Física

Eletricidade

Tempestade de Raios

O estudo da eletricidade se iniciou na Antigüidade, por volta do século VI a.C, com o filósofo e matemático grego Tales de Mileto. Ele, dentre os maiores sábios da Grécia Antiga, foi quem observou o comportamento de uma resina vegetal denominada de âmbar, ao atritar essa resina com tecido e/ou pele de animal, Tales percebeu que daquele processo surgia uma importante propriedade: o âmbar adquiria a capacidade de atrair pequenos pedaços de palha e/ou pequenas penas de aves. Em grego, a palavra elektron significa âmbar, a partir desse vocábulo surgiram as palavras elétron e eletricidade.

Apesar desse feito, nada foi descoberto por mais de vinte anos, ficando dessa forma, intactas as observações de Tales de Mileto. No século XVI, o médico da rainha Elizabeth I, da Inglaterra, Willian Gilbert, descobriu que era possível realizar a mesma experiência de Tales com outros materiais. Nessa época o método da experimentação, criado por Galileu Galilei, começou a ser utilizado. Gilbert realizou vários estudos e experiências, sendo uma delas as formas de atrito entre os materiais. Já no século XVIII o cientista norte-americano Benjamin Franklin, o inventor do pára-raios, teorizou que as cargas elétricas eram um fluido elétrico que podia ser transferido entre os corpos. Contudo, hoje já se sabe que os elétrons é que são transferidos. O corpo com excesso de elétrons está eletricamente negativo ao contrário do corpo com falta de elétrons, que se encontra eletricamente positivo. Mas qual é o ramo de estudo da eletricidade?

O estudo da eletricidade se divide em três grandes partes:

Eletrostática: é a parte que estuda o comportamento das cargas elétricas em repouso como, por exemplo, o estudo e compreensão do que é carga elétrica, o que é campo elétrico e o que é potencial elétrico.

Eletrodinâmica: essa é a parte que estuda as cargas elétricas quando em movimentação. Ela estuda o que é corrente elétrica, os elementos de um circuito elétrico (resistores e capacitores) bem como a associação deles, tanto em série quanto em paralelo.

Eletromagnetismo: nessa parte se estuda o comportamento e o efeito produzido pela movimentação das cargas elétricas. É a partir desse estudo que fica possível entender como ocorrem as transmissões de rádio e televisão, bem como entender o que vem a ser campo magnético, força magnética e muito mais.

Mecânica

Mecânica é a parte da física que estuda os movimentos dos corpos, tanto em movimento quanto em repouso. Não é de hoje que o homem procura explicações para os fenômenos ocorridos na natureza, essa busca vem desde a Antigüidade, principalmente no que diz respeito à explicação para os movimentos que os corpos executam. Talvez seja por isso que a mecânica é o ramo de estudo mais antigo da física. Homens famosos como Aristóteles, Galileu, Ptolomeu foram alguns dos muitos cientistas que estiveram na busca por explicações sobre os movimentos, além de serem os responsáveis por estabelecer muitas das leis que hoje conhecemos.

A mecânica em si estuda os seguintes movimentos:

• Movimento uniforme e uniformemente variado;
• Movimento circular;
• Lançamento vertical e oblíquo.

Ela, além de estudar esses movimentos que acontecem diariamente, busca a explicação para as suas ocorrências, fazendo análises das forças que atuam sobre os corpos em repouso ou em movimento. Essa é a dinâmica, uma parte da mecânica que tem como principal estudo a explicação de como um corpo em repouso é capaz de entrar em movimento e como é possível alterar o estado de movimento de um corpo.

Para o desenvolvimento do estudo da mecânica, bem como o de todas as outras áreas de estudo, é necessário ter o domínio dos conceitos de vetor e suas características (módulo, direção e sentido) e a compreensão e diferenciação entre grandezas escalares e vetoriais.

Eletromagnetismo

Campo magnético em um fio condutor

O Eletromagnetismo é o nome que se dá ao conjunto de teorias que Maxwell, apoiado em outras descobertas, desenvolveu e unificou para explicar a relação existente entre a eletricidade e o magnetismo.

Para produzir energia elétrica é necessário o consumo de uma forma de energia qualquer. Na época de Faraday somente a energia química, obtida das pilhas e baterias, era transformada em energia elétrica. No entanto, a geração de energia elétrica para alimentar as grandes indústrias, por exemplo, através desse método não era adequado. No ano de 1831, Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética, o qual revolucionou o estudo do eletromagnetismo. Graças a essa descoberta, foi possível construir aparelhos que funcionam através da indução eletromagnética e que transformam energia mecânica em energia elétrica, como o dínamo, por exemplo.

O estudo da eletrodinâmica é focalizado nas cargas elétricas e os efeitos que ela produz nos condutores como, por exemplo, o aquecimento do filamento de uma lâmpada quando percorrida por uma corrente de intensidade i. No estudo do eletromagnetismo é possível ver que a corrente elétrica, além de produzir efeitos no próprio fio, afeta também o espaço ao redor dele, ou seja, a corrente elétrica faz surgir um campo magnético ao redor do fio condutor de eletricidade.

O assunto do eletromagnetismo é muito vasto, e seu estudo possibilita o entendimento de uma variedade de instrumentos e coisas que fazem parte do nosso cotidiano como, por exemplo, o funcionamento da campainha elétrica, os motores elétricos, o funcionamento dos galvanômetros analógicos, o funcionamento das usinas hidroelétricas, os transformadores de tensão, os cartões magnéticos, os aceleradores de partículas, entre muitos outros. Na área da medicina moderna, o eletromagnetismo está aplicado nos diagnósticos por imagem, os quais são feitos através da ressonância nuclear.

Ondas

Onda se propagando na superfície de um lago

No estudo da física onda é uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio, como, por exemplo, a água. Uma onda transfere energia de um ponto para outro, mas nunca transfere matéria entre dois pontos. As ondas podem se classificar de acordo com a direção de propagação de energia, quanto à natureza das ondas e quanto à direção de propagação.

Quanto à direção de propagação de energia as ondas se classificam da seguinte forma:

• Unidimensionais: propagam-se em uma única dimensão;
• Bidimensionais: propagam-se num plano;
• Tridimensionais: propagam-se em todas as direções.

Quanto à natureza, as ondas se classificam em:

• Ondas mecânicas: são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar como, por exemplo, onda em uma corda ou mesmo as ondas sonoras;
• Ondas eletromagnéticas: são aquelas que não necessitam de meio material para se propagar, elas podem se propagar tanto no vácuo (ausência de matéria) como também em certos tipos de materiais. São exemplos de ondas eletromagnéticas: a luz solar, as ondas de rádio, as microondas, raios X, entre muitas outras.

Quanto à direção de propagação as ondas se classificam em:

• Ondas transversais: são aquelas que têm a direção de propagação perpendicular à direção de vibração como, por exemplo, as ondas eletromagnéticas.
• Ondas longitudinais: nessas ondas a direção de propagação se coincide com a direção de vibração. Nos líquidos e gases a onda se propaga dessa forma.

Para descrever uma onda é necessária uma série de grandezas, entre elas temos: velocidade, amplitude, freqüência, período e o comprimento de onda.

Termologia

O que vem a ser termologia? O que ela estuda? Termologia é a parte da física que estuda o calor, ou seja, ela estuda as manifestações dos tipos de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura, aquecimento ou resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico da matéria, quando ela recebe ou perde calor. A termologia estuda de que forma esse calor pode ser trocado entre os corpos, bem como as características de cada processo de troca de calor, são essas as formas de transferências de calor:

• Convecção;
• Irradiação;
• Condução.

Mas o que vem a ser calor? O que é temperatura? Calor é a energia térmica em trânsito, ou seja, é a energia que está sempre em constante movimento, sempre sendo transferida de um corpo para outro. Já temperatura é o grau de agitação das moléculas, ou seja, calor e temperatura são conceitos bem diferentes com os quais a termologia trabalha.

O estudo da termologia, assim como os vários outros ramos de estudo da física, possibilita entender muitos fenômenos que ocorrem no cotidiano como, por exemplo, a dilatação e contração dos materiais, bem como entender por que elas ocorrem e como ocorrem. São essas as formas de dilatação que a termologia estuda:

• Dilatação superficial;
• Dilatação volumétrica;
• Dilatação superficial;
• Dilatação dos líquidos.

A termologia, mais precisamente a termodinâmica, estuda também os gases, adotando para isso um modelo de gás ideal denominado de gás perfeito, como também as leis que os regem e as transformações termodinâmicas que se classificam em:

• Transformação isotérmica;
• Transformação isobárica;
• Transformação isocórica.
  
  

Dilatação térmica de sólidos

Os sólidos possuem formas e volumes específicos, pois as moléculas que os formam são ligadas fortemente e quase não se movimentam, permanecendo praticamente estáticas.

Uma das maneiras de aumentar as suas dimensões, superfícies e volume é quando ocorre variação de temperatura, pois esse aumento gera a dilatação térmica. Dependendo do que observamos ou levamos em consideração na dilatação ela irá receber uma denominação:

Dilatação linear: observamos a variação das superfícies;
Dilatação superficial: observamos a variação da superfície (área);
Dilatação volumétrica: observamos a variação do volume.

A dilatação ocorre porque um corpo é composto por moléculas, quando o corpo sofre um aquecimento o grau de agitação das moléculas aumenta, aumentando também a temperatura e conseqüentemente a variação considerável nas dimensões, superfícies e no volume do corpo.