Fundamentos de Física - Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica

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Sucesso há mais de quatro décadas em todo o mundo, Fundamentos de Física continua cumprindo o desafio de apresentar a Física de maneira clara, unindo a teoria e os exercícios às aplicações práticas do mundo real.

Novidades da 10a edição:- Módulos e Objetivos de AprendizadoOs capítulos vêm agora divididos em módulos conceituais, dedicados a temas básicos, com uma lista de objetivos do aprendizado para que o estudante identifique, de antemão, todos os conceitos e as definições que verá naquele módulo.

- Capítulos ReformuladosPara facilitar o aprendizado, alguns capítulos foram reformulados, como o que aborda a lei de Gauss e o potencial elétrico. Houve também a preocupação de estabelecer uma ligação mais clara e direta com os conceitos-chave apresentados.

- Novos Exemplos, Perguntas e Problemas250 novos problemas, 50 perguntas inéditas e 16 novos exemplos foram acrescentados a esta edição. Permanecem como destaques desta 10a edição os materiais suplementares, todos traduzidos e disponíveis no site www.grupogen.com.br/halliday-volume-2 (LTC Editora – GEN | Grupo Editorial Nacional), mediante cadastro.

 

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10 capítulos

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12 Equilíbrio e Elasticidade

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Equilíbrio e Elasticidade

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EQUILÍBRIO

Objetivos do Aprendizado 

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

12.01 Conhecer a diferença entre equilíbrio e equilíbrio estático.

12.02 Conhecer as condições do equilíbrio estático.

12.03 Saber o que é o centro de gravidade e qual é a relação entre o centro de gravidade e o centro de massa.

12.04 Dada uma distribuição de partículas, calcular as coordenadas do centro de gravidade e do centro de massa.

Ideias-Chave  zz Dizemos que um corpo rígido em repouso está em equilíbrio

estático. Se um corpo está em equilíbrio estático, a soma vetorial das forças externas que agem sobre o corpo é zero:

:

Se todas as forças estão no plano xy, todos os torques são paralelos ao eixo z e essa equação vetorial é equivalente a uma equação para a componente z:

F res 5 0  (equilíbrio de forças).

 

13 Gravitação

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Gravitação

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A LEI DA GRAVITAÇÃO DE NEWTON

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

13.01 Usar a lei da gravitação de Newton para relacionar a força gravitacional entre duas partículas à massa das partículas e à distância entre elas.

13.03 Desenhar um diagrama de corpo livre para indicar a força gravitacional exercida sobre uma partícula por outra partícula ou por uma casca esférica homogênea.

13.02 Saber que uma casca esférica homogênea atrai uma par-

tícula situada do lado de fora como se toda a massa estivesse concentrada no centro.

Ideias-Chave zz Toda partícula do universo atrai outras partículas com uma força

zz A força gravitacional exercida por objetos macroscópicos pode

gravitacional cujo módulo é dado por

ser calculada somando (integrando) as forças exercidas pelas partículas que compõem o corpo. No caso especial de uma casca esférica homogênea, a força gravitacional exercida sobre um objeto situado do lado de fora pode ser calculada como se toda a massa estivesse concentrada no centro do objeto.

 

14 Fluidos

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Fluidos

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MASSA ESPECÍFICA E PRESSÃO DOS FLUIDOS

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

14.01 Saber a diferença entre fluidos e sólidos.

14.02 Conhecer a relação entre massa específica, massa e volume

14.03 Conhecer a relação entre pressão hidrostática, força e a área em que a força é aplicada.

para um material homogêneo.

Ideias‑Chave zz A massa específica  de um material homogêneo é definida

como a massa m de uma amostra do material dividida pelo volume

V do material:

5

m

.

V

zz Um fluido é uma substância que pode escoar. Os fluidos assumem

a forma do recipiente que os contém e exercem sobre uma parede

plana do recipiente de área A uma pressão dada por

F

,

A em que F é o módulo da força normal que o fluido exerce sobre a parede. zz A força associada à pressão de um fluido em um dado ponto tem o mesmo módulo em todas as direções.

 

15 Oscilações

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Oscilações

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MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

15.01 Conhecer a diferença entre movimento harmônico simples

15.10 Desenhar um gráfico da velocidade v de um oscilador em

15.02 No caso de um movimento harmônico simples, usar a relação

15.11 Conhecer a relação entre a amplitude da velocidade vm, a

(MHS) e outros tipos de movimento periódico.

entre a posição x e o tempo t para determinar t a partir de x, e vice-versa.

15.03 Conhecer a relação entre o período T, a frequência f e a

função do tempo t, indicando a amplitude vm da velocidade. frequência angular  e a amplitude do deslocamento xm.

15.12 A partir da velocidade v(t) de um oscilador em função do tempo, determinar a aceleração a(t) em função do tempo, indicar a amplitude am da aceleração e calcular a aceleração em qualquer instante dado.

 

16 Ondas – I

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Ondas – I

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ONDAS TRANSVERSAIS

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

16.01 Conhecer os três tipos principais de ondas.

16.02 Saber qual é a diferença entre ondas transversais e ondas

16.07 Descrever o efeito de uma variação da constante de fase 

16.03 Dada a função deslocamento de uma onda transversal,

tância percorrida pela onda e o tempo necessário para percorrer essa distância.

longitudinais.

determinar a amplitude ym, o número de onda k, a frequência angular , a constante de fase  e o sentido de propagação, além de calcular a fase kx 6 vt 1  e o deslocamento para qualquer valor da posição e do tempo.

16.04 Dada a função deslocamento de uma onda transversal, c­ alcular o intervalo de tempo entre dois deslocamentos conhe‑ cidos.

16.05 Desenhar um gráfico de uma onda transversal em uma corda

 

17 Ondas – II

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Ondas – II

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A VELOCIDADE DO SOM

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

17.01 Saber a diferença entre uma onda longitudinal e uma onda

rial, o módulo de elasticidade volumétrico do material e a massa específica do material.

17.02 Definir frentes de onda e raios.

17.03 Conhecer a relação entre a velocidade do som em um mate‑

17.04 Conhecer a relação entre a velocidade do som, a distância

transversal.

percorrida por uma onda sonora e o tempo necessário para percorrer essa distância.

Ideia‑Chave zz As ondas sonoras são ondas mecânicas longitudinais que podem

se propagar em sólidos, líquidos e gases. A velocidade v de uma onda sonora em um meio de módulo de elasticidade volumétrico

B e massa específica  é dada por

(velocidade do som).

A velocidade do som no ar a 20oC é 343 m/s.

 

19 A Teoria Cinética dos Gases

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A Teoria Cinética dos Gases

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O NÚMERO DE AVOGADRO

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

19.01 Conhecer o número de Avogadro NA.

19.02 Conhecer a relação entre o número de mols n, o número de moléculas N e o número de Avogadro NA.

19.03 Conhecer a relação entre a massa m de uma amostra, a massa molar M das moléculas da amostra, o número n de mols da amostra e o número de Avogadro NA.

Ideias‑Chave zz A teoria cinética dos gases relaciona as propriedades macros­

cópicas de um gás (como, por exemplo, pressão e temperatura)

às propriedades microscópicas das moléculas do gás (como, por exemplo, velocidade e energia cinética). zz Um mol de uma substância contém NA (número de Avogadro) unidades elementares (em geral, átomos ou moléculas) da substân­ cia; o valor experimental de NA é

NA 5 6,02 3 10 mol   (número de Avogadro).

 

20 Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica

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Entropia e a Segunda Lei da

Termodinâmica

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ENTROPIA

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

20.01 Conhecer a segunda lei da termodinâmica: Se um processo

20.05 No caso de uma variação de temperatura DT que seja pe­

20.02 Saber que a entropia é uma função de estado (o valor da

20.06 No caso de um gás ideal, conhecer a relação entre a variação

acontece em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta se o processo for irreversível e permanece a mesma se o processo for reversível. entropia para o estado em que um sistema se encontra não depende do modo como esse estado foi atingido).

20.03 Calcular a variação de entropia associada a um processo

quena em relação à temperatura T, conhecer a relação entre a variação de entropia DS, o calor transferido Q e a temperatura média Tméd (em kelvins). de entropia DS e os valores inicial e final da pressão e do volume.

 

Apêndices

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O SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)*

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*Adaptado de “The International System of Units (SI)”, Publicação Especial 330 do National Bureau of Standards, edição de 2008. As definições acima foram adotadas pela Conferência

Nacional de Pesos e Medidas, órgão internacional, nas datas indicadas. A candela não é usada neste livro.

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ALGUMAS CONSTANTES FUNDAMENTAIS DA FÍSICA*

*Os valores desta tabela foram selecionados entre os valores recomendados pelo Codata em 2010 (www.physics.nist.gov).

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ALGUNS DADOS ASTRONÔMICOS

Algumas Distâncias da Terra

 

Respostas dos Testes e das Perguntas e Problemas Ímpares

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dos Testes e das Perguntas e Problemas Ímpares

Capítulo 12

:

T   1. c, e, f 2. (a) não; (b) no ponto de aplicação de F 1, perpendicular ao plano da figura; (c) 45 N 3. d

P   1. (a) 1 e 3, 2; (b) todas iguais; (c) 1 e 3, 2 (zero) 3. a e c

(as forças e os torques se equilibram) 5. (a) 12 kg; (b) 3 kg;

(c) 1 kg 7. (a) em C (para eliminar da equação do torque as forças aplicadas a esse ponto); (b) positivo; (c) negativo;

(d) igual 9. aumenta 11. A e B empatadas, depois C

PR   1. (a) 1,00 m; (b) 2,00 m; (c) 0,987 m; (d) 1,97 m 3. (a)

9,4 N; (b) 4,4 N 5. 7,92 kN 7. (a) 2,8 H 102 N; (b) 8,8 H 102 N;

(c) 71° 9. 74,4 g 11. (a) 1,2 kN; (b) para baixo; (c) 1,7 kN;

(d) para cima; (e) o de trás; (f) o da frente 13. (a) 2,7 kN;

(b) para cima; (c) 3,6 kN; (d) para baixo 15. (a) 5,0 N;

(b) 30 N; (c) 1,3 m 17. (a) 0,64 m; (b) aumentar 19. 8,7 N

21. (a) 6,63 kN; (b) 5,74 kN; (c) 5,96 kN 23. (a) 192 N;

 

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