Introdução à Física

Nesta introdução à Física, estudaremos alguns conceitos primordiais e recorrentes dessa área do saber, tais como grandezas físicas, sistema internacional de unidades, potência de dez e notação científica. Assim, após a compreensão desses conhecimentos, será possível avançar em seus estudos.

Leia também: Ordem de grandeza — a potência de dez mais próxima do valor de um número

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo
• 2 - O que é Física?
• 3 - Grandezas físicas
• 4 - Sistema Internacional de Unidades
• 5 - Potência de dez e notação científica
• 6 - Exercícios resolvidos de introdução à Física

Resumo

• O nome Física vem do grego antigo \(φύσις,\) que significa “natureza”.

• A Física é dividida pelos livros em Mecânica, Termologia, Óptica, Ondulatória, Eletricidade e Magnetismo, e Física Moderna.

• Uma grandeza física é representada por um número seguido de uma unidade de medida.

• As grandezas físicas podem ser escalares ou vetoriais.

• O Sistema Internacional de Unidades tem como função padronizar as unidades de medida.

• A potência de dez é expressa quando representamos um valor com o número dez elevado a um expoente.

• Notação científica é a representação de valores muito extensos no produto de um valor númerico com potência de dez.

O que é Física?

A nomenclatura Física vem do grego antigo \(\mathbf{\varphi}ύσις,\) cujo significado é “natureza”. A Física é considerada uma ciência experimental cujo objeto de estudo é a natureza.  De acordo com o dicionário de Oxford, a Física é a:

Ciência que investiga as leis do Universo no que diz respeito à matéria e à energia, que são seus constituintes, e suas interações.

Seu estudo envolve conhecimentos físicos mesclados a cálculos matemáticos. Trata-se de uma das matérias que compõem as chamadas ciências da natureza, junto da química e da biologia.

Ela é dividida em Física Clássica, que é a área que compreende os fenômenos físicos explicados pelas leis de Newton, como a Física do nosso cotidiano, e a Física Moderna, a qual compreende as teorias desenvolvidas a partir do século XX, que explicam as físicas microscópica e macroscópica. Contudo, normalmente os livros dividem a Física em Mecânica, Termologia, Óptica, Ondulatória, Eletricidade e Magnetismo, e Moderna. Abaixo, podemos ver resumidamente o que cada parte da Física estuda:

• Mecânica: estudo dos movimentos.

• Termologia: estudo dos fenômenos associados a temperatura e calor.

• Óptica: estudo dos fenômenos associados à luz.

• Ondulatória: estudo dos fenômenos associados às ondas.

• Eletricidade e Magnetismo: estudo dos fenômenos elétricos e magnéticos.

• Moderna: estudo da Física microscópica (átomos, partículas) e da Física macroscópica (relatividade restrita e geral, buracos negros).

Grandezas físicas

Grandezas físicas podem ser representadas por um valor númerico com sua unidade de medida respectiva. Elas podem ser classificadas em vetoriais ou escalares.

• Grandezas vetoriais: são as grandezas simbolizadas com uma seta em cima. Elas precisam de mais informação do que apenas o seu valor númerico — é necessário saber sua orientação, que é o sentido (direita, esquerda, nordeste etc.) e a direção (horizontal, vertical ou diagonal) de atuação da grandeza. Algumas grandezas físicas vetoriais são velocidade, força e distância.

• Grandezas escalares: são grandezas que não precisam de informação sobre o seu sentido ou direção. Apenas o seu valor númerico já informa tudo sobre elas. É o caso das grandezas pressão, tempo e frequência.

Leia também: Como identificar grandezas inversamente proporcionais?

Sistema Internacional de Unidades

O Sistema Internacional de Unidades ou SI, criado em 1960, na 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), foi desenvolvido com a finalidade de  padronizar as unidades de medida e especificar a grandeza física trabalhada, facilitando, dessa forma, o estudo da Física.

Por exemplo, quando queremos saber a massa de um objeto, podemos medi-la em grama, quilograma ou miligrama. Entretanto, na Física, para não haver problemas nos cálculos, é padronizado pelo SI que a grandeza física massa seja medida em quilogramas. Se dada em qualquer outra unidade, ela deve ser transformada. Assim, cada grandeza física é representada em unidade de medida específica, que pode ser classificada como fundamental ou derivada.

As unidades fundamentais são sete e estão dispostas na tabela abaixo, junto do seu símbolo e grandeza física referente:

Caso no exercício não for especificada a grandeza física, a unidade de medida deixará subentendida qual a grandeza abordada.

Potência de dez e notação científica

A potência de base dez é uma representação matemática que consiste em um número com base dez elevado a um expoente inteiro, isto é:

\(\mathbf{1}\bullet{{10}}^{{expoente}}\)

O expoente corresponde à quantidade de zeros que o termo possui. Caso o expoente apareça negativo, isso significa que a base dez está invertida, então devemos trocar a operação (se está multiplicando, passa a ser dividindo e vice-versa) e mudar o sinal do expoente. Ou seja:

\(1\bullet{10}^{-\ expoente}=1/{10}^{expoente}\)

Por exemplo, o número \({10}^5\) pode ser representado em potência de dez como:

\({10}^5=1\bullet{10}^5=100000\)

Já o número \({10}^{-5}\) equivale a:

\({10}^{-5}=1\bullet{10}^{-5}=\frac{1}{{10}^5}=\frac{1}{100000}=0,00001\)

A notação científica transforma os números de muitos algarismos em um valor numérico multiplicado por uma potência de base dez que é elevada a um expoente. Para representarmos os números em notação científica, é necessário seguir alguns passos:

1. Andar com a vírgula até que o número esteja entre 1 e 9.

2. Escrever o número multiplicando por uma potência de base 10.

3. Contar a quantidade de casas decimais que a vírgula andou. Essa quantidade será o valor do expoente.

4. Se a vírgula andou da esquerda para a direita, o expoente terá sinal negativo, mas se a vírgula andou da direita para a esquerda, o expoente será positivo.

Exemplo:

1. Escreva o número 1.000.000 em notação científica.

Para representarmos esse número em notação, seguiremos os passos ensinados acima.

• Passo 1: Primeiramente, andaremos com a vírgula até ela ficar entre 1 e 9:

1,000000

• Passo 2: Vamos escrever o número obtido no passo 1 multiplicado por uma potência de base dez:

1,000000∙10expoente

• Passo 3: Como andamos 6 casas com a vírgula, o expoente é 6, e podemos deixar de escrever os zeros depois da vírgula:

\(1\bullet{10}^6\)

• Passo 4: Como andamos da direita para a esquerda, o expoente é positivo:

\(1\bullet{10}^6\)

Portanto, o número 1.000.000 em notação científica é representado por \( 1\bullet{10}^6\).

Confira nossa videoaula: Notação científica — como fazer?

Exercícios resolvidos de introdução à Física

Questão 1

(Cesgranrio) Das grandezas citadas nas opções a seguir, assinale aquela que é de natureza vetorial:      

a) Pressão      

b) Força eletromotriz     

c) Corrente elétrica      

d) Campo elétrico      

e) Trabalho   

Resolução:

Alternativa D

Para determinarmos o campo elétrico, é necessário sabermos o módulo, direção e sentido. Portanto, trata-se de uma grandeza vetorial.

Questão 2

As alternativas a seguir mostram as grandezas fundamentais e as suas unidades de medida correspondentes. Marque a alternativa na qual existe a correspondência correta entre a grandeza e a unidade de medida.

a) Corrente elétrica — A

b) Mol — m

c) Quilograma — K

d) Comprimento — cd

e) Temperatura — kg

Resolução:

Alternativa A

A única grandeza que está com sua unidade de medida certa é a corrente elétrica, cuja unidade é Ampere.

Por Pâmella Raphaella Melo
Professoa de Física