Aula - Transformação isotérmica dos gases.

Quando uma determinada massa de gás é submetida a uma transformação onde o volume e a pressão variam mas a temperatura do gás permanece constante, a transformação é chamada isotérmica.

A teoria cinética dos gases ( a teoria trata dos gases ideais ) afirma que os gases são compostos por partículas muito pequenas e em grande número. Afirma ainda que a pressão que o gás exerce contra as paredes do recipiente que o contém é devido ao choque dessas partículas contra essas paredes.

Assim, abra a animação. Vamos analisar algumas conseqüências dessas afirmações:

• Quando diminuímos o volume o espaço disponível para as partículas do gás diminui. Então, o número de colisões num determinado intervalo de tempo deve aumentar. Se a pressão se deve às colisões então a pressão aumenta.

Para manter a temperatura constante nessas condições é necessário que se permita a troca de calor entre o recipiente que contém o gás e o ambiente.

Abra a animação. Clique duas vezes sobre ela para ativar o controle da mudança do volume. Use então a tecla "seta para baixo" para diminuir o volume e a tecla "seta para cima" para aumenta-lo.

Observe que o número de colisões das partículas contra as paredes do recipiente aumenta quando diminuímos o volume. Isto leva ao aumento da pressão.

Aula - Transformação isocórica ou isovolumétrica dos gases.

Quando uma determinada massa de gás sofre uma transformação em que a pressão e a temperatura variam mas o volume é constante, a transformação é chamada isovolumétrica.

A teoria cinética dos gases (a teoria trata dos gases ideais) afirma que os gases são compostos por partículas muito pequenas e em grande número. Afirma ainda que a pressão que o gás exerce contra as paredes do recipiente que o contém é devido ao choque dessas partículas contra as paredes do recipiente.

Assim, abra a animação e vamos analisar algumas consequências dessas afirmações:

• Se aumentarmos a temperatura do gás a velocidade média das partículas aumenta. Isto leva ao aumento do número de colisões contra as paredes num dado intervalo de tempo. Se a pressão se deve às colisões então a pressão deve aumentar. Isto se mantivermos o volume constante.

Vamos tentar criar uma imagem deste fenômeno. Abra a animação. Clique sobre ela duas vezes e depois use a tecla "seta para cima" para aumentar ou a tecla "seta para baixo" para diminuir a temperatura do gás.

Note que o volume do recipiente não muda. Observe que a diminuição da temperatura corresponde a diminuição da velocidade média das partículas do gás. Com isto ocorrem menos colisões contra as paredes num dado intervalo de tempo. O aumento da temperatura corresponde ao aumento desta velocidade média, ou seja, mais colisões. Assim, como afirma a teoria cinética dos gases, na transformação isovolumétrica ( volume constante ) a pressão do gás sobre as paredes aumentará com o aumento da temperatura ou diminuirá quando a temperatura diminuir.

Aula - Princípio fundamental da hidrostática.

O Princípio fundamental da hidrostática nos informa sobre o conportamento da pressão que age sobre um objeto mergulhado num líquido em repouso.

O princípio afirma essencialmente que a pressão aumenta com a profundidade do objeto.

Aula - Modelo proposto pela Teoria cinética dos gases.

- O que são realmente os gases ?

A maioria deles não pode ser vista mas pode ser sentida. Nós não vemos o ar mas sentimos a brisa no rosto. O ar tem peso. O ar exerce pressão.

Que tipo de matéria são os gases? A Teoria cinética dos gases propõe uma explicação usando as leis da mecânica. Ela assume que:

1. Os gases são compostos partículas de tamanho muito pequeno chamadas átomos ( ou moléculas ).
2. Esses átomos ( ou moléculas ) são em número muito grande.
3. Existe muito espaço vazio entre eles.
4. Os átomos ( ou moléculas ) estão em constante movimento.
5. As únicas interações entre eles se dá durante as colisões.

Esse é o modelo para os chamados "gases ideais".

Abra a animação e veja como o modelo funcionaria.

Exemplo - Representação dos átomos.

Representar graficamente os átomos, moléculas e partículas é muito complicado. Como representar graficamente uma coisa que ninguém jamais viu?

Bom, é preciso tentar. Com isso coisas esquisitas acontecem. O filme a seguir é uma bem humorada crítica das representações do átomo que nós professores usamos.

Elas, é claro, não dão muita importância a uma representação fiel da realidade. Seria possível ser fiel?. Creio que não. Por isso o filme é também uma defesa dessas representações. Afinal de contas a informação tem que ser passada.

Exemplo - Conservação momento linear

O aparato mostrado no filme a seguir é chamado "berço de Newton". Consiste basicamente de várias esferas de mesma massa que são postas em colisão. Como as esferas são de um material rígido as colisões podem ser consideradas elásticas. Logo, vale o princípio da conservação do momento linear.

Se, de um lado, uma bola choca-se com a outra, do outro lado somente uma se move pois o momento linear deve ser o mesmo. Isso vale para duas, três bolas.

Aula - Transmissão de calor por irradiação.

Uma da maneiras de transmissão de calor é a emissão de radiação eletromagnética. Essa transmissão é feita numa determinada faixa do espectro eletromagnético chamada de "Infravermelho".

Essa faixa de frequência está situada logo abaixo da faixa de luz visível, abaixo da frequência da cor vermelha (dai o nome). Essa luz não é visível mas podemos percebe-la através da nossa pele quando estamos na praia ou passamos próximo ao formo do fogão quando ele está ligado. Essa sensação de "quente" na pele é devida a absorção da luz infravermelha.

Exemplo - Luz infravermelha.

Os objetos materiais emitem energia na forma de calor também por irradiação. Essa radiação é chamada luz infravermelha. São ondas eletromagnéticas com frequência logo abaixo da faixa de luz visível. Ela não pode ser vista mas pode ser detectada por instrumentos como uma filmadora. Aqui é usada uma cor falsa: o vermelho. Quanto mais mais "quente" o corpo mais brilhante a cor vermelha. Assim um corpo "frio" é visto como negro.

No filme abaixo, feito pelo Spitzer Science Center da NASA, uma janela é negra quando de fora entra pouca luz infravermelha e brilhante quando entra muita luz dess tipo. O mesmo acontece com a tela do computador que é quente e a imagem do "data show" que é fria.

Veja como o corpo humano emite luz infravermelha a ponto de ser visto no escuro. O corpo humano aquece os objetos em que toca e por isto deixa "pegadas de calor" que podem ser registradas no filme.

Aula - A pressão.

O efeito da ação de uma força é o aparecimento de uma aceleração. No entanto, a força é sempre aplicada sobre uma determinada área.

Na verdade, para os fluídos ( líquidos e gases ) não faz nenhum sentido falar somente na aplicação de uma força. Temos que trabalhar, devido as características do material, com a força aplicada por cada unidade de área.

E mais, os fluídos não aceitam aplicação de uma força tangencial pois afinal as suas moléculas ( dos líquidos e dos gases ) "fluem" uma sobre as outras. Então, temos que considerar somente as forças aplicadas perpendicularmente à superfície.

Para atender a essas exigências foi criada a grandeza física chamada PRESSÃO.

Aula - Intensidade de corrente elétrica.

É importante deixar claro a diferença entre os conceitos de corrente elétrica e de intensidade de corrente elétrica.

A intensidade de corrente é uma medida da quantidade de carga que flui pelo condutor por unidade de tempo.

Aula - Corrente elétrica.

Uma das maneiras mais eficientes de transportar energia de um lugar para outro é usar partículas eletrizadas. Hoje usamos os elétrons livres nos fios metálicos para fazer esse serviço.

Em analogia com uma correnteza de um rio chamamos a esse fluxo de partículas de "corrente elétrica".

Aula - Densidade absoluta.

Em certas situações é útil saber a quantidade de massa por cada unidade de volume de um corpo. Para isto definimos a grandeza física "densidade absoluta".

A densidade absoluta, especialmente quando trabalhamos com corpos homogêneos, é também chamada "massa específica".

Aula - Trabalho no campo elétrico.

Quando uma partícula eletricamente carregada se move numa região onde existe um campo elétrico uma certa quantidade de energia está sendo transferida do campo elétrico para a partícula ou da partícula para o campo elétrico.

A medida dessa quantidade de energia é dada pelo trabalho realizado pela força elétrica sobre a partícula.

Aula - Equações da colisão inelástica.

Considere dois objetos que se movimentam numa mesma direção, um contra o outro. Vamos considerar apenas o pequeno intervalo de tempo que vai de um pouco antes da colisão a um pouco depois dela. Num intervalo de tempo tão pequeno a ação das forças externas pode ser desconsiderada.

Neste caso, se ocorrer uma colisão inelástica entre os dois objetos, o momento linear do sistema se conserva mas a energia cinética do sistema não. Isto é, parte da energia será transformada em outro tipo, geralmente calor.

Para as colisões inelásticas as seguintes equações são válidas:

Aula - Equações da colisão elástica.

Considere dois objetos que se movimentam numa mesma direção, um contra o outro. Vamos considerar apenas o pequeno intervalo de tempo que vai de um pouco antes da colisão a um pouco depois dela. Num intervalo de tempo tão pequeno a ação das forças externas tem efeito tão pequeno que pode ser desconsiderada.

Neste caso, se ocorrer uma colisão elástica entre esses objetos, por definição a energia cinética do sistema se conserva. Além disto, como as forças extermas são desconsideradas, o momento linear do sistema também se conserva e as seguintes equações são válidas:

Exemplo - O barco que navega pelo ar.

O princípio de Arquimedes vale também para os gases. O filme abaixo exibe uma demonstração feita na Universidade de Bonn ( Alemanha ). No filme o recipiente está cheio do gás hexafluoreto de enxofre.

Este gás é incolor, inodoro e pouco reativo. Além disso é aproximadamente seis vezes mais denso que o ar ( 6,2 g/L a pressão normal ). Logo, escapa lentamente do recipiente quando este é aberto. O barco é feito de papel alumínio. Seu peso é pequeno. A força de empuxo exercida pelo gás é intensa o suficiente para se igualar ao peso e assim o barco flutua.

Quando o professor enche o barco com o gás ele afunda. Você saberia explicar?

Exercício - Temperatura de transição de fase dos elementos químicos.

A matéria pode estar em três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. Veja a animação. Nela é mostrado a tabela periódica e um controle de temperatura na parte inferior. Você pode variar a temperatura usando as teclas das "setas" .Tente os seguintes exercícios:

• Coloque a temperatura em zero kelvin. Observe que todos elementos estão no estado sólido ( em azul ).
• Observe o hidrogênio e o hélio. Note como eles já estão no estado gasoso ( em vermelho ) a uma temperatura muito baixa.
• O mesmo acontece com o oxigênio, o nitrogênio, o fluor e os gases nobres.
• Repare que o estado líquido ( em amarelo ) só existe em intervalos de temperatura relativamente pequenos,
• Leve a temperatura para 273 k ( ou zero grau Celsius ). Repare que grande parte dos elementos são sólidos. Repare no Mercúrio. É líquido. Todo os gases nobres já estão no estado gasoso.
• Note que os elementos em "branco" são instáveis e suas temperaturas de transição de fase não são conhecidas.
• Repare no comportamento do Carbono. Note que a temperaturas acima de 6.000 k todos os elementos já estão no estado gasoso.

Abra a animação. Varie a temperatura com cuidado. Repare nas temperaturas de fusão e ebulição dos elementos mais conhecidos. Bom estudo.

Aula - Colisões inelásticas.

O estudo das colisões é muito importante na física. Grande parte do que sabemos sobre os átomos e partículas, por exemplo, foi obtido através do estudo das colisões entre essas partículas. Tais experiências são feitas em aparelhos chamados "aceleradores de partículas".

No ensino médio estudamos os tipos mais simples de colisões. As colisões perfeitamente elásticas e as colisões inelásticas. Claro, na natureza, as colisões na maioria dos casos não são nem de um tipo nem de outro. Estão no meio.

As colisões inelásticas têm as seguintes características:

Aula - Colisões elásticas.

O estudo das colisões é muito importante na física. Grande parte do que sabemos sobre os átomos e partículas, por exemplo, foi obtido através do estudo das colisões entre essas partículas. Tais experiências são feitas em aparatos chamados "aceleradores de partículas".

No ensino médio estudamos os tipos mais simples de colisões. As colisões perfeitamente elásticas e as colisões inelásticas. Claro, na natureza, as colisões na maioria dos casos não são nem de um tipo nem de outro. Estão no meio.

As colisões elásticas têm as seguintes características:

Aula - Diferença de potencial elétrico ( d.d.p. ).

Quando trabalhamos com a energia potencial (de qualquer tipo) podemos escolher livremente o referencial a partir do qual medimos a energia. Logo, dependendo dessa escolha, o valor da energia potencial para um dado ponto muda.

Isto não tem importância pois o que tem significado físico não é o valor da energia em si mas a variação da energia de um ponto ao outro.

O mesmo tipo de raciocínio vale para potencial elétrico. O que devemos levar em consideração não é o valor do potencial elétrico mas a diferença de potencial elétrico entre dois pontos do campo.

Aula - Representação gráfica do potencial Elétrico.

Assim como representamos graficamente o campo elétrico pelas " linhas de força " podemos representar graficamente o potencial Elétrico mapeando o campo com linhas que indicam os pontos de mesmo potencial dentro do campo Elétrico. São as chamadas linhas equipotenciais.

Na construção de mapas, de modo semelhante, mapeamos a altura de cada ponto de um território com as curvas de nível. Aqui os pontos das curvas mostram os locais do terreno de uma mesma altura.

Aula - potencial elétrico II

O potencial elétrico associado a cada ponto do espaço dentro de um campo elétrico nada mais é que uma medida da energia potencial por unidade de carga nesse ponto.

Uma expressão matemática mais útil para o cálculo do potencial elétrico é aquela dada a partir da fórmula da Energia potencial elétrica dividida pelo valor da carga elétrica colocada dentro do campo.

Aula - O Potencial Elétrico I.

A força elétrica é conservativa e isto nos permite associar a ela uma Energia potencial. De modo semelhante podemos associar a cada ponto dentro de um Campo Elétrico uma certa quantidade que nos dê a energia por unidade de carga.

A esta quantidade chamamos de "Potencial Elétrico".

Uma grande vantagem de se trabalhar com o potencial elétrico é a seguinte: O potencial é uma grandeza escalar. Isto torna os cálculos mais simples.

Aula - Energia Potencial Elétrica.

A força elétrica é uma força conservativa, isto é, o trabalho realizado por ela sobre uma partícula carregada eletricamente não depende da trajetória percorrida pela partícula. O trabalho depende apenas das posições inicial e final da partícula.

Isto nos permite definir uma Energia potencial Elétrica.

Ao estudar a apresentação a seguir repare que a energia potencial é inversamente proporcional à distância. Diferente da Força Elétrica e do Campo elétrico que são inversamente proporcionais ao quadrado da distância.

Aula - Princípio da conservação do momento linear.

Os princípios de conservação são centrais na Física. Quando estudamos um determinado sistema e descobrimos que uma determinada grandeza física presente nesse sistema não varia apesar das transformações pelas quais ele passa, tocamos num ponto essencial.

Existem vários princípios de conservação. Entre eles temos o Princípio da conservação da energia. O princípio de conservação da carga elétrica, etc...

Entre eles vamos trabalhar agora com o Princípio da Conservação do Momento Linear ou da Conservação da Quantidade de Movimento.

Aula - Relação entre o momento linear e o Impulso.

Podemos medir o Impulso adquirido por um corpo como resultado da ação de uma força durante um certo intervalo de tempo. No entanto, existe outra mameira de calcular o Impulso.

O Impulso também é dado pela variação do Momento linear do corpo naquele intervalo de tempo.

Nunca é demais lembrar que o Momento linear é uma grandeza vetorial. Portanto estamos tratando da subtração vetorial quando falamos do cálculo da variação do Momento.

Aula - Momento linear.

Qual deve ser a medida que caracteriza o movimento de um objeto?. Certamente a velocidade com que ele se movimenta mas não só ela. Devemos também levar em conta a massa do objeto. Portanto, essa "quantidade de movimento" deve ser diretamente proporcional à massa e também diretamente proporcional à velocidade do objeto.

Newton chamava essa grandeza de "quantidade de movimento". Ela é também chamada de momento linear.