PRIMEIROS PASSOS NA FÍSICA
Por: Thiago L.
23 de Outubro de 2021

PRIMEIROS PASSOS NA FÍSICA

o que queremos e o que precisamos fazer

Física Ensino Médio Ensino Fundamental Pré-Vestibular ENEM Reforço escolar Ensino Superior

Imagine que você esteja resolvendo uma prova de conhecimentos gerais e que tudo esteja correndo bem, até que você finalmente encontra o primeiro problema de física no teste. Nele nós lemos o seguinte texto:

  1. Considere que ao dirigir um carro, a queima completa do seu reservatório de combustível libere 2.200 kcal de energia para o motor. Entretanto, tenha em mente que nem toda essa energia será efetivamente utilizada na sua movimentação, pois uma parcela será ejetada na forma de calor e som. Nesse intuito, considere que apenas 75% dessa energia seja efetivamente utilizada na sua movimentação e que o motor exerça sobre o carro um força constante de módulo igual a 50.000 N. Assim, calcule o seu deslocamento, em metros, ao receber essa energia.

As primeiras perguntas feitas após a leitura são: o que o exercício quer? Como posso encontrar isso? Devo ressaltar aqui que essas indagações possuem caráter fundamental e não são largadas de mão conforme avançamos na escada do conhecimento, pois elas servem como ponto de estruturação do nosso raciocínio, pelo simples fato de que não podemos desenvolver algo sem saber o que queremos desenvolver. Agora atente-se, pois o método de resolução a ser empregado aqui assemelha-se a uma receita de bolo, sendo utilizado desde as primeiras aulas de física até os nossos últimos suspiros! E não se preocupe, pois ele, assim como a receita de bolo, não envolve derivadas, integrais ou análises estatísticas!

O primeiro ponto que devemos ter sempre em mente remete a factualidade da física, afinal, contrariamente à matemática, nós estamos sempre estudando algo que pode ou um dia poderá ser experenciado. Além disso, o meu ou o seu raciocínio no desenvolvimento de um trabalho podem ser impecáveis e ainda assim estarem errados, pois a natureza não precisa concordar com a nossa lógica. Isso nos leva à seguinte conclusão: ao ler um enunciado de física, busque primeiramente entender o que está acontencendo, pois estamos sempre lidando com uma réplica da realidade. Entenda o que é o seu sistema, o que existe dentro dele, o que está rodando, o que está se movimentando, se existem colisões, etc. No caso deste exercício, o nosso sistema é constituído apenas pelo carro, com a atmosfera sendo a sua vizinhança, nenhuma colisão está ocorrendo e o nosso Porsche conversível está prestes a iniciar o seu movimento em linha reta. Conseguiu enxergar? Agora desenhe! Os desenhos não precisam ser verdadeiras obras de arte, pois eles não são a finalidade do nosso desenvolvimento, mas sim um mecanismo de entendimento. Nesse intuito, esqueça todas as peculiaridades do nosso Porsche conversível e o desenhe como um paralelepípedo maciço.

Fez a obra-prima? Perfeito! Agora o nosso dever é anotar todas as informações, com os seus respectivos rótulos e unidades de medida, fornecidas no exercício. Elas não estão lá à toa! Nesse intuito devemos lembrar ainda que o exercício está pedindo algo, certo? Em geral, esse 'algo' é uma grandeza, e como tal pode ser medida. Assim, crie um rótulo para ela e escreva a unidade de medida associada, entre parênteses, logo a sua frente. No nosso caso, o exercício está perguntando o deslocamento realizado pelo carro em metros, lembra? Desse modo vamos rotulá-lo com a letra 'd', de deslocamento, e escrever um (m) na sua frente referente à unidade de medida associada. Foco no desenho!

Agora vamos aos fatos! Você já observou que nos EUA as pessoas não dizem "Eu tenho 1 metro e 80 centímetros", mas sim "Eu tenho 5,9 pés"? Para além da estranheza das unidades de medida norte americanas, devemos notar que as unidades de medida em si são o coração da física, pois conforme diz o clássico professor do ensino médio ou fundamental, 50 o quê? Maçãs? Cavalos? Elefantes? Desse modo, assim como os números e apesar de em geral as deixarmos de lado, elas são membro ativo de toda e qualquer fórmula física, sendo portanto multiplicadas e canceladas, exatamente como ocorre com os números! Além disso, algumas unidades de medida são denominadas secundárias, pois derivam de outras mais fundamentais. Um bom exemplo disso é o Newton, que deriva do quilograma (kg), do metor (m) e do segundo (s). Dessa forma, a fim de predizer a força resultante, em Newtons, que atua sobre um objeto de 3 kg, por exemplo, nós devemos calcular o produto da sua massa pela sua aceleração, porém essa multiplicação pode eventualmente não resultar na grandeza procurada! Isso ocorrerá sempre que a aceleração não estiver escrita em metros por segundo ao quadrado. Caso essa esteja em jardas por segundo ao quadrado, por exemplo, esse produto poderá resultar em qualquer coisa, menos em uma força dada em Newtons! Assim, o nosso terceiro passo consiste em transformar todas as grandezas escritas no item anterior para o sistema de medidas que mais nos agrada. Eu particularmente prefiro o Sistema Internacional (SI), de tal modo que de cara eu sempre pego distâncias em metros, períodos em segundos, energias em Joules, forças em Newtons, etc., mas existem outros já pré-estabelecidos, como o CGS. Portanto, sabendo que 4,18 Joules correspondem a 1 caloria e que o k que acompanha a unidade kcal corresponde ao prefixo multiplicativo , temos que

O quarto passo refere-se a uma complementação do nosso diagrama, afinal, você já reparou que ele está um pouco 'seco'? Então, é agora que nós o finalizaremos! Desenhe nele as forças que atuam sobre os corpos, os fluxos de corrente e rotule os objetos independentes. Isso é a finalização do que de fato entendemos sobre o problema! No nosso caso, por exemplo, existem 3 forças atuando sobre o nosso carro e nenhum fluxo precisa ser considerado.

O quinto passo refere-se à adoção de um sistema de coordenadas, para assim adquirirmos o poder de dizer: ele foi para a esquerda! Tenha em mente apenas que uns sistemas podem facilitar a resolução de um exercício, enquanto outros podem complicá-la, e muito! Imagine, por exemplo, que estamos super empolgados em desenvolver todo o nosso arcabouço matemático e adotemos um sistema de coordenadas retangular, com o seu plano xy inclinado 15 graus quanto àquele no qual o nosso carro está se movimento, e com a sua origem, no instante t = 0, sobre o asfalto. Além disso, vamos complicar um pouco mais e dizer que esse nosso sistema pitoresco se mova aceleradamente na direção do seu eixo z! Vamos lá, como seria a descrição dinâmica do nosso Porsche conversível nesse sistema? Qual seria a estrutura algébrica da força resultante sobre ele? Notou a elevação do grau de complexidade? Em geral, o melhor sistema será aquele que obedece às simetrias do problema, por exemplo: se você está estudando um carro que se move em linha reta, tal como estamos fazendo, adote um sistema no qual um dos eixos esteja alinhado à direção de movimento do carro e que esteja em repouso em relação às estrelas. Por outro lado, caso o nosso carro estivesse se movimentando em uma trajetória circular, então, pelas simetrias do movimento, seria bem melhor definir um sistema de referência no centro dessa trajetória. Pegou? Busque sempre as simetrias!

Beleza, agora que a nossa obra de arte está pronta, nós já escrevemos e convertemos todas as grandezas envolvidas e temos total ciência do que está acontecendo, devemos enfim perguntar: como encontraremos d? Para isso vamos ao sexto passo: escreva todas as relações físicas que envolvem as variáveis fornecidas no problema. Em alguns casos, a resolução do problema morrerá aí e nós saíremos vitoriosos com um resultado em mãos, enquanto em outros nós ainda teremos que recorrer à expressões secundárias para algumas das variáveis existentes na relação fundamental. Além disso, também existem alguns sistemas nos quais as leis físicas devem ser analisadas nas diferentes partículas e depois igualadas de alguma forma, tal como ocorre na cinemática quando perguntamos o instante em que dois objetos, movimentando-se em sentidos opostos, irão se encontrar. No nosso caso, foi fornecida a energia disponível e a força atuante sobre o carro. Sendo assim, sabemos, da nossa tabela de expressões físicas ou do nosso arcabouço de conhecimentos, que a única fórmula física que relaciona todas as informações dadas é aquela correspondente à definição de trabalho, descrita por

de tal modo que somos conduzidos à interpretação de que motor empurrará o carro enquanto o trabalho realizado não superar a energia disponível. Dessa maneira, este método busca primeiro um conjunto de fórmulas e depois um significado físico para as suas associações, tal como acabamos de fazer. Por fim, substituindo os valores fornecidos na expressão acima, encontramos que o carro se deslocará por

Resumidamente, o método apresentado possui a seguinte estrutura:

  1. Leia o exercício, entenda o que está acontencendo e faça um desenho simplificado do evento / sistema em análise;
  2. Escreva em um dos cantos ou abaixo do seu desenho todas as informações fornecidas e a pergunta principal com a respectiva variável, tal como fizemos;
  3. Converta todas as unidades para o sistema de medidas mais conveniente ou que esteja em acordo com a unidade da grandeza solicitada no exercício;
  4. Desenhe as forças atuantes sobre os corpos e os fluxos de volume/energia, se houver;
  5. Baseando-se nas simetrias do problema, adote o sistema de referência que julgar mais conveniente;
  6. Escreva todas as relações físicas que envolvem as grandezas fornecidas no enunciado;
  7. Busque aquela que possui menos graus de liberdade, isto é, a que possui menos informações 'faltantes';
    • Caso tenha encontrado uma expressão na qual a substituição das grandezas fornecidas resulte em uma equação com apenas uma variável, então o problema estará resolvido;
    • Caso contrário, veja se é possível relacionar o resultado da aplicação da expressão anterior aos diferentes corpos do sistema;
    • Por fim, caso o item acima tenha falhado, repita o passo 7 para as variáveis secundárias da expressão fundamental, deixando agora a nossa variável-objetivo de lado;
  8. Resolva o sistema de equações encontrado;

Esse algoritmo nos auxiliará na resolução de exercícios do eletromagnetismo, da termodinâmica, da mecânica e da mecânica estatística, e, para além disso, dirá também se as informações fornecidas em um dado enunciado são suficientes para a obtenção da grandeza solicitada.

É isso! Caso essa análise tenha sido útil para ti, não se esqueça de curtí-la e compartilhá-la! Bons estudos!

R$ 80 / h
Thiago L.
Vila Velha / ES
Thiago L.
5,0 (10 avaliações)
Horas de aulas particulares ministradas 6 horas de aula
Tarefas resolvidas 11 tarefas resolvidas
Identidade verificada
  • CPF verificado
  • E-mail verificado
Física para Pré-Vestibular Física para o ITA Acompanhamento Escolar em Física
Mestrado: Física da Matéria Condensada (Universidade Federal do Espírito Santo (UFES))
Sou mestre em física e tenho mais de 7 anos de experiência com aulas particulares | matemática, física, cálculo, inglês e bash
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