente sobre o texto
e discuta qual o princípio em questão.