Física Classe 10: Cinemática e Leis de Newton

Mechanics

Kinematics

• Study of motion without considering forces
• Describes motion in terms of position, velocity, and acceleration
• Key concepts:
  • Distance: total length of path traveled
  • Displacement: shortest distance between initial and final positions
  • Speed: rate of change of distance
  • Velocity: rate of change of displacement
  • Acceleration: rate of change of velocity

Newton's Laws of Motion

• First Law (Law of Inertia): an object at rest remains at rest, and an object in motion remains in motion, unless acted upon by an external force
• Second Law (F = ma): force is equal to the mass of an object multiplied by its acceleration
• Third Law: for every action, there is an equal and opposite reaction

Motion in One Dimension

• Uniform Motion: motion with constant velocity
• Uniformly Accelerated Motion: motion with constant acceleration
• Free Fall: motion under gravity, with acceleration g = 9.8 m/s²
• Projectile Motion: motion under gravity, with horizontal and vertical components

Motion in Two and Three Dimensions

• Projectile Motion: motion under gravity, with horizontal and vertical components
• Circular Motion: motion in a circular path, with constant speed and changing direction
• Rotational Motion: motion around a fixed axis, with concepts of angular displacement, angular velocity, and angular acceleration

Energy and Work

• Kinetic Energy: energy of motion, dependent on velocity
• Potential Energy: energy of position, dependent on height or configuration
• Work: transfer of energy from one object to another, dependent on force and displacement
• Conservation of Energy: total energy remains constant, with conversion between kinetic and potential energy

Cinemática

• Estuda o movimento sem considerar as forças
• Descreve o movimento em termos de posição, velocidade e aceleração
• Conceitos-chave:
  • Distância: comprimento total do caminho percorrido
  • Deslocamento: menor distância entre as posições inicial e final
  • Velocidade: taxa de mudança de distância
  • Velocidade: taxa de mudança de deslocamento
  • Aceleração: taxa de mudança de velocidade

Leis de Newton

• Primeira Lei (Lei da Inércia): um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento permanece em movimento, a menos que seja afetado por uma força externa
• Segunda Lei (F = ma): a força é igual à massa de um objeto multiplicada por sua aceleração
• Terceira Lei: para toda ação, há uma reação igual e oposta

Movimento em Uma Dimensão

• Movimento Uniforme: movimento com velocidade constante
• Movimento Uniformemente Acelerado: movimento com aceleração constante
• Queda Livre: movimento sob a gravidade, com aceleração g = 9,8 m/s²
• Movimento de Projétil: movimento sob a gravidade, com componentes horizontais e verticais

Movimento em Duas e Três Dimensões

• Movimento de Projétil: movimento sob a gravidade, com componentes horizontais e verticais
• Movimento Circular: movimento em um caminho circular, com velocidade constante e direção cambiante
• Movimento Rotacional: movimento em torno de um eixo fixo, com conceitos de deslocamento angular, velocidade angular e aceleração angular

Energia e Trabalho

• Energia Cinética: energia de movimento, dependente de velocidade
• Energia Potencial: energia de posição, dependente de altura ou configuração
• Trabalho: transferência de energia de um objeto para outro, dependente de força e deslocamento
• Conservação de Energia: a energia total permanece constante, com conversão entre energia cinética e potencial

Lei das Termodinâmica

• Zeroth Law of Thermodynamics: Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, também estão em equilíbrio térmico entre si.
• First Law of Thermodynamics: A energia não pode ser criada ou destruída, apenas convertida de uma forma para outra. ΔE = Q - W, onde ΔE é a mudança na energia, Q é o calor adicionado e W é o trabalho feito.
• Second Law of Thermodynamics: A entropia total de um sistema isolado sempre aumenta ao longo do tempo, exceto em processos reversíveis. ΔS = ΔQ / T, onde ΔS é a mudança na entropia, ΔQ é o calor adicionado e T é a temperatura.
• Third Law of Thermodynamics: Quando a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, a entropia do sistema se aproxima de um valor mínimo.

Sistemas Termodinâmicos

• Sistema Aberto: Um sistema que troca matéria e energia com seu entorno.
• Sistema Fechado: Um sistema que troca energia, mas não matéria, com seu entorno.
• Sistema Isolado: Um sistema que não troca matéria ou energia com seu entorno.

Propriedades Termodinâmicas

• Energia Interna (U): A energia total de um sistema, incluindo energia cinética, energia potencial e energia potencial dos átomos e moléculas.
• Entalpia (H): Uma medida da energia total de um sistema, incluindo energia interna e a energia associada à pressão e ao volume do sistema. H = U + PV, onde P é a pressão e V é o volume.
• Entropia (S): Uma medida do desordem ou randomness de um sistema.
• Energia Livre (G): Uma medida da energia disponível para fazer trabalho em um sistema. G = H - TS, onde T é a temperatura.

Processos Termodinâmicos

• Processo Isothermal: Um processo que ocorre a uma temperatura constante.
• Processo Adiabático: Um processo que ocorre sem transferência de calor ou matéria.
• Processo Isobárico: Um processo que ocorre a uma pressão constante.
• Processo Isocórico: Um processo que ocorre a um volume constante.

Aplicações da Termodinâmica

• Motores Térmicos: Dispositivos que convertem energia térmica em energia mecânica, como motores de combustão interna e motores a vapor.
• Refrigeração: O processo de transferência de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente, frequentemente usado em refrigeradores e condicionadores de ar.
• Geração de Energia: A produção de eletricidade através da conversão de energia térmica, como em usinas de combustíveis fósseis e usinas nucleares.

Aprenda sobre kinematics e Newton's Laws of Motion, incluindo conceitos como distância, deslocamento, velocidade e aceleração.