3 ano

Material de estudo - 3º trimestre - 3º ano - Física - Profª Luciana Madsen Ferrão

Clique aqui e baixe a apostila completa

Aula 1

ELEMENTOS DE UMA ONDA

CONCEITOS PRINCIPAIS:

• Onda: Perturbação que se propaga em um meio transportando energia, mas não matéria.

• Meios de propagação:

  • Mecânicas: Necessitam de um meio material (som, ondas na água).

  • Eletromagnéticas: Propagam-se no vácuo (luz, rádio, micro-ondas).

• Classificações:

  • Quanto à direção da vibração:

    • Transversais: vibração perpendicular à propagação (ex: luz).

    • Longitudinais: vibração paralela à propagação (ex: som).

  • Quanto à natureza:

    • Mecânicas ou eletromagnéticas.

• Elementos básicos:

  • Crista: ponto mais alto da onda.

  • Vale: ponto mais baixo.

  • Amplitude (A): distância entre a linha de equilíbrio e a crista/vale.

  • Comprimento de onda (λ): distância entre dois pontos iguais consecutivos.

  • Frequência (f): número de oscilações por segundo (Hz).

  • Período (T): tempo para uma oscilação completa (T = 1/f).

  • Velocidade (v): v = λ × f

APLICAÇÕES PRÁTICAS:

• Comunicação via rádio, TV e internet (ondas eletromagnéticas).

• Diagnóstico por imagem (ultrassom – ondas mecânicas).

• Análise sísmica (ondas sísmicas para identificar tremores e estruturas da Terra).

• Acústica em arquitetura (uso do som e sua propagação).

• Micro-ondas e Wi-Fi (uso de ondas para aquecer e transmitir dados).

CURIOSIDADES:

• As ondas de rádio e as de micro-ondas têm a mesma natureza: são eletromagnéticas, mas diferem em frequência e comprimento de onda.

• A luz visível é uma pequena parte do espectro eletromagnético.

• Morcegos usam ondas sonoras de alta frequência para ecolocalização.

• Na água, as ondas são geralmente mistas: têm componentes transversais e longitudinais.

• O som não se propaga no vácuo — por isso o espaço sideral é silencioso.

DESAFIOS INVESTIGATIVOS:

1. Por que é incorreto dizer que as ondas transportam matéria?

2. Se a frequência de uma onda aumenta, o que acontece com o seu comprimento de onda (mantida a velocidade constante)? Explique.

3. O que aconteceria com a propagação do som no espaço sideral? Justifique com base na natureza das ondas.

4. Como é possível "ver" dentro do corpo humano usando ondas? Cite uma aplicação médica e explique como ela funciona.

5. Um morador observa ondas se formando em uma poça d’água após jogar uma pedra. Que tipo de onda é essa? Quais elementos da onda podem ser identificados nesse fenômeno?

Aula 2

ONDAS SONORAS

CONCEITOS PRINCIPAIS:

• Onda sonora: onda mecânica, longitudinal e tridimensional que se propaga por meio da vibração das partículas de um meio material (ar, água, sólidos).

• Produção do som: todo som é gerado por um corpo em vibração.

• Propagação:

  • Requer meio material.

  • Velocidade varia conforme o meio:

    • Ar (25 °C): ~340 m/s

    • Água: ~1.480 m/s

    • Aço: ~5.000 m/s

• Características do som:

  • Intensidade: relacionada à amplitude da onda → volume (sons fracos ou fortes).

  • Frequência: determina a altura → sons graves (baixa frequência) ou agudos (alta frequência).

  • Timbre: permite distinguir sons de mesma altura e intensidade (ex: violão vs piano).

• Frequências audíveis:

  • Humanos: entre 20 Hz e 20.000 Hz

  • Abaixo: infrassons

  • Acima: ultrassons

APLICAÇÕES PRÁTICAS:

• Ultrassonografia na medicina (ultrassons).

• Sonares para medir profundidade no mar e detectar objetos submersos.

• Instrumentos musicais.

• Fones de ouvido, caixas de som e microfones (transmissão e recepção de som).

• Detecção de vazamentos por variações de ruído.

CURIOSIDADES:

• Os cães ouvem frequências até cerca de 45.000 Hz.

• Golfinhos usam ultrassons para comunicação e navegação.

• Em ambientes fechados, o som pode refletir e causar o fenômeno da reverberação.

• O eco é uma reflexão sonora percebida com atraso (tempo mínimo: 0,1 s).

• O som viaja mais rápido na água do que no ar, pois as partículas estão mais próximas.

DESAFIOS INVESTIGATIVOS:

1. Por que o som não pode se propagar no vácuo?

2. Um apito de cachorro é quase inaudível para humanos. O que isso revela sobre sua frequência?

3. Por que ouvimos nossa própria voz de forma diferente quando ela é gravada?

4. Em qual meio o som se propaga mais rapidamente: ar, água ou aço? Justifique com base na estrutura do meio.

5. Um mergulhador escuta um som com mais clareza debaixo d'água. Quais propriedades físicas explicam isso?

Aula 3

ESPELHOS

CONCEITOS PRINCIPAIS:

• Espelho: superfície polida que reflete a luz de forma regular.

• Classificações:

  • Espelho plano:

    • Imagem virtual, direita e do mesmo tamanho do objeto.

    • Distância da imagem ao espelho é igual à distância do objeto.

  • Espelho esférico:

    • Côncavo (convergente): parte interna da esfera refletora.

    • Convexo (divergente): parte externa da esfera refletora.

• Elementos do espelho esférico:

  • Foco (F): ponto onde os raios refletem ou parecem convergir.

  • Centro de curvatura (C): centro da esfera da qual o espelho é parte.

  • Raio de curvatura (R): distância entre o vértice e o centro.

  • Eixo principal: linha que passa por C e F.

  • Vértice (V): ponto central da superfície espelhada.

APLICAÇÕES PRÁTICAS:

• Espelhos de banheiro (planos).

• Retrovisores (convexos – ampliam o campo de visão).

• Espelhos de maquiagem e odontológicos (côncavos – ampliam a imagem).

• Telescópios e refletores de luz (espelhos côncavos).

• Câmeras de segurança (espelhos convexos em corredores).

CURIOSIDADES:

• A imagem em um espelho plano não está invertida na vertical, apenas na lateral (direita ↔ esquerda).

• Espelhos côncavos podem formar imagem real e invertida (dependendo da posição do objeto).

• O espelho convexo sempre forma uma imagem virtual, menor e direita.

• Muitos retrovisores trazem a frase: “objetos no espelho estão mais próximos do que parecem” por causa da distorção no tamanho da imagem.

• O uso de espelhos na arquitetura pode aumentar a sensação de espaço em ambientes pequenos.

DESAFIOS INVESTIGATIVOS:

1. Uma pessoa se vê em um espelho plano. Que tipo de imagem ela enxerga? Como se explica isso?

2. Por que espelhos convexos são utilizados como retrovisores em veículos?

3. Um espelho côncavo pode projetar uma imagem real sobre uma tela. Em quais condições isso acontece?

4. Um objeto está a 20 cm de um espelho esférico de foco 10 cm. Qual será a posição da imagem?

5. Quando usamos um espelho de maquiagem que amplia o rosto, que tipo de espelho está sendo utilizado e por quê?

Aula 4

REFRAÇÃO E REFLEXÃO DA LUZ

CONCEITOS PRINCIPAIS:

Reflexão da Luz:

• Ocorre quando a luz bate em uma superfície e retorna ao meio de origem.

• Leis da reflexão:

  • O raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano.

  • O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Tipos de reflexão:

• Regular (especular): em superfícies lisas (como espelhos).

• Difusa: em superfícies rugosas (como papel, parede).

Refração da Luz:

• Mudança de velocidade e direção da luz ao passar de um meio para outro com índices de refração diferentes.

Consequências da refração:

• Desvio da luz ao atravessar meios diferentes.

• Pode ocorrer reflexão total se o ângulo for suficientemente grande ao sair de um meio mais refringente para um menos refringente.

APLICAÇÕES PRÁTICAS:

• Reflexão:

  • Espelhos (retrovisores, maquiagem, decoração).

  • Periscópios e sistemas ópticos.

• Refração:

  • Lentes de óculos e lupas.

  • Prisma e dispersão da luz (formação do arco-íris).

  • Efeito de objetos “quebrados” na água.

  • Fibras ópticas (usam a reflexão total interna).

CURIOSIDADES:

• Um peixe vê o mundo exterior por um “círculo” acima da água, devido à refração e reflexão total.

• A colher parece quebrada ou deslocada quando mergulhada na água por causa da refração.

• O índice de refração do diamante é tão alto que isso contribui para seu brilho característico.

• O espelho é um exemplo de reflexão regular, enquanto a parede branca reflete luz de forma difusa.

• No pôr do sol, o Sol parece ainda no céu mesmo após já ter “se posto” — isso é efeito da refração atmosférica.

DESAFIOS INVESTIGATIVOS:

1. Ao observar uma caneta parcialmente mergulhada em um copo com água, ela parece “quebrada”. Por quê?

2. Qual a diferença entre reflexão regular e reflexão difusa? Dê um exemplo de cada.

3. Uma criança vê o fundo de uma piscina e acredita que a profundidade é menor do que realmente é. Qual fenômeno explica isso?

4. O que ocorre com a velocidade da luz ao passar do ar para a água? Justifique com base na refração.

5. Uma fibra óptica funciona por refração ou reflexão total interna? Explique brevemente como.

Aula 5

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS: ESPECTRO, BENEFÍCIOS E CUIDADOS

CONCEITOS PRINCIPAIS:

• Onda eletromagnética: perturbação que se propaga transportando energia, formada por campos elétrico e magnético oscilantes e perpendiculares entre si.

• Não precisa de meio material para se propagar → se propaga no vácuo.

• Velocidade da luz no vácuo (c): aproximadamente 300.000 quilômetros por segundo.

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO:

Classificação das ondas por frequência ou comprimento de onda (do maior para o menor comprimento):

1. Ondas de rádio – comunicações (rádio, TV, celular).

2. Micro-ondas – Wi-Fi, radar, forno micro-ondas.

3. Infravermelho (IV) – sensores térmicos, controles remotos.

4. Luz visível – única faixa percebida pelo olho humano.

5. Ultravioleta (UV) – bronzeamento, esterilização.

6. Raios X – diagnóstico por imagem.

7. Raios gama (γ) – radioterapia, processos nucleares.

BENEFÍCIOS E APLICAÇÕES PRÁTICAS:

• Comunicação: rádio, televisão, internet, celular.

• Saúde: exames de imagem (raios X, ressonância), esterilização com UV, terapias com infravermelho.

• Culinária: forno de micro-ondas.

• Energia solar: uso da luz para gerar eletricidade (fotovoltaica).

• Segurança: scanners em aeroportos, câmeras térmicas.

CUIDADOS E RISCOS:

• Exposição excessiva a UV: pode causar câncer de pele, queimaduras e catarata.

• Raios X e gama: ionizantes, podem danificar células e DNA – uso controlado e protegido.

• Micro-ondas: devem ser contidas (fornos blindados) para evitar exposição direta.

• Radiação eletromagnética artificial prolongada (como de celulares): ainda em estudo, mas recomenda-se uso consciente e intermitente.

CURIOSIDADES:

• A luz branca é composta por todas as cores do visível, e pode ser separada por um prisma.

• Abelhas enxergam o ultravioleta, o que ajuda na polinização.

• O micro-ondas aquece a comida agitando as moléculas de água por vibração.

• Os raios X foram descobertos acidentalmente em 1895.

• A luz infravermelha foi descoberta ao observar o calor do espectro além do vermelho.

DESAFIOS INVESTIGATIVOS:

1. Por que ondas eletromagnéticas conseguem se propagar no vácuo, ao contrário das ondas sonoras?

2. O que faz os fornos de micro-ondas esquentarem alimentos tão rapidamente?

3. Por que os profissionais da saúde usam proteção ao operar aparelhos de raios X?

4. Cite duas formas de aproveitamento da radiação eletromagnética na medicina e seus respectivos tipos de ondas.

5. Ao usar protetor solar, que tipo de radiação estamos tentando bloquear? Por quê?

Aqui estão algumas excelentes sugestões de vídeos em português ou com legenda em português para cada uma das aulas — ótimos para complementar seu estudo de Física com explicações visuais:

---

1. Ondas Sonoras

Vídeo ideal para introduzir o conceito, com exemplos práticos e explicação em português sobre frequência, amplitude, timbre e intensidade:

Os Experimentos do Beto | Ondas Sonoras - YouTube

---

2. Espelhos (planos e esféricos)

Aborda elementos geométricos, formação de imagem, foco e uso dos espelhos côncavos e convexos:

Espelhos Esféricos: O que são + Raios Notáveis | Aula de Física

---

3. Refração e Reflexão da Luz

Explica a lei de Snell‑Descartes, reflexões e refração, com animações e exemplos visuais:

Refração da luz | Lei de Snell‑Descartes | Exercício | Aula 3

---

4. Refração da Luz (prática em copo d’água)

Mostra de forma clara o fenômeno da refração e o efeito de “objeto quebrado” dentro da água — ótimo complemento investigativo para sua apostila:

Refração em um copo d'água - YouTube

---

5. Espectro Eletromagnético – explicação e aplicações

Explica o espectro completo, incluindo micro‑ondas, infravermelho, ultravioleta, raios‑X e gama, citando aplicações e cuidados:

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO - ONDULATÓRIA - Parte 2

---

Material de estudo - 2º trimestre - 3º ano - Física - Profª Luciana Madsen Ferrão

Aula 1

Produção e Consumo de Energia Elétrica

1. Fontes de Energia

• Renováveis: solar ☀️, eólica 💨, hidrelétrica 💧, biomassa 🌱, geotérmica 🌋
• Não Renováveis: carvão 🪨, petróleo 🛢️, gás natural 🔥, energia nuclear ☢️

2. Produção de Energia

• Usinas geradoras (hidrelétricas, termoelétricas, etc.)
• Conversão de energia (mecânica, térmica ou química → elétrica)
• Transmissão (linhas de alta tensão)
• Distribuição (chega às casas, comércios, indústrias)

3. Consumo de Energia

• Doméstico: eletrodomésticos, iluminação, eletrônicos
• Industrial: máquinas, sistemas de refrigeração e produção
• Comercial e público: iluminação pública, comércio, escolas

4. Impactos Ambientais

• Emissão de gases poluentes
• Desmatamento e alagamento (hidrelétricas)
• Lixo radioativo (nuclear)
• Alternativas sustentáveis e eficiência energética

5. Futuro da Energia

• Cidades inteligentes
• Casas autossustentáveis
• Carros elétricos
• Tecnologias de armazenamento (baterias, hidrogênio)

🔍 Desafios para Pesquisa (Curiosidades & Aplicações)

1. Qual é a cidade brasileira com maior geração de energia solar por habitante?
   Dica: busque por rankings atualizados e políticas públicas locais.
2. Como o Japão aproveita a energia geotérmica?
   Spoiler: tem relação com a localização geológica do país.
3. Você sabia que carregar um carro elétrico pode ser mais barato que abastecer um carro a gasolina? Descubra o custo médio de um “tanque cheio” em energia elétrica!
4. Que eletrodoméstico consome mais energia em uma casa comum? E como podemos reduzir esse consumo?
5. Quais são as vantagens e desvantagens das baterias de lítio usadas em sistemas de energia solar residencial?

Aula 2

Fontes Alternativas de Energia

1. O que são Fontes Alternativas?

• Fontes de energia renováveis e menos poluentes
• Alternativa aos combustíveis fósseis

2. Principais Fontes

• Solar: luz do sol → energia elétrica ou térmica
• Eólica: vento movimenta turbinas
• Biomassa: matéria orgânica (resíduos vegetais e animais)
• Geotérmica: calor do interior da Terra
• Maremotriz e das ondas: energia do mar

3. Vantagens

• Sustentáveis e renováveis
• Menor emissão de poluentes
• Diversificação da matriz energética
• Menor dependência de combustíveis fósseis

4. Desvantagens

• Custo inicial elevado (algumas tecnologias)
• Dependência de condições climáticas (ex: solar e eólica)
• Armazenamento e distribuição ainda são desafios

5. Aplicações Atuais

• Casas com painéis solares
• Usinas eólicas em regiões litorâneas
• Biocombustíveis em veículos (etanol, biodiesel)
• Projetos comunitários de geração distribuída

🔎 Desafios para Pesquisa

1. Que país é líder mundial em produção de energia eólica proporcional à sua população?
   • Explore rankings e o papel das políticas públicas.
2. Qual é a principal fonte de energia alternativa usada no Brasil?
   • Investigue a matriz energética brasileira.
3. Como funciona uma casa 100% abastecida por energia solar?
   • Pesquise sobre placas solares, inversores e baterias.
4. O que é uma usina de biomassa e onde funciona uma no Brasil?
   • Descubra como resíduos podem gerar energia.
5. Que tipo de energia alternativa pode ser gerada pelos oceanos e mares?
   • Dica: existem pelo menos dois tipos. Explique como funcionam!

Aula 3

Matriz Energética

1. O que é Matriz Energética?

• Conjunto das diferentes fontes de energia utilizadas por um país ou região
• Mostra de onde vem e como é consumida a energia

2. Tipos de Fontes

• Renováveis: solar, eólica, hidrelétrica, biomassa, geotérmica
• Não renováveis: petróleo, carvão mineral, gás natural, energia nuclear

3. Matriz Energética x Matriz Elétrica

• Matriz Energética: inclui todas as fontes de energia usadas no país (combustíveis, eletricidade, aquecimento etc.)
• Matriz Elétrica: refere-se apenas às fontes usadas para gerar energia elétrica

4. Brasil x Mundo

• Brasil: matriz majoritariamente renovável (grande uso de hidrelétrica, biomassa, eólica)
• Mundo: grande dependência de fontes fósseis (carvão e petróleo)

5. Importância da Matriz Energética

• Ajuda no planejamento energético de um país
• Contribui para a sustentabilidade e segurança energética
• Impacta diretamente o meio ambiente e a economia

Desafios para Pesquisa

1. Qual é a principal fonte de energia da matriz energética brasileira?
→ Investigue o percentual e as mudanças ao longo dos anos.

2. O que diferencia matriz energética e matriz elétrica?
→ Dê exemplos práticos de cada uma.

3. Como o uso de fontes renováveis impacta a matriz energética de um país?
→ Pense nos aspectos ambientais, econômicos e sociais.

4. Qual é a posição do Brasil em relação ao uso de fontes renováveis no mundo?
→ Compare com outros países.

5. Que desafios o Brasil enfrenta para diversificar ainda mais sua matriz energética?
→ Considere questões políticas, econômicas e tecnológicas.

Aula 4

Circuitos Elétricos

1. O que é um circuito elétrico?

• É o caminho fechado por onde a corrente elétrica pode circular.
• Composto por geradores (como pilhas ou baterias), condutores (fios), receptores (lâmpadas, motores) e interruptores.

2. Tipos de Circuitos

• Circuito em série: os componentes estão ligados um após o outro; se um parar, todo o circuito para.
• Circuito em paralelo: os componentes estão ligados lado a lado; se um parar, os outros continuam funcionando.
• Circuito misto: combinação dos dois anteriores.

3. Componentes principais

• Fonte de energia: fornece a tensão (ex: bateria).
• Condutores: fios metálicos por onde passa a corrente elétrica.
• Receptores: transformam energia elétrica em outra forma (luz, calor, movimento).
• Interruptores: abrem ou fecham o circuito (ligam ou desligam).

4. Corrente elétrica

• É o fluxo ordenado de elétrons no circuito.
• Só ocorre em um circuito fechado.

5. Aplicações no dia a dia

• Aparelhos eletrônicos, instalações elétricas das casas, iluminação pública, eletrodomésticos, carros elétricos.

Desafios para Pesquisa

1. Por que as luzes de uma árvore de Natal piscam de forma diferente em alguns modelos?
→ Investigue a diferença entre circuito em série e paralelo nesse caso.

2. Onde encontramos circuitos elétricos no nosso cotidiano que funcionam com energia de pilha?
→ Dê exemplos e diga por que funcionam bem com baixa tensão.

3. O que acontece se ligarmos vários aparelhos em uma mesma tomada?
→ Pesquise sobre os riscos e o conceito de sobrecarga elétrica.

4. Como funcionam os interruptores paralelos que acendem e apagam a luz de diferentes lugares?
→ Descubra o nome técnico desse tipo de ligação e onde ela é usada.

5. O que são os circuitos eletrônicos em placas de computadores e celulares?
→ Investigue a diferença entre circuitos elétricos simples e circuitos eletrônicos.

Aula 5

Corrente Elétrica e Resistores

1. Corrente elétrica – o que é?

• É o fluxo ordenado de elétrons em um material condutor (como o fio de cobre).
• Só ocorre quando há uma diferença de potencial (como a de uma bateria) e o circuito está fechado.
• A corrente é o que “anima” os aparelhos elétricos, fazendo-os funcionar.

2. Como ela se comporta?

• Em condutores bons (como metais), os elétrons se movem facilmente.
• Em isolantes (como borracha ou plástico), os elétrons não se movem, impedindo a corrente.

3. O papel dos resistores

• São componentes que limitam ou controlam a passagem da corrente elétrica.
• Presentes em praticamente todos os aparelhos eletrônicos, como TVs, celulares e computadores.
• Evitam sobrecarga, dissipam energia em forma de calor e ajudam no funcionamento correto de outros componentes.

4. Onde os resistores são usados?

• Em secadores de cabelo (transformam energia elétrica em calor).
• Em fontes de energia de computador, regulando a tensão.
• Em circuitos de LED, controlando a intensidade da luz.

5. Relação entre corrente e resistência

• Quanto maior a resistência, menor a corrente que passa por um fio.
• O resistor atua como um “obstáculo controlado” à passagem dos elétrons.

Desafios para Pesquisa

1. Por que um chuveiro elétrico pode queimar se a resistência estiver velha ou mal instalada?
→ Pesquise o que é a resistência do chuveiro e seu papel no aquecimento da água.

2. Onde podemos encontrar resistores no cotidiano fora de aparelhos eletrônicos?
→ Descubra usos menos óbvios de resistores em equipamentos domésticos ou veículos.

3. Por que não podemos ligar um LED diretamente em uma pilha sem um resistor?
→ Investigue o risco e a função protetora do resistor nesse caso.

4. Como a corrente elétrica é usada em exames médicos?
→ Pesquise aparelhos que funcionam com pequenas correntes, como o eletrocardiograma (ECG).

5. O que acontece com a corrente elétrica em fios longos demais ou enrolados?
→ Descubra como a resistência dos fios pode afetar o funcionamento de aparelhos e causar perdas de energia.