Física Básica - Mecânica
O melhor livro sobre física básica já publicado no Brasil!
O volume Mecânica cobre a mecânica de Newton e também as aplicações mais ilustrativas dessa disciplina. Como o estudo da coleção Física Básica deve sempre começar pela mecânica, este volume contém também temas preliminares que incluem uma descrição do escopo da física, uma breve história do método científico e noções sobre grandezas físicas e suas medidas.Mecânica contém um capítulo sobre oscilador harmônico e outro sobre gravitação - isto porque o movimento harmônico é o mais importante de todos os movimentos, e a explicação do movimento dos planetas foi o que deu credibilidade à mecânica newtoniana.Esses dois capítulos são repetidos no volume Gravitação, Fluidos, Ondas, Termodinâmica, pois muitos professores preferem ensinar o movimento harmônico em conjunto com o movimento ondulatório e outros adiam o estudo da gravitação para o segundo ou terceiro semestre do curso de física geral.
13 capítulos |
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1. O que é a Física |
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1 O que é a Física Seção 1.1 A Natureza e seus fenômenos, 2 Seção 1.2 A antítese entre o céu e a terra, 2 Seção 1.3 Teleologia e determinismo causal, 3 Seção 1.4 Método científico, 4 Seção 1.5 A Natureza é compreensível!, 9 Seção 1.6 As leis da Natureza são leis de movimento, 11 Seção 1.7 O que é ciência, 11 Seção 1.8 O que é a física, 13 Seção 1.9 A física e as outras ciências, 15 Seção 1.10 Modelo científico, 16 2 Física Básica Mecânica Seção 1.1 A Natureza e seus fenômenos Qualquer cenário natural exibe uma evolução infindável e intricada de fenômenos. Veja-se o leitor diante de uma cena de entardecer. O Sol, aparentemente imóvel a uma observação de curto prazo, desliza todavia de maneira contínua rumo ao poente. Algumas nuvens se movimentam no céu como aglomerados que se diluem e se recompõem, exibindo variados padrões. As mais próximas aos limites da abóbada celeste, principalmente a leste e a oeste, se colorem de chumbo, ouro e vermelho, em matizes ricos e mutáveis. A brisa, cada vez mais fria e mais úmida, agita levemente os ramos das árvores, gerando sons familiares. Os pássaros se apressam em buscar suas pousadas noturnas, gastando o saldo de energia em muitos pios, cantos ou até mesmo algum último assédio amoroso. O leitor irá talvez se sentir muito bem, sem motivo algum ou até mesmo com razões para o contrário. Finalmente o Sol se põe, e sua ausência revela um sem-número de estrelas deslizando rumo ao oeste em um arranjo imutável, antigo, aparentemente eterno. |
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2. Medidas |
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2 Medidas Seção 2.1 Quantificação de grandezas, 20 Seção 2.2 Grandezas fundamentais e grandezas derivadas, 21 Seção 2.3 Análise dimensional, 22 Seção 2.4 Definição operacional de uma grandeza, 23 Seção 2.5 Notação exponencial, 24 Seção 2.6 Ordem de grandeza, 24 Seção 2.7 Erros e algarismos significativos, 27 Seção 2.8 Operações com números que contêm erros, 28 Seção 2.9 Estimativas, 30 Problemas, 34 Respostas dos exercícios, 35 Respostas dos problemas, 35 Chaves FB_ME_02.indd 19 11/12/2006 16:21:03 20 Física Básica Mecânica Seção 2.1 Quantificação de grandezas Sistema métrico ou sistema MKS, foi o primeiro sistema de unidades de grandezas físicas, criado em 1792 pela Academia de Ciências da França. Posteriormente, foi adotado, com aperfeiçoamentos, por muitos países e denominado Sistema Internacional (SI) A física lida com grandezas, ou seja, coisas que podem ser quantificadas. Quantificar uma grandeza significa atribuir-lhe um valor com base no qual possamos dizer se essa grandeza é menor, igual ou maior que outra. Obviamente, relações do tipo menor, igual ou maior só se aplicam entre grandezas da mesma natureza. Por exemplo, não há como fazer comparação entre um dado comprimento e um intervalo de tempo. Podemos dizer que um comprimento é maior que outro, mas não que é maior que um certo intervalo de tempo. As relações entre grandezas de igual natureza podem ser expressas em forma matemática — ou seja, podemos dizer que uma grandeza é x vezes (10; 5,25; ou 0,31 vezes) o valor da outra. Isso sugere imediatamente que as grandezas sejam quantificadas em termos de uma grandeza padrão da sua natureza, previamente escolhida como unidade. Como exemplo, tomemos o comprimento (ou, de modo equivalente, a distância), provavelmente a primeira grandeza a ser objeto de medida e quantificação. Muito cedo a humanidade precisou quantificar as distâncias envolvidas em seus itinerários, e para isso adotou unidades como estádio, milha, milha marítima, légua, jornada e outras. Essas unidades itinerárias eram definidas de maneira imprecisa e às vezes variável de um local para outro. A milha romana valia 1000 passos. Mais tarde, para medição de campos de cultivo agrícola, de obras arquitetônicas e artefatos diversos, foram surgindo unidades menores e mais precisas, em enorme variedade: polegada (0,0254 m), palmo (0,220 m), pé (0,3048 m), cúbito (0,45 m), jarda |
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3. Movimento Retilíneo |
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3 Movimento Retilíneo Introdução, 38 Sistemas de referência, 38 Movimento retilíneo, 39 Velocidade média e velocidade escalar média, 39 Velocidade instantânea, 41 A velocidade instantânea é expressa por uma derivada, 43 Cálculo de x(t) a partir de v(t), 44 Aceleração, 47 Movimento uniforme, 49 Movimento uniformemente acelerado, 50 Relações de simetria no movimento uniformemente acelerado (opcional), 54 Seção 3.12 Movimento uniformemente acelerado — análise pelo cálculo (opcional), 55 Seção 3.13 Queda livre, 55 Seção 3.14 Movimento relativo, 59 Problemas, 61 Respostas dos exercícios, 62 Respostas dos problemas, 63 Seção 3.1 Seção 3.2 Seção 3.3 Seção 3.4 Seção 3.5 Seção 3.6 Seção 3.7 Seção 3.8 Seção 3.9 Seção 3.10 Seção 3.11 Chaves FB_ME_03.indd 37 11/12/2006 16:23:28 38 Física Básica |
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4. Vetores |
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4 Vetores Seção 4.1 Introdução, 66 Seção 4.2 Vetores, 66 Seção 4.3 Operações com vetores — método geométrico, 67 Seção 4.4 Representação analítica de vetores, 70 Seção 4.5 Produto escalar de vetores, 74 Seção 4.6 Produto vetorial de vetores, 78 Seção 4.7 Porque o produto vetorial é um pseudovetor, 80 Seção 4.8 Produto misto de vetores, 82 Seção 4.9 O que é a isotropia do espaço, 83 Seção 4.10 Caráter tensorial das grandezas físicas, 84 Seção 4.11 Esquerdo e direito são equivalentes?, 85 Problemas, 86 Respostas dos exercícios, 87 Respostas dos problemas, 88 Chaves FB_ME_04.indd 65 11/12/2006 16:24:29 66 Física Básica Mecânica Seção 4.1 Introdução As entidades mensuráveis que aparecem nas leis físicas são denominadas grandezas físicas Como vimos no Capítulo 2 (Medidas), a física lida com grandezas, ou seja, entidades quantificáveis. As leis físicas são expressas por equações matemáticas que relacionam entre si diferentes grandezas. Tais grandezas comparecem também nas equações envolvidas em nossos cálculos e análises matemáticas, com os quais exploramos os fenômenos decorrentes das leis físicas. Não sabemos quantificar odor, sabor, emoções, conceitos éticos e estéticos etc. Por isso, não conseguimos formular leis físicas que envolvam tais entidades e, em conseqüência elas não são encontradas nas equações da física. As entidades mensuráveis que aparecem nas leis físicas são denominadas grandezas físicas. Comprimento, massa, velocidade, força, pressão e temperatura são algumas das grandezas físicas. Neste capítulo, identificaremos outros atributos essenciais para que uma entidade seja qualificada como grandeza física. Veremos que ser quantificável é condição necessária mas não suficiente para que uma entidade possa ser considerada uma grandeza física. |
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5. Movimento no Plano e no Espaço |
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5 Movimento no Plano e no Espaço Seção 5.1 Descrição vetorial do movimento, 90 Seção 5.2 Um exemplo ilustrativo: movimento circular uniforme, 91 Seção 5.3 Movimento circular não-uniforme (Opcional), 93 Seção 5.4 Movimento de um projétil, 95 Seção 5.5 Alcance de um projétil, 98 Seção 5.6 Movimento relativo no espaço, 101 Problemas, 104 Respostas dos exercícios, 105 Respostas dos problemas, 105 Chaves FB_ME_05.indd 89 11/12/2006 16:25:32 90 Física Básica Mecânica Seção 5.1 Descrição vetorial do movimento O conceito de vetores e a notação vetorial, apresentados no Capítulo 4 (Vetores), simplificam muito significativamente o estudo do movimento não-retilíneo, ou seja, o movimento em um plano ou, no caso mais geral, no espaço tridimensional. A notação fica muito mais compacta e os cálculos ficam mais simples. Em um dado sistema de coordenadas, a posição de uma partícula é definida pelo seu vetor posição r, ou seja, o vetor que vai da origem das coordenadas até o ponto ocupado pela partícula. Exatamente por esta razão, adiamos o estudo do movimento nessas condições gerais para este momento, quando já sabemos lidar com vetores. Consideremos uma partícula movendo-se sobre uma curva. Suas posições nos instantes t e t + Δt são respectivamente r(t) e r(t + Δt). Seu deslocamento no intervalo de tempo Δt é Δr, e nesse intervalo de tempo sua velocidade (de agora em diante, o termo velocidade significará velocidade vetorial) média será vº |
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6. Leis Fundamentais da Mecânica |
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6 Leis Fundamentais da Mecânica Seção 6.1 Introdução, 108 Seção 6.2 O pensamento aristotélico, 108 Seção 6.3 De Galileu a Newton, 109 Seção 6.4 A lei da inércia, 109 Seção 6.5 Medidas de força, 110 Seção 6.6 Segunda lei de Newton, 111 Seção 6.7 Peso de um corpo, 113 Seção 6.8 Força de atrito, 114 Seção 6.9 Lei da ação e reação, 120 Seção 6.10 Atrito hidrodinâmico e velocidade-limite, 128 Problemas, 130 Respostas dos exercícios, 132 Respostas dos problemas, 132 Chaves FB_ME_06.indd 107 11/12/2006 16:26:52 108 Física Básica Mecânica Seção 6.1 Introdução Os próximos capítulos deste livro são dedicados à área da física denominada mecânica newtoniana. A estruturação desta ciência deve-se ao célebre físico inglês Isaac Newton (1642–1727) e está descrita em sua obra monumental Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), que se traduz para Princípios Matemáticos da Filosofia Natural. Tal obra, freqüentemente referida simplesmente por Principia, contém também, entre outras coisas, a formulação da lei do inverso do quadrado para a atração entre as massas, conhecida como lei da gravitação de Newton, e a descrição do movimento dos planetas. A mecânica newtoniana e a lei da gravitação teriam sido concebidas no curto período de 18 meses, em 1665–1666, em que Newton se retirou na fazenda da família fugindo da peste negra, logo após graduar-se na |
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7. Trabalho e Energia |
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7 Trabalho e Energia Seção 7.1 Introdução, 136 Seção 7.2 Trabalho de uma força constante, 136 Seção 7.3 Trabalho de uma força variável, 139 Seção 7.4 Energia cinética, 144 Seção 7.5 Potência, 147 Seção 7.6 Energia potencial, 149 Seção 7.7 Conversação da energia mecânica, 152 Seção 7.8 Aplicações da lei de conservação da energia mecânica, 155 Seção 7.9 Lei da conservação da energia, 158 Seção 7.10 Cálculo da força a partir do potencial, 159 Seção 7.11 Forças conservativas em uma dimensão, 161 Seção 7.12 Energia e massa relativísticas, 163 Problemas, 165 Respostas dos exercícios, 167 Respostas dos problemas, 167 Chaves FB_ME_07.indd 135 11/12/2006 16:45:09 136 Física Básica Mecânica Seção 7.1 Introdução Em física, trabalho é um termo usado com significado distinto do que se entende na linguagem diária. Considere, por exemplo, uma pessoa caminhando em um plano horizontal, com velocidade constante, carregando um corpo de peso P = mg. Na linguagem da física, tal pessoa não estará realizando qualquer trabalho sobre o corpo. Por outro lado, se o referido carregador subir uma rampa carregando o corpo, também com velocidade uniforme, realizará sobre ele um trabalho dado por |
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8. Conservação do Momento |
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8 Conservação do Momento Seção 8.1 Introdução, 170 Seção 8.2 O momento linear, 170 Seção 8.3 Sistema de duas partículas, 172 Seção 8.4 Sistemas com um número qualquer de partículas, 177 Seção 8.5 Sistema de partículas sob ação externa, 184 Seção 8.6 Movimento de um foguete, 185 Seção 8.7 Simetria, 189 Problemas, 194 Respostas dos exercícios, 195 Respostas dos problemas, 196 Chaves FB_ME_08.indd 169 11/12/2006 16:30:15 170 Mecânica Física Básica Seção 8.1 Introdução Até aqui consideramos o movimento de uma única partícula submetida a uma dada força. Em alguns casos, tratamos também do movimento de objetos extensos, tais como uma nave ou uma pedra. Entretanto, sempre consideramos que a disposição do corpo no espaço pudesse ser completamente descrita por um vetor posição r. Claramente, necessitamos de esquemas de abordagem capazes de contemplar situações mais gerais do que esta. Um corpo pode girar enquanto seu centro se move. Ou o movimento pode envolver mudanças na própria forma do corpo, como ocorre com uma nuvem cruzando o céu. Este capítulo aborda essas situações mais gerais. É conveniente observar inicialmente que a posição de um corpo cuja forma não se altera fica perfeitamente definida pelo vetor posição de um ponto preestabelecido do corpo e a orientação deste no espaço. Corpos cuja forma não se altera são denominados corpos rígidos. |
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9. Colisões |
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9 Colisões Seção 9.1 O que é colisão, 198 Seção 9.2 Leis de conservação e colisões, 198 Seção 9.3 Colisões em uma dimensão, 200 Seção 9.4 Colisões elásticas em duas dimensões (opcional), 206 Problemas, 208 Respostas dos exercícios, 209 Respostas dos problemas, 210 Chaves FB_ME_09.indd 197 11/12/2006 16:32:11 198 Física Básica Mecânica Seção 9.1 O que é colisão Uma colisão é uma interação com duração limitada entre dois ou mais corpos. O choque entre duas bolas de sinuca é um exemplo de colisão. As bolas se aproximam uma da outra, interagem fortemente entre si durante o choque e em seguida se afastam. Neste caso, o termo colisão tem o mesmo significado que na linguagem comum. Em outras situações, entretanto, o termo colisão tem em física significado distinto do que se entende no dia-a-dia. Se um meteoro vindo de um ponto distante se aproxima da Terra e depois se afasta da sua influência, a interação temporária entre o meteoro e a Terra é, em física, também chamada colisão. Não se requer que haja um contato entre os dois corpos nem que a interação dure muito pouco. |
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10. Rotações |
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10 Rotações O movimento pode ser muito complexo, 212 Corpo rígido e seus graus de liberdade, 212 Representação vetorial das rotações, 213 Velocidade e aceleração angulares, 215 Trabalho no deslocamento angular – definição de torque, 218 Momento angular, 224 Momento angular em movimento circular uniforme, 226 Momento angular de um corpo rígido – momento de inércia, 226 Seção 10.9 Eixo balanceado (opcional), 230 Seção 10.10 Energia cinética, 230 Seção 10.11 Conservação do momento angular, 231 Seção 10.12 Fenômenos decorrentes da conservação do momento angular, 234 Seção 10.13 Equilíbrio, 236 Seção 10.14 Movimento externo e movimento interno, 240 Seção 10.15 Rolamento (opcional), 242 Seção 10.16 Grandezas análogas de translação e rotação, 246 Seção 10.17 Quantização do momento angular, 246 Seção 10.18 Cálculo do momento de inércia de alguns corpos (opcional), 247 Seção 10.19 Teorema dos eixos paralelos (opcional), 248 |
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11. Oscilador Harmônico |
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11 Oscilador Harmônico Seção 11.1 Movimento harmônico simples, 256 Seção 11.2 Oscilador harmônico simples, 257 Seção 11.3 Exemplos de oscilador harmônico simples, 259 Seção 11.4 Relações de energia no oscilador harmônico, 265 Seção 11.5 Oscilador harmônico amortecido, 268 Seção 11.6 Oscilador forçado e ressonância, 270 Problemas, 274 Respostas dos exercícios, 275 Respostas dos problemas, 275 Chaves FB_ME_11.indd 255 11/12/2006 16:36:54 256 Mecânica Física Básica Seção 11.1 Movimento harmônico simples Movimento harmônico simples (mhs) é o movimento da projeção em um dado eixo de uma partícula em movimento circular uniforme A Natureza apresenta inúmeros exemplos de movimentos periódicos, ou seja, movimentos que se repetem em ciclos. Exemplos notáveis são o movimento da Terra e dos outros planetas em torno do Sol, o movimento de rotação da Terra em torno do seu eixo, o movimento de um pêndulo etc. Por isso, o estudo dos movimentos periódicos tem grande importância na física. |
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12. Gravitação |
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12 Gravitação Um pouco da história, 278 Formulação matemática da lei da gravitação, 279 Experiência de Cavendish, 280 Energia potencial gravitacional de um sistema de partículas, 281 Seção 12.5 Interação entre uma partícula e uma casca esférica, 284 Seção 12.6 Auto-energia gravitacional de um corpo, 288 Seção 12.7 Campo gravitacional, 289 Seção 12.8 As leis de Kepler, 289 Seção 12.9 Órbitas circulares, 292 Seção 12.10 Órbitas geossincronizadas, 294 Seção 12.11 Velocidade de escape, 294 Seção 12.12 Limite de validade da lei da gravitação de Newton, 295 Seção 12.13 As quatro forças, 296 Problemas, 297 Respostas dos exercícios, 298 Respostas dos problemas, 298 Seção 12.1 Seção 12.2 Seção 12.3 Seção 12.4 Chaves FB_ME_12.indd 277 11/12/2006 16:38:09 278 Física Básica Mecânica Seção 12.1 Um pouco da história Universalidade das leis naturais. |
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Apêndices |
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Apêndices Apêndice A Apêndice B Apêndice C Apêndice D Apêndice E Apêndice F Apêndice G Apêndice H Chaves FB_ME_Apêndices.indd 299 Sistema Internacional de Unidades (SI), 300 Constantes Universais, 301 Constantes Eletromagnéticas e Atômicas, 301 Constantes das Partículas do Átomo, 302 Constantes Físico-químicas, 302 Dados Referentes à Terra, ao Sol e à Lua, 303 Dados Referentes aos Planetas, 303 Tabela Periódica dos Elementos, 304 11/12/2006 16:40:10 300 Física Básica Mecânica Apêndice A Sistema Internacional de Unidades (SI) Unidades básicas Grandeza Unidade Símbolo Definição Tempo segundo s Duração de 9.192.631.770 períodos da radiação gerada pela transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do 133Cs Comprimento metro m Massa quilograma kg Massa de um corpo padrão depositado em Sèvres, França |
Detalhes do Produto
- Título
- Física Básica - Mecânica
- Autor(es)
- CHAVES, Alaor
- ISBN
- 9788521615491
- Editora
- Grupo Gen
- Selo
- LTC
- Preço
- 109,00
- Lançado em
- 16 de Janeiro de 2007
- Formato
- Criptografado
- Sim
- SKU
- BPP0000223245
- ISBN
- 9788521618126
- Tamanho do arquivo
- 13 MB
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