Física - Vol. 3, 9ª edição

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Física chega à nona edição comprometido em ajudar os estudantes a expandir seus conhecimentos sobre os princípios da Física. Com sua abordagem direta, a obra concentra-se em duas questões fundamentais no processo de ensino-aprendizado da Física: a consonância entre a solução de problemas e o entendimento conceitual, e a importância do papel da matemática na disciplina. Para tal, Física lança mão de uma série de exercícios que priorizam estratégias de raciocínio e análise de problemas com múltiplos conceitos.

Os três volumes que compõem esta edição foram revistos e tiveram seus conteúdos ampliados em uma linguagem livre de tecnicismo e apoiada em ilustrações e recursos gráficos. Os livros oferecem questões de múltipla escolha e de resposta livre para verificar o conhecimento apreendido e material para ser trabalhado em casa.

Com projeto gráfico e texto esmerados, Física continua sendo referência de conceituação e usos práticos no estudo da disciplina entre professores e estudantes.

8 capítulos

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28 - Relatividade Especial

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Capítulo

28

Relatividade Especial

28.1 Eventos e Referenciais Inerciais

Na teoria da relatividade especial, um evento, como o lançamento do ônibus espacial na Figura 28.1, é um “acontecimento” que ocorre em determinado lugar e em determinado instante de tempo. Nesse desenho, dois observadores estão assistindo à decolagem, um na superfície da Terra e o outro dentro de um avião que está voando com velocidade constante em relação à Terra. Para registrar o evento, cada observador usa um sistema de referência que é formado por um conjunto de eixos x, y, z (chamado de sistema de coordenadas) e um relógio.

Os sistemas de coordenadas são usados para estabelecer onde ocorre o evento e os relógios para especificar quando. Cada observador está estacionário em relação ao seu próprio sistema de referência. No entanto, o observador na superfície da Terra e o observador a bordo do avião estão se movendo um em relação ao outro e, portanto, o mesmo acontece com seus sistemas de referência ou referenciais.

 

29 - Partículas e Ondas

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Capítulo

29

Partículas e Ondas

29.1 A Dualidade Onda-Partícula

A capacidade de exibir efeitos de interferência é uma característica essencial das ondas.

Assim, por exemplo, na Seção 27.2 discutimos o famoso experimento de Young, no qual a luz passa por duas fendas bem próximas uma da outra e produz um padrão de franjas brilhantes e escuras em uma tela (veja a Figura 27.3). O padrão de franjas é uma indicação direta de que está ocorrendo interferência entre as ondas luminosas vindas de cada fenda.

Uma das descobertas mais incríveis da física no século XX é que partículas também podem se comportar como ondas e exibir efeitos de interferência. A Figura 29.1, por exemplo, mostra uma versão do experimento de Young realizado dirigindo-se um feixe de elétrons sobre uma fenda dupla. Nesse experimento, a tela é como uma tela de televisão e emite um clarão sempre que

é atingida por um elétron. O item a do desenho indica o padrão que seria visto na tela se cada elétron, comportando-se estritamente como uma partícula, passasse por uma das duas fendas antes de se chocar com a tela. O padrão seria formado simplesmente por uma imagem de cada fenda. O item b mostra o padrão realmente observado, que é formado por franjas brilhantes e escuras, lembrando o que se obtém quando ondas luminosas passam por uma fenda dupla. O padrão de franjas indica que os elétrons estão exibindo efeitos de interferência associados a ondas.

 

30 - A Natureza do Átomo

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50  ■  Capítulo 30

Capítulo

30

A tomografia axial computadorizada1 é uma técnica não invasiva importante que utiliza raios X para fornecer imagens de “fatias” do interior do corpo humano. Essa tomografia em

3D da mandíbula e de parte do crânio de um adulto ilustra o nível de detalhes que se consegue alcançar atualmente. Um computador com um software de imagens adequado monta as “fatias” formando tais imagens 3D. Cirurgiões podem até mesmo navegar pelo corpo utilizando rápidas animações a partir de dados da tomografia.

A produção dos raios X está relacionada com a estrutura do

átomo, e essa estrutura é o principal tópico deste capítulo.

(© Antoine Rosset/Photo Researchers)

Figura 30.1  No átomo nuclear, um pequeno núcleo carregado positivamente está envolto por alguns elétrons localizados a uma distância relativamente grande.

O desenho está fora de escala.

A Natureza do Átomo

30.1 O Espalhamento de Rutherford e o Átomo Nuclear

 

31 - Física Nuclear e Radioatividade

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Capítulo

31

Esse dinossauro com chifres

(Chasmosaurus belli) viveu há

76 milhões de anos na América do Norte durante o período

Cretáceo. Um adulto plenamente desenvolvido tinha um comprimento da ordem de 5 a

6 metros e um peso de cerca de

8000 libras.1 Ele era herbívoro.

Às vezes, paleontólogos usam a desintegração de núcleos radioativos para datação de tais fósseis, um método que será discutido neste capítulo

(© Oleksiy Maksymenko/Alamy

Limited)

Física Nuclear e

Radioatividade

31.1 A Estrutura do Núcleo

Átomos são formados por elétrons em órbita em torno de um núcleo central. Como vimos no Capítulo 30, as órbitas dos elétrons seguem as leis da mecânica quântica e apresentam propriedades interessantes. Pouco foi dito a respeito do núcleo, no entanto. Como o núcleo em si é interessante, vamos agora considerá-lo em mais detalhes.

O núcleo de um átomo é formado por nêutrons e prótons, que são chamados coletivamente de núcleons. O nêutron, descoberto em 1932 pelo físico inglês James Chadwick (1891-1974), não possui carga elétrica e tem uma massa ligeiramente superior à de um próton (veja a Tabela 31.1).

 

32 - Radiação Ionizante, Energia Nuclear e Partículas Elementares

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112  ■  Capítulo 32

Capítulo

32

Partículas elementares são os elementos construtivos de toda a matéria. Elas são estudadas acelerando-se partículas, como os prótons, até altas velocidades e fazendo-as colidir umas contra as outras. O Grande Colisor de Hádrons1 é projetado para fazer exatamente esse trabalho. Ele é formado por um grande anel subterrâneo (com diâmetro igual a 8,6 km ou 5,3 milhas) e instalações associadas localizadas em partes subterrâneas da fronteira entre a

França e a Suíça. Prótons de alta velocidade viajam em sentidos contrários no anel, e as partículas elementares que resultam das colisões entre elas são observadas usando detectores especializados. Essa fotografia mostra o detector Solenoide

Compacto de Múons para o

Grande Colisor de Hádrons.

(© Valerio Mezzanotti/The New

York/Redux Pictures)

Radiação Ionizante, Energia

Nuclear e Partículas Elementares

32.1 Efeitos Biológicos da Radiação Ionizante

 

Apêndices

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apêndice A

Potências de Dez e Notação Científica

Em ciência, números decimais muito grandes e muito pequenos são expressos de forma conveniente em termos de potências de dez, algumas das quais estão listadas a seguir:

O fator de dez elevado a menos onze indica que a vírgula decimal no termo 5,29 deve ser deslocada onze posições para a esquerda a fim de se obter o raio como um número sem potências de dez. Quando números estão expressos com o auxílio de potências de dez, diz-se que eles estão em notação científica.

Cálculos que envolvem a multiplicação e a divisão de potências de dez são efetuados nos exemplos a seguir:

Usando potências de dez, podemos escrever, por exemplo, o raio da

Terra da seguinte maneira:

As regras gerais para tais cálculos são

Raio da Terra 5 6 380 000 m 5 6,38 3 106 m

O fator de dez elevado à sexta potência é igual a dez multiplicado por ele mesmo seis vezes, ou um milhão, logo o raio da Terra é igual a 6,38 milhões de metros. Outra forma de interpretar o fator de dez elevado

 

Respostas para a Seção Verifique Seu Entendimento

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Respostas para a Seção Verifique Seu Entendimento

Capítulo 1

VSE 1: (a) Sim.

(b) Não.

VSE 2: Não.

VSE 3: a, b, c e f

VSE 4: Não.

VSE 5: b e d

VSE 6: (a) 11 m

(b) 5 m

VSE 7: Não.

VSE 8: Sim.

VSE 9: (a) O módulo de é igual ao módulo de

(b) A direção é a mesma, mas o sentido de é contrário ao de

VSE 10: O vetor é perpendicular ao vetor

VSE 11: O vetor tem a mesma direção e o mesmo sentido que o vetor

VSE 12:

VSE 13: (a) Ax é 2 e Ay é 1

(b) Bx é 1 e By é 2

(c) Rx é 1 e Ry é 1

VSE 14: Não.

VSE 15: Sim.

VSE 16: (a) Ax 5 0 unidade e

Ay 5 112 unidades

(b) Ax 5 212 unidades e

Ay 5 0 unidade

(c) Ax 5 0 unidade e

Ay 5 – 12 unidades

(d) Ax 5 112 unidades e

Ay 5 0 unidade

VSE 17: Não.

VSE 18: a

Capítulo 2

VSE 1: 0 m

VSE 2: é uma grandeza escalar

VSE 3: Não.

VSE 4: a

 

Respostas para Problemas de Numeração Ímpar

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Respostas para Problemas de Numeração Ímpar

Capítulo 1

 1. 124 m

 3. 10 159 m

 5. 0,75 m2/s

 7. 2,0 magnums

 9. 29,6 mL

11. [M]/[T]2

13. 80,1 km, na direção sudoeste fazendo um ângulo de 25,9° em relação ao oeste

15. 0,25 m

17. 54,1 m

19. 35,3°

21. 1,2 3 102 m

23. (a) 551 newtons, na direção noroeste fazendo um ângulo de 36,1° em relação ao oeste

(b) 551 newtons, na direção sudoeste fazendo um ângulo de 36,1° em relação ao oeste

25. menor módulo:

5 10,0 newtons, para o leste;

maior módulo:

5 70,0 newtons, para o oeste

27. (a) 1200 m

(b) na direção sudeste fazendo um

ângulo de 26° em relação ao leste

29. (a) 45,6 cm

(b)

39,4 cm

31. (a) 5600 newtons

(b) ao longo da linha tracejada

33. (a) 78 newtons

(b) 34°

35. (a) possui a maior componente x.

(b) possui a maior componente y.

37. (a) 45°

 

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