1 ano eja

2016 Apostila EJA – Ensino Médio

1º ANO Professor: Cláudio Luigi E.E. Boa Vista

Sumário O que é física ................................................................................................................................................... 2 Divisões ....................................................................................................................................................... 2 Áreas da Física ............................................................................................................................................. 2 PRINCÍPIOS DE CONSERVAÇÃO .............................................................................................................. 3 PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA MASSA ....................................................................................... 3 PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA .................................................................. 3 PRINCÍPIO DE CONSEVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO ............................................. 4 Conceitos básicos da Mecânica: .............................................................................................................. 4 E a QUANTIDADE DE MOVIMENTO? .............................................................................................. 5 Exercícios: ................................................................................................................................................... 6 Princípio de conservação da energia............................................................................................................ 7 ENERGIA:..................... .......................................................................................................................... 8 TERMOLOGIA ............................................................................................................................................... 8 Temperatura ................................................................................................................................................. 8 Escalas Termométricas ............................................................................................................................ 9 CALOR ...................................................................................................................................................... 10 PROCESSOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR .................................................................................... 11 ENERGIA MECÂNICA ............................................................................................................................... 13 Energia Cinética (Ec) ............................................................................................................................. 13 Energia Potencial (Ep) ........................................................................................................................... 14 Princípio de conservação da energia – quantitativamente falando... ..................................................... 14 ONDAS.......................................................................................................................................................... 15 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ........................................................................................................... 18 A RADIAÇÃO TÉRMICA ....................................................................................................................... 20 O EFEITO ESTUFA E O CLIMA NA TERRA ........................................................................................... 21 Emissão, absorção, transmissão e reflexão de energia radiante ................................................................ 21 Como funciona uma estufa de plantas? ................................................................................................. 22 O balanço energético da Terra ............................................................................................................... 22 Os gases que compõem a atmosfera terrestre ........................................................................................ 23 O Protocolo de Kyoto ............................................................................................................................ 26 EXERCÍCIOS ................................................................................................................................................ 27 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ............................................................................................................... 31 LIVROS: .................................................................................................................................................... 31 SITES:........................................................................................................................................................ 31

1º ano EJA - Apostila 1 – E.E. Boa Vista - Professor: Cláudio Luigi

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O que é física?

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Física é a ciência que trata dos componentes fundamentais do Universo, as forças que eles exercem, e os resultados destas forças. O termo vem do grego φύσις (physis), que significa natureza, pois nos seus primórdios ela estudava indistintamente muitos aspectos do mundo natural. A Física difere da Química ao lidar menos com substâncias específicas e mais com a matéria em geral, embora existam áreas que se cruzem como a Físico-química (intimidade da matéria). Desta forma, os físicos estudam uma vasta gama de fenômenos físicos em diversas escalas de comprimento: das partículas subatômicas das quais toda a materia é originada até o comportamento do universo material como um todo (Cosmologia).

Como ciência, a Física faz uso do método científico. Baseia-se essencialmente na Matemática e na Lógica quando da formulação de seus conceitos.

Divisões Um sistema de divisão da Física pode ser feito levando-se em conta a magnitude do objeto em análise. A física quântica trata do universo do muito pequeno, dos átomos e das partículas que compõem os átomos; a física clássica trata dos objetos que encontramos no nosso dia-a-dia; e a física relativística trata de situações que envolvem grandes quantidades de matéria e energia.

A divisão mais tradicional, no entanto, é aquela feita de acordo com as propriedades mais estudadas nos fenômenos.

Daí temos a Mecânica, quando se estudam objetos a partir de seu movimento ou ausência de movimento, e também as condições que provocam esse movimento; a Termodinâmica, quando se estudam o calor, o trabalho, as propriedades das substâncias, os processos que as envolvem e as transformações de uma forma de energia em outra; o Eletromagnetismo quando se analisam as propriedades elétricas, aquelas que existem em função do fluxo de elétrons nos corpos; a Ondulatória, que estuda a propagação de energia pelo espaço; a Óptica, que estuda os objetos a partir de suas impressões visuais; a Acústica, que estuda os objetos a partir das impressões sonoras; e mais algumas outras divisões menores.

Áreas da Física Áreas principais 

Mecânica o Cinemática o Dinâmica  Estática  Hidrostática o Hidrodinâmica o Aerostática o Aerodinâmica  Termologia o Termodinâmica

o Calorimetria Ondulatória o Acústica  Óptica  Eletromagnetismo o Magnetismo o Eletricidade o Física de Semicondutores  Física Moderna

o

Teoria da relatividade  Relatividade geral  Relatividade restrita o Física de Partículas  Física Subatômica  Física Atômica  Física Molecular  Física Nuclear o Mecânica Quântica o Mecânica Estatística



Aplicações na tecnologia 



Eletrônica

Física computacional

Outras áreas   

Física de Materiais Mecânica estatística Física Matemática

  

Física de Plasmas Oceanografia Econofísica (economia)



Física atmosférica

Aplicações em outras ciências   

1

Físico-química (na química) Astrofísica (na astronomia) Geofísica (na geologia)

  

Biofísica (na biologia) Física Médica (na medicina) Agrofísica (na agronomia)

Texto extraído e adaptado do site: https://pt.wikipedia.org/wiki/Física – consulta realizada no dia 26/02/2016

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PRINCÍPIOS DE CONSERVAÇÃO Em nosso dia-a-dia observamos que muitas coisas mudam, mas outras nos dão a impressão de que permanecem sempre da mesma forma. Em ciência, quando expressamos que as coisas não mudam, dizemos “certas grandezas se conservam”. Isso significa, cientificamente, que, durante a ocorrência de algum fenômeno, a quantidade de certas grandezas observada antes é exatamente a mesma depois da ocorrência do fenômeno. Saber disso nos é muito importante e, por isso mesmo, mereceu um nome especial: chamamos de princípios de conservação.

São quatro os princípios de conservação observados na natureza que estudaremos: o princípio de conservação da massa, da carga elétrica, da quantidade de movimento e da energia.

Os princípios de conservação são importantes do ponto de vista da ciência porque eles descrevem, de modo simples, econômico e preciso como as coisas ocorrem na natureza. Esses princípios são observados, testados e confirmados quantitativamente em nosso cotidiano.

O que faz com que a natureza “opte” por conservar certas grandezas? Não sabemos o porquê da natureza se comportar assim. Mas, cabe à ciência, em especial, às ciências que se ocupam da natureza – a física, a química, a biologia etc. – descrever e compreender os processos ou fenômenos que nela ocorrem.

Vamos começar a analisar o que nos parece o mais simples de todos os princípios: O princípio de conservação da massa.

PRÍNCIPIO DE CONSERVAÇÃO DA MASSA Quando misturamos a água com sal e açúcar, em um copo, os cubos de sal e açúcar se dissolvem por completo na água. Não temos mais cristais de açúcar e sal, mas uma mistura deles na água. Não podemos recuperar as colheres de sal e açúcar, mas sabemos que a quantidade de sal e de açúcar que colocamos no copo, está lá, ainda que de forma alterada. A massa de sal e de açúcar não se alterou, apenas a forma como se apresentam no copo com água. Ainda que tenha ocorrido uma reação química entre esses ingredientes (uma reação que modifique a estrutura dos elementos), a massa total de todo o sistema é a mesma.

A tão conhecida Lei de Lavoisier que nos conta que na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma, diz respeito à conservação da massa. Em uma reação química, a massa dos elementos envolvidos antes e depois do evento é a mesma se o sistema for fechado.

Acontece que ao pensarmos no princípio de conservação da massa, devemos levar em consideração o sistema. Na queima de uma folha de papel, por exemplo, observa-se que a massa do papel diminui. Podemos verificar isso, colocando a massa de um papel em recipiente, pesá-lo e depois de incendiado, medimos a massa de papel restante. O que ocorre aqui é que a reação formada liberou CO 2 que escapou para a atmosfera e isso fez diminuir a massa. Se o experimento fosse feito em sistema fechado, teríamos que o resíduo do papel juntamente com a massa do gás carbônico formado seria necessariamente igual à massa do papel antes da queima.

PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA MASSA: a massa envolvida em um sistema fechado não se altera desde que a massa envolvida seja muito maior do que a do átomo ou da molécula e a velocidade seja muito menor do que a da luz.

PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA No decorrer de todos os fenômenos elétricos conhecidos, a carga elétrica total não se altera. A partir dessa observação, foi elaborada a lei de conservação da carga elétrica.

PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA: Em um sistema isolado, quaisquer que sejam os fenômenos que nele ocorram, a soma algébrica das cargas elétricas, isto é, a soma das cargas positivas e negativas se mantém constante.

Estudaremos melhor esse princípio durante o nosso 3º ano, pois nele abordaremos a eletricidade e para isso daremos ênfase as Cargas Elétricas.

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PRINCÍPIO DE CONSEVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO Em um sistema isolado, isto é, em um sistema em que não atue forças externas ou que as resultantes dessas forças sejam nulas, a quantidade de movimento total, isto é o somatório do produto total da velocidade pela massa dos corpos deste sistema será uma constante.

Mas, antes de entendermos o que é a Quantidade de Movimento e o princípio de sua conservação, vamos entender alguns conceitos básicos na mecânica.

Conceitos básicos da Mecânica: 

    

Ponto Material: é todo corpo cujas dimensões não interferem no estudo de um determinado fenômeno. Exemplo: um automóvel viajando de Contagem ao Espírito Santo pode ser considerado um ponto material, pois suas dimensões são desprezíveis quando comparadas ao comprimento da estrada.

Corpo extenso: é todo corpo cujas dimensões interferem no estudo de um determinado fenômeno. Exemplo: um automóvel manobrando para ocupar uma vaga é considerado um corpo extenso, pois suas dimensões não podem ser desprezadas em relação a vaga.

Referencial: o corpo em relação ao qual identificamos se um corpo está em movimento ou em repouso. A partir dele as posições dos outros corpos são definidas.

Repouso: ocorre quando a posição entre o corpo e o referencial não varia com o tempo.

Movimento: ocorre quando a posição entre o corpo e o referencial varia com o tempo.

Trajetória (distância percorrida): é a linha determinada pelas diversas posições que um corpo ocupa no decorrer do tempo.

Na figura, P1, P2, P3,... representam as sucessivas posições ocupadas pelo móvel, correspondentes aos instantes t1, t2, t3,.

A trajetória é a curva obtida com a união das sucessivas posições ocupadas pelo móvel.

Em determinadas situações, considerando-se dois referenciais diferentes, podemos ter duas trajetórias diferentes. Observe a figura a seguir.

Um avião joga uma bomba. Para o piloto do avião a bomba cairá segundo uma trajetória retilínea e vertical, porém, para um observador no solo a trajetória da bomba será curvilínea. 

Deslocamento (Δs) ( ou Espaço): é definido como a variação de posição de um móvel em um dado instante de tempo. Pode ser descrito por:

s = s - s0

O deslocamento depende apenas dos espaços inicial (s0) e final (s).

O deslocamento escalar pode ser positivo, negativo ou nulo: o Se Δs>0, o sentido do movimento é o mesmo ao sentido de orientação da trajetória; o Se Δs>0, o sentido do movimento é contrário ao sentido da orientação da trajetória; o Se Δs=0, a posição final é igual a inicial.

Há duas possibilidades para Δs=0:

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o o 

O corpo pode não ter se movimentado; O corpo pode ter se movimentado, mas retornado à posição inicial;

VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA

A velocidade escalar média é o quociente entre a variação de espaço (Δs) pelo intervalo de tempo correspondente (Δt):

Observações: Note que Δt é sempre positivo, pois é a diferença entre um instante posterior t2 e o instante anterior t1. Já a variação de espaço pode ser positiva, negativa ou nula.  Se s2>s1: a variação de espaço é positiva e o móvel se desloca no mesmo sentido da trajetória.  Se s1>s2: a variação de espaço é negativa e o móvel se desloca no sentido contrário ao da trajetória.

No SI, a velocidade escalar é medida em metros por segundo. Porém, outra unidade muito utilizada é o quilômetro por hora (km/h).

Para transformar km/h em m/s basta dividir o valor por 3,6 e para transforma de m/s para Km/h, basta multiplicar por 3,6, pois:

Então:

E a QUANTIDADE DE MOVIMENTO? Vamos entender melhor...

Imagine um garoto em pé sobre patins parado inicialmente e de frente a um adulto na mesma situação. O adulto então empurra o garoto. O que irá acontecer?

Tanto o adulto quanto o garoto sairão do repouso. Tanto o adulto quanto o garoto irão adquirir certa velocidade. Mas, qual será a velocidade que o adulto e o garoto irão adquirir? Será uma velocidade maior do que a outra? De que dependerá a diferença de velocidade do adulto e do garoto? Resolveremos essa questão com o princípio de conservação da quantidade de movimento.

Observou-se que o adulto passou a se mover com uma velocidade de 2 m/s.

Qual será, então, a velocidade do garoto?

Como vimos nas atividades anteriores, um princípio de conservação nos informa que antes e depois de algum evento, algo se mantém – foi o que aprendemos no caso de conservação da massa e da carga elétrica em um sistema isolado. No princípio de conservação da quantidade de movimento (que é representado pela letra Q), o produto total da massa pela velocidade dos elementos envolvidos se conserva após o evento.

Antes e depois do evento, a quantidade de movimento total, isto é o produto da velocidade pela massa será a mesma.

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Para ilustrarmos esse princípio, vamos dar valores às grandezas envolvidas. Suponha então: massa do garoto = 30 Kg e velocidade inicial do garoto = 0, já que está inicialmente parado. massa do adulto = 70 Kg e velocidade inicial do adulto = 0.

Como a quantidade de movimento (Q) é o produto da massa (m) vezes a velocidade (v), antes do evento, isto é, antes do adulto empurrar o garoto, temos que: Qantes (adulto) = 0 e Qantes (garoto) = 0, já que o produto da massa do adulto e da criança pela velocidade é zero, pois os dois estão inicialmente parados.

Qantes (adulto + garoto) = 0, (a quantidade de movimento total antes do evento é zero).

Sabemos que, de acordo com o princípio de conservação da quantidade de movimento, a quantidade de movimento total depois do evento deverá ser zero.

Qdepois = 0, como a quantidade de movimento é m.v, temos: Qdepois (adulto) + Q depois (garoto) = 0 M(adulto) . velocidade(adulto) + massa(garoto) . velocidade(garoto) = 0 Substituindo os valores: 70 Kg . 2 m/s + 30 Kg . velocidade(garoto) = 0 140 Kg.m/s + 30 Kg . velocidade(garoto) = 0 velocidade(garoto) = - 140 kg.m/s / 30 kg velocidade(garoto) = - 4,67 m/s Observe que o sinal negativo significa que o garoto se move em sentido contrário ao movimento do adulto. É importante notar que nenhuma outra força de interação, para além do sistema considerado (adulto + garoto), atuou no evento. Isso diz respeito ao limite de validade do princípio de conservação da quantidade de movimento. O princípio de conservação da quantidade de movimento é válido desde que o sistema se mantenha isolado, isto é, desde que não atuem no sistema forças externas (forças provenientes de outras interações além do sistema inicialmente considerado, como por exemplo, se outra pessoa começasse a fazer parte do fenômeno).

Alguns aparatos tecnológicos foram desenvolvidos a partir do princípio de conservação da quantidade de movimento. Um foguete disparado no espaço sideral é exemplo disso. Temos como sistema a cápsula do foguete e seu material combustível. Esse conjunto possui certa quantidade de movimento. A cada instante, embora a massa total se mantenha, o foguete perde parte de sua massa em função do combustível que é queimado para sua própria propulsão. Embora a quantidade de movimento total (a massa do foguete vezes a velocidade do foguete + a massa de ar que é ejetada vezes a velocidade dessa massa de ar) seja constante, a variação na massa do foguete que se desloca faz com que haja uma variação na quantidade de movimento do foguete, fazendo com que ele se desloque no espaço sideral.

PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO: Em um sistema isolado, isto é, em um sistema em que não atue forças externas, a quantidade de movimento total, isto é o produto total da velocidade pela massa será constante.

Exercícios: 1) Um satélite artificial, de 10 m de raio, está girando em torno da Terra a uma altura de 500 km. Sabe-se que o raio da Terra vale cerca de 6.000 km. No estudo deste movimento: a. A Terra poderá ser considerada uma partícula? b. E o satélite?

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2) Um menino viaja de ônibus com a sua mãe e, observando a paisagem externa, exclama: - Olha mãe! As árvores estão se movendo para trás!

A mãe, então, responde: - Não, filho, o ônibus é que está indo para frente.

De acordo com este diálogo, marque a alternativa correta: a. Somente o menino está certo. b. Somente a mãe está correta. c.

Ambos estão errados.

d. Ambos, dentro dos respectivos pontos de vista, estão certos.

3) Dois carros A e B deslocam-se em uma estrada plana e reta, ambos no mesmo sentido. O carro A desenvolve 60 km/h e o carro B, um pouco mais à frente, desenvolve também 60 km/h. a. A distância entre A e B estão variando? b. Para um observador em A, o carro B está parado ou em movimento?

4) Uma pessoa, na janela de um ônibus em movimento, solta uma pedra, que cai em direção ao solo. a. Para esta pessoa, qual é a trajetória que a pedra descreve ao cair? b. Para uma pessoa parada sobre o solo, em frente à janela, como seria a trajetória da pedra (faça um desenho)?

5) O tempo médio de um atleta olímpico para a corrida de 100 m rasos é de 10 segundos. Qual a velocidade média desse atleta, em km/h?

6) Defina a grandeza quantidade de movimento.

7) Explique o lançamento de um foguete espacial a partir do princípio de conservação da quantidade de movimento. Para isso, você deve ter em mente que a ciência, ao descrever a realidade de um fenômeno, tenta organizá-lo de modo a simplificar sua análise e a partir disso, utiliza leis e princípios que são simples e universais. Então, siga os passos: a. Faça um desenho esquemático, mostrando a situação inicial do lançamento de um foguete. b. Desenhe o combustível do foguete sendo ejetado para fora da cápsula. c. Desenhe o que ocorrerá com a cápsula do foguete. d. Organize o fenômeno em antes e depois. e. Organize o fenômeno em quantidade de movimento antes e depois f. Verifique para essa situação o princípio de conservação da quantidade de movimento.

8) Quais são as considerações que devemos fazer para aplicarmos o princípio de conservação da quantidade de movimento?

Princípio de conservação da energia O princípio mais importante observado na natureza, talvez seja o princípio de conservação da energia. Esse princípio nos informa que a quantidade de energia antes e depois de algum evento ou fenômeno é a mesma.

A energia pode se transformar de um tipo de energia em outro tipo de energia no decorrer do fenômeno, mas a quantidade total de energia envolvida no fenômeno é a mesma. A energia se transforma, mas jamais desaparece.

PRINCÍPIO DE CONSERVAÇÃO DA ENERGIA: A energia nunca desaparece. Ela pode ser transformada de uma forma em outra forma de energia. A energia total se mantém constante.

Em nosso cotidiano lidamos com vários tipos de energia. A energia elétrica é transformada em energia térmica em um chuveiro e em energia sonora em um auto-falante. A energia luminosa é transformada em energia elétrica em uma bateria solar. A energia nuclear é transformada em térmica e, depois, em elétrica em uma usina nuclear. São vários os exemplos em que diversas formas de energia estão em jogo. De uma maneira geral, podemos dizer que a quantidade de energia presente no universo é constante, ou seja, a energia não pode ser criada ou destruída, simplesmente ela sofre transformação de uma forma para outra.

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ENERGIA: Apesar de todos nós termos um sentimento do que é energia, é muito difícil elaborar uma definição precisa para ela. Na verdade a Física aceita a energia como conceito primitivo, sem definição, ou seja, apenas caracterizando-a.

Energia é uma palavra que em ciência designa uma propriedade observada nas transformações que continuamente ocorrem na natureza. Mas, como muitos outros termos, ela tem significados diferentes noutros contextos, por exemplo, quando ouvimos que a autoridade policial agirá com energia contra os assaltos, ninguém confundirá o significado da palavra energia nesse caso com o sentido que ela possui na Física.

Quando dizemos, por exemplo, que a energia de um caminhão que trafega com a velocidade de 40 km/h é maior do que a de um pequeno automóvel que tenha a mesma velocidade, utilizamos a palavra energia para designar uma propriedade física e não o comportamento de uma pessoa.

Em Física, como em outros ramos da ciência, utilizamos numerosos termos com significados muito diferentes dos habituais. A questão importante é saber identificar com clareza qual o sentido que a palavra adquire em determinado contexto. A Física estuda propriedades quantitativas dos processos naturais e muitos dos seus conceitos podem ser expressos em termos matemáticos, isto é, existem fórmulas (equações) matemáticas que identificam com precisão o significado das palavras, evitando-se com isso toda ambiguidade. Vejamos dois exemplos.

1) Em Física distinguem-se vários tipos de energia, dois dos quais são a energia cinética e o outro a energia potencial gravitacional. A primeira refere-se ao produto ½Mv2, em que M é a massa de um corpo que se move com a velocidade v; a segunda designa o produto Mgh, no qual M é a massa de um corpo que se encontra à altura h acima de um determinado nível de referência e g é a aceleração adquirida por esse corpo se ele for solto e puder cair livremente.

2) Outra palavra amplamente utilizada em Física é momento. Na linguagem comum, ela designa um pequeníssimo intervalo de tempo. Em Física essa palavra tem, além desse significado, vários outros, um dos quais é o momento de um corpo de massa M que esteja em movimento com velocidade v, ao qual corresponde a expressão Mv, isto é, o produto da massa do corpo pela sua velocidade; esse conceito também é conhecido como quantidade de movimento do corpo. Outro uso em Física da palavra momento é no caso de momento de uma força, que se refere ao produto Fr, em que F indica a magnitude da força aplicada a um corpo e r distância dessa força a um eixo em torno do qual o corpo pode girar.

Os conceitos apresentados nos exemplos acima serão posteriormente estudados mais detalhadamente e explicadas as vantagens que oferecem na compreensão da natureza.

As equações matemáticas podem ser vistas também como abreviações adotadas pelos cientistas, evitando que tenham de recorrer a longas frases, como você terá oportunidade de aprender.

Deve-se esclarecer desde já que aprender física não significa ter de decorar muitas fórmulas; certamente algumas deverão ser conhecidas com familiaridade, porém o mais importante é compreender o que elas significam, ou seja, entender como elas descrevem o comportamento dos corpos no mundo material.

Iremos começar estudando uma das formas de energia: a ENERGIA TÉRMICA.

TERMOLOGIA Temperatura Os átomos e as moléculas que constituem a matéria não ficam parados, eles estão em constantes vibrações (movimento). Em virtude de seus movimentos, as moléculas ou os átomos da matéria possuem vários tipos de energia associada à agitação atômica ou molecular. A soma total de todas as energias no interior de um corpo é denominada de energia interna. De modo que um corpo não possui calor – ele contém energia interna. Sabe-se que essa energia aumenta sempre que a matéria é aquecida. Quando um sólido, um líquido ou um gás ficam mais quentes, seus átomos ou moléculas passam a se movimentar ou agitar mais rapidamente, pois eles recebem mais energia.

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A temperatura de um corpo não é a quantidade de calor que ele possui.

A temperatura de um corpo associada às sensações táteis de frio ou quente que ele nos transmite, está relacionada como o nível de agitação atômica ou molecular. Quanto maior a agitação maior a temperatura. * É possível que você já tenha ouvido algumas pessoas dizerem que "temperatura é uma medida do calor do corpo". Esta afirmativa, entretanto, está errada. A temperatura é um número usado para traduzir o estado de "quente" ou "frio" de um corpo.

Uma maneira correta de conceituar a temperatura seria dizer que ela é uma medida da maior ou menor agitação das moléculas ou átomos que constituem o corpo.

Para medir a temperatura dos corpos, o número que representa o valor dessa temperatura, utilizamos um aparelho chamado termômetro.

Para que possamos medir temperaturas, será necessário graduar o termômetro, isto é, marcar nele as divisões e atribuir números a essas divisões. Quando procedemos desta maneira, estamos construindo uma escala termométrica.

Escalas Termométricas Na construção de uma determinada escala termométrica, são adotadas convenções arbitrárias. Em virtude de serem arbitrárias essas convenções, várias escalas termométricas diferentes foram surgindo, com o decorrer do tempo, em vários países. Esta variedade de escalas termométricas, naturalmente, acarretava uma série de inconvenientes. Para afastar estas dificuldades, os cientistas sugeriram a adoção de uma escala única, baseada em convenções internacionais. * a escala Celsius (anteriormente denominada escala centígrada), atualmente é adotada em quase todos os países do mundo.

Este tem como sua marca zero ( 0°C - zero graus Celsius) a mistura de gelo e água (gelo fundente) à pressão de 1 atm e a água em ebulição, à pressão de 1 atm, como a sua marca 100 (100 ºC - 100 graus Celsius). O intervalo entre 0°C e 100°C é dividido em 100 partes iguais, estendendo-se a graduação acima de 100°C e abaixo de 0°C. Cada intervalo entre duas divisões sucessivas (o "tamanho" de 1°C) corresponde a uma variação de temperatura que é representada por (1°C). * Escala Kelvin — Outra escala usada universalmente, principalmente nos meios científicos, foi proposta pelo grande físico irlandês, Lord Kelvin (1824-1907), sendo denominada escala Kelvin ou escala absoluta.

A idéia de se propor esta escala surgiu das discussões em torno de temperaturas máximas e mínimas que podem ser atingidas por um corpo. Verificou-se que não há, teoricamente, um limite superior para a temperatura que um corpo pode alcançar. Entretanto, observa-se que existe um limite natural, quando tentamos abaixar a temperatura. Estudos realizados em grandes laboratórios de diversos países mostraram que é impossível obter uma temperatura inferior a -273°C. Esta temperatura é denominada zero absoluto. Na realidade, o zero absoluto é uma temperatura limite, que não pode ser alcançada, tendo-se, entretanto, conseguido valores muito próximos a ela. Então: “O limite inferior para a temperatura de um corpo é -273°C. Esta temperatura é denominada zero absoluto”.

Kelvin propôs como zero de sua escala (representado por 0 K)* a temperatura do zero absoluto e um intervalo unitário igual ao intervalo de 1°C, isto é,  (1K) =  (1°C). Desta maneira, temos: 0 K corresponde a -273°C 1 K corresponde a -272°C 2 K correspondem a -271°C 273 K correspondem a 0°C 373 K correspondem a 100°C, etc. * Observação: Até algum tempo atrás escrevia-se 0°K e lia-se "zero grau Kelvin". Atualmente, convencionou-se abolir a palavra "grau" ao se trabalhar com a escala Kelvin. Assim, escreve-se 0 K (lê-se "zero Kelvin"), 1 K (lê-se "um Kelvin") etc.

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De modo geral, designando por T a temperatura Kelvin e por tc a temperatura Celsius correspondente, é fácil concluir, que:

T = tc + 273 Logo, para se expressar, na escala Kelvin, uma temperatura dada em graus Celsius, basta adicionar 273 a este valor. * Escala Fahrenheit — Apesar das convenções internacionais, alguns países, principalmente os de língua inglesa, ainda conservam o uso da escala Fahrenheit, que é amplamente empregada pela população e até mesmo em trabalhos científicos.

Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão do gelo é marcado com 32 graus Fahrenheit (32°F) e o ponto de ebulição da água com 212°F. Assim, o intervalo entre estas temperaturas corresponde a 180 divisões. Como na escala Celsius este mesmo intervalo de temperatura corresponde a 100 divisões, concluímos que o intervalo de 1°F, isto é, (1°F), corresponde aproximadamente à metade do intervalo de 1°C.

Em linhas mais gerais:

tc 

5t F  32  9

Para que possamos usar os termômetros é necessário que o mesmo fique em contato por algum tempo com o corpo que quermos medir a sua temperatura. Este tempo é necessário para que o corpo entre em Equilíbrio Térmico.

Equilíbrio térmico é o estado final que tende dois (ou mais) corpos, colocados em contato e isolados de influências externas. Dizemos que os corpos encontraram uma uniformidade em sua temperatura.

Quando colocamos o termômetro em contato com o corpo durante algum tempo, queremo que o termômetro entre em “Equilíbrio térmico” com o corpo, assim o termômetro terá sua temperatura igual ao do corpo, nos permitindo ler a temperatura.

CALOR Calor é a energia que transita entre corpo que possuem temperaturas diferentes.

Vamos imaginar dois corpos, A e B, que possuam temperaturas diferentes, de tal forma que tA > tB, de acordo com a figura que se segue.

Podemos entender que as partículas que compõem o corpo A possuem, em média, mais energia que aquelas que compõem o corpo B. Quando isso acontecer, A irá ceder energia para B com o objetivo de se igualar os níveis de vibração das partículas de ambos. Como o corpo A está cedendo energia, as suas partículas apresentarão um grau de agitação menor e, portanto, terão menor temperatura. O corpo B por sua vez estará recebendo energia, fazendo com que suas partículas apresentem um grau de vibração maior, o que levará a um aumento de temperatura. Quando as temperaturas de A e B se igualarem (equilíbrio térmico), cessará esse transporte de energia.

Chamamos de calor a essa energia térmica em trânsito do corpo de maior para o de menor temperatura que tem por objetivo estabelecer o equilíbrio térmico entre os corpos em questão.

Vejamos como isso acontece em escala microscópica entre dois corpos quaisquer: * Inicialmente escolhemos dois corpos com temperaturas diferentes. O corpo mais quente possuirá maior energia interna do que o corpo mais frio.

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* Ao realizarmos o contato entre os corpos haverá uma transferência espontânea de parte da energia interna do corpo mais quente para o corpo mais frio. É bom ressaltar que nenhuma substância material fluiu entre os corpos e sim que a agitação térmica do corpo quente se propagou progressivamente aos átomos ou moléculas do corpo frio.

A energia que é transferida de um corpo para outro por causa de uma diferença de temperatura entre eles é chamada de calor.

* Esta transferência de energia continua até que as energias internas dos dois corpos se igualem, ou seja, até que os corpos atinjam a mesma temperatura (equilíbrio térmico).

Comentários: 1) Uma vez que a energia tenha sido transferida para o corpo frio, ela não mais deve ser chamada de calor. Depois que foi distribuída entre as moléculas, ela agora é energia interna que podemos medir (temperatura).

2) É importante chamar a atenção para o fato de que a energia interna de um corpo pode aumentar sem que o corpo receba calor. Por exemplo, esfregando as duas mãos uma contra a outra, a temperatura das mãos aumenta porque foi realizado trabalho mecânico (força e movimento).

Como o calor é uma forma de energia, iremos utilizar como unidade qualquer unidade de energia. Em nossos exercícios, trabalharemos com duas unidades: joule (J) e caloria (cal).

A relação entre estas duas unidades é: 1 cal = 4,18 J

PROCESSOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR A) Condução Este tipo de transmissão ocorre predominantemente nos sólidos.

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Para que possamos compreender a condução, imagine que uma das extremidades de uma barra de ferro é colocada na chama de um fogão. Após um certo tempo, a outra extremidade também estará quente. Isto nos faz conduir que o calor foi transmitido ao longo da barra, de uma extremidade a outra. Veja a figura.

A extremidade A é a que recebe calor da chama. Como consequência, os átomos sofrem um aumento no grau de vibração. Porém, o estado sólido é caracterizado por uma intensa ligação entre os átomos. Dessa forma, este aumento de vibração é transmitido para os átomos vizinhos que não receberam o calor diretamente da chama. Após algum tempo, este aumento de vibração atinge a extremidade B. É importante se notar que, em qualquer instante, vai haver uma diferença de temperatura entre as duas extremidades, sendo tA > tB .

São 4 os fatores que influenciam no fluxo de calor por condução entre dois pontos: 1) área de contato: quanto maior for a área de contato entre dois corpos, mais intenso será o fluxo de calor. Este fato explica o porquê de nos encolhermos quando sentimos frio.

2) espessura: quanto maior for a espessura do corpo, menor o fluxo de calor. É por isso que usamos roupas grossas (de grande espessura) durante o inverno.

3) diferença de temperatura entre os pontos: quanto maior a diferença de temperatura, maior o fluxo de calor.

4) tipo de material: existem algumas substâncias que são condutoras e outras que são isolantes térmicas. Os metais são exemplos de condutores e a borracha, de isolante. A grandeza física que nos indica a capacidade que uma substância tem de conduzir calor é chamada de coeficiente de condutividade térmica (K). Quanto maior for a condutividade térmica, mais intenso o fluxo de calor.

Este fluxo de calor é que nos dá a sensação de quente e frio. Quando tocamos um corpo, teremos a sensação de que ele está quente se recebermos calor dele. Se cedermos calor para o corpo, teremos a sensação de que ele está frio. Quanto maior for o fluxo de calor, maior a sensação térmica.

Quando tocamos simultaneamente uma porta de madeira e a sua maçaneta (feita de metal), temos sensação de que esta última está mais fria. Na verdade, ambas possuem a mesma temperatura, pois estão em equilíbrio térmico com o ambiente A razão deste engano é que a maçaneta é feita de um material que é bom condutor térmico, enquanto que a porta é isolante. Dessa forma, o fluxo de calor da nossa mão para a maçaneta é mais intenso do que para a porta, porque a condutividade térmica dos metais é maior do que a da madeira.

B) Convecção Este tipo de transmissão de calor é mais significativo nos meios fluidos.

Vamos imaginar que queiramos aquecer uma certa quantidade de água. Quando colocamos a panela cheia de água na trempe de um fogão, as moléculas de água que estão no fundo são as primeiras a receber calor. Com o aquecimento, estas moléculas têm um aumento médio em seu volume e uma respectiva diminuição em sua densidade. Por este motivo, elas se dirigem para a superfície, enquanto que as moléculas da superfície, por estarem mais densas, migram para o fundo.

Este movimento recebe o nome de corrente de convecção e é o responsável pelo aquecimento da água como um todo.

Este processo nos permite concluir que a convecção, ao c ontrário da conduç ão, é um processo de transmissão de calor que envolve transporte de matéria. Por este motivo ele é mais intenso nos meios líquidos e gasosos.

A convecção térmica é o processo relacionado com a formação dos ventos, o aquecimento de saunas e o resfriamento de geladeiras e freezers.

Em uma sauna, os pontos mais próximos do teto são os locais mais quentes e nas geladeiras o congelador deve estar no ponto mais alto.

C) Radiação (Irradiação) Este tipo de transmissão de calor é feito por meio de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho.

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Sabemos que há uma diferença de temperatura entre o Sol e a Terra. Pelo que já estudamos neste capítulo, deve haver um fluxo de calor entre estes dois corpos. Porém, o calor transmitido do Sol até nós deve viajar uma região onde essencialmente existe vácuo. Note que não há um meio sólido, líquido ou gasoso para que um dos processos anteriores seja verificado. Neste caso, o calor é transmitido por meio de ondas eletromagnéticas (da mesma natureza que a luz ou as ondas de rádio, por exemplo) que têm a capacidade de se propagar no vácuo. É através da radiação que trocamos a maior parte de calor com o meio ambiente.

Observação: Existe um dispositivo chamado Garrafa Térmica (Vaso de Dewar) cuja função é evitar a troca de calor entre o meio ambiente e um corpo qualquer cuja temperatura devemos manter. A figura seguinte mostra um esquema básico deste dispositivo.

As paredes duplas de vidro espelhado são colocadas para dificultar as trocas de calor por radiação, enquanto que o vácuo entre essas paredes tenta evitar as trocas de calor por condução e convecção. Teoricamente, o isolamento deve ser perfeito. Na prática, porém, não há maneira de se evitar totalmente as trocas de calor pois não conseguimos produzir espelhos que sejam refletores perfeitos nem estabelecer um vácuo propriamente dito.

Entendendo um pouco mais o processo de RADIAÇÃO A palavra radiação possui inúmeros significados no nosso cotidiano. Um deles se refere à radioatividade. Em 1987 ocorreu na cidade de Goiânia um acidente radioativo em que dezenas de pessoas foram contaminadas e morreram acidentalmente devido às radiações emitidas por uma cápsula contendo o elemento radioativo Césio 137. No ano anterior tinha ocorrido em Chernobyl, cidade europeia da Ucrânia, um outro acidente nuclear que produziu uma nuvem de radiação que atingiu vários países ao seu redor. Vários estudos são realizados procurando pesquisar os efeitos dos diversos tipos de radiação nos seres vivos. Esses casos referem-se á radiação emitida por núcleos atômicos instáveis de alguns elementos químicos, os chamados elementos radioativos.

O termo radiação solar também é bastante usado em nosso dia-a-dia e se refere, por exemplo, à energia utilizada para aquecimento de água ou para produção de energia elétrica através de células fotovoltaicas.

Entretanto, vamos usar o termo radiação referindo-se à radiação térmica e significa essencialmente a emissão contínua de energia eletromagnética, particularmente as ondas do espectro infravermelho, conhecidas como “ondas de calor”.

Dessa forma, para estudar a radiação térmica, daremos alguns elementos para que você entenda o conceito de onda.

Estudaremos o conceito de ondas, logo após vermos o conceito de outra forma de energia. A ENERGIA MECÂNICA.

ENERGIA MECÂNICA Agora iremos estudar outra forma específica de energia chamada Energia Mecânica. Este tipo de energia é a soma de dois outros tipos: energia cinética e energia potencial mecânica. Veremos, a seguir, estes tipos de energia. a)

Energia Cinética (Ec): Esta é a forma de energia dos corpos em movimento. Um corpo terá energia cinética quando apresentar uma certa velocidade, em relação a um referencial. A sua expressão matemática é: Ec = ½ .m.v2

O valor da energia cinética (Ec) de um corpo em movimento depende do valor de sua massa (m) e do valor de sua velocidade (v). O valor da energia cinética de um corpo é dado pela equação Ec = mv 2/2. Observe que tanto a massa do corpo quanto a sua velocidade aparece na equação que nos fornece o valor da energia cinética desse corpo. Observe também que na equação da energia cinética, a velocidade do corpo está elevada ao quadrado; o mesmo não ocorre com a massa do corpo. Então, a energia cinética de um corpo é diretamente proporcional à sua massa e diretamente proporcional ao quadrado de sua velocidade. Isso significa que se duplicarmos a massa de um corpo ou sistema, a energia cinética do sistema duplica, já que a energia cinética e a massa são grandezas diretamente proporcionais. Mas, se duplicarmos a velocidade de

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um corpo ou sistema, a energia cinética não será duplicada e sim, quadruplicada, já que a energia cinética é proporcional à velocidade do corpo ao quadrado, como nos informa a equação. Se um corpo de três quilogramas estiver se deslocando com velocidade de dois metros por segundo, a energia cinética associada a esse corpo é de seis joules. b)

Energia Potencial (Ep): Quando a energia está acumulada em um certo corpo, ela recebe o

nome de potencial. Assim, temos energia potencial elétrica, química, magnética, etc. Podemos estabelecer que para toda força conservativa haverá uma energia potencial a ela relacionada.

Vamos estudar as formas de energia potencial mecânica. Existem duas situações que irão nos interessar: energia potencial gravitacional (relacionada com a força peso) e energia potencial elástica (relacionada com a força elástica). b.1) Energia Potencial Gravitacional (Epg): Imagine que um corpo foi levado do solo até uma certa altura h. Nesta situação, podemos dizer que este corpo possui uma certa energia guardada (potencial), uma vez que o seu peso é capaz de realizar um trabalho para trazê-lo de volta ao solo. Na verdade, esta energia foi acumulada pelo corpo por causa do trabalho realizado para colocá-lo na altura h.

A energia potencial gravitacional é igual ao trabalho realizado pelo peso durante o deslocamento da altura h até o solo (que será o nosso nível de referência).

Epg = Wp = P.h Epg = m.g.h Já o valor da energia potencial gravitacional (Epg) depende diretamente dos valores da massa (m), da altura (h) em que o corpo se encontra e da aceleração da gravidade (g). Sendo assim, o valor da energia potencial gravitacional é dado pela equação Epg = mgh. Observe que quanto maior a massa de um corpo e quanto maior a altura em que ele se encontra em relação a um nível de referência, maior é a sua energia potencial gravitacional. Um corpo de três quilogramas a vinte centímetros (ou 0,2 m) de altura do chão (ou de um nível de referência qualquer) possui seis joules de energia potencial gravitacional associado a ele. b.2) Energia Potencial Elástica (Epe): Uma mola deformada é capaz de empurrar um certo bloco. Note que, neste caso, a mola irá aplicar uma força no bloco que produzirá um deslocamento. Logo, esta mola, quando estiver comprimida ou distendida, será capaz de realizar um trabalho. Isto significa que ela possui uma energia acumulada. Esta energia chamaremos de energia potencial elástica.

De maneira semelhante ao que ocorre com a gravitacional, a energia potencial elástica é igual ao trabalho realizado pela força elástica para voltar à posição inicial.

Epe = ½ k.x2 c) Energia Mecânica (EMEC): A energia mecânica é a soma das energias cinética e potencial, ou seja: Emec = Ec + Ep

Princípio de conservação da energia – quantitativamente falando...

Para que você entenda melhor o princípio de conservação da energia, vamos utilizar valores. Aprendemos que quando uma grandeza se conserva, o valor da grandeza antes e depois do fenômeno é o mesmo. Vamos aplicar a definição do princípio de conservação da energia para o corpo do exemplo anterior. O corpo de 3 Kg, quando está a 0,2 m do chão, possui 6 joules de energia, que no caso é potencial gravitacional, já que possui altura em relação a um nível de referência qualquer. Imagine que esse corpo estivesse inicialmente suspenso e depois foi solto dessa altura. O que acontecerá com a energia potencial gravitacional do corpo?

Ora, se o corpo perde altura, ele perde um tipo de energia associado a ele que é a energia potencial gravitacional. Mas, a energia não se conserva? Sim, o princípio de conservação da energia é um dos princípios fundamentais da física! O corpo perde um tipo de energia, mas ganha outro tipo de energia, já que a quantidade de energia antes é igual à quantidade de energia depois. O corpo perde energia potencial gravitacional durante a queda, mas ganha velocidade enquanto está caindo, logo ganha energia cinética, de modo que, imediatamente antes de tocar o solo, o corpo possui energia cinética cujo valor é o mesmo da sua energia potencial gravitacional no início do fenômeno, quando o corpo estava parado a 0,2 m do chão. Então, como o corpo possuía 6 joules de energia no início do fenômeno, no final (imediatamente antes de tocar o solo) também possui 6 joules de energia.

Você deve estar pensando, “mas, por que imediatamente antes de tocar o solo? E quando o corpo toca o solo? ” Quando o corpo toca o solo, sua energia potencial gravitacional é zero, já que não possui altura, mas também não possui velocidade e sua energia cinética é zero. “E o que aconteceu com o princípio de conservação da energia, tão importante à humanidade? ” Você deve estar se perguntando... A energia potencial gravitacional do corpo se transformou em energia cinética e, depois se transformou em som, calor, trepidação do chão, que são outras formas de energia associadas ao fenômeno.

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A energia nunca desaparece; ela pode ser transformada e também armazenada de diferentes modos. À energia armazenada damos o nome de energia potencial, que pode ser química, elétrica, elástica ou gravitacional. A energia potencial de um sistema representa uma forma de energia armazenada que pode ser completamente recuperada e transformada em outro tipo de energia.

A geração de energia elétrica a partir de uma queda d’água é um aplicativo do princípio de conservação da energia. A água represada a uma certa altura possui um tipo de energia associada a ela devido à sua altura.

Como essa energia está armazenada no corpo, no caso, a água, é chamada de energia potencial e devido à sua altura, é chamada de energia potencial gravitacional.

Também podemos armazenar energia utilizando a deformação de um corpo, como no caso do atleta do salto com vara. A energia de movimento do atleta fica armazenada na vara, devido à sua deformação. Esse tipo de energia armazenada devido à deformação de um corpo é chamado de energia potencial elástica. Pelo fato de a energia estar armazenada no corpo, recebe o nome de energia potencial e, o nome de elástica é devido à deformação produzida no corpo.

Podemos pensar, agir, nos movimentar, falar, abrir os olhos etc. devido à energia potencial química armazenada nos alimentos que ingerimos. A energia química fornecida ao corpo pelos alimentos esteve armazenada em forma de energia potencial química até ser utilizada e transformada em outro tipo de energia.

Outra forma de armazenamento de energia é sob a forma de energia potencial elétrica. Do mesmo modo que uma pedra possui energia potencial gravitacional quando está a certa altura do chão em função de ter armazenado a energia que lhe foi transferida para colocá-la a certa altura, quando separamos ou fazemos diminuir a distância entre cargas elétricas, utilizamos energia para realização desse feito. Mas sabemos que a energia não se perde, ela é então armazenada na forma de energia potencial elétrica nesse sistema de cargas.

ONDAS O estudo das ondas surgiu, historicamente, não para compreender o movimento das ondas do mar ou das ondas formadas num lago, quando uma pedra é lançada sobre sua superfície, ou mesmo as “cobrinhas” formadas pelas oscilações de uma corda nas brincadeiras de crianças, mas como um artifício para entender o comportamento da luz e do som.

Atualmente o assunto “ondas” aparece frequentemente na mídia: ouve-se falar em ondas curtas, médias e longas (de rádio), ondas de TV, ondas luminosas, ondas sonoras, ondas eletromagnéticas e ondas sísmicas.

O conceito de onda é utilizado em todos os campos da física, até mesmo nos movimentos de partículas subatômicas como os elétrons e os quarks.

A sequência de fotos mostra uma pessoa produzindo, com as mãos, um movimento periódico numa bandeira.

Cada vez que a pessoa sobe e desce a mão, ela produz uma perturbação na bandeira (o meio de propagação). Quando é produzida uma série de perturbações, forma-se uma onda. Observa-se que essas

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perturbações se movem de um canto a outro da bandeira sem que cada uma das partes da bandeira se mova no mesmo sentido da perturbação. Ou seja, quando uma onda se propaga ela não transporta matéria. Para comprovar este fato, fixe sua atenção numa letra escrita na bandeira: quando a onda passa, observe que esta letra apenas sobe e desce e não se move ao longo da bandeira. Mas a energia utilizada para produzir a onda atinge a outra extremidade, pois pode ser sentida pela pessoa que segura à bandeira no lado oposto.

Assim pode-se dizer que uma onda transporta energia e não matéria.

Uma onda é definida como um conjunto de perturbações que se propaga no espaço.

O lugar em que a onda se propaga é denominado de meio material. No exemplo anterior, o meio material é a bandeira, mas podem-se imaginar ondas propagando-se numa corda, numa mola, na água, no ar (o som).

Tais ondas, que necessitam de um meio para propagar-se são chamadas de ondas mecânicas. Pelo contrário, as ondas eletromagnéticas podem propagar-se no vácuo, ou seja, para propagar-se não precisam de um meio material.

Se um ponto da onda se move perpendicularmente, isto é, transversalmente à direção de propagação, como é o caso da onda na bandeira, ela é chamada de onda transversal. A ilustração a seguir mostra uma “fotografia” de onda transversal se propagando numa corda, salientando a transversalidade do movimento de um de seus pontos em relação à direção de propagação. Na realidade uma onda sempre se encontra em movimento e, portanto, a figura mostra um instante determinado da onda.

Movimento onda

de

um

ponto

da

São exemplos também de ondas transversais: ondas produzidas numa corda, na superfície da água e ondas eletromagnéticas, onde os campos elétricos e magnéticos vibram perpendicularmente à direção de propagação.

Ondas de rádio, de TV, as micro-ondas, a luz visível, as radiações infravermelha e ultravioleta, os raios X, são exemplos de ondas eletromagnéticas que fazem parte de nosso cotidiano.

Se um ponto da onda se move na mesma direção de propagação que ela, a onda é chamada de longitudinal como no caso da onda em uma mola comprimida ou esticada.

A figura a seguir mostra uma sequência de imagens de uma perturbação que foi produzida numa mola, da esquerda para a direita. A compressão das espiras move-se ao longo da mola, vibrando cada um de seus elos.

Observe que um ponto qualquer da mola oscilará para a direita e para a esquerda, quando a onda passar, isto é, na mesma direção de propagação.

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São exemplos de ondas longitudinais as ondas produzidas em uma plantação de arroz ou de trigo quando o vento bate sobre elas e as ondas sonoras no ar (neste caso as moléculas do ar oscilam para a frente e para trás quando o som passa por elas). A ilustração a seguir mostra um alto-falante produzindo som e as partículas do ar vibrando na mesma direção da propagação da onda sonora.

Num filme de “bang-bang” certamente você já viu um “cowboy” colocando seus ouvidos num trilho de trem para ouvi-lo se aproximar, mesmo antes de vê-lo a olho nu. As moléculas do aço vibram com o movimento do trem sobre os trilhos e transmitem tais vibrações para as suas vizinhas e essa vibração se move através do ferro mais rapidamente do que no ar, permitindo que o “cowboy” possa sentir a sua chegada. A onda sonora que ocorre neste caso é também uma onda longitudinal, pois as moléculas do ferro vibram paralelamente à direção da velocidade do som no trilho.

Quando uma onda se propaga, seja ela transversal ou longitudinal, um de seus pontos adquire um movimento periódico de vai e vem, isto é, que se repete a cada vez que a onda passa. O movimento desses pontos caracteriza-se por duas grandezas: o período e a frequência. O tempo gasto para que cada ponto efetue uma oscilação completa, isto é, para afastar-se de sua posição de equilíbrio e retornar a ela é chamado de período e é representado por T. O número de oscilações efetuadas pelo ponto em cada unidade de tempo é chamado de frequência e é representado por f. Desta forma, se um ponto gasta 2 s para efetuar uma vibração, seu período é T = 2 s e em 1 s ele efetuará meia oscilação, ou seja, sua frequência será de 0,5 vibração por segundo (f = 0,5 hertz = 0,5Hz). Deste exemplo pode-se verificar que, numericamente, o período e a frequência são um o inverso do outro: f = 1/ T Outras características relevantes de uma onda são a amplitude e o comprimento de onda. A amplitude (A) é o deslocamento máximo de um ponto em relação à sua posição de equilíbrio. O comprimento de onda corresponde à distância entre dois máximos ou dois mínimos consecutivos e é representado pela letra grega lambda ( ). A figura ilustra esses dois conceitos.

No caso de uma onda sonora mede-se o comprimento de onda pela distância entre duas condensações das partículas do ar, como está mostrado na ilustração abaixo, onde uma onda sonora foi produzida pela vibração de uma lâmina.

Observe que, quando uma onda se desloca com velocidade constante, um máximo ou um mínimo da onda gasta um tempo igual ao período T para deslocar-se de um comprimento de onda l. Desta forma, pode-se deduzir que a velocidade v de propagação de uma onda é a razão entre o deslocamento l e o tempo T:

Esta equação pode ser escrita em função da frequência f.

Veja que v =

 / T é o mesmo que v = .1/T; como 1/T = f, segue-

se

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Observe que, para uma determinada corda, a velocidade de propagação da onda é sempre a mesma.

Aumentando-se a frequência da onda produzida, o comprimento de onda correspondente terá que diminuir, pois  e f são inversamente proporcionais. A figura abaixo representa duas ondas de mesma amplitude produzidas na mesma corda: a onda que possui menor comprimento de onda foi produzida com maior frequência.

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS Quando você abandona um objeto na superfície da Terra e ele cai, dizemos que ao redor da Terra existe um campo gravitacional, que é responsável pela queda de todos os objetos que possuem massa.

Quando você passa um pente no cabelo e o aproxima de pedacinhos de papel, ocorre uma atração. Neste caso, pelo atrito, o pente retira elétrons do cabelo e fica com excesso de cargas negativas. Ao redor do pente foi criado um campo elétrico que é responsável pela atração dos pedacinhos de papel que também possuem cargas elétricas. Se você liga uma lâmpada a uma pilha, um campo elétrico também se estabelece nos fios e é responsável pelo aparecimento do movimento dos elétrons.

Ao redor de ímãs existe um campo magnético, que é responsável pela atração de objetos de ferro que estejam próximos do ímã. Um campo magnético também pode ser criado ao redor de um fio condutor ligado aos polos de uma pilha.

Tanto o campo gravitacional, quanto o campo elétrico e o campo magnético são invisíveis, trata-se de conceitos criados pelos cientistas para melhor entender o comportamento dos objetos e dos fenômenos naturais.

As ondas eletromagnéticas são criadas em diversas situações onde existe um campo elétrico que aumente ou diminua, fazendo que apareça um campo magnético, perpendicular a ele, como na figura. Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade de aproximadamente 300.000 km/s.. As ondas eletromagnéticas se propagam na matéria e neste caso, possuem velocidades um pouco menores do que essa.

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Uma antena de uma emissora de rádio cria uma onda eletromagnética com uma determinada frequência que é emitida para o espaço e é captada pela antena receptora de uma radinho de pilha, por exemplo. Cada emissora de rádio emite uma onda eletromagnética própria, de forma que você, ao girar o botão de sintonia de seu radinho, está procurando a frequência daquela rádio para que possa se sintonizar com ela. Por exemplo, a rádio emite na frequência de 95,7 MHz, para ouvi-la por um radinho deve-se sintonizá-la ajustando sua frequência em 95,7 MHz.

Curiosidade: Nas rádios ouvimos falar em AM e FM. AM significa "Amplitude Modulation": modulação da amplitude (a amplitude da onda de rádio). Na modulação de amplitude, é a amplitude (a força da onda) que é mudada. Os transmissores modernos do AM variam o nível do sinal proporcionalmente ao som que estão transmitindo. Isto é, picos positivos da energia de rádio máxima do produto sadio e picos negativos da energia sadia do mínimo do produto.

FM significa "Frequency Modulation": modulação da frequência. No FM, não é a amplitude que é modulada, e sim a frequência da onda de rádio. Isto é, os picos positivos do sinal modulado representam frequências mais elevadas e umas os picos negativos apresentam frequências mais baixas.

Estes sinais modulados - AM ou FM - são detectados pelo receptor de rádio, quando ajustados a uma frequência particular, que é passada então por uma série de circuitos a fim de decodificar e reproduzir o som original.

Além das ondas de rádio, são também ondas eletromagnéticas as micro-ondas, a radiação infravermelha, a luz visível nas suas diversas cores, do vermelho ao violeta, a radiação ultravioleta, os raios X e os raios gama.

A diferença básica entre essas ondas está na frequência de cada uma ou, o que é equivalente, no seu comprimento de onda. O conjunto destas ondas costuma ser apresentado numa ilustração do chamado espectro eletromagnético, mostrado a seguir.

Observe o espectro eletromagnético e verifique que as ondas de rádio são as ondas eletromagnéticas que possuem maiores comprimentos de onda e, portanto, menores frequências. Já os raios gama estão no lado oposto do espectro, possuindo maiores frequências e menores comprimentos de onda.

A ilustração ao lado mostra outra maneira de apresentar o espectro eletromagnético. Repare que a luz visível ocupa uma pequena faixa do espectro, significando que a nossa retina (parte do fundo de nosso olho que capta a luz vinda do ambiente que nos cerca) só percebe ondas eletromagnéticas dessa faixa de frequências. Algumas aves percebem radiações eletromagnéticas na faixa do infravermelho.

Na figura o símbolo nm significa nanômetro, isto é, 10-9 m. Dessa forma, a luz vermelha possui comprimento de onda de 70 x 10-9 m, ou seja, 0,000.000.070 m. Observando esse espectro eletromagnético, esta luz vermelha é uma onda que possui uma frequência de 1014 ciclos/segundo ou 1014 Hz ou ainda 100.000.000.000.000 Hz.

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Repare no espectro eletromagnético que as ondas de rádio ocupam uma grande faixa de frequências, englobando as ondas de amplitude modulada (AM) que podem ser curtas, médias ou longas, a frequência modulada (FM) e as micro-ondas.

O sistema de telefonia celular é responsável pela emissão de ondas eletromagnéticas que variam de 10 MHz a 300 GHz. As controvérsias sobre os malefícios ou não da exposição a esta radiação são grandes entre os pesquisadores. Os efeitos biológicos das radiações não ionizantes e as pesquisas nesta área estão muito lentas em relação aos avanços tecnológicos da telefonia celular.

As micro-ondas são utilizadas em fornos para cozimento de alimentos. Quando sujeita a uma radiação, a molécula de água absorve a energia das ondas eletromagnéticas se estas têm uma frequência próxima de 2.450 MHz típica das micro-ondas. Esta absorção traduz-se numa rotação da molécula de água. Quando sujeita às micro-ondas, as moléculas de água do alimento orientam-se em na mesma direção do campo elétrico dessas ondas. Este campo, mudando de sentido muitas vezes por segundo (cerca de 2.450.000.000 vezes num segundo), faz que as moléculas se orientem sucessivamente num sentido e no outro no mesmo ritmo que a onda, isto é, 2.450.000.000 vezes por segundo.

As interações entre as moléculas de água criadas por este grande número de rotações libertam calor. Após esta liberação de calor, este se transmite às diferentes camadas do alimento por indução e reaquece uma parte do alimento. A quantidade de água não repartida da mesma maneira no alimento faz com que certas partes do alimento fiquem mais ou menos quentes que outros. A molécula de água não é a única a vibrar na presença de micro-ondas, há também os açúcares e as gorduras. Mas o que faz com que a molécula de água seja a única a desempenhar um papel na liberação de calor é a sua dimensão: é a única que é assimétrica e que pode girar graças à sua pequena dimensão. Além das ondas eletromagnéticas citadas anteriormente existem outras formas pelas quais elas se manifestam e sua utilização em nossa sociedade.

Podemos citar algumas:      

as ondas de TV – VHF, UHF; as ondas luminosas – as diferentes cores visíveis; os raios laser e suas aplicações na indústria e na medicina; as radiações ultravioletas – coeficiente de absorção e sua influência em nossa pele; os raios X; as radiações alfa, beta e gama (ou radiações nucleares).

A RADIAÇÃO TÉRMICA A radiação térmica é uma forma de emissão contínua de energia sob a forma de ondas eletromagnéticas, particularmente as ondas do espectro infravermelho, conhecidas como “ondas de calor”. Elas são emitidas por um corpo sempre que este possuir uma temperatura maior que sua vizinhança e são absorvidas por um corpo sempre que ele estiver em temperatura menor que a de sua vizinhança. Observe que no espectro eletromagnético as ondas infravermelhas possuem frequências menores que a luz visível.

As ondas de infravermelho são também responsáveis pelo “efeito estufa”, que se refere ao superaquecimento da atmosfera devido à superconcentração de CO2 e CFC’s, o que impede que seja dispersa parcialmente a radiação absorvida durante o dia pela superfície terrestre e por ela reemitida à noite. A radiação solar que inclui o infravermelho é essencial para a manutenção da vida na Terra e possui uma série de aplicações práticas interessantes como os aquecedores solares domésticos para aquecimento de água. Esses aquecedores utilizam este tipo de radiação para manter a região de uma “estufa” com uma temperatura elevada visando aquecer a água das nossas residências a partir de uma forma “limpa” e “barata” de energia que é a luz visível da radiação solar.

Quando você aproxima de seu rosto um ferro de passar roupas, aquecido, é evidente a percepção do calor vinda da base do ferro. Dizemos que esta forma de propagação do calor é feita por radiação. O mesmo acontece quando nos aproximamos de uma fogueira durante uma festa de São João: sentimos um “bafo” de calor que é causado pela radiação térmica emitida pela lenha em brasa na forma de onda infravermelha. Tais ondas, como todas as eletromagnéticas, não necessitam de um meio material para se propagarem. Esse fato fica evidente se pensarmos que apesar do vácuo existente entre o Sol e a Terra, isto é, na ausência de um meio material, a radiação térmica solar chega até nós.

Assim como a luz, as radiações térmicas podem ser absorvidas ou refletidas pelas superfícies dos objetos atingidos por elas. Dessa forma, um objeto escuro absorve mais a radiação térmica do que os objetos claros.

A radiação também pode ser refletida em superfícies espelhadas ou metálicas. E é por isso que no interior de uma garrafa térmica suas paredes de vidro são espelhadas, pois dessa forma evita-se perda de calor por

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radiação. Na garrafa térmica também se evitam as perdas de calor por condução e por convecção, estudados nos tópicos anteriores.

O EFEITO ESTUFA E O CLIMA NA TERRA Toda semana nos deparamos com notícias veiculadas na imprensa sobre o gradativo aumento da temperatura da Terra e suas prováveis consequências desastrosas, como a alteração do clima. O aquecimento global que é caracterizado pelo aumento da temperatura em nosso planeta tem requerido cada vez mais a atenção da comunidade científica. Acredita-se que essa elevação na temperatura esteja associada ao aumento da atividade humana, que faz uso indiscriminado dos combustíveis fósseis e de outros processos poluentes da atividade industrial. Ou seja, o aquecimento global tem como um dos seus principais componentes o aumento da emissão dos gases do feito estufa, principalmente o gás carbônico.

O efeito estufa é um processo natural e de muita importância, que ajuda manter a temperatura adequada ao desenvolvimento da vida na Terra. Mas o aumento deste efeito trará uma aceleração do ciclo hidrológico e, resultante disso, fenômenos climáticos e meteorológicos extremos, como secas, inundações, tempestades severas, ventanias, incêndios florestais, que se tornaram mais frequentes nos últimos decênios.

Emissão, absorção, transmissão e reflexão de energia radiante Todas as substâncias, a qualquer temperatura acima do zero absoluto (isto é, -273ºC), emitem continuamente algum tipo de energia radiante (ondas eletromagnéticas, tais como ondas de rádio, microondas, luz visível, radiação ultravioleta, radiação infravermelha, etc.), numa mistura de frequências e correspondentes comprimentos de onda. A frequência desta energia será tanto maior quanto maior for a temperatura absoluta do emissor.

Objetos em altas temperaturas, como o Sol, emitem ondas de alta frequência, com comprimentos de onda mais curtos, bem como ondas de baixa frequência na região da porção infravermelha do espectro.

Quando essa energia radiante encontra um objeto, de um modo geral parte dela é absorvida, outra parte é transmitida através dele e a parte restante é refletida. Se absorvida, esta energia radiante aumentará a energia interna do objeto.

As frações de energia que são refletidas, absorvidas e transmitidas dependem:  

Das propriedades dos corpos que recebem essa energia (corpos opacos não transmitem radiação, corpos polidos refletem mais do que os não polidos).

Da frequência de radiação (os corpos absorvem apenas determinadas frequências de radiação).

Bons emissores de energia radiante são também bons absorvedores dela; maus emissores são maus absorvedores. Se um bom emissor não fosse também um bom absorvedor, os objetos negros se manteriam mais quentes do que objetos com cores mais claras e os dois jamais alcançariam uma temperatura comum.

Objetos em contato térmico, desde que se espere certo tempo, acabam alcançando uma mesma temperatura (equilíbrio térmico).

Se uma superfície absorve mais energia radiante do que emite, ela é predominantemente um absorvedor e sua temperatura se eleva. Ao contrário, se ela emite mais do que absorve, ela é predominantemente um emissor e sua temperatura baixa.

A absorção e a reflexão são processos contrários. Um bom absorvedor de energia radiante reflete muito pouco esse tipo de energia, incluindo a luz. Portanto, uma superfície que reflete muito pouco ou nada de energia radiante aparece como escura. Por outro lado, bons refletores são maus absorvedores.

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Como funciona uma estufa de plantas?

As estufas de plantas são estruturas físicas com paredes e telhados que costumam ser construídas de vidro ou de plástico, de modo a permitir que a radiação solar penetre no seu interior. O objetivo é reter a energia solar no seu interior, mantendo assim uma temperatura interna mais elevada que a temperatura ambiente.

Essas estruturas variam de pequenos galpões a grandes edifícios.

Por exemplo, o vidro nas estufas é transparente às ondas da luz visível, mas opaco às radiações ultravioleta e infravermelha. Com isso o vidro permite que os comprimentos de onda curta da luz visível do Sol atravessem o telhado e as paredes da estufa, que são absorvidos pelo solo e pelas plantas em seu interior. O solo e as plantas, por sua vez, emitem ondas de infravermelho, que têm comprimentos de onda longos.

Essa energia não consegue atravessar o vidro para sair, o que aquece o interior da estufa.

Frequentemente utilizado para o cultivo de flores, legumes, frutas, vegetais e tabaco, o aquecimento dentro da estufa dá-se essencialmente porque a convecção é suprimida. Não há troca de ar entre o interior e o exterior; sendo assim, a energia recebida da radiação solar que aquece o ambiente interno não é perdida com as correntes ascendentes, que realizariam a transferência de calor.

Vemos também

o efeito estufa no interior do

automóvel.

Toda vez que entramos em um carro que ficou exposto ao sol com os vidros fechados, percebemos o quanto o seu interior fica quente e abafado. Por quê? O carro funciona como se fosse uma estufa. Os raios solares entram pelo vidro, e uma parte de seu calor é absorvida pelos assentos, painel, carpete e tapetes. Quando esses objetos liberam o calor, ele não sai pelas janelas por completo. Uma parte é refletida de volta para o interior do carro. Além disso, normalmente o interior dos carros é preto, que é a cor que mais absorve radiação térmica e, portanto, a que mais irradia calor. O calor irradiado pelos objetos do interior do carro é de um comprimento de onda diferente da luz do Sol que entrou pelas janelas. Então, uma certa quantidade de energia entra e menor quantidade de energia sai.

O resultado é um aumento gradual na temperatura interna do carro.

Bem, é claro que para nosso maior conforto no carro, a solução é abrir os vidros ou ligar o ar-condicionado para dissipar o calor.

O balanço energético da Terra A temperatura de um sistema depende do balanço energético entre a energia recebida e a energia emitida pelo sistema. O clima na Terra é regido pelas mesmas leis que determinam o balanço energético de qualquer corpo ou sistema termodinâmico.

Se nosso planeta estivesse isolado no espaço, iria emitir radiação, perdendo energia térmica e resfriando-se.

Como estamos perto do Sol, o que a Terra perde para o espaço é compensado pela radiação solar que é absorvida pelo nosso planeta.

A energia solar fornece 99,98% de toda energia da Terra e da atmosfera. Aproximadamente quase todo o restante vem de reações nucleares no interior da Terra e um pouco vem das marés, que é resultam das atrações gravitacionais da Lua e do Sol sobre os oceanos.

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O Sol emite uma radiação de maior intensidade na faixa do espectro visível da luz, com alta frequência e pequeno comprimento de onda. Sua superfície emite 68 milhões de watts por cada metro quadrado. A Terra se encontra a aproximadamente 150 milhões de quilômetros de distância, de forma que a energia radiante recebida a cada segundo, por cada metro quadrado perpendicular aos raios solares, no topo da atmosfera, é de aproximadamente 1367 joules. Essa quantidade de energia recebida por unidade de área é chamada de constante solar e equivale, em unidades de potência, a 1367 watts por metro quadrado (1367 W/m2), dados da WMO World Meteorological Organization.

Os gases que compõem a atmosfera terrestre Podemos definir a atmosfera terrestre como sendo uma fina camada de gases presa à Terra pela força da atração gravitacional. Visto do espaço, o planeta Terra aparece como uma esfera de coloração azul brilhante. Esse efeito é produzido pela dispersão da luz solar ao penetrar na atmosfera. Todos os planetas do sistema solar apresentam uma cor característica quando vistas do espaço, devido a esse fenômeno da dispersão da luz solar ao penetrar em suas atmosferas.

A atmosfera terrestre possui aproximadamente 700 quilômetros de espessura. No entanto, ela não se distribui homogeneamente e, por conseguinte, podemos dizer que a maior parte da atmosfera da Terra, cerca de 80% dela, está na região situada até 16 quilômetros de altura, medida a partir da superfície do nosso planeta.

Por ser uma distribuição gasosa, à medida que nos afastamos da superfície do nosso planeta a atmosfera vai-se tornando cada vez mais rarefeita, até que ela se dissipa no espaço interplanetário.

O ar seco é composto por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,97% de gases nobres e 0,03% de gás carbônico (dióxido de carbono). O ar pode ainda conter de 0 a 7% de vapor de água. A composição do ar altera-se com a altitude.

O gás nitrogênio está presente em maior quantidade na atmosfera terrestre. É uma substância fundamental para a vida na Terra, pois esse elemento químico entra na composição das proteínas, principal componente dos organismos vivos. O gás oxigênio é de fundamental importância para os processos vitais de nosso planeta, pois é utilizado na respiração da maioria dos seres vivos. Pela respiração os seres vivos produzem a energia necessária para manter os seus sistemas vitais. Há ainda pequena porcentagem do gás argônio (Ar) e outros gases nobres.

Dos gases que possuem uma participação muito menor na composição da atmosfera podemos destacar a presença: do gás carbônico (CO2), do vapor de água (H2O), metano (CH4), o óxido nitroso (N2O), clorofluorcarbonetos (CFCs) e ozônio (O3).

O gás carbônico é imprescindível para a vida no planeta. Ele é utilizado pelas plantas e algas microscópicas (seres clorofilados) no processo da fotossíntese, quando parte da energia solar (luminosa) é transformada em energia química que circulará por todos os ambientes nas cadeias alimentares.

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Juntamente com o gás carbônico, o vapor de água é importante para manter a temperatura do planeta, pois ele evita que o calor escape todo para o espaço. O vapor da água também condensa formando as nuvens que originam as chuvas.

O metano é produzido naturalmente por bactérias que se alimentam de material de plantas e de animais em ambientes sem oxigênio. As bactérias vivem em sistemas digestivos de animais como a ovelha e a vaca, em que ajudam a transformar a grama e outras matérias orgânicas em nutrientes. Algumas atividades agrícolas também produzem metano. O arroz que é normalmente plantado em campos inundados produz o metano pela decomposição anaeróbica de substâncias orgânicas, mediante a ação de bactérias que requerem condições altamente reduzidas para seu crescimento, como as encontradas em solos cultivados com arroz inundado.

O óxido nitroso é um gás liberado pelo nitrato de amônia, que é amplamente usado como fertilizante para aumentar as colheitas em uma plantação.

CFCs são compostos de cloro, flúor, hidrogênio e carbono. Quando liberados na atmosfera, os CFCs migram para a estratosfera, onde quebram moléculas de ozônio que estão presentes lá. A camada de gás ozônio reduz a penetração da radiação ultravioleta, que é perigosa para os humanos, provocando câncer de pele e cataratas e também pode interferir no crescimento e na reprodução de outros organismos.

O efeito estufa na Terra A temperatura da Terra aumenta quando aumenta a incidência de energia radiante ou quando diminui o escape da radiação terrestre.

O efeito estufa nocivo é o aquecimento da atmosfera mais baixa, o efeito dos gases atmosféricos sobre o balanço entre a radiação solar e a radiação terrestre.

Como 99,9% da atmosfera é constituída de nitrogênio, oxigênio e argônio, há muito pouco espaço para outros gases. Mas mesmo em pequenas proporções relativas, os gases carbônico, metano, óxido nitroso, clorofluorcarbonetos e ozônio têm um efeito significativo no clima do planeta Terra. Esses gases são conhecidos como os gases do efeito estufa nocivo. O vapor de água também desempenha um papel muito importante na regulação do clima de nosso planeta. Ele não se enquadra nos gases do efeito estufa nocivo propriamente dito porque a quantidade de água na atmosfera depende dos outros gases. Isto é, quanto maior a temperatura da atmosfera, maior a evaporação da água dos rios, oceanos e de outros reservatórios.

Sendo assim, se a concentração dos gases de efeito estufa aumentar devido à ação do homem, o aumento do vapor de água da atmosfera será uma consequência disso.

Como sabemos, depois de aquecida a superfície terrestre emite comprimentos de ondas longos na faixa do infravermelho (radiação térmica). Se a atmosfera que recebe esta radiação térmica fosse composta de ar puro ela não absorveria tal radiação, deixando-a escapar para o espaço. Entretanto, as nuvens e os gases atmosféricos (principalmente o vapor de água e o gás carbônico) absorvem radiação térmica e voltam a emiti-la, devolvendo-a parcialmente à superfície terrestre. Este fenômeno compensa parcialmente perdas para o espaço, permitindo que a Terra tenha uma temperatura média de 14ºC. O efeito estufa é um processo natural e de vital importância para manter a vida na Terra, tal como a conhecemos. Basta observar que é graças a esse processo que nosso planeta se encontra a uma temperatura 34ºC maior do que a temperatura prevista (-20ºC) no balanço energético da Terra sem o efeito estufa.

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O efeito estufa atmosférico recebeu este nome a partir das estufas de vidro usadas pelos jardineiros para reter a energia solar, mas essa analogia entre a estrutura de vidro e a atmosfera não é perfeita. As estufas de plantas costumam evitar perdas de calor por convecção, porém a atmosfera impede apenas perda de calor por radiação térmica.

A energia solar incidente sobre a atmosfera e a superfície terrestre segue um de três destinos: ser refletida, absorvida ou transmitida.

As nuvens, a superfície do planeta, os gases e partículas atmosféricas refletem cerca de 30% da radiação incidente no topo da atmosfera. Os 70% restantes são absorvidos, produzindo aquecimento do sistema e causando evaporação de água (calor latente) ou convecção (calor sensível). A absorção da radiação solar é seletiva, sendo o vapor d'água, o ozônio (O 3) e o dióxido de carbono (CO2) os principais agentes absorvedores. A energia absorvida pelo sistema Terra-atmosfera é reemitida na faixa do infravermelho do espectro de radiação eletromagnética, sendo que 6% são provenientes da superfície e 64% têm origem em nuvens e constituintes atmosféricos.

No gráfico seguinte temos uma representação da atenuação das ondas eletromagnéticas pela atmosfera terrestre. Uma análise dos dados nos permite perceber que grande parte da luz visível vinda do Sol atravessa a atmosfera. Por outro lado, a radiação infravermelha de baixa frequência e comprimento de onda longo, vinda da Terra é praticamente toda absorvida pela atmosfera.

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O Protocolo de Kyoto A preocupação com o efeito estufa é tão grande que 141 países assinaram em 1997 um acordo internacional que visa diminuir a emissão de gás carbônico para a atmosfera. Este acordo foi chamado de “Protocolo de Kyoto” (cidade no Japão onde se concluiu o documento). O protocolo de Kyoto, que entrou em vigor em fevereiro de 2005, diz que os países desenvolvidos (que fazem parte do acordo) se comprometem a reduzir até 2012 a emissão de gases de efeito estufa em pelo menos 5%, de acordo com os níveis de 1990. Em outras palavras, cada país avalia o quanto emitia de gases estufas no ano de 1990 e deve passar a emitir 5% menos dentro do prazo estipulado. Os Estados Unidos, que são os maiores emissores de gases de efeito estufa do mundo (respondendo por 36 % do total mundial) não ratificaram (não transformaram em lei) o acordo. Juntos, EUA, Rússia, Alemanha, Grã-Bretanha e Japão respondem por 70% das emissões acumuladas de gases de efeito estufa.

O que podemos fazer para diminuir a emissão de CO2 para a atmosfera?

Cada um de nós é responsável pela emissão de uma parcela de CO 2 para a atmosfera, pois consumimos produtos industrializados e usamos carros ou ônibus para nos locomover. Um norte americano ou europeu, em média, é responsável pela emissão de 5 toneladas de CO 2 por ano, enquanto que em países não industrializados, essa média cai para 0,5 tonelada. Portanto, para contribuir menos para o efeito estufa basta consumir menos (reduzir o consumo!). Mas como fazer isso numa sociedade com tantos apelos ao consumo?

Para cada tonelada de papel reciclado, de 10 a 20 árvores são poupadas. Isto representa uma economia de recursos naturais, pois as árvores não cortadas continuam absorvendo CO2 pela fotossíntese, e gasta-se a metade da energia para reciclar o papel que para produzi-lo pelo processo convencional. Uma latinha reciclada economiza em energia o equivalente ao consumo de um televisor ligado por 3 horas. Veja que, quando falamos em economia de energia, isto representa uma economia de combustível que seria queimado pela indústria, que implica numa redução na emissão de gás carbônico para a atmosfera, que por sua vez implica numa diminuição do efeito estufa. O Brasil é o país que mais recicla as latas de alumínio (refrigerante, cerveja) no mundo, chegando a 96% em 2004.

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EXERCÍCIOS 1) (UFMG -2005) Daniel e André, seu irmão, estão parados em um tobogã, nas posições mostradas nesta figura:

Daniel tem o dobro do peso de André e a altura em que ele está, em relação ao solo, corresponde à metade da altura em que está seu irmão.

Em um certo instante, os dois começam a escorregar pelo tobogã.

Despreze as forças de atrito. É CORRETO afirmar que, nessa situação, ao atingirem o nível do solo, André e Daniel terão A) energias cinéticas diferentes e módulos de velocidade diferentes.

B) energias cinéticas iguais e módulos de velocidade iguais.

C) energias cinéticas diferentes e módulos de velocidade iguais.

D) energias cinéticas iguais e módulos de velocidade diferentes.

2) (UFMG – 2004) Rita está esquiando numa montanha dos Andes. A energia cinética dela em função do tempo, durante parte do trajeto, está representada neste gráfico:

Ao mudar de nível, a variação da energia potencial da pessoa: a) b) c) d) e)

a mesma, pelos três caminhos. menor, pela rampa. maior, pela escada. maior pela corda. maior pela rampa.

4) (UFMG 97). A figura representa um escorregador, onde uma criança escorrega sem impulso inicial. Se ela sair da posição P1, ultrapassa a posição X; se sair de P2, pára em X e, se sair de P3, não chega a X.

Com relação a esta situação, pode-se afirmar que a energia potencial da criança: a. em P2, é igual à sua energia potencial em X. b. em P3, é igual à sua energia potencial em X. c. em P3, é maior do que em X. d. em P1, é igual à soma de suas energias potencial e cinética em X. 5) (PUC RS99) Um pára-quedista está caindo com velocidade constante. Durante essa queda, considerando-se o pára-quedista em relação ao nível do solo, é correto afirmar que a. sua energia potencial gravitacional se mantém constante. b. sua energia potencial gravitacional está aumentando. c. sua energia cinética se mantém constante. d. sua energia cinética está diminuindo. e. a soma da energia cinética e da energia potencial gravitacional é constante.

Os pontos Q e R, indicados nesse gráfico, correspondem a dois instantes diferentes do movimento de Rita.

Despreze todas as formas de atrito.

Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que Rita atinge A) velocidade máxima em Q e altura mínima em R. B) velocidade máxima em R e altura máxima em Q. C) velocidade máxima em Q e altura máxima em R. D) velocidade máxima em R e altura mínima em Q. 3) (UFV-95) Uma pessoa pode subir do nível A para o nível B por três caminhos: uma rampa, uma corda e uma escada.

6) (PUC MG 98). Uma partícula é abandonada de uma altura h a partir do repouso, nas proximidades da superfície da Terra, e cai até atingir o chão. Assinale a opção INCORRETA: a. Se a resistência do ar for desprezível, o aumento de energia cinética da partícula é igual à diminuição da sua energia potencial. b. Se a resistência do ar for desprezível, a energia mecânica da partícula no início do movimento é igual à sua energia mecânica no final do movimento. c. A variação da energia potencial da partícula, em módulo, é menor no caso de haver resistência do ar do que no caso de ela ser desprezível. d. A variação da energia cinética da partícula, em módulo, é menor no caso de haver resistência do ar do que no caso de ela ser desprezível.

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7) (PUCMG98). Uma partícula é abandonada de um ponto A em um plano inclinado, a partir do repouso, movendo-se até o ponto B, conforme mostra a figura

Assinale a opção CORRETA: a.

O valor da variação da energia potencial da partícula, ao ir de A até B, na presença de atrito, é diferente do valor daquela variação na ausência de atrito. b. À medida que a partícula vai de A para B, aumenta sua energia potencial às custas da diminuição de sua energia cinética. c.

Se o atrito for desprezível, a velocidade final da partícula só depende de sua altura inicial em relação ao solo e da aceleração da gravidade local. d. O trabalho da resultante das forças sobre a partícula é igual à variação de sua energia cinética somente no caso de ser desprezível o atrito. e. Na presença de atrito entre a partícula e o plano, a velocidade final de tal partícula não depende de sua massa.

8) (UNIPAC-96) Se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, pode-se e concluir que: a. b. c. d. e.

Não existe um fluxo de calor entre os corpos.

A temperatura do terceiro corpo aumenta.

Os dois corpos cedem calor ao terceiro.

Os Três corpos estão em repouso.

Os Três corpos estão a 0ºC.

9) (UNIPAC-97) Usando um agasalho de lã, as pessoas sentem-se aquecidas. Isso acontece por que: a. a lã fornece calor ao corpo. b. a lã reduz a transferência de calor do corpo para o meio exterior. c. a lã é boa condutora de calor. d. a lã impede a transpiração

apanhando o peixinho que nada em um lago embaixo da camada de gelo.

A formação dessa camada de gelo na superfície do lago, permite que a fauna e a flora permaneçam vivas em seu interior líquido, deve-se: a) à dilatação irregular da água, que atinge densidade máxima à temperatura de 4° C; b) ao elevado calor específico da água, que cede grandes quantidades de calor ao sofrer resfriamento; c) à grande condutividade térmica de gelo, que permite ao Sol continuar a aquecer a água do lago; d) à temperatura de solidificação da água, que independente da pressão l que ela está submetida; e) ao elevado calor latente de solidificação da água, cede grandes quantidades de calor ao passar ao estado sólido.

12) (UFMG – 2005) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizada em sistemas de aquecimento de água.

Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor de energia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reservatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostrado nesta figura: No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligados por vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra no coletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção.

Na página seguinte, nas quatro alternativas, estão representadas algumas formas de se conectar o reservatório ao coletor. As setas indicam o sentido de circulação da água.

Assinale a alternativa em que estão CORRETAMENTE representados o sentido da circulação da água e a forma mais eficiente para se aquecer toda a água do reservatório. a)

b)

10) (PUC RS 98) Uma garrafa térmica é feita de vidro com face interna espelhada para a. b. c. d. e.

reduzir as perdas de calor por radiação. reduzir as perdas de calor por convecção. reduzir as perdas de calor por condução. elevar o ponto de ebulição da água. impedir a formação de vapor de água.

11) (UF PELOTAS) Todos sabemos que é essencial a presença de água para assegurar a existência de vida em nosso planeta. Um comportamento específico dessa importante substância garante, por exemplo, que o "simpático" urso da figura tenta garantir sua refeição,

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c)

d)

13) Enquanto brinca, Gabriela produz uma onda transversal em uma corda esticada.

Em certo instante, parte dessa corda tem a forma mostrada nesta figura:

A direção de propagação da onda na corda também está indicada na figura.

Assinale a alternativa em que estão representados CORRETAMENTE a direção e o sentido do deslocamento do ponto P da corda, no instante mostrado.

Em outro momento, Rafael assobia produzindo uma onda sonora de freqüência duas vezes maior que a anterior.

Com base nessas informações, assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa o gráfico de p em função de x para esta segunda onda sonora.

14) Ao assobiar, Rafael produz uma onda sonora de uma determinada freqüência. Essa onda gera regiões de alta e baixa pressão ao longo de sua direção de propagação.

A variação de pressão p em função da posição x, ao longo dessa direção de propagação, em um certo instante, está representada nesta figura:

As questões 15 a 22 foram retiradas da primeira Avaliação de Aprendizagem da Secretaria de Estado de Educação de Minas Gerais do ano de 2008.

As questões 15 e 16 devem ser respondidas com base na figura abaixo.

Um gás a uma temperatura inicial T está em um recipiente fechado, como mostra a ilustração abaixo.

Quando aquecemos o gás através do contato com uma chama, sua temperatura se eleva para T´.

15) Nesse processo, constata-se que a a) condução é processo de transferência de calor que predomina em todo o sistema. b) convecção acontece, principalmente, nas paredes do material que constitui o recipiente. c) convecção é o principal processo de transferência de calor que ocorre na massa gasosa. d) radiação é o principal processo de transferência de calor do fundo do recipiente para o gás.

16) Se variarmos a temperatura de um objeto, algumas características desse objeto podem alterar-se de acordo com essa variação. Quando a temperatura de

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um corpo qualquer aumenta, a energia interna desse corpo a) aumenta.

b) acaba

c) diminui

d) Não de altera

17) Algumas palavras têm significado científico diferente daquele utilizado na linguagem cotidiana.

Palavras como calor, temperatura, trabalho, força e energia são exemplos de algumas delas. O significado científico de calor é a energia que a) pode ser medida por meio de um termômetro, em graus Celsius. b) flui de um corpo para outro, devido à diferença de temperatura entre eles. c) falta aos corpos que apresentam baixas temperaturas. d) atribui-se aos corpos que apresentam temperaturas elevadas.

18) Imagine um atleta de salto com vara. Ele corre, crava a vara no chão, salta por cima da haste e cai no colchão que o amortece. Com relação a esse fato, são feitas as seguintes afirmativas: I. Quando o atleta está correndo, ele possui um tipo de energia devido a sua velocidade, que se chama energia cinética.

II. Quando o atleta crava a vara no chão, ele transfere sua energia de movimento para a vara, que fica assim armazenada na forma de energia potencial elástica.

III. Quando a vara se distende e volta para o seu comprimento original, ela perde energia potencial elástica, e o atleta ganha energia potencial gravitacional.

IV. A energia cinética do atleta, no inicio do movimento, é proveniente da energia química armazenada no seu corpo, proporcionada pelo alimento ingerido.

A alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas é: a) Apenas I e II.

b) Apenas I, II e III.

c) Apenas II, III e IV.

d) I, II, III e IV.

20) O efeito estufa é o aumento da temperatura da superfície Terra devido à presença da atmosfera. Esse fenômeno é muito importante, pois sem ele a Terra seria gélida – cerca de -18 oC. Nesse processo, a temperatura da Terra aumenta, a) quando aumenta a incidência de energia radiante, ou quando aumenta o escape da radiação terrestre. b) quando aumenta a incidência de energia radiante, ou quando diminui o escape da radiação terrestre. c) apenas quando aumenta a incidência de energia radiante. d) apenas quando diminui o escape da radiação terrestre.

21) A energia potencial associada a uma mola pode ser determinada calculando-se o trabalho realizado pela força elástica ao longo do trajeto da deformação X, como ilustram as figuras a seguir.

A área sob o gráfico corresponde ao trabalho realizado por essa força; logo o valor da energia potencial associado à mola é dado por: a) K.

b) Kx.

c) ½ Kx2.

d) Kx2.

22) A figura mostra uma onda sonora com uma determinada frequência se propagando em um tubo com ar, em um dado instante. A região A representa uma região em que a densidade do ar é alta, enquanto a região B representa uma região em que a densidade do ar é baixa.

19) Uma criança de 30 kg, partindo do repouso, desliza em um escorregador, cuja altura em relação ao solo é de 3,2 m. Em função do atrito entre o garoto e o escorregador, há uma perda de 60 joules de energia até o garoto chegar ao solo.

Admitindo-se g = 10 m/s2, a energia potencial gravitacional da criança no topo do escorregador (Epg), a energia cinética da criança na base do escorregador (Epg) e a velocidade (V) da criança ao chegar ao solo, será, aproximadamente,

Se a fonte sonora que emite esse som diminuir a sua intensidade, a) a densidade do ar na região A aumenta, e a

densidade na região B diminui. b) a densidade do ar na região A diminui, e a

densidade na região B aumenta. a) b) c) d)

Epg = 960 J; Ec = 960 J; V = 8,0 m/s.

Epg = 960 J; Ec = 900 J; V = 7,7 m/s.

Epg = 900 J; Ec = 900 J; V = 8,0 m/s.

Epg = 900 J; Ec = 960 J; V = 3,2 m/s.

c) a distância entre as regiões A e B diminui. d) a distância entre as regiões A e B aumenta.

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BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

LIVROS:  Construindo Com Ciência 6ª Série – 7º ano – Vários autores, Editora Scipione.  Física Volumes 1 e 2 – MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. – São Paulo, 2008 – 1ª Edição. Editora Scipione.  Física Volume Único – GASPAR, A. – São Paulo, 2008 – 1ª Edição, 2ª Impressão. Editora Ática.  Física – Ciência e Tecnologia - Volumes 1 e 3 – PENTEADO, P. C. M. e TORRES, C. M. A. – São Paulo, 2005 – 1ª Edição. Editora Moderna.

SITES:  http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_estufa  http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/ee/Efeito_Estufa.html  Módulos de ensino de física da Secretaria de Estado da educação de Minas Gerais – Tópicos 04 a 11. http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/index.asp?id_projeto=27&ID_OBJETO=58314&tipo=tx&c p=000000&cb=&n2=Biblioteca%20Virtual&n3=Módulos%20Didáticos%20do%20Ensino%20Médio& n33=Módulos%20de%20Física&b=s

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