Introdução aos estudos da Física

Física tem origem na palavra grega "physis" que significa natureza, ou seja, a Física é a ciência que estuda a natureza e seus fenômenos nos aspectos mais gerais. Analisa suas relações e propriedades, além de descrever e explicar a maior parte de suas consequências. Busca a compreensão científica desde os elementos fundamentais até o universo como um todo. Historicamente, o desenvolvimento da física iniciou na pré-história com o desenvolvido de instrumentos que eram utilizados para as necessidades do dia a dia como, por exemplo, lança para caçar animais ou pedras pontiagudas para rasgar a carne.

Fonte: Arqueologia e pré-história disponível em: https://arqueologiaeprehistoria.com/encontrei-um-artefato-ou-sitio-arqueologico-e-agora-o-que-fazer/

Para retratar seus feitos, o homem pré-histórico fazia pinturas nas paredes das cavernas ou em pedras e ossos. Ao longo do tempo essas formas foram evoluindo até surgir a escrita. Nesse período, as civilizações egípcias e mesopotâmica começam a utilizar a irrigação por bombeamento, método de transporte de cargas pesadas e técnicas de construção.

Nesse contexto, as novas descobertas eram obtidas como solução de problemas práticos e os fenômenos naturais eram creditados a divindades.

Por volta de 600 a.C, os gregos começaram a procurar respostas para suas principais questões por meio da razão excluindo os deuses das explicações dos fenômenos naturais. Entre as reflexões os gregos investigaram os princípios gerais do movimento e a constituição do Universo. 

Nesse período, Aristóteles deu significativas contribuições em várias áreas do conhecimento, sua forma de pensar os movimentos dos corpos e os movimentos dos astros, apesar de equivocada e substituída, serviu de referência para o Ocidente por mais de 1500 anos. Abaixo o modelo de universo segundo Aristóteles. 

Fonte: http://aristotelesaristoteless.blogspot.com/2016/04/new-aristoteles-universo.html, acesso dia 13 jan, 2019.

Apesar de novas descobertas que refutavam o modelo de Aristóteles, os pensadores do início da Era Cristã encontraram grandes dificuldades para contradizer essas afirmações, sobretudo porque a igreja Católica condenava qualquer conhecimento que não estivesse apoiado nas escrituras sagradas. Além disso, a ausência de livros não religiosos e a existência prioritária de indivíduos analfabetos tornavam 

Nicolau Copérnico

o desenvolvimento da ciência quase que impossível. Porém, com o Renascimento, houve uma revolução científica, tecnológica e artística, nessa época foi possível rever os conceitos aristotélicos que penduram até então. Na Astronomia o principal nome foi Nicolau Copérnico. 

Outro cientistas de renome foi Galileu Galilei que estudou as teorias de Aristóteles e propôs correções ou novas interpretações. Galileu defendia que os fenômenos fossem observados tais como ocorrem e que pudessem ser experimentados. Galileu é considerado um dos fundadores do método experimental e da ciência moderna. Suas principais contribuições a Física diz respeito aos movimentos dos corpos e a teoria da cinemática. Em 16009 Galileu construiu sua própria luneta onde foi possível observar a lua e as fases de Vênus, fenômeno que seria impossível de acontecer se a teoria do geocentrismo estivesse correta. Nos anos seguintes  Galileu defendeu o heliocentrismo de Copérnico o que lhe rendeu problemas com a igreja tendo que negar suas afirmações e viver isolado em Florença. Conheça um pouco da história de Galileu Galilei no vídeo a seguir.

Fonte: PIBID Física IFRS/BG

Outros cientistas importantes foram surgindo, talvez um deles seja Isaac Newton que aproveitando os resultados obtidos por outro cientistas Isaac Newton reuniu explicações de diversos fenômenos da mecânica que possibilitaram importantes inovações técnicas como o relógio, teares mecânicos, telescópios e microscópios. Para saber mais sobre esse importante Físico assista o vídeo a seguir.

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=LWMOzNQl268, acesso 13 de jan. 2019. 

Outras áreas da Física começaram a se desenvolver durante o século XVIII: a termologia, a Eletricidade e o Magnetismo. Os resultados obtidos por Benjamin Count Rumford e Nicolas Léonard Sadi Carnot na termodinâmica levaram ao aperfeiçoamento das máquinas a vapor na virada do século XIX. Surgia a Revolução Industrial, época de aumento considerável, no progresso material das nações e na população europeia. Por volta de 1830, a maioria das potências europeias possuía uma rede de ferrovias ligando as fábricas às grandes concentrações urbanas. 

Tornou-se interessante aos industriais investir em melhorias tecnológicas para aumentar ainda mais os lucros em seus negócios. Desde então, os conceitos de investimentos público e privado em inovações tecnológicas permeiam todas as nações desenvolvidas. MENOSPREZAR A IMPORTÂNCIA DE NOVAS DESCOBERTAS É O CAMINHO MAIS CURTO PARA UM PAÍS SE TORNAR DEPENDENTE ECONOMICAMENTE DE OUTROS. 

O incentivo a pesquisa, por volta de 1800, resultou no desenvolvimento do Eletromagnetismo por André-Marie Ampère e Michael Faraday, entre outros. A teoria completa do Eletromagnetismo foi proposta por James Clerk Maxwell em 1870, desde então, tornaram-se viáveis as instalações elétricas residenciais e os aparelhos que funcionam à base de motores elétricos.

O final do século XIX foi a época de otimismo exagerado dos cientistas, muitos físicos, representados por Lorde Kelvin, julgavam, em 1890, conhecer os princípios e as leis fundamentais do funcionamento do Universo. Bastavam pequenos ajustes em alguns pontos duvidosos e o homem teria aprendido tudo por meio da Física. Mas resultados experimentais interpretados de maneira inovadora por Max Panck, em 1900, e Albert Eisten, em 1905, permitiram novas concepções sobre conceitos básicos como espaço e tempo.

Dois novos ramos da Física surgiram com base no sistematização desses resultados: a relatividade e a mecânica quântica. Essa evolução na forma de ver o mundo possibilitou os grandes avanços dos séculos XX e XXI, entre os quais podemos citar o uso controlado da energia atômica, os robôs, a televisão, o GPS, os computadores, raios laser, etc.

Assista o vídeo a seguir para entender quais são os ramos da Física e o que cada parte estuda.

Fonte: Scheffer. F. S. Pré-Física: fundamentos para iniciantes ao estudo da Física, IFRS, 2018.

REFÊRENCIAS:

BONJORNO. J.R et. al. Física: Mecânica, 1º ano-2. ed. São Paulo: FTD, 2013.

Movimento

Corpo: carro, pessoa, bola, Terra, Lua.

Para determinar se um corpo está ou não em movimento é necessário especificar a posição dele em relação a outro que o rodeiam, ou seja, estabelecer um referencial. 

Quando considerarmos o motorista do ônibus como referência a posição do homem sentado na poltrona do ônibus não varia. Dizemos então que ele está em repouso em relação ao motorista. Se considerarmos como referência o homem sentado na montanha, verificamos que a posição do passageiro varia com o tempo. Portanto, dizemos que o passageiro está em movimento em relação ao homem sentado na montanha. O motorista do ônibus e o homem sentado são dois referenciais os quais podemos quantificar o estado de repouso ou de movimento. 

Ponto material e corpo extenso

Ponto material: qualquer corpo cujas dimensões não interferem na análise de determinado fenômeno. Quando utilizamos essa expressão estamos desprezando a forma e as dimensões desse corpo, reduzindo a uma partícula material que pode ser considerada como um ponto.

OBS: UM CORPO PODE SER UM PONTO MATERIAL SOB DETERMINADA PERSPECTIVA E NÃO SER EM OUTRA.

Corpo extenso: as dimensões não podem ser reduzidas a um único ponto.

Trajetória

Linha geométrica que interliga todas as posições pelas quais ele passa. A trajetória pode ser retilínea ou curvilínea e depende do referencial em que se encontra o observador.

A trajetória da carga depende do referencial em que se encontra o observador. Para o piloto do avião, a trajetória é retilínea, mas para o observador no solo a trajetória é curvilínea.

Posição numa trajetória

Quando viajamos por uma estrada é comum haver placas indicando a quilometragem de cada ponto da via, que servem para nos localizarmos durante o percurso. A informação contida nas placas se refere à distância do ponto onde elas estão fixadas até o ponto definido como origem.

Função horária

Quanto tempo você demora para ir de sua casa a escola? Com que velocidade você se desloca nesse percurso? qual é a distância percorrida nesse trajeto?

Chama-se função horária a sentença matemática que descreve o movimento realizado por um móvel com o passar do tempo. Por meio dela podemos, por exemplo, calcular quanto tempo demora uma viagem de carro, qual é a distância percorrida por uma nave espacial com determinada velocidade. A função horária das posições é um sentença matemática que relaciona as sucessivas posições de um corpo com o passar do tempo. Para obtê-la é necessário escolher um referencial e nele fixar a origem. De modo geral, partindo-se da posição atual do corpo, num determinado referencial, pode-se determinar a sua posição futura nesse referencial com o passar do tempo.

EX: Considere uma pessoa que se encontra a 20 m da origem cuja velocidade é de 5m/s no sentido em que a numeração dos imóveis vai aumentando. Qual é a posição do carro após 5s de movimento?

S= So + vt

S = 20 + 5.5

S= 45

Velocidade escalar média

Suponha um carro que percorre um trecho de estrada entre duas cidades. Sabemos que o carro não mantém sempre a mesma velocidade durante o trajeto, pois existem subidas e descidas, ultrapassagens, semáforos, valetas, diferentes limites de velocidade em cada trajeto. Desse modo, em vez de estudar o movimento do carro em cada ponto da estrada, podemos relacionar o espaço total percorrido por ele e o intervalo de tempo decorrido nesse percurso. Essa razão é denominada velocidade média (Vm).

Ex: Um caminhão viaja de SP para São José dos Campos e percorre 100 km em 2 hrs.

Vm = 100 / 2

Vm= 50 Km/h

OBS: SE O CARRO SE MOVIMENTAR NO SENTIDO DA ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA ESSE MOVIMENTO É PROGRESSIVO, POIS AS POSIÇÕES CRESCEM ALGEBRICAMENTE NO DECORRER DO TEMPO. SE O CARRO SE MOVIMENTAR NO SENTIDO CONTRÁRIO AO DE ORIENTAÇÃO DA TRAJETÓRIA CARACTERIZA ESSE MOVIMENTO COMO RETRÓGRADO, POIS AS POSIÇÕES DECRESCEM ALGEBRICAMENTE NO DECORRER DO TEMPO. 

No SI, a unidade de velocidade é m/s mas pode ser também determinada por Km/h. 

Velocidade escalar instantânea

Quando um motorista avista uma placa indicando o limite de velocidade de 40km/h ele pisa no freio que sua velocidade média diminui ou para. Vimos que se um carro percorre 100 Km em 2h a velocidade escalar média é de 50Km. Essa velocidade não corresponde à velocidade real do automóvel, uma vez que ela muda continuamente, sendo maior em alguns trechos e menor em outros.  Se quisermos conhecer a velocidade em cada instante temos de recorrer ao velocímetro do carro. O valor indicado pelo velocímetro em certo instante nos dá o valor absoluto da velocidade escalar instantânea do carro.