Princípios de Física - Mecânica Clássica e Relatividade

Capa......Page 1
4ª Capa......Page 2
Ficha catalográfica......Page 4
Folha de Rosto......Page 5
Créditos......Page 6
Sumário......Page 7
Sobre os autores......Page 9
Prefácio......Page 11
Ao aluno......Page 25
Trilha......Page 28
Um convite à física......Page 29
1.1- Padrões de comprimento, massa e tempo......Page 32
Tempo......Page 33
Valores aproximados para comprimento, massa e tempo......Page 34
1.2- Análise dimensional......Page 35
1.3- Conversão de unidades......Page 37
1.4- Cálculos de ordem de grandeza......Page 38
1.5- Algarismos significativos......Page 39
1.6- Sistemas de coordenadas......Page 40
1.7- Vetores e escalares......Page 41
Adição......Page 43
Multiplicação de um vetor por um escalar......Page 44
1.9- Componentes de um vetor e vetores unitários......Page 45
Vetores unitários......Page 46
1.10- Modelagem, representações alternativas e estratégia de solução de problemas......Page 50
RESUMO......Page 56
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 57
PROBLEMAS......Page 58
Contexto 1- Veículos movidos a combustível alternativo......Page 63
Capítulo 2- Movimento em uma dimensão......Page 65
2.1- Velocidade média......Page 66
2.2- Velocidade instantânea......Page 69
2.3- Modelo de análise: partícula sob velocidade constante......Page 73
2.4- Aceleração......Page 75
2.5- Diagramas de movimento......Page 78
2.6- Modelo de análise: partícula sob aceleração constante......Page 79
2.7- Corpos em queda livre......Page 84
2.8- Conteúdo em contexto: aceleração exigida por consumidores......Page 87
RESUMO......Page 89
Modelo de análise para resolução de problemas......Page 90
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 91
PROBLEMAS......Page 92
3.1- Os vetores posição, velocidade e aceleração......Page 99
3.2- Movimento bidimensional com aceleração constante......Page 101
3.3- Movimento de projéteis......Page 104
Alcance horizontal e altura máxima de um projétil......Page 106
3.4- Modelo de análise: partícula em movimento circular uniforme......Page 111
3.5- Aceleração tangencial e radial......Page 113
3.6- Velocidade relativa e aceleração relativa......Page 114
3.7- Conteúdo em contexto: aceleração lateral de automóveis......Page 117
RESUMO......Page 118
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 119
PROBLEMAS......Page 120
4.1- O conceito de força......Page 129
4.2- A Primeira Lei de Newton......Page 131
4.4- A Segunda Lei de Newton......Page 133
Unidade de força......Page 134
4.5- Força gravitacional e peso......Page 136
4.6- A Terceira Lei de Newton......Page 137
4.7- Modelos de análise utilizando a Segunda Lei de Newton......Page 139
Modelo de análise: partícula sob uma força resultante......Page 140
4.8- Conteúdo em contexto: aceleração em automóveis......Page 147
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 149
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 150
PROBLEMAS......Page 151
5.1- Forças de atrito......Page 159
5.2- Estendendo a partícula no modelo de movimento circular uniforme......Page 164
5.3- Movimento circular não uniforme......Page 171
Modelo 1: força resistiva proporcional à velocidade do corpo......Page 173
Modelo 2: força resistiva proporcional ao quadrado da velocidade do corpo......Page 175
A força eletromagnética......Page 177
A visão atual das forças fundamentais......Page 178
5.6- Conteúdo em contexto: coeficientes de arrasto de automóveis......Page 179
Modelo de análise para resolução de problemas......Page 180
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 181
PROBLEMAS......Page 182
Capítulo 6- Energia de um sistema......Page 191
6.2- Trabalho realizado por umaforça constante......Page 192
6.3- O produto escalar de dois vetores......Page 195
6.4- Trabalho realizado por uma força variável......Page 197
Trabalho feito por uma mola......Page 199
6.5- Energia cinética e o teorema do trabalho-energia cinética......Page 202
6.6- Energia potencial de um sistema......Page 205
Gráficos de barras da energia......Page 208
6.7- Forças conservativas e não conservativas......Page 210
Forças não conservativas......Page 211
6.8- Relação entre forças conservativase energia potencial......Page 212
6.9- Energia potencial para forças gravitacionais e elétricas......Page 213
6.10- Diagramas de energia e equilíbrio de um sistema......Page 216
6.11- Conteúdo em contexto: energia potencial em combustíveis......Page 217
Biodiesel......Page 218
Veículos elétricos......Page 219
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 220
PROBLEMAS......Page 222
Capítulo 7- Conservação de energia......Page 229
7.1- Modelo de análise: sistema não isolado (energia)......Page 230
7.2- Modelo de análise: sistema isolado (energia)......Page 232
7.3- Modelo de análise: sistema não isolado em estado estacionário (energia)......Page 238
7.4- Situações que envolvem atrito cinético......Page 240
7.5- Variações na energia mecânica por forças não conservativas......Page 245
7.6- Potência......Page 250
7.7- Conteúdo em contexto: classificação de potência de automóveis......Page 253
RESUMO......Page 254
Modelo de análise para resolução de problemas......Page 255
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 256
PROBLEMAS......Page 257
Já disponível – veículo elétrico híbrido......Page 268
No futuro – o veículo de célulade combustível......Page 269
Contexto 2- Missão para Marte......Page 271
8.1- Momento linear......Page 273
8.2- Modelo de análise: sistema isolado (momento)......Page 275
8.3- Modelo de análise: sistema não isolado (momento)......Page 278
8.4- Colisões em uma dimensão......Page 281
Colisões elásticas......Page 282
8.5- Colisões em duas dimensões......Page 288
8.6- Centro de massa......Page 291
8.7- Movimento de um sistema de partículas......Page 295
8.8- Conteúdo em contexto: propulsão de foguete......Page 298
RESUMO......Page 300
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 301
PROBLEMAS......Page 303
Capítulo 9- Relatividade......Page 311
9.1- O princípio da relatividade de Galileu......Page 312
9.2- O experimento de Michelson-Morley......Page 314
9.3- O princípio da relatividade de Einstein......Page 315
A simultaneidade e a relatividade do tempo......Page 316
Dilatação do tempo......Page 317
O paradoxo dos gêmeos......Page 320
Contração do espaço......Page 321
9.5- As equações de transformação de Lorentz......Page 324
As equações de transformação de velocidade de Lorentz......Page 325
9.6- Momento relativístico e a forma relativística das leis de Newton......Page 327
9.7- Energia relativística......Page 329
9.8- Massa e energia......Page 332
9.9- Teoria geral da relatividade......Page 333
9.10- Conteúdo em contexto : de Marte às estrelas......Page 335
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 337
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 338
PROBLEMAS......Page 339
Capítulo 10- Movimento rotacional......Page 345
10.1- Posição, velocidade e aceleração angulares......Page 346
10.2- Modelo de análise: corpo rígido sob aceleração angular constante......Page 348
10.3- Relações entre grandezas rotacionais e translacionais......Page 350
10.4- Energia cinética rotacional......Page 352
10.5- Produto vetorial e torque......Page 356
10.6- Modelo de análise: corpo rígido em equilíbrio......Page 360
10.7- Modelo de análise: corpo rígido sob a ação de um torque resultante......Page 364
10.8- Considerações sobre energia no movimento rotacional......Page 366
10.9- Modelo de análise: sistema não isolado (momento angular)......Page 368
10.10- Modelo de análise: sistema isolado (momento angular)......Page 372
10.11- Movimento de precessão dos giroscópios......Page 375
10.12- Movimento de rolamento de corpos rígidos......Page 377
10.13- Conteúdo em contexto: fazendo o retorno em uma nave espacial......Page 380
RESUMO......Page 381
Modelo de análise para resolução de problemas......Page 382
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 383
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 384
PROBLEMAS......Page 385
Capítulo 11- Gravidade, órbitas planetárias e o átomo de hidrogênio......Page 397
Medida da constante gravitacional......Page 398
O campo gravitacional......Page 399
11.3- Leis de Kepler......Page 401
A Primeira Lei de Kepler......Page 402
A Segunda Lei de Kepler......Page 403
A Terceira Lei de Kepler......Page 404
11.4- Considerações sobre energia no movimento planetário e de satélites......Page 407
Velocidade de escape......Page 409
Buracos negros......Page 410
11.5- Espectro atômico e a teoria do hidrogênio de Bohr......Page 411
11.6- Conteúdo em contexto: mudança de uma órbita circular para uma elíptica......Page 417
RESUMO......Page 419
PERGUNTAS OBJETIVAS......Page 420
PERGUNTAS CONCEITUAIS......Page 421
PROBLEMAS......Page 422
Contexto 2- Um plano de missão bem-sucedido......Page 429
Tabelas......Page 433
B.1- Notação científica......Page 438
B.2- Álgebra......Page 439
B.3- Geometria......Page 444
B.4- Trigonometria......Page 445
B.5- Expansões de séries......Page 447
B.6- Cálculos diferenciais......Page 448
B.7- Cálculo de integral......Page 450
B.8- Propagação de incerteza......Page 454
Tabela periódica dos elementos......Page 456
Unidades SI......Page 458
Respostas dos testes rápidos e problemas ímpares......Page 459
Índice Remissivo......Page 467