Física Básica - Matéria e Interações - Vol. 1, 4ª edição

Visualizações: 408
Classificação: (0)
Com uma metodologia de ensino inovadora, Física Básica: Matéria e Interações se distingue pelo foco na modelagem computacional e pela divisão inovadora dos temas, relacionando física moderna e clássica desde o início. Além disso, o estudante pode, por meio de um ambiente computacional, o VPython, produzir uma animação 3D navegável, tornando mais fácil a análise de sistemas complexos.  Voltado para disciplinas de graduação que utilizam Cálculo, as quatro Físicas foram divididas em dois volumes. O primeiro livro, Mecânica Moderna, cobre principalmente os assuntos tratados nas disciplinas de Física 1 e 2, enquanto o segundo volume, Interações Elétricas e Magnéticas, cobre os temas abordados em Física 3 e 4.
Como destaque, o livro oferece o acesso gratuito a um conjunto de videoaulas exclusivas.
Basta acessar www.grupogen.com.br e clicar em “cadastre-se” no canto superior direito. Após criar sua conta, volte à página inicial e, novamente no canto superior direito, clique em “GEN-IO”. Uma aba nova será aberta. No menu retrátil, após inserir os caracteres da etiqueta abaixo no campo “Cupom/PIN”, será possível acessar todos os vídeos disponíveis.

Caso haja alguma mudança no sistema ou dificuldade de acesso, entre em contato conosco (gendigital@grupogen.com.br).

13 capítulos

Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta

CAPÍTULO 1 Interações e movimento

PDF Criptografado

CAPÍTULO

y

1

〈0; 1; 0〉

〈1; 0; 0〉

Interações e movimento

〈0; 0; 1〉 x z

Este texto trata da natureza da matéria e suas interações. O principal objetivo deste livro é envolver você em um processo que é central na ciência: a construção e aplicação de modelos físicos que se baseiam em um conjunto pequeno de princípios físicos fundamentais poderosos, e na estrutura atômica da matéria. A variedade de fenômenos que seremos capazes de modelar, explicar e predizer é muito ampla, e inclui a

órbita de estrelas em torno de um buraco negro, a fusão nuclear, a formação de faíscas no ar e a velocidade do som em um sólido. O primeiro capítulo trata da ideia física de interações.

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Deduzir das observações do movimento de um objeto se ele interagiu ou não com seu entorno.

Descrever matematicamente a posição e o movimento em três dimensões.

Descrever matematicamente o momento e a variação do momento em três dimensões.

 

CAPÍTULO 2 O Princípio do Momento

PDF Criptografado

CAPÍTULO

2

F1

2F1

s

2s

L0

O Princípio do Momento

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Usar técnicas tanto iterativas quanto analíticas para prever o movimento futuro de um sistema sujeito a uma força resultante constante.

Usar uma abordagem iterativa para prever o movimento futuro de um objeto sujeito a uma força resultante variável.

Desenhar e interpretar gráficos das componentes do vetor posição ou da velocidade em função do tempo.

Calcular a força exercida por uma mola sobre um objeto em contato com ela.

Calcular uma aproximação para a força gravitacional que age sobre um objeto próximo à superfície da Terra.

2.1 O PRINCÍPIO DO MOMENTO

Em muitas situações do mundo real, o momento (e portanto a velocidade) de um objeto em movimento está mudando continuamente devido às interações do objeto com seu entorno. Para que possamos prever o movimento desse sistema, seja ele um meteoro, uma bola de tênis ou um elétron, precisamos ser capazes de expressar matematicamente a relação entre a interação e a mudança no momento. O Princípio do Momento estabelece uma conexão quantitativa entre quantidade de interação e variação no momento.

 

CAPÍTULO 3 As interações fundamentais

PDF Criptografado

CAPÍTULO

3

Passo 3

Pa ss

o2

p

F

p

s

Pas

As interações fundamentais

p

o1

F

Sol

F

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Calcular a força gravitacional ou elétrica, em 3 dimensões, exercida por um sistema sobre objetos em seu entorno.

Prever iterativamente, à mão ou no computador, o movimento de um objeto que interage gravitacional ou eletricamente com seu entorno.

Analisar colisões simples aplicando o Princípio do Momento a um sistema de mais de uma partícula.

+

+

3.1 AS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS

+

Figura 3.1 A interação elétrica: prótons repelem-se entre si; elétrons repelem-se entre si; prótons e elétrons atraem-se entre si.

Felét

Felét

Felét

Felét

Figura 3.2 A interação forte: os prótons no núcleo de um átomo exercem forças elétricas repulsivas uns sobre os outros, mas a interação forte (que envolve os nêutrons, além dos prótons) mantém o núcleo unido apesar dessa repulsão elétrica.

 

CAPÍTULO 4 Interações de contato

PDF Criptografado

CAPÍTULO

4

Tijolo

Interações de contato

Mesa

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Cipó

Explicar em palavras, com auxílio do modelo de esferas e molas, como um objeto inanimado pode exercer uma força sobre outro objeto com o qual está em contato.

Relacionar, matematicamente, a densidade de um sólido e o módulo de Young com a dureza de uma ligação interatômica modelada como uma mola, e com a velocidade do som.

Analisar sistemas sujeitos a forças de tensão, compressão, atrito e empuxo, a partir da forma diferencial (instantânea) do Princípio do Momento.

Descrever matematicamente, tanto de forma analítica como computacional (iterativa), o movimento de um objeto que interage com uma mola.

Determinar a velocidade do som em um sólido em termos de suas propriedades microscópicas e macroscópicas.

4.1 INDO ALÉM DE PARTÍCULAS PONTUAIS

Tarzan

Figura 4.1 Tarzan, imóvel, pendurado em uma corda que não se rompe.

 

CAPÍTULO 5 Determinando forças a partir do movimento

PDF Criptografado

CAPÍTULO

5

L

30°

Determinando forças a partir do movimento

p

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Identificar sistematicamente todas as forças agindo sobre um sistema.

Determinar os valores de forças tridimensionais agindo sobre um sistema cujo movimento seja conhecido.

Analisar matematicamente o movimento curvo e relacionar as componentes paralela e perpendicular de d⃗p/dt à força resultante agindo sobre um sistema.

5.1 FORÇAS DESCONHECIDAS

F=?

Em capítulos anteriores, aplicamos o Princípio do Momento para prever o movimento de sistemas que são afetados por uma força resultante conhecida. Neste capítulo, faremos o contrário: conhecendo o movimento de um sistema, deduziremos a força resultante que age sobre o sistema. Em alguns casos, conhecendo a força resultante e também os valores de algumas das forças individuais que contribuem para a força resultante, mas não de todas elas, seremos capazes de determinar as forças desconhecidas.

 

CAPÍTULO 6 O Princípio da Energia

PDF Criptografado

CAPÍTULO

6

O Princípio da Energia

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Calcular a energia total (energia de repouso + energia cinética) de uma única partícula.

Calcular a energia total de um sistema de muitas partículas (energia de repouso, energia cinética, energias potencial gravitacional e elétrica).

Relacionar matematicamente alterações na energia do sistema com o trabalho realizado pelo entorno.

Analisar em detalhe processos envolvendo variações da energia potencial, energia cinética e energia de repouso.

Construir e interpretar gráficos da energia de sistemas de várias partículas como função da separação.

6.1 O PRINCÍPIO DA ENERGIA

En erg ia

ia erg

En

SISTEMA

ENTORNO

Figura 6.1 Energia pode fluir entre o sistema e o seu entorno.

Da sua vida diária, você já conhece várias coisas sobre o fluxo de energia. Você ingere energia química na forma de comida e usa essa energia química quando está ativo. Coloca energia elétrica na torradeira e a torradeira eleva a temperatura do pão.

 

CAPÍTULO 7 Energia interna

PDF Criptografado

CAPÍTULO

Ponta de diamante

7

Força tratora

F

Energia interna

Superfície de diamante

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Explicar alterações na energia interna de um objeto sólido, do ponto de vista microscópico, a partir do modelo de esferas e molas.

Calcular a energia interna em objetos extensos.

Relacionar, matematicamente, variação de temperatura, transferência de energia causada por uma diferença de temperatura e calor específico.

Calcular e usar a energia potencial de um sistema que inclua uma mola.

Criar um modelo computacional para um sistema no qual há dissipação (por exemplo, resistência do ar ou atrito de escorregamento).

7.1 OBJETOS EXTENSOS

Figura 7.1 O modelo de esferas e molas para um objeto sólido.

No Capítulo 4, estudamos forças de contato entre objetos extensos — objetos que podem ser esticados, comprimidos e deformados e que, portanto, não podem ser modelados como partículas pontuais. Vimos que, do ponto de vista microscópico, um modelo de esferas e molas para um sólido extenso permitiu entender a origem das forças de tração e de compressão, além de permitir obter grandezas como a velocidade do som em um objeto feito de um dado metal.

 

CAPÍTULO 8 Quantização da energia

PDF Criptografado

CAPÍTULO

8

Luz emitida pelo gás número 2

Quantização da energia

Espectro de linha

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Energia crescente

Calcular a energia de um fóton emitido ou absorvido durante a transição entre níveis de energia dados.

Dado um espectro de emissão, construir um possível diagrama de níveis de energia para um sistema.

Calcular os níveis de energia de um oscilador harmônico quantizado a partir das suas propriedades microscópicas (constante de mola, massa).

106 eV

Raios gama

104 eV

Raios X

102 eV

Ultravioleta

Visível

Infravermelho

1 eV

10–2 eV

Microondas

10–6 eV

Rádio

10–10 eV

Figura 8.1 O espectro eletromagnético. Veja a Figura 8.2 para uma visão expandida da porção desse espectro que é visível ao olho humano.

3,1 eV

Violeta

1,8 eV

Vermelho

Figura 8.2 Uma visão expandida da porção do espectro eletromagnético que é visível ao olho humano.

 

CAPÍTULO 9 Energia translacional, rotacional e vibracional

PDF Criptografado

CAPÍTULO

9

Ro t a ç ã

o

ão

ç

Vibra

Energia translacional, rotacional e vibracional

CM

Tran slaç

ão

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Analisar a energia cinética de um sistema de muitas partículas em termos de sua energia cinética de translação e da energia cinética relativa ao centro de massa.

Obter informação sobre as formas específicas de energia interna de um sistema, combinando os resultados da modelagem de um sistema de partículas em termos de uma partícula pontual e da modelagem em termos de um sistema extenso.

Imagine que você arremessa um disco (como um Frisbee® ) de 140 g de massa de maneira que ao se soltar de sua mão ele tenha a velocidade escalar de 15 m/s. Qual é a energia cinética do disco?

Essa parece uma pergunta simples, mas a verdade é que não temos informação suficiente para respondê-la, pois o movimento do disco é complicado — além de se deslocar no ar, o disco também gira em torno de seu centro. A energia cinética associada ao movimento do centro de massa do objeto é chamada de “energia cinética de translação”, porque em matemática uma “translação” é uma função que efetua o mesmo deslocamento de cada um dos pontos do objeto, em uma direção bem definida. Além da energia cinética de translação, o disco girante também possui energia cinética de rotação, associada à rotação dos átomos do disco em torno do centro do disco. Se, em vez de um disco, tivéssemos duas bolas ligadas por uma mola, poderia haver também a oscilação da mola durante a trajetória no ar — o objeto teria também energia cinética de vibração.

 

CAPÍTULO 10 Colisões

PDF Criptografado

CAPÍTULO

10

Tela de

ZnS

Folha de ouro

α

Colisões

Luz

θ

Fonte radioativa

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Comparar a informação fornecida por um tratamento analítico de uma colisão com a informação obtida de um modelo computacional iterativo do processo.

Fazer a distinção entre colisões elásticas e inelásticas.

Analisar tanto as colisões elásticas quanto as inelásticas usando uma combinação do Princípio da Energia e do Princípio do Momento.

Analisar colisões em diferentes referenciais.

10.1 COLISÕES

Elétron

Próton

Figura 10.1 Uma colisão entre partículas carregadas, como um próton e um elétron, não implica necessariamente que haja contato.

Colisões são eventos comuns. Moléculas neutras em gases colidem com frequência

— a força elétrica interatômica efetiva é de curto alcance e, assim, há muito pouca interação entre as moléculas até que elas quase entrem em contato. Da mesma forma, colisões entre objetos macroscópicos são muito comuns: uma bola tem muito pouca interação com uma parede antes e depois de bater na parede, e o contato durante a colisão dura um tempo muito curto.

 

CAPÍTULO 11 Momento angular

PDF Criptografado

CAPÍTULO

11

Ltrans r

Momento angular

p

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Terra

Sol

Figura 11.1 A Terra orbita o Sol e também gira em torno de seu próprio eixo (que é inclinado em relação ao plano orbital). Os tamanhos da Terra e do Sol estão exagerados no diagrama.

Calcular momentos angulares translacionais e rotacionais em 3D.

Aplicar o Princípio do Momento Angular para prever o novo momento angular de um sistema sujeito a um torque.

Aplicar a conservação do momento angular a um sistema composto por mais de uma partícula.

Prever a posição de um objeto em rotação.

O momento angular é uma medida do movimento rotacional. O momento angular translacional (ou “orbital”) descreve movimentos como a órbita da Terra em torno do Sol. O momento angular rotacional (ou “intrínseco”) descreve movimentos como a revolução da Terra em torno de seu próprio eixo (Figura 11.1). Assim como o Princípio do Momento relaciona uma variação do momento com a força resultante sobre um sistema, o Princípio do Momento Angular relaciona uma variação do momento angular com o torque resultante aplicado a um sistema.

 

CAPÍTULO 12 Entropia: limites do possível

PDF Criptografado

CAPÍTULO

12

Entropia: limites do possível

OBJETIVOS

Após estudar este capítulo, você deve ser capaz de

Calcular a entropia de um objeto sólido, com base no modelo de Einstein para um sólido.

Calcular a temperatura absoluta de um objeto sólido em função de sua energia.

Calcular o calor específico de um objeto sólido em função da temperatura.

Calcular a probabilidade de encontrar um sistema microscópico em um estado excitado particular.

12.1 IRREVERSIBILIDADE

Uma caneta repousando sobre uma mesa não pula subitamente para cima, apesar de haver muita energia na mesa na forma de energia cinética e potencial microscópica.

Por que isso não acontece? Não representaria uma violação do Princípio da Energia se houvesse um fluxo de energia da mesa para a caneta. De fato, se em vez de uma caneta você colocasse um átomo solitário sobre a mesa, à temperatura ambiente, ele em média obteria tanta energia da mesa que poderia saltar milhares de metros para cima (se não houvesse ar ou outros obstáculos no caminho). Este capítulo lida com a análise estatística da energia microscópica, que impõe limites ao que é possível ocorrer.

 

Respostas dos problemas ímpares

PDF Criptografado

Respostas dos problemas ímpares

Capítulo 3

Capítulo 1

P13 2,15 × 10 m/s P15 (a) ⃗a = ⟨−4; −3; 0⟩ (b) ⃗b = ⟨−4; −3; 0⟩

(c) Verdadeiro (d) ⃗c = ⟨4; 3; 0⟩ (e) Verdadeiro (f) Falso

P17 ⟨0,04; −3,4; 60,0⟩ P19 ⟨0,58; 0,58; 0,58⟩ ; ⟨0,58; 0,58; 0,58⟩

P21 458,26 m/s2 ⟨0,872872; 0,436436; −0,218218⟩

P23 (a) ⟨3 × 10−10 ; −3 × 10−10 ; 8 × 10−10 ⟩ m (b) 9,1 × 10−10 m

(c) ⟨0,33; −0,33; 0,88⟩

P25 (a) ⟨−5,5; −20; 0⟩ m (b) 20,74 m

P27 (a) ⟨−10 × 1010 ; −17 × 1010 ; 0⟩ m

(b) ⟨10 × 1010 ; 17 × 1010 ; 0⟩ m

P29 ⟨xp − xe ; yp − ye ; zp − ze ⟩; ⟨xe − xp ; ye − yp ; ze − zp ⟩

P31 (a) ⟨−2,01 × 105 ; 5,2 × 104 ; −1 × 103 ⟩ m/s

(b) 2,08 × 105 m/s P33 (a) ⟨974; 0; 684⟩ m (b) ⟨1,50; 0; 1,05⟩ m/s

P35 3,0 s; ⟨5,33 × 102 ; −7,33 × 102 ; 5,67 × 102 ⟩ m

P37 (a) ⟨4,4; −6,4; 0⟩ m/s (b) ⟨4; −7,7; 0⟩ m/s (c) O intervalo de tempo de t = 6,3 s a 6,8 s (d) ⟨0,132; −0,192; 0⟩ m

P39 (a) ⟨0; 9 × 105 ; −4 × 105 ⟩ m/s (b) ⟨0,02; 6,34; −2,86⟩ m

 

Detalhes do Produto

Livro Impresso
eBook
Capítulos

Formato
PDF
Criptografado
Sim
SKU
BPPD000266344
ISBN
9788521635369
Tamanho do arquivo
22 MB
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
Formato
PDF
Criptografado
Sim
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
SKU
Em metadados
ISBN
Em metadados
Tamanho do arquivo
Em metadados