CONTEÚDO: AS FORÇAS DA NATUREZA.

Apresentação em tema: "CONTEÚDO: AS FORÇAS DA NATUREZA."— Transcrição da apresentação:

1 CONTEÚDO: AS FORÇAS DA NATUREZA

2 De um modo geral, em todos os fenômenos físicos estão envolvidos apenas quatro tipos de interações fundamentais, representadas por quatro diferentes forças: a força gravitacional, a força eletromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. No mundo macroscópico, as duas primeiras são as mais importantes, pois as forças nucleares têm alcance muito curto, da ordem das dimensões dos núcleos atômicos.  Neste curso estudaremos a força gravitacional, a eletromagnética e a nuclear forte. Em Física Clássica estudamos a força de atrito de escorregamento entre corpos, a força de atração gravitacional entre massas, a força eletromagnética constituída pelas forças eletrostática, de atração ou de repulsão entre cargas elétricas e magnética, que age em cargas elétricas em movimento num campo magnético. Existem também forças que atuam no mundo microscópico. São as forças nucleares.

3 FORÇA GRAVITACIONAL ATRAÇÃO ENTRE MASSAS
É a força de interação entre massas. A força gravitacional entre dois prótons tem intensidade 1036 vezes menor, aproximadamente, do que a correspondente força de repulsão elétrica entre essas partículas. Entretanto, sua intensidade pode assumir valores elevados, pois como se sabe da Lei da Gravitação Universal é proporcional às massas que interagem e normalmente os astros têm massas elevadas. Por isso, a força gravitacional tem grande importância na Astronomia e na Cosmologia, explicando a movimentação dos astros no Universo, bem como a formação de estrelas, galáxias e sistemas planetários. É a menos intensa de todas as forças. ATRAÇÃO ENTRE MASSAS

4  Ele também deduziu que a atração gravitacional existe entre todos os corpos do Universo: todos se atraem uns aos outros. O Sol atrai a Terra e a Terra atrai o Sol com forças de mesma intensidade, mesma direção e de sentidos opostos.  Neste exato momento, a Terra está atraindo o seu corpo com a mesma força com que você atrai a Terra. No entanto, como a sua massa é muitíssimo menor que a da Terra, seu estado de movimento ou de repouso pode ser bastante modificado pela atração da Terra .É por isso que você cai depois de ter escorregando, por exemplo. Já a massa da Terra é tão grande que a força que você, não é capaz de alterar de forma significativa o estado de movimento do planeta. Para a formulação desta lei, Newton baseou-se nos trabalhos realizados pelo astrónomo alemão Johannes Kepler sobre o movimento dos planetas e nos trabalhos desenvolvidos pelo físico e astrónomo italiano Galileu Galilei sobre a quedados corpos (gravidade).A gravitação é uma propriedade da matéria que se manifesta como uma força, a qual é designada por gravidade ou força de atração gravitacional. A força de atração gravitacional é uma força de atração que se exerce entre dois corpos, devido ao facto de esses corpos possuírem uma certa massa. Newton verificou que esta força é tanto maior quanto maior for a massa dos corpos para a mesma distância e, tanto maior, quanto menor for a distância entre os mesmos corpos. 

5 Exemplo Resolvido: Determine a força gravitacional entre a Terra e um corpo de 1 kg posicionado sobre a superfície do planeta. O gráfico ao lado relaciona a força gravitacional entre dois corpos quaisquer e o quadrado da distância entre eles. De acordo à já apresentada lei de Coulomb, a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os corpos. Quando a distância é d, a força será F. Se a distância se reduz à metade, a força passa a ser quatro vezes maior. Quando a distância se tornar duas vezes maior, a força passará a ser quatro vezes menor. Pensando um pouco. Se a distância triplicar, de quanto passará a ser a força? E se a distância se tornar quatro vezes menor, a força passará a ser de quanto?

6 Campo de gravidade para pontos internos a Terra   Imaginando a Terra homogênea e esférica, por causa das razões de simetria, podemos afirmar que o campo de gravidade no ponto interno, com uma distância r do centro C da Terra, é pelo fato da massa que a esfera com um centro C e raio r possui.  Com isso podemos chegar à conclusão que quando se tem um ponto representado por P1 interno a Terra a uma distância do seu próprio centro, teremos:  Com isso podemos concluir que em todos os pontos internos a Terra, a gravidade é totalmente proporcional à distância do centro da Terra. Quanto ao centro da Terra, podemos ter r = 0 e gi = 0, já para todos os pontos da superfície, podemos ter  r = R e g0 = 4/3 πGμR ≅ 9,8 m/s². Com isso o campo gravitacional do centro para a superfície, irá aumentar a sua intensidade, variando-se com a distância no centro da Terra, lembrando que no centro ela será nula e na superfície ela será nula, valendo assim 9,8m/s².

7 TREINAMENTO FORÇA GRAVITACIONAL
3) (UESB 15) Três bolas idênticas de massa m são colocadas nos vértices de um triangulo retângulo, como mostra a figura. O módulo da força resultante sobre a bola localizada no ângulo reto é, em N, igual a 1) (UFMG) O Pequeno Príncipe, do livro de mesmo nome, de Antoine de Saint-Exupéry, vive em um asteroide pouco maior que esse personagem, que tem a altura de uma criança terrestre. Em certo ponto desse asteroide, existe uma rosa, como ilustrado nesta figura: Após observar essa figura, Júlia formula as seguintes hipóteses: I) O Pequeno Príncipe não pode ficar de pé ao lado da rosa, porque o módulo da força gravitacional é menor que o módulo do peso do personagem. II) Se a massa desse asteroide for igual à da Terra, uma pedra solta pelo Pequeno Príncipe chegará ao solo antes de uma que é solta na Terra, da mesma altura. Analisando-se essas hipóteses, pode-se concluir que a) apenas a I está correta. b) apenas a II está correta. c) as duas estão corretas. d) nenhuma das duas está correta. RELEMBRANDO: 2) (UESB 14) A descoberta do planeta Gliese 581g foi anunciada em 29 de setembro de 2010 e acredita-se ser o planeta mais semelhante à Terra, o melhor candidato exoplaneta com potencial para abrigar vida. Sua massa é, aproximadamente, três vezes e meia maior do que a da Terra e seu raio pode ser estimado em cerca de 1,5 vezes o raio terrestre. Nessas condições, o módulo da aceleração da gravidade na superfície do planeta Gliese 581g é maior do que o módulo da aceleração gravitacional na superfície da Terra um número de vezes aproximadamente igual a 01) 1, ) 1, ) 1, ) 1, ) 1,7

8 A força eletromagnética é a que existe entre partículas eletrizadas, englobando as forças elétricas e as forças magnéticas. A ligação entre os elétrons e os núcleos atômicos e a união de átomos para a formação das moléculas são explicadas pela ação da força eletromagnética. A força de atrito, a força normal, a força de tração, por exemplo,resultam da interação entre partículas eletrizadas próximas. São, portanto, forças eletromagnéticas. A força eletromagnética tem intensidade 102 vezes menor em média que a força nuclear forte.

9

10 Peso e normal são forças de ação e reação
Peso e normal são forças de ação e reação? Com um conhecimento frágil poderia se dizer que não, pois ambas são forças que atuam no mesmo corpo. Entretanto este capítulo nos dá subsídios mais fortes para perceber que a força peso e a normal não são forças de ação e reação, pelo simples fato de serem forças de naturezas distintas! Como assim? Deve estar se perguntando. Isso mesmo. A força peso é de natureza gravitacional e a força normal de natureza eletromagnética. Então, o primeiro aspecto que se analisa para definir se as forças são de ação e reação é a sua natureza. Em primeiro lugar ambas devem ter a mesma natureza!

11 A força nuclear forte mantém a coesão do núcleo atômico e garante a união dos quarks para formarem os prótons e os nêutrons, assim como a ligação dos prótons entre si, equilibrando a força eletrostática repulsiva entre cargas de mesmo sinal. A força nuclear forte é mais intensa das quatro forças fundamentais. Sua intensidade é 1038 vezes maior que a força gravitacional, a mais fraca das quatro. Entretanto, sua ação só se manifesta para distâncias menores que 10-15 m, isto é, dimensões inferiores às do núcleo atômico. A intensidade da força nuclear forte diminui rapidamente quando há a separação entre as partículas, praticamente se anulando quando a distância assume as dimensões de alguns diâmetros nucleares.

12 TREINAMENTO FORÇAS DA NATUREZA
1) A força de atrito, a força normal e a força de tração num fio são: a) forças de natureza nuclear forte; b) forças de natureza gravitacional; c) forças de natureza eletromagnética; d) forças de natureza, respectivamente, nuclear forte, gravitacional e eletromagnética. e) forças de natureza, respectivamente, nuclear fraca, eletromagnética e nuclear forte. 2) Associe a coluna da direita com a da esquerda I) Força nuclear forte xxxxxxxA) força com que a Terra e a Lua se atraem II) Força eletromagnética xxxB) força que mantém prótons unidos no  xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx núcleo atômico III) Força nuclear fraca xxxxxC) força que une os quarks na formação  xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxde prótons e nêutrons IV) Força gravitacional xxxxxD) força de atrito

13 5) (UFRN) Cláudia, ginasta e estudante de Física, está encantada com certos apelos estéticos presentes na Física Teórica. Ela ficou fascinada ao tomar conhecimento da possibilidade de uma explicação unificadora para todos os tipos de forças existentes no universo, isto é, que todas as interações fundamentais conhecidas na natureza (gravitacional, eletromagnética, nuclear fraca e nuclear forte) poderiam ser derivadas de uma espécie de superforça. Em suas leituras, ela pôde verificar que, apesar dos avanços obtidos pelos físicos, o desafio da grande unificação continua até os dias de hoje. Cláudia viu, em um de seus livros, um diagrama ilustrando a evolução das principais ideias de unificação ocorrida na Física. Na execução da coreografia anterior, podemos reconhecer a existência de várias forças atuando sobre a ginasta Cláudia e/ou a corda. Forças de atrito, peso, tração e reação do solo (normal) podem ser facilmente identificadas. Esse conjunto de forças, aparentemente, não está contemplado no diagrama que mostra as interações fundamentais do universo. Isso pode ser compreendido, pois, em sua essência, as forças a) de atrito e peso são de origem eletromagnética.  b) normal e peso são de origem gravitacional. c) normal e de tração são de origem eletromagnética. d) de atrito e de tração são de origem gravitacional. 3) (FESP-UPE) Assinale, na coluna I, as afirmativas verdadeiras e na coluna II, as falsas. Em relação às Forças Fundamentais da Natureza.  4) (UFMT) Na Física Contemporânea, todos os fenômenos podem ser descritos pelas quatro Forças Naturais: • a Gravitacional, que atua entre corpos e partículas que possuem massa. • a Eletromagnética, que atua entre corpos e partículas que possuem carga elétrica. • a Nuclear Forte, que atua entre prótons e nêutrons no interior do núcleo dos átomos. • a Nuclear Fraca, que é responsável pelos processos de transformação de um próton em um nêutron, ou vice-versa. Assim sendo, uma reação química é uma manifestação: a) da força gravitacional. b) da força nuclear forte. c) da força eletromagnética. d) da força nuclear fraca. e) de uma combinação das forças gravitacional e eletromagnética.

14 6) (UEL-PR) O LHC (Large Hadron Collider), maior acelerador de partículas do mundo, foi inaugurado em setembro de 2008, após 20 anos de intenso trabalho. Sua função é acelerar feixes de partículas, de tal forma que estes atinjam uma velocidade estimada em cerca de 99,99% da velocidade da luz. A colisão entre prótons será tão violenta que a expectativa é de se obterem condições próximas àquelas que existiram logo após o Big Bang. A primeira missão desse novo acelerador é estudar partículas indivisíveis (elementares) e as forças (interações) que agem sobre elas. Quanto às forças, há quatro delas no universo:  i) a, responsável por manter o núcleo atômico coeso;  ii) a, que age quando uma partícula se transforma em outra;  iii) a, que atua quando cargas elétricas estão envolvidas.  iv) a quarta força é a (a primeira conhecida pelo ser humano). (Adaptado: BEDIAGA, I. LHC: o colosso criador e esmagador de matéria. Ciência Hoje. n. 247, v. 42. abr p. 40.) No texto, foram omitidas as expressões correspondentes às nomenclaturas das quatro forças fundamentais da natureza, em acordo com a teoria mais aceita no meio científico hoje. Assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, os nomes dessas forças. a) força gravitacional, força nuclear fraca, força eletromagnética, força nuclear forte. b) força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca, força gravitacional. c) força nuclear forte, força nuclear fraca, força eletromagnética, força gravitacional. d) força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca. e) força nuclear fraca, força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética.