Neste livro, escrito por professores da Universidade de São Paulo, são apresentadas experiências envolvendo conceitos da Física. A partir de objetos muito comuns, utilizados no dia a dia, podemos fazer experiências divertidas e ver a “Física na prática”. O livro traz também um breve relato sobre os principais físicos e seus feitos, são eles: Albert Einstein, Galileu Galilei, Isaac Newton, James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick.
Evoluir Cultural
Rua: Girassol, 34 cj. 94 - Vila Madalena CEP: 05433-000 - São Paulo - SP Fone/fax: 11 3816-2121 www.evoluircultural.com.br evoluir@evoluircultural.com.br
Aonde Está a Física?
Prof. Dr. Fuad Daher Saad Coordenador – Inst. de Física – USP
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Equipe Técnica Evoluir Cultural Coordenação Editorial Flávia Bastos Supervisão Beatriz Monteiro da Cunha Coordenação Pedagógica Ana Maria Boni Editoração Ana Carolina Wagner Diagramação Décio Lopes Ilustrações Marina Ueno
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Revisão Vivian Paixão
Aonde está a física? / Fuad Daher Saad... [et al.] ; ilustrações Marina Ueno. -- São Paulo : Evoluir, 2005- 4 edição 2008.
Digitação Evelyn Mencinaukis
Outros autores: Paulo Yamamura, Cláudio Hiroyuki Furukawa, Jorge Roberto Pimentel, Denise Gomes dos Reis
Instituto de Física – USP Autores Prof. Dr. Fuad Daher Saad – Coordenador MS. Paulo Yamamura MS. Cláudio Hiroyuki Furukawa Prof. Dr. Jorge Roberto Pimentel Prof a Denise Gomes dos Reis Equipe Técnica Maria A. O. M. Olivieri (Dayse) Carlos Roberto Marques Paulo R. Santos Flores Cidemar Devanir Forcemo
1. Física - Estudo e ensino 2. Física Experiências 3. Física - Literatura infanto-juvenil 4. Matemática - Estudo e ensino 5. Química - Estudo e ensino I. Saad, Fuad Daher. II. Yamamura, Paulo. III. Furukawa, Cláudio Hiroyuki. IV. Pimentel, Jorge Roberto. V. Reis, Denise Gomes de. VI. Ueno, Marina. 04-8725 CDD-530.083 Índices para catálogo sistemático: 1. Física para crianças 530.083
Editora Evoluir Cultural Ltda Rua Girassol, 34 cj. 94 • Vila Madalena CEP: 05433-000 • São Paulo/SP • Fone/fax: (11) 3816-2121 www.evoluircultural.com.br evoluir@evoluircultural.com.br
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Índice Azeitonas mergulhadoras ............................................... 6
Como funciona um bebedouro de passarinho ......................................................................32
Uma taça sonora .................................................................. 8
Curiosidades para serem exploradas .................. 34
Introdução .................................................................................4
Os barquinhos que se movem sem combustível ................................................................. 10 Confinando talco em pó ................................................. 12 Qual a quantidade de líquido que cabe em um recipiente? .................................................14
Vasos comunicantes........................................................36 Equilibrando uma gota de óleo entre água e álcool..........................................................38 Diminuindo a tensão superficial da água ........... 40 Borrifador caseiro ............................................................. 42
Colocando um pássaro na gaiola – persistência visual ............................................................. 16
Vamos fazer uma barra de isopor desaparecer? ....................................................................... 44
Eletrizando um balão de látex.................................... 18
O que é pressão? .............................................................. 46
Separando cores – cromatografia vertical .....................................................20
Escondendo a água ......................................................... 48
Separando cores – cromatografia circular ....................................................22
Eletrização ..............................................................................52
Películas e bolhas de sabão ...................................... 24 Amassando uma garrafa de plástico fechada ..........................................................26 Observando a tensão superficial ............................28 Uma torneira curiosa ......................................................30
Densidade: massa de modelar .................................. 50 Construindo sinos..............................................................58 Albert Einstein ...................................................................... 60 Galileu Galilei ........................................................................... 61 Isaac Newton........................................................................62 James Dewey Watson/ Francis Harry Compton Crick .....................................63
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introdUção
O
despertar para o maravilhoso mundo da Ciência e suas aplicações é uma emocionante aventura que pode principiar com o envolvimento dos jovens em atividades experimentais simples e manipulativas. Tais atividades poderão despertar seus interesses para melhor compreender o “porquê” das coisas, abrir seus horizontes, levá-los a observar, questionar e entender como as coisas funcionam. Fazendo experiências simples e manipulando materiais de fácil obtenção, os jovens passam a se interessar pelos fenômenos científicos e a agir para melhor compreendê-los. Preservar nosso meio ambiente e melhor conhecer as ciências são tarefas complexas que podem ter início por meio da ação dos jovens que passam a ter competência em transformar materiais descartáveis em interessantes equipamentos experimentais. Esta obra pretende fornecer condições para que os jovens, por meio de atividades exploratórias experimentais, envolvendo parte dos fenômenos que estão a sua volta, ampliem seus horizontes e seus saberes e percebam-se imersos em um imenso laboratório, sem paredes e sem fronteiras, que vale a pena explorar.
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Desde cedo, deve-se, motivar os jovens a construir equipamentos simples para explorar e melhor conhecer fenômenos em seu meio. Desta forma, são criadas condições para que eles possam ser estimulados a desenvolver suas potencialidade e criatividade, objetivando a formação de um futuro cidadão. Espera-se que, observando o mundo a sua volta, o jovem veja que muitos fenômenos interessantes de seu dia a dia podem ser entendidos com relativa facilidade! Este livro convida o jovem a realizar experimentos simples, mas muito interessantes, utilizando materiais acessíveis. Todos os cientistas já foram crianças e, desde cedo, observando a natureza e muitas vezes realizando pequenas coisas, foram crescendo e criando um novo mundo.
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azeitonas merGUlHadoras Você já colocou azeitonas em um copo de refrigerante? Não. O que será que ocorre?
Vamos descobrir ???
Coloque algumas azeitonas em um copo com refrigerante.
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olha que coisa interessante As azeitonas estão afundando e voltando à superfície!
o qUe acontece ? Os refrigerantes contêm bastante gás carbônico dissolvido neles. Algumas bolhas de gás grudam na azeitona. Essas bolhas funcionam como “boias” que fazem a azeitona subir até a superfície. Na superfície, algumas bolhas se soltam e escapam para o ar. Perdendo algumas “boias”, a azeitona volta a afundar. 7 Miolo_Onde Está a Física.indd 7
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Uma taça sonora Vamos fazer uma taça cantar?
Coloque um pouco de água em uma taça. Molhando o dedo indicador, deslize-o suavemente fazendo voltas na borda da taça. Mantenha a taça firme com a outra mão, como ilustra a figura. Após algumas voltas, você ouvirá a taça emitir um som.
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O que acontece ? O atrito* do dedo com o vidro faz o vidro vibrar, emitindo uma nota musical que se propaga pelo ar. Mudando a quantidade de água na taça, para mais ou para menos, a nota musical emitida também muda, tornando-se mais grave ou mais aguda.
O que explorar ? á Instrumentos musicais. á O processo de produção de sons *Atrito: dá-se entre dois corpos em contato deslizante. 9 Miolo_Onde Está a Física.indd 9
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os BarqUinHos qUe se moVem sem comBUstÍVel
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Pequenos barcos, feitos de papel-alumínio, são colocados em uma forma ou bacia contendo água. Nos barcos são feitas pequenas reentrâncias*, conforme a ilustração. Faça os barcos flutuarem e coloque algumas gotinhas de álcool ou detergente perto das reentrâncias. O álcool ou detergente vai escoar pelas reentrâncias. Observe a curiosa “correria” dos barcos na superfície da água.
o qUe acontece ? O álcool e o detergente provocam a diminuição da tensão superficial da água. Assim, a tensão superficial na parte traseira dos barcos diminui e a tensão da película* de água da parte dianteira “puxa-os” para frente.
* Reentrâncias: ângulos ou curvas para dentro. * Película: fina espessura. 11 Miolo_Onde Está a Física.indd 11
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conFinando talco em PÓ
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Coloque água em um prato e espere que ela fique completamente imóvel. Em seguida, espalhe um pouco de talco na superfície da água. Pingue gotas de um líquido que diminua a tensão superficial da água, como detergente ou água com sabão. Observe o “confinamento*” do talco em uma região oposta ao local onde o líquido foi gotejado.
o qUe acontece ? Diminuindo a tensão superficial em uma região da água, a outra se contrai, levando consigo o talco em suspensão na superfície.
*Confinamento: objeto ou lugar fechado. 13 Miolo_Onde Está a Física.indd 13
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qUal a qUantidade de lÍqUido qUe caBe em Um reciPiente? Vamos ver quem consegue colocar mais gotas de água em um cálice? Enchendo-se o cálice até a boca, o desafio é ver quem consegue colocar, cuidadosamente, o maior número de gotas.
Fica-se admirado com a quantidade de gotas que é possível colocar no cálice, sem derramar!
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o qUe acontece ? Olhando-se para a superfície da água, que fica mais alta do que a boca do cálice, verifica-se que se forma uma película que não deixa o líquido vazar. A película que se forma é parecida com aquela das bolhas de sabão. Esse fenômeno é chamado tensão superficial.
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colocando Um Pássaro na Gaiola - PersistÊncia VisUal Vamos colocar um pássaro na gaiola?
Qual é o segredo?
Girando o dispositivo abaixo, parece que o pássaro “entra” na gaiola!
Frente
Atrás
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o qUe acontece ? Quando se olha para um objeto, que depois é retirado, sua imagem ainda permanece na retina do olho por instantes. Fazendo-se girar rapidamente o dispositivo, uma imagem se coloca sobre a outra na retina, parecendo que se está “colocando” o pássaro dentro da gaiola. Este fenômeno chama-se persistência visual.
desaFiando sUa imaGinação - Faça VocÊ mesmo Você pode fazer diversos arranjos, desenhando nas faces do cartão para obter situações curiosas: á VASO e FLOR, á AQUÁRIO e PEIXE, á NUVEM e CHUVA, á CARTOLA e COELHO, á CAVALO e CAVALEIRO ETC.
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Eletrizando um Balão de Látex
Você sabia que nosso corpo contém cargas elétricas? Esfregue um balão de látex no cabelo de uma pessoa e depois afaste-o. Observe que os cabelos ficam em pé!
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O QUE ACONTECE ? Ao esfregar o balão no cabelo, ele fica eletrizado e atrai os fios de cabelo! Se você aproximar o balão eletrizado a um filete de água de uma torneira, ele será atraído e desviado.
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seParando cores - cromatoGraFia Vertical Quantas cores uma caneta hidrográfica tem? Você sabe? Vamos descobrir? Cortar uma tira de papel “coador de café” (2 x 8 cm), acompanhando o sentido das fibras.
Traçar um forte risco, com caneta hidrográfica, a 2 cm da extremidade do papel e mergulhar apenas essa extremidade da tira na água (ou no álcool). Deixe subir o líquido até próximo da outra extremidade do papel. Observe.
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o qUe acontece ? A água ou o álcool sobe no papel de filtro através dos capilares (fibras do papel), arrastando os pigmentos da canetinha com diferentes velocidades. Em razão da diferente solubilidade de cada um, ocorre, então, a separação das cores da mistura.
*Pigmentos: substâncias corantes que dão a alguns minerais cores variadas. 21 Miolo_Onde Está a Física.indd 21
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seParando cores - cromatoGraFia circUlar Faça VocÊ mesmo Corte um círculo no papel “coador de café” e dobre da maneira indicada nas figuras abaixo. Trace um círculo com tinta hidrográfica a uma pequena distância do centro. Adicione uma pequena quantidade de água (ou álcool) numa tampa de um frasco de conserva e coloque o papel de modo que apenas o seu centro mergulhe na água (ou álcool). Deixe subir o líquido até próximo às bordas do papel. Observe o cromatograma obtido.
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o qUe acontece ? O papel de filtro circular, em contato com a água (ou álcool), começa a absorvê-la, distribuindo no papel cores variadas. Os pigmentos vão se difundindo por serem solúveis em água, apresentando resultados interessantes por causa da mistura de cores da tinta.
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PELÍCULAS E BOLHAS DE SABÃO Com arame ou fio maciço de cobre, você pode construir diversas formas geométricas. Os esquemas ilustram algumas entre muitas possibilidades. Mergulhando a “forma” numa mistura de água com detergente, você pode obter películas de diversos formatos. Assopre essas películas e você pode obter as famosas bolhas de sabão.
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O QUE ACONTECE ? A formação de bolhas de sabão e películas das mais variadas e interessantes formas ilustra o fenômeno da tensão superficial (força de atração entre as moléculas do líquido). O sabão ou detergente diminui a tensão superficial da água, o que permite a formação de películas de acordo com a forma geométrica utilizada.
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amassando Uma GarraFa de Plástico FecHada
atenção! qUem deVe Fazer É Um adUlto. Peça a um adulto para colocar dentro de uma garrafa plástica de refrigerante uma caneca de água quase fervendo. Em seguida, jogue a água fora e, imediatamente, feche a garrafa muito bem. Despeje sobre a garrafa uma caneca de água fria da torneira e observe o que ocorre. 26 Miolo_Onde Está a Física.indd 26
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Ela é esmagada por “forças” que parecem agir, de fora para dentro, em todos os pontos da garrafa!
o qUe acontece ? Ao se fechar a garrafa, aprisiona-se dentro dela ar e vapor-d’água a uma temperatura bem maior que aquela de fora da garrafa. A água fria despejada sobre a garrafa faz com que a temperatura da mistura ar e vapor de água dimi-nua. No interior da garrafa, uma parte do vapor de água se torna líquida. Ambos os efeitos, condensação* do vapor e diminuição da temperatura contribuem para uma diminuição da pressão no interior da garrafa. Assim, a pressão fora, sendo maior que a de dentro, “esmaga” a garrafa.
*Condensação: passagem do estado gasoso (gás) ao líquido. 27 Miolo_Onde Está a Física.indd 27
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oBserVando a tensão sUPerFicial
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Mergulhando-se um pincel em água e retirando-o em seguida, seus fios parecem estar “grudados”! É a tensão superficial em ação!
o qUe acontece ? As moléculas que se encontram na superfície da película do líquido exercem, entre si, forças que são de atração. Essas forças moleculares superficiais constituem o que se denomina tensão superficial. Esse fenômeno pode ser observado quando se molha o cabelo. Eles parecem estar grudados. 29 Miolo_Onde Está a Física.indd 29
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Uma torneira Curiosa A garrafa de plástico cheia de água e fechada tem um buraco (B).
A tampa é afrouxada ou retirada e a água jorra pelo orifício. Com a tampa fechada a água não escoa.
Pressão atmosférica
B Buraco
Fechando a garrafa, a água para de sair! 30 Miolo_Onde Está a Física.indd 30
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O que acontece ? Com a garrafa destampada, o ar no seu interior está em contato com o ambiente. Assim, a pressão que atua na superfície interna da água é a pressão atmosférica. No orifício, por onde a água jorra, a pressão também é a pressão atmosférica. Uma vez que não há diferença de pressão do ar entre o orifício e a linha-d’água, a água jorra por causa do peso da coluna (H) da água.
Tampando-se firmemente a garrafa, a vazão da água vai diminuindo até não jorrar mais líquido pelo orifício B. 31 Miolo_Onde Está a Física.indd 31
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como FUnciona Um BeBedoUro de PassarinHo Uma aplicação interessante da ação da pressão atmosférica pode ser feita construindo-se um bebedouro de passarinho. Uma garrafa de plástico cheia de água é emborcada em um recipiente com água. A água desce enquanto bolhas de ar sobem para a parte superior da garrafa. Quando o equilíbrio se estabelece, se observa um desnível entre as duas superfícies: a da água na garrafa e a da água no recipiente. Conforme a água no recipiente baixa e atinge a altura da boca da garrafa, uma bolha de ar penetra e sobe através da água aumentando a quantidade de ar na parte superior da garrafa. Quando isto acontece, a pressão do ar dentro da garrafa aumenta um pouquinho ocasionando um abaixamento da superfície da água da garrafa, esta-belecendo uma nova posição de equilíbrio. Em um bebedouro de água para pássaros, tem-se essa situação.
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o qUe acontece ? A pressão P da massa de ar aprisionada dentro da garrafa, acrescida da pressão por causa do peso da coluna de água, equilibra a pressão atmosférica exercida na superfície externa do líquido. Quando a água é consumida, o nível da superfície externa da água diminui até atingir um orifício na parte inferior e um pouco de ar penetra na garrafa, aumentando a massa de ar no seu interior, ocasionando um acréscimo da pressão P. Isto implica a diminuição do nível da água do bebedouro.
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Curiosidades para serem exploradas É possível fazer um espeto penetrar em uma bexiga cheia, sem explodi-la?
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O QUE ACONTECE ? O espeto deve ser introduzido próximo ao bico e passar pela região oposta. Observe que nestes locais a parede do balão é mais grossa. Ela tende a se comprimir na parte interna e não a esticar, como nas outras partes.
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Vasos comUnicantes 1. O desenho mostra uma mangueira transparente utilizada para verificar o nivelamento entre dois pontos.
Figura 1
2. Se o garoto que está na escada subir mais um degrau, o que acontecerá com a água na outra ponta? 36 Miolo_Onde Está a Física.indd 36
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Utilizando-se duas garrafas de refrigerante, pode-se explorar o fenômeno dos vasos comunicante. Em uma das garrafas com água, coloca-se a extremidade de uma mangueira transparente. A outra extremidade é colocada no fundo da garrafa inicialmente vazia fig. 2 (A). A fig 2 (B) indica a situação de equilíbrio. Colocando-se mais água em um dos recipientes, parte escoa para a outra garrafa fig. 2 (C). Observação: para iniciar a transferência de água de uma garrafa para a outra, a mangueira deve estar cheia de água.
Figura 2
A
B
C 37
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eqUiliBrando Uma Gota de Óleo entre áGUa e álcool Coloque água em um copo de vidro bem transparente até a sua metade. Acrescente álcool ao copo até quase enchê-lo. Usando um canudo de refresco como pipeta ou conta-gotas, introduza uma gota de óleo comestível (óleo de cozinha) no interior da mistura.
Observe que se forma uma linda esfera de óleo, que se equilibra no meio do copo. Colocando-se mais água ou mais álcool à mistura, você pode fazer a esfera subir ou afundar. 38 Miolo_Onde Está a Física.indd 38
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o qUe acontece ? A densidade* da água é maior que a do álcool e a densidade do óleo é menor que a da água e maior que a do álcool. Colocando-se mais água ou mais álcool à mistura, pode-se obter densidades maiores ou menores do que a do óleo e, assim, fazer com que a esfera afunde ou flutue.
*Densidade: relação entre a massa de um corpo e o seu volume; massa específica. 39 Miolo_Onde Está a Física.indd 39
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diminUindo a tensão sUPerFicial da áGUa Coloque um palito de dente ou de fósforo, de modo que ele boie na superfície da água, contida em uma taça ou um copo de boca larga para facilitar o experimento. Coloque outro palito, de modo que os dois fiquem paralelos na superfície da água. Então adicione uma gotinha de detergente entre os dois palitos. Observe que eles se afastam rapidamente.
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o qUe acontece ? Os palitos flutuam na superfície da água. A função do detergente (ou do sabão) é diminuir a tensão superficial da água. Com a tensão superficial diminuída, a água pode “molhar” as superfícies nela colocadas e, assim, exercer a sua função de lavar e limpar. A região da superfície que recebe o detergente tem, então, a sua tensão superficial diminuída. Dessa forma, a outra região da película de água “puxa” o palito. Tem-se a impressão, equivocada, de que o detergente empurra o palito.
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BorriFador caseiro
Um canudo de refresco é cortado em duas partes (uma maior que a outra, dependendo do tamanho do copo). A de menor comprimento é colocada dentro do copo. A outra é utilizada para assoprar uma corrente de ar em cima da abertura do canudo, que está mergulhado na água.
O canudo que irá conduzir a corrente de ar deve estar posicionado de modo que, praticamente, apenas um “filete” da corrente passe por cima do orifício. 42 Miolo_Onde Está a Física.indd 42
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o qUe acontece ? Assoprando-se o canudo adequadamente pode-se, então, borrifar água em plantas, por exemplo.
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VAMOS FAZER UMA BARRA DE ISOPOR DESAPARECER? ATENÇÃO! PEÇA AJUDA A UM ADULTO. SUBSTÂNCIA TÓXICA!
Peça para um adulto ajudá-lo a colocar tíner até a altura de aproximadamente 5 cm em um frasco limpo de vidro e, aos poucos, introduza uma barra de isopor.
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O que acontece ? O isopor é um polímero do estireno (vinil benzeno) expandido com ar, por isso, uma grande quantidade de isopor dissolvese em pequena quantidade de tíner. A redução do volume de isopor chega a aproximadamente 100 vezes, mostrando assim a descontinuidade da matéria pois, no isopor, 95% do volume é ar. Há uma efervescência no líquido por causa da liberação do ar contido no isopor.
O QUE EXPLORAR ? á Estrutura atômica á Modelo nuclear á Solubilidade
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o qUe É Pressão? Você sabe por que um prego tem a cabeça larga e a ponta fina? Tudo tem a ver com o fenômeno chamado pressão! Vamos explorar este importante fenômeno físico?
Aperte a ponta de um lápis contra sua mão.
Em seguida, faça o mesmo com a parte chata.
Em que situação você sente mais a ação do lápis? Podemos fazer a pergunta de outra forma: Em que situação a pressão exercida foi maior? 46 Miolo_Onde Está a Física.indd 46
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o qUe acontece ? Quando um corpo exerce uma força sobre outro, quanto menor for a sua área, maior será a pressão exercida. É por isso que se deve tomar cuidado quando se utiliza uma agulha ou alfinete. Uma distração e furamos o dedo! Pense nesses exemplos: para cortar o pão, qual lado da faca é mais adequado? E para espetar uma batata cozida, devemos utilizar uma colher ou um garfo? Por quê?
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escondendo a áGUa Vamos esconder um pouco de água?
Como?
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Colocar em um vidrinho uma colherzinha de flocogel, gotejar água, pouco a pouco, agitar e observar o fenômeno.
o qUe acontece ? O flocogel é uma substância (polímero) utilizada em fraldas de bebês, pois possui a propriedade de absorver a água (substância higroscópica). Ele funciona como um mata-borrão, porque possui muita afinidade com as moléculas de água.
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densidade: massa de modelar O que acontece quando se coloca um bastão ou uma esfera de massa de modelar dentro de um recipiente contendo água? Observe que a massa afunda!
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Faça um pequeno barco com a massa de modelar e observe que ele passa a flutuar na água.
o qUe acontece ? A densidade da esfera e do bastão de massa é maior que a da água. Logo, ela afunda. A massa de modelar na forma de um barco possui um volume maior e sua densidade média é menor que a da água: a massa de modelar sob a forma de barco flutua. 51 Miolo_Onde Está a Física.indd 51
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ELETRIZAÇÃO VAMOS PRODUZIR ELETRICIDADE? Uma experiência muito simples permite compreender o conceito de eletrização. Coloque um pouco de papel picado (pode-se usar também açúcar, sal, areia ou giz) sobre uma mesa e aproxime um canudinho de refresco. Até aí, nada acontece. Experimente fazer a mesma coisa depois de esfregar vigorosamente o canudinho em uma folha de papel: ele atrairá o papel picado.
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O que acontece ? Colocando um canudinho eletrizado em nosso rosto. É possível encostar um canudinho no rosto, sem que ele caia? O que ocorre se o canudinho atritado fortemente com papel for encostado em seu rosto? Será que ele é atraído?
É possível desviar a trajetória de um filete de água que cai de uma torneira usando um canudinho, como na figura? (Não vale tocar a água com o canudo nem usá-lo para soprar.)
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eletrização É possível fixar balões de látex na parede sem amarrar ou colar, usando a experiência desenvolvida em eletrização.
Esfregue os balões no cabelo ou em uma folha de papel e encoste a parte esfregada na parede. O que acontece? 54 Miolo_Onde Está a Física.indd 54
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Coloque uma lata vazia de refrigerante deitada sobre uma mesa, como na figura. É possível fazer a lata rolar usando um canudinho de refresco, sem empurrá-la?
Esfregue o canudinho no cabelo seco ou em uma folha de papel-toalha e aproxime-o da lata. O que acontece?
o qUe acontece ? Diz-se que o canudinho de refresco ou qualquer outro objeto (plástico, vidro), quando atritado com papel, cabelos secos, tecidos ou outros materiais, adquire a propriedade de atrair corpos leves. Os objetos que reagem como o canudinho, após atritado com papel, ficam “eletrizados”, isto é, adquirem “cargas elétricas”. 55 Miolo_Onde Está a Física.indd 55
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eletrização Vamos Fazer Um canUdinHo Girar, sem tocá-lo? Esfregue um canudinho de refresco com uma folha de papel-toalha bem seca. O canudinho vai se eletrizar e poderá ficar preso à parede ou à lousa.
Agora vamos fazer atração e repulsão* entre canudinhos. Primeiro dobre um canudinho na metade e coloque-o em cima da ponta de um lápis. Atrite com papeltoalha uma das pontas do canudinho. Faça o mesmo com outro canudinho. Aproxime uma ponta do canudinho sobre o lápis. *Repulsão: ação ou efeito de repelir. 56 Miolo_Onde Está a Física.indd 56
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o qUe acontece ? 1) Ao aproximar as duas pontas igualmente atritadas, observe que há repulsão. 2) Ao aproximar a ponta atritada ao da ponta não atritada do canudinho apoiado no lápis, ocorrerá atração. Sabe-se que: á Cargas elétricas de sinais opostos se atraem e á Cargas elétricas de sinais iguais se repelem. Os canudinhos se eletrizam por atrito e ficam com cargas elétricas. Assim, eles podem atrair ou repelir outros objetos.
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constrUindo sinos Vamos construir sinos?
mãos na massa! VeJam alGUns sinos constrUÍdos
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o qUe acontece ? Os sons produzidos pelas hastes metálicas ao serem golpeadas, se propagam no barbante chegando até nossas orelhas.
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alBert einstein (1879 - 1955)
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asceu em Ulm, Alemanha em 14 de março de 1879 e faleceu em Princeton, New Jersey, Estados Unidos no dia 18 de abril de 1955.
O mais famoso dos cientistas do século XX desenvolveu teorias que provocaram uma revolução na Física e no pensamento humano. Os primeiros anos da vida de Einstein e até à conclusão de seu curso universitário na Escola Politécnica de Zurique, Suíça em 1900, não prenunciavam a genialidade que ele iria exibir, a partir de 1905. Ele começou a falar só aos 3 anos e não foi um estudante brilhante até se formar. Na primeira tentativa de ingresso, na Escola Técnica Federal da Suíça em 1895, foi reprovado. Einstein doutorou-se pela Universidade de Zurique em 1905 e neste ano apresentou quatro trabalhos de grande valor para a compreensão da realidade física: os “quanta de luz” – o chamado “efeito-fotoelétrico” que explicaria como a luz ejetava elétrons de superfícies metálicas. Este trabalho lhe valeu o Prêmio Nobel de Física em 1921; o movimento caótico de partículas microscópicas, fenômeno que os biólogos observaram no microscópio e não sabiam a causa, foi explicado teoricamente por Einstein e verificado experimentalmente. A Teoria Especial da Relatividade (tudo é relativo – espaço e tempo) e somente a velocidade da luz é constante; a equivalência entre massa e energia, por meio de sua famosa equação E = m c2 (onde E é energia, m é massa de um corpo e c corresponde a velocidade da luz). Einstein concluiu e ampliou a Teoria especial da Relatividade, publicando a Teoria Geral da Relatividade, em 1916. Seus trabalhos revolucionaram o campo das ciências. Foi um incansável pacifista e batalhou contra o uso militar da energia atômica.
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Como cidadão do mundo visitou, lecionou e fez conferências em muitos países, inclusive no Brasil. Por motivos políticos deixa a Alemanha em 1933, renuncia a cidadania alemã e em 1941 tornou-se cidadão americano. Quando Einstein começou a se interessar pela Ciência? Quando falava de sua infância, ele se recordava que ficou muito impressionado com uma bússola que seu pai lhe mostrara! Ao movê-la, guiada por força invisível, parava e apontava para uma mesma direção! Ele tinha 5 anos! Aos 11 revelou grande interesse por livros de divulgação científica. Seu legado científico é enorme e hoje constitui um patrimônio da humanidade!
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GalileU Galilei (1564 - 1642)
N
asceu em 15 de fevereiro de 1564 na cidade de Pisa-Itália. Viveu em uma época de enormes desafios. Foi um grande físico, matemático, astrônomo, literato e filósofo.
Galileu foi o primeiro, na história da humanidade, a investigar o céu, utilizando um telescópio que ele próprio construiu. Descobriu coisas novas e incríveis: quatro satélites de Júpiter, analisou a superfície da Lua e constatou que não era lisa, possuía irregularidades e crateras, as manchas solares, um conjunto de novas estrelas, até então desconhecidas, ainda descobriu que a Via Láctea é formada por um grande número de estrelas. Galileu foi o primeiro a utilizar o método experimental na Ciência. Realizou diversos experimentos com barcos de brinquedo, bolas, pêndulos, vários objetos estudando seus movimentos e deduziu relações matemáticas para explicar os fenômenos.
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Muitos fenômenos físicos foram estudados por esse grande cientista: estudou e estabeleceu as leis do pêndulo e utilizou-o para medida do tempo. Muitos temas estudados por Galileu eram considerados proibidos, motivo pelo qual foi perseguido e processado pela Inquisição e obrigado a se retratar, por ter afirmado que a Terra gira em torno do Sol e que ela não era o centro do Universo! Galileu era partidário do sistema heliocêntrico proposto por Nicolau Copérnico, ou seja, o Sol e não a Terra era o centro do sistema em torno do qual os planetas se movem. A ideia de que a Terra se movimentava em torno do Sol era inaceitável pelos dogmas religiosos da época. Galileu ampliou o mundo até então conhecido e lançou luzes em muitos fenômenos físicos, obscurecidos e desconhecidos, iniciando uma nova fase na história da humanidade. ***
isaac neWton (1643 - 1727)
A
história registra que foi depois de ver a queda de uma maçã que o jovem físico inglês Isaac Newton teve a inspiração para deduzir que se os corpos caem é porque são atraídos por uma força que vem da Terra. Esta força, chamada gravidade, foi descrita por Newton desenvolvendo a chamada Lei da Gravitação Universal. Você pensa que isto é pouco? Pense nos movimentos terrestres e espaciais: foguetes, satélites, naves interplanetárias, viagens à Lua, ônibus espaciais etc. Por que um satélite artificial não cai? Que força mantém os planetas e satélites em órbita? Todos estes movimentos são cuidadosamente planejados e apoiados em leis descobertas pelos cientistas, entre eles, Isaac Newton. Muitas outras áreas do conhecimento foram exploradas por Newton: ótica, mecânica, calor etc. No edifício chamado Ciência, muitos tijolos foram colocados por Isaac Newton, considerado o maior cientista do século XVII.
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James deWeY Watson Francis HarrY comPton cricK
O
mundo nunca mais foi o mesmo depois que um cientista britânico, biofísico, no dia 28 de fevereiro de 1953, entrou em um bar de Cambridge gritando para os amigos: “Descobrimos o segredo da vida!”
Tratava-se de Francis Crick que, com um jovem bioquímico americano chamado James Watson, havia descoberto a estrutura do DNA. Essa descoberta lhes valeu o Prêmio Nobel de Medicina em 1962. A trajetória desses cientistas, que escreveram um dos mais importantes capítulos da história da Ciência, é descrita, a seguir: James Dewey Watson: bioquímico e geneticista americano, nascido em Chicago, no ano de 1928, formou-se em zoologia pela Universidade de Chicago em 1947 e doutorou-se na Universidade de Indiana. Prosseguiu os seus estudos no Conselho Nacional de Investigação de Copenhague entre 1950-51, onde estudou as estruturas das grandes moléculas biológicas. Em 1951, durante um simpósio em Nápoles, Watson encontrou-se com um outro cientista chamado Wilkins e viu pela primeira vez um modelo de estrutura do DNA, ou em português, ADN (ácido desoxirribonucleico), que foi obtido por meio de uma técnica chamada difração de raios X. Foi daí que Watson passou a se interessar pelas estruturas dos ácidos nucleicos. Em Cambridge, colaborou com um biofísico inglês chamado Francis Crick numa pesquisa sobre a estrutura do DNA e, em 1953, descobriu os componentes essenciais desse ácido. Assim, eles criaram um modelo molecular de dupla hélice para o DNA.
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Watson trabalhou em Pasadena (1953-55), no Instituto Tecnológico da Califórnia e, também, na Universidade de Harvard (1961), como professor de bioquímica e biologia molecular. Finalmente, ajudou a decifrar o código genético contido nas sequências do DNA. Em 1968, passou a dirigir o Laboratório de Biologia Quantitativa em Long Island, NY. Francis Harry Compton Crick: foi um físico inglês nascido em Northampton, em 1916. Em 1934, iniciou o curso de Física no University College, onde se formou em 1937. Passou a interessar-se pela biologia depois de ler um livro chamado O que é a vida?, cujo autor era um outro físico, chamado Erwin Schrodinger. Em 1949, foi trabalhar no Laboratório de Cavendish com o objetivo de entender os fenômenos biológicos por meio de técnicas físicas chamadas cristalografia. Assim, tornou-se um biofísico. Depois de muitas tentativas, Crick, então com 36 anos e Watson, com 24, descobriram a estrutura, em dupla hélice da molécula do DNA. Em 1977, Crick mudou-se para os Estados Unidos, onde passou a fazer pesquisas no Instituto Salk para Estudos Biológicos, em San Diego. Morreu em 2004, aos 88 anos de idade, vítima de câncer. Quase cinquenta anos depois, graças à descoberta desses cientistas, pode-se fazer testes de paternidade, desvendar crimes, criar novos alimentos como a soja transgênica e muitas outras aplicações da indústria da biotecnologia. A Ciência mudou depois da descoberta da estrutura básica do DNA, a molécula de dupla hélice que guarda todas as informações genéticas dos organismos dentro das células.
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Neste livro, escrito por professores da Universidade de São Paulo, são apresentadas experiências envolvendo conceitos da Física. A partir de objetos muito comuns, utilizados no dia a dia, podemos fazer experiências divertidas e ver a “Física na prática”. O livro traz também um breve relato sobre os principais físicos e seus feitos, são eles: Albert Einstein, Galileu Galilei, Isaac Newton, James Dewey Watson e Francis Harry Compton Crick.
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