PDF de Amostra - Física Sem Misterio

8/18/2019 PDF de Amostra - Física Sem Misterio

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Física

Sem Mistério


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Série Sem Mistério

Alemão Sem MistérioÁlgebra Sem Mistério

Cálculo Sem Mistério

Conversação em Alemão Sem Mistério

Conversação em Espanhol Sem Mistério

Conversação em Francês Sem Mistério

Conversação em Italiano Sem Mistério

Espanhol Sem Mistério

Francês Sem Mistério

Geometria Sem Mistério

Gramática Inglesa Sem Mistério

Italiano Sem Mistério

Pré-Álgebra Sem Mistério

Pré-Cálculo Sem Mistério

Química Orgânica Sem Mistério

Química Sem Mistério


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Física Sem Mistério

Stan Gibilisco

Tradução da 2ª edição

Rio de Janeiro, 2013


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Para Samuel, Tony e Timdo tio Stan


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Sobre o Autor Stan Gibilisco, engenheiro eletrônico, pesquisador e matemático, é autor de vá-

rios títulos da série Demystified, da McGraw-Hill (no Brasil, Sem Mistério, da AltaBooks), assim como de outros inúmeros livros técnicos e dezenas de artigos em

revistas. Suas obras foram traduzidas para várias línguas.


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Sumário

Agradecimentos xi

Como utilizar este livro xiii

Parte I Física Clássica 1

CAPÍTULO 0 Revisão de Notação Científica 3

Subscritos e sobrescritos 4

Potência de 10 5 Regras para o Uso 8

Aproximação, Erro e Precedência 12

Algarismos Significativos 15 Teste Rápido 20

CAPÍTULO 1 Unidades e Constantes 23

Sistemas de Unidades 24

Unidades Fundamentais 25

Unidades Derivadas 30

Constantes 37

Conversão de Unidades 42

Teste Rápido 46

CAPÍTULO 2 Massa, Força e Movimento 49

Massa 50

Força 54

Deslocamento 56

Velocidade Escalar 57

Velocidade 60 Aceleração 62


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viii FÍSICA SeM MiSTéRio

Leis do Movimento de Newton 68

Teste Rápido 71

CAPÍTULO 3 Momento, Trabalho, Energia e Potência 73

Momento Linear 74

Colisão 78

Trabalho 86

Energia 89

Potência 95

Teste Rápido 100

CAPÍTULO 4 Partículas da Matéria 103

Primeiras Teorias 104

O Núcleo 105 Fora do Núcleo 109

Energia da Matéria 113

Compostos 117

Teste Rápido 122

CAPÍTULO 5 Estados Básicos da Matéria 125

A Fase Sólida 126

A Fase Líquida 135

A Fase Gasosa 144Teste Rápido 149

CAPÍTULO 6 Temperatura, Pressão e Mudança de Estado 153

O que é Calor? 154

Temperatura 158

Alguns Efeitos da Temperatura 164

Temperatura e Estados da Matéria 167

Teste Rápido 173

Teste: Parte I 175

Parte II Eletricidade, Magnetismo, e Eletrônica 189

CAPÍTULO 7 Corrente Contínua 191

O Que a Eletricidade Faz 192

Diagramas Elétricos 199

Voltagem, Corrente e Circuitos Resistivos 202

Como as Resistências Combinam 207

Leis de Kirchhoff 218Teste Rápido 222


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x FÍSICA SeM MiSTéRio

Mistérios das Ondas 384

Onda ou Partícula? 389

Teste Rápido 394

CAPÍTULO 13 Formas de Radiação 397Campos Eletromagnéticos 398

Campos ELF 403

Ondas RF 405

Além do Espectro de Rádio 413

Radioatividade 422

Teste Rápido 431

CAPÍTULO 14 Óptica 433

Como a Luz se Comporta 434Lente e Espelhos 444

Telescópios Refratores 448

Telescópios Refratórios 451

Especificações do Telescópio 453

O Microscópio Composto 458

Teste Rápido 464

CAPÍTULO 15 Teoria da Relatividade 467

Contando o Tempo 468

Dilatação do Tempo 472

Distorção Espacial 478

Distorção da Massa 480

Relatividade Geral 483

Teste Rápido 492

Teste: Parte III 495

Teste Final 509

Respostas para os Testes, Testes das partes e Teste final 539Sugestão de Leitura Adicional 543

Índice 545


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Agradecimentos Agradeço ao meu sobrinho Tim Boutelle, formando da Universidade de

Chicago, que passou muitas horas me ajudando a revisar o manuscrito e ofereceu

ideias e sugestões do ponto de vista do público-alvo.


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Como Utilizar Este Livro Este livro pode ajudá-lo a aprender física básica sem fazer um curso formal. Ele

também pode servir como um texto complementar em ambientes de sala de aula,

reforço escolar ou ensino domiciliar.

Para aprender física, você precisa ter alguma habilidade em matemática, já queconstitui a linguagem primordial da física. Se dissesse outra coisa, eu estaria men-tindo para você. A matemática deste livro não vai além do nível de ensino médio.

Se você precisa fazer uma revisão, pode selecionar entre vários livros da série SemMistério dedicados a temas matemáticos. Se você quer construir uma base forte emmatemática, recomendo que leia Álgebra Sem Mistério e O Guia Completo para Quem

Não É C.D.F. — Pré-Cálculo antes de iniciar este curso.Este livro contém muitas questões de múltipla escolha apresentadas no

formato de testes padronizados. Você encontrará um teste com “consulta livre”

no final de cada capítulo. Você pode (e deve!) utilizar os textos do capítulo como

referência para resolver esses testes. Escreva suas respostas, e depois entregue-as

a um amigo. Peça-lhe para passar para você sua pontuação, sem, contudo, lhe

dizer quais perguntas você errou. As respostas corretas aparecem no final do livro.

Continue no capítulo até que você consiga responder a maioria das respostas do

teste corretamente.

Este livro contém três seções principais. Um teste com questões de múltipla

escolha encerra cada seção. Faça-os ao terminar as respectivas seções e após terfeito o teste de todos os capítulos. Não consulte o texto quando fizer o teste de cada

seção. Eles são mais fáceis do que os testes no final do capítulo e não exigem que

você memorize coisas triviais. Um resultado satisfatório é de pelo menos 35 a 40

acertos para 50 perguntas. As respostas estão no final do livro.

Você encontrará um teste no final do curso. As perguntas envolvem menos

matemática do que os testes. O teste final contém perguntas retiradas igualmente

de todos os capítulos, com exceção do Capítulo 0. Faça-o quando você tiver termi-

nado todas as seções, todos os testes das seções, e os testes de todos os capítulos.

Um resultado satisfatório é de no mínimo 75 acertos para 100 perguntas.


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xiv FÍSICA SeM MiSTéRio

Com os testes de seção e o teste final, assim como com os testes, peça a um

amigo para lhe dizer sua pontuação sem informar quais questões você errou. Des-

sa maneira, você não irá memorizar as respostas inconscientemente. Talvez você

queira responder cada teste e o teste final duas ou três vezes. Quando conseguir

uma pontuação que lhe agrade, você pode (e deve!) verificar o teste para saber os

seus pontos fortes e fracos.

Esforce-se para completar um capítulo a cada semana ou dez dias. Uma a duas

horas diárias são suficientes. Não se apresse. Dê tempo para que sua mente possa

absorver o material. Mas também não seja muito lento. Prossiga num passo estável

e o mantenha. (Apesar de desejarmos diferente, nada pode substituir “bons hábitos

de estudo”.) Você completará o curso em alguns meses. Ao concluí-lo, você poderá

utilizar este livro como uma referência permanente.

Eu aceito e aprecio suas sugestões para edições futuras.

Stan Gibilisco


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Física Sem Mistério


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Parte I

Física Clássica


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Capítulo 0Revisão de NotaçãoCientífica

Os físicos e engenheiros frequentemente se deparam com números minúsculos

ou gigantescos. Quantos átomos compõem nossa galáxia? Qual é a razão entreo volume de uma bola de gude e o volume do universo como o conhecemos? Setentarmos denotar números como esses de forma normal, precisaremos rabiscarsequências enormes de numerais. Existe uma maneira melhor! Podemos tirar van-tagem da notação científica. Vamos revisar essa técnica.

OBJETIVOS DO CAPÍTULO

Neste capítulo, você vai:

• exprr qun cm pênc 10.

• eur prõ rméc cm pênc 10.

• Rlzr prxmõ numérc.

• drmnr gru prc.

• truncr u rrnr qun.


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4 FÍSICA SeM MiSTéRio

Subscritos e Sobrescritos

Podemos utilizar subscritos para modificar os significados das unidades, constantes

e variáveis. Sobrescritos geralmente representam expoentes (elevação a uma potên-cia). Letras minúsculas em itálico da segunda metade do alfabeto (n a z) denotamexpoentes variáveis.

Exemplos de SubscritosSubscritos numéricos nunca são em itálico, mas em alguns casos pode ser interes-sante colocar em itálico subscritos alfabéticos. Por exemplo:

Zo lido “Z sob zero”;

representa impedância característica da linha de transmissãoR

saída

lido “R sob saída”; representa resistência de saída em um circuito eletrônico y

n lido “ y sob n”;

representa uma variável

Algumas constantes físicas incluem subscritos por convenção. Por exemplo, me

representa a massa de um elétron em repouso (sem movimento em relação ao ob-servador). Os subscritos de coordenadas podem nos ajudar a identificar pontos noespaço multidimensional. Por exemplo, podemos designar um ponto Q em espaçoretangular 11 como:

Q = (q1, q2, q3, .... q11)

Exemplos de Sobrescritos Assim como os subscritos, os sobrescritos numéricos não são em itálico. Porém,normalmente utilizamos itálicos em sobrescritos alfabéticos. Por exemplo:

23 lido “dois ao cubo”; representa 2 × 2 × 2ex lido “e elevado à potência x”; representa a base-e e função exponencial de x y1/2 lido “ y elevado a um meio”; representa a raiz quadrada positiva de y


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Cpul 0 Revisão de Notação CieNtífiCa 5

Ainda com Dificuldades?vcê p clmn cnunr brcr ubcr. s cê r qulqurdúvida sobre o significado de uma expressão específica, verifique o contextocuidadosamente. Um subscrito normalmente lhe diz como pensar em uma

quantidade ou variável, enquanto um sobrescrito quase sempre lhe diz o que

cê fazer cm l.

?

Potência de 10

Cientistas e engenheiros expressam valores numéricos extremos usando potênciasde 10. É isso que normalmente “notação científica” significa na prática.

Forma PadrãoDenotamos um número em padrão de potência de 10 da seguinte maneira:

m,n × 10z

onde a vírgula é escrita na linha de base. Chamamos isso de vírgula decimal. A va-riável m (à esquerda da vírgula) representa um número do conjunto {1, 2, 3, 4, 5, 6,7, 8, 9}. A variável z, que representa a potência de 10, pode ser qualquer número:positivo, negativo, ou zero. Por exemplo:

2,56 × 106

representa 2,56 vezes exatamente 1.000.000 ou 2.560.000

8,0773 × 10-8

representa exatamente 8,0773 vezes 0,00000001 ou 0,000000080773

1,000 × 100

representa 1,000 vezes exatamente 1 ou 1,000

Forma AlternativaEm alguns países, os cientistas usam uma variação do tema anterior. A potênciaalternativa de 10 requer m = 0. Quando expressamos as quantidades previamentedescritas dessa maneira, elas aparecem como frações decimais maiores que 0, masmenores que 1, e o valor do expoente aumenta de 1 quando comparado com aforma padrão. Portanto, temos o seguinte:


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10 FÍSICA SeM MiSTéRio

(3,045 × 10-4) × (6,853 × 10-7)

= (3,045 × 6,853) × (10-4 × 10-7)

= 20,867385 × 10[-4+(-7)]

= 20,867385 × 10-11= 2,0867385 × 10-10

(3,045 × 105) × (6,853 × 10-7)

= (3,045 × 6,853) × (105 × 10-7)

= 20,867385 × 10[5+(-7)]

= 20,867385 × 10-2

= 2,0867385 × 10-1

= 0,20867385

Podemos escrever o último número na forma decimal simples porque, em notaçãocientífica, o seu expoente encontra-se incluído dentro do intervalo de -3 e 3.

DivisãoQuando dividirmos duas quantidades com potência de 10, começamos pelo cálcu-lo do quociente entre os coeficientes. Depois subtraímos a segunda potência de 10da primeira. E finalmente colocamos a expressão na forma científica convencional.Seguem três exemplos:

(3,045 × 105) / (6,853 × 106)= (3,045 / 6,853) × (105 / 106)

≈ 0,444331 × 10(5-6)

≈ 0,444331 × 10-1

≈ 0,0444331

(3,045 × 10-4) / (6,853 × 10-7)

= (3,045 / 6,853) × (10-4 / 10-7)

≈ 0,444331 × 10[-4-(-7)]

≈ 0,444331 × 103

≈ 4,44331 × 102

≈ 444,331

(3,045 × 105) × (6,853 × 10-7)

= (3,045 / 6,853) × (105 / 10-7)

≈ 0,444331 × 10[5-(-7)]

≈ 0,444331 × 1012

≈ 4,44331 × 1011

Date post:	07-Jul-2018
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