1 ano

Material de estudo - 3º trimestre - 1º ano - Física - Profª Luciana Madsen Ferrão

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AULA 1 – Introdução à Estática e Condições de Equilíbrio

Conceitos principais:

• Estática: ramo da Mecânica que estuda corpos em equilíbrio (sem movimento).

• Equilíbrio estático: corpo em repouso com velocidade nula e aceleração zero.

• Condições de equilíbrio:

  • Soma das forças é zero: ∑F= 0

  • Soma dos torques é zero: ∑τ= 0

• Torque (ou momento de força):

  • τ=F⋅d
    (F = força, d = distância perpendicular ao ponto de rotação)

Aplicações práticas:

• Balanças, pontes suspensas, guindastes, portas e gangorras.

Curiosidades:

• Um trapézio no circo obedece às leis da estática para equilibrar o artista.

• A trave de futebol é calculada para resistir sem tombar (equilíbrio estrutural).

Desafios investigativos:

1. Qual a condição fundamental para que um corpo esteja em equilíbrio?

2. Por que uma gangorra funciona como exemplo clássico de equilíbrio estático?

3. O que acontece se o torque em um lado de uma balança for maior que do outro?

4. Como o conceito de torque aparece no abrir de uma porta?

5. Se um corpo está parado, ele está necessariamente em equilíbrio estático? Justifique.

AULA 2 – Força Resultante e Análise Vetorial na Estática

Conceitos principais:

• Força resultante: a força única que substitui várias forças atuando simultaneamente.

• Equilíbrio de forças: para um corpo ficar em equilíbrio, a força resultante deve ser zero.

• Representação vetorial com setas, módulo, direção e sentido.

• Decomposição de forças em componentes horizontal e vertical.

Aplicações práticas:

• Engenharia de estruturas, suporte de cabos, construções civis e barracas de camping.

Curiosidades:

• Arquitetos precisam considerar a decomposição de forças para criar edifícios seguros.

• Bandeiras em mastros sofrem ação de força resultante do vento e da gravidade.

Desafios investigativos:

1. Quando a força resultante sobre um corpo é nula, ele está em movimento?

2. O que significa decompor uma força?

3. Dê um exemplo prático em que é necessário analisar forças em dois eixos.

4. Como representar graficamente duas forças que se anulam?

5. Uma pessoa puxa uma corda inclinada. Como calcular a força que sustenta o corpo?

AULA 3 – Torque e Equilíbrio de Corpo Extenso

Conceitos principais:

• Torque: tendência que uma força tem de fazer um corpo girar.

• Equilíbrio rotacional: soma dos torques igual a zero.

• Cálculo de torque com alavancas, portas, chaves, rodas.

• Centro de gravidade: ponto onde pode-se considerar o peso do corpo concentrado.

Aplicações práticas:

• Alavancas, balanças de dois pratos, abertura de portas e uso de ferramentas.

Curiosidades:

• O uso da força é mais eficiente quanto maior a distância do ponto de rotação.

• Ferramentas manuais (chave inglesa, alicate) maximizam torque com menos esforço.

Desafios investigativos:

1. Como o braço de uma alavanca interfere no torque?

2. Por que a maçaneta da porta não é colocada no meio?

3. Como se equilibra uma régua apoiada no dedo?

4. Quando há dois torques opostos, como saber se há equilíbrio?

5. Dê um exemplo em que o torque é essencial no cotidiano.

AULA 4 – Princípios da Hidrostática: Pressão e Densidade

Conceitos principais:

• Pressão: força por unidade de área:
  P=F/A

• Densidade: relação entre massa e volume:
  ρ=m/V

• Quanto maior a profundidade, maior a pressão.

• A pressão atua em todas as direções em um fluido.

Aplicações práticas:

• Submarinos, barragens, seringa, freios hidráulicos, empilhamento de líquidos.

Curiosidades:

• O salto alto exerce mais pressão no chão que um elefante.

• Peixes têm adaptações internas para lidar com grandes variações de pressão.

Desafios investigativos:

1. Por que mergulhadores usam roupas especiais em grandes profundidades?

2. O que é mais denso: ferro ou água? Como isso afeta o comportamento em líquidos?

3. Como a pressão atua dentro de um balão cheio?

4. Por que a seringa funciona mesmo sem eletricidade?

5. Um iceberg flutua. Isso tem a ver com densidade? Explique.

AULA 5 – Princípio de Pascal e Aplicações Hidráulicas

Conceitos principais:

• Princípio de Pascal: “Uma pressão aplicada em um ponto do fluido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do fluido”.

• Transmissão de pressão em sistemas fechados.

• Utilizado em sistemas hidráulicos.

Aplicações práticas:

• Macacos hidráulicos, freios de carro, prensas hidráulicas, sistemas de elevadores.

Curiosidades:

• Um pequeno esforço pode levantar um carro inteiro graças ao princípio de Pascal.

• Os dinossauros do Jurassic Park nos filmes usavam “circuitos hidráulicos” nos animatrônicos!

Desafios investigativos:

1. Como funciona o freio hidráulico de um carro?

2. O que aconteceria se houvesse ar no lugar de fluido num sistema hidráulico?

3. Como o Princípio de Pascal pode ser demonstrado com uma seringa?

4. Por que os encanamentos hidráulicos não podem vazar?

5. Como a força se distribui entre êmbolos de diferentes áreas?

AULA 6 – Princípio de Arquimedes e Empuxo

Conceitos principais:

• Empuxo: força de sustentação que o líquido exerce sobre um corpo imerso.

• Princípio de Arquimedes:

• “Todo corpo imerso em um fluido sofre uma força vertical para cima, igual ao peso do líquido deslocado.”

• Cálculo:
  E=ρ⋅g⋅V
  (ρ = densidade do líquido, g = gravidade, V = volume submerso)

Aplicações práticas:

• Flutuação de navios, balões de ar quente, submarinos, boias.

Curiosidades:

• Arquimedes teria descoberto esse princípio ao entrar em uma banheira — e gritou “Eureka!”.

• Um navio de aço flutua por deslocar grande volume de água, mesmo sendo pesado.

Desafios investigativos:

1. Por que um navio de aço flutua enquanto uma moeda afunda?

2. O que acontece com o empuxo se o líquido for mais denso?

3. Quando um objeto boia, o empuxo é maior, menor ou igual ao peso?

4. Como saber se um objeto vai afundar ou flutuar?

5. Como o submarino controla sua profundidade usando o empuxo?

Pesquisa:

Quais são as duas condições para equilíbrio estático?
Como a densidade influencia o empuxo?

Vídeos indicados para as aulas

1. Estática e Hidrostática – Visão geral (Estática)

• Professor Boaro – “ESTÁTICA + HIDROSTÁTICA | APROFUNDAMENTO 2025”
  Uma aula atualizada em português que aborda tanto Estática quanto Hidrostática, com explicações sobre equilíbrio, forças e pressão (youtube.com)

Professor Boaro – ESTÁTICA + HIDROSTÁTICA (2025)

2. Hidrostática – Pressão e densidade (Aula específica)

• Live 4: SUPER RESUMÃO | HIDROSTÁTICA
  Resumo didático com foco em pressão, densidade e princípios básicos da Hidrostática (youtube.com, youtube.com)

SUPER RESUMÃO – HIDROSTÁTICA

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Material de estudo - 2º trimestre - 1º ano - Física - Profª Luciana Madsen Ferrão

Aula 1

📚 Força de Atrito

O que é?
A força de atrito é uma força contrária ao movimento ou à tendência de movimento de um corpo em contato com uma superfície.

Tipos principais:

• Atrito estático: impede o início do movimento.
• Atrito cinético: atua durante o movimento.
• Atrito com o ar (arrasto): resistência do ar sobre objetos em movimento.

Depende de:

• Rugosidade da superfície
• Peso do corpo (influencia a força normal)
• Tipo de material

📌 Curiosidades e aplicações:

• Pneus com sulcos aumentam o atrito em pistas molhadas
• Patins e skates minimizam o atrito para facilitar o deslizamento
• Lubrificantes e rolamentos são usados para reduzir o atrito em máquinas
• Esportistas e tênis usam materiais que aumentam o atrito com o solo

⚠️ Efeitos:

• Pode ser útil (andar, frear)
• Pode ser indesejado (desgaste, calor, perda de energia)

🧠 5 Desafios de Pesquisa – Força de Atrito

1. Por que os pneus de carro precisam ter ranhuras?
   → Pesquise como o atrito atua em dias de chuva.
2. Como o atrito interfere nos esportes?
   → Dê exemplos de calçados ou equipamentos que aumentam ou reduzem o atrito.
3. O que aconteceria se não houvesse atrito no nosso dia a dia?
   → Investigue as consequências práticas (andar, escrever, pegar objetos...).
4. Você sabia que o atrito pode gerar calor?
   → Pesquise por que esfregar as mãos aquece e como isso é usado em outras situações.
5. Como os lubrificantes (óleos, graxas) ajudam nas máquinas?
   → Descubra como eles afetam o atrito e o funcionamento dos equipamentos.

Aula 2

📚 Primeira Lei de Newton (Lei da Inércia)

O que diz a lei?
Um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, a menos que uma força externa atue sobre ele.

Palavra-chave: Inércia
É a resistência natural dos corpos a mudar de estado (repouso ou movimento).

Exemplo clássico:
Uma caixa parada não se move até alguém empurrar.
Se empurrada sobre uma superfície sem atrito, ela continuaria em movimento indefinidamente.

Exemplo do cotidiano:
Quando o ônibus freia de repente e você "vai pra frente", seu corpo quer continuar em movimento (inércia).

Depende da massa:
Corpos mais massivos têm mais inércia → Ex: é mais difícil empurrar uma geladeira do que uma cadeira.

⚙️ Aplicações no dia a dia:

• Cintos de segurança
• Travas de emergência em elevadores
• Parques de diversão
• Freios ABS

🧠 5 Desafios de Pesquisa – Primeira Lei de Newton (Inércia)

1. Por que usamos cintos de segurança nos carros?
   → Relacione com a ideia de inércia em freadas bruscas.
2. O que acontece quando um ônibus freia de repente e você está em pé?
   → Pesquise como a inércia explica esse comportamento.
3. Por que é mais difícil empurrar objetos pesados?
   → Relacione com a ideia de massa e resistência à mudança de estado.
4. Você sabia que a inércia ajuda a manter satélites em órbita?
   → Descubra o papel da inércia no movimento dos satélites no espaço.
5. Existe inércia no repouso?
   → Investigue como a inércia também impede que um objeto parado comece a se mover sozinho.

Aula 3

📚 Segunda Lei de Newton (Princípio Fundamental da Dinâmica)

O que diz a lei?
A força resultante que age sobre um corpo é diretamente proporcional ao produto da sua massa pela aceleração que ele sofre.
👉 Expressão: F = m × a
(onde F = força resultante, m = massa, a = aceleração)

O que significa?
Se você aplicar uma força em um corpo, ele acelera. Quanto maior a força, maior a aceleração.
Se o corpo for mais massivo, ele acelera menos sob a mesma força.

Exemplo do cotidiano:
É mais difícil empurrar um carro do que uma bicicleta, porque o carro tem mais massa.
Se você aplicar a mesma força nos dois, a bicicleta acelera mais.

Relações importantes:

• Se não há força resultante → não há aceleração.
• Se há aceleração → há força atuando.
• A unidade de força é o Newton (N).

Aplicações:

• Sistemas de frenagem
• Corridas (carros, motos, atletismo)
• Engenharia mecânica
• Esportes com arremesso (bola, dardo, peso)

🧠 5 Desafios de Pesquisa – Segunda Lei de Newton

1. Por que os carros de Fórmula 1 aceleram tão rápido?
   → Relacione com massa, potência e força.
2. Como um foguete consegue levantar voo da Terra?
   → Descubra como a força precisa vencer a gravidade e gerar aceleração.
3. Por que levantar um saco de cimento exige mais força do que levantar um pacote de arroz?
   → Investigue o papel da massa e da força aplicada.
4. O que significa dizer que a força e a aceleração são diretamente proporcionais?
   → Explore essa relação em uma situação cotidiana.
5. Você sabia que até um chute em uma bola envolve essa lei?
   → Pesquise como o chute modifica a aceleração dependendo da força.

Aula 4

📚Força Peso e Gravidade

O que é gravidade?
É uma força de atração que atua entre dois corpos com massa. No nosso dia a dia, é a força com que a Terra atrai os objetos para seu centro.

⬇️ O que é força peso?
É a força com que a Terra puxa um corpo para baixo.
Fórmula (só para referência, sem cálculo): P = m × g
(m = massa em kg, g = gravidade ≈ 9,8 m/s²)

Diferença entre massa e peso:

• Massa: quantidade de matéria (não muda, independente do lugar).
• Peso: depende da gravidade (muda se você estiver na Lua, por exemplo).

Aplicações e situações cotidianas:

• Quedas de objetos
• Paraquedismo
• Funcionamento de balanças
• Satélites em órbita
• Pontes e construções (precisam calcular o peso que suportam)

🚫 Atenção:
Sem gravidade → objetos não têm peso (como em órbita).
Mas a massa continua existindo!

🧠 5 Desafios de Pesquisa – Força Peso e Gravidade

1. Por que sentimos o corpo “mais leve” quando estamos dentro de um elevador descendo rapidamente?
   → Pesquise sobre variações na força normal e sensação de peso.
2. Você pesa o mesmo na Terra e na Lua?
   → Descubra como a gravidade influencia no peso.
3. Por que os astronautas flutuam na Estação Espacial Internacional, se ainda estão sob ação da gravidade?
   → Explore o conceito de gravidade e queda livre.
4. Como os paraquedas funcionam e o que a gravidade tem a ver com isso?
   → Relacione com o controle da descida.
5. O que aconteceria se a gravidade da Terra “desligasse” por alguns segundos?
   → Reflita sobre os efeitos imediatos e curiosos.

Aula 5

📚 Força Normal

O que é Força Normal?
É a força de reação que uma superfície exerce perpendicularmente sobre um corpo que está apoiado nela.
Ex: quando você está em pé, o chão te empurra para cima com a mesma força que você faz sobre ele (equilíbrio de forças).

Características principais:

• Sempre perpendicular à superfície
• Surge para equilibrar o peso do corpo
• É uma força de contato, ou seja, só existe se o objeto está encostado em algo

Situações práticas:

• Pessoa em pé no chão
• Livro sobre uma mesa
• Alguém em um elevador (em subida ou descida)
• Carrinho em uma rampa (força normal não fica na vertical!)
• Cadeiras, camas, escadas etc.

Pode variar:

• Em rampas, diminui porque não age contra todo o peso
• Em elevadores acelerados, aumenta ou diminui dependendo do movimento
• Quando não há contato (queda livre), não existe força normal

🧠 5 Desafios de Pesquisa – Força Normal

1. Por que você sente o corpo mais “pesado” em um elevador que sobe rapidamente?
   → Relacione com o aumento da força normal.
2. O que acontece com a força normal quando um corpo está em uma rampa inclinada?
   → Descubra como a inclinação influencia essa força.
3. Por que a força normal desaparece em uma queda livre?
   → Relacione com ausência de contato.
4. Se um livro está parado sobre a mesa, o que mantém ele equilibrado ali?
   → Analise as forças que agem sobre o livro.
5. Quando estamos sentados em uma cadeira, quais forças atuam sobre nós?
   → Pense na interação entre você, a cadeira e o chão.