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MURAL DO TUBA FÍSICA

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30 setembro 2009

Um dia de verão: dormir "no teto" ou "no chão"?

Considere um dia de verão muito “quente” e que você tem disponível para dormir, num quarto, duas opções de cama: um colchão acomodado diretamente sobre o piso e a parte superior de um beliche que fica acima da linha média da parede. Você preferiria dormir na cama superior do beliche, próximo ao teto, ou no colchão próximo ao chão? Por quê?

Bem! A minha mãe saberia responder a esta questão usando apenas o senso comum, pois ela não teve a oportunidade de estudar Física na escola. No verão ela prefere dormir no chão, como por várias vezes já a vi fazendo. Ela diz que é “mais fresquinho!”. Será verdade isso? Vamos ver se é e por quê?

Para responder a esta pergunta, precisamos primeiro conhecer o processo de transmissão de calor chamado convecção.
Convecção é um processo de transferência de calor que ocorre apenas em fluidos. Neste tipo de transmissão, o calor é transferido de uma região para outra pelos próprios átomos e moléculas do fluido, que se deslocam de um ponto a outro levando consigo energia térmica.

Num quarto fechado, a porção de ar aquecida expande-se, seu volume aumenta, sua densidade, então, diminui e ela sobe para o teto formando uma corrente ascendente. O espaço deixado pela porção de ar que sobe tende a ser ocupado pela porção de ar mais “fria” que está em volta. Esta nova porção, sendo aquecida, também sobe. O ar “quente” no teto pode se resfriar, seu volume então diminui, sua densidade aumenta e ele desce. Forma-se, então, no quarto, uma corrente de convecção que, em condições normais, acaba concentrando ar mais “quente” próximo ao teto e ar mais “frio” próximo ao chão.

Isto pode ser verificado usando um termômetro para medir a temperatura na parte inferior e superior do quarto ou de uma sala fechada, como você pode ver no vídeo a seguir filmado no laboratório de informática da escola com a colaboração dos alunos Herbeth e Elisabeth da turma 200.

Num cômodo, a presença de ventiladores, de fontes de calor e a existência de janelas abertas – até a forma como elas abrem – influem na formação das correntes de convecção, o que pode tornar bem mais difícil o estudo desse fenômeno. A complexidade aumenta quando consideramos ambientes abertos, ao ar livre.

A convecção e alguns aparelhos domésticos

Podemos citar vários exemplos do cotidiano explicados pelo fenômeno da convecção: suponha uma sala em que se ligue um aquecedor elétrico em sua parte inferior. O ar em torno do aquecedor aquece-se, tornando-se menos denso que o restante. Com isso, ele sobe e o ar frio desce, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe com o ar frio que desce. Funcionamento parecido é o do ar condicionado, mas agora colocado na parte superior do cômodo, o ar em torno do aparelho esfria-se, tornando-se mais denso que o restante. Com isso, ele desce e o ar quente sobe, havendo uma troca de posição do ar frio que desce com o ar quente que sobe. Se o aquecedor fosse colocado próximo ao teto ou se o ar condicionado fosse colocado próximo ao chão, estes aparelhos não funcionariam adequadamente, consumindo energia elétrica sem proporcionar o efeito que esperamos deles.

Um outro exemplo que é o mais comum no dia-a-dia é o caso da geladeira doméstica, na qual o congelador está sempre colocado na parte superior para que, pela convecção do ar, produza o resfriamento dos alimentos. O ar "quente" que está próximo dos alimentos sobe, sendo resfriado pelo congelador, então o ar "frio" desce e retira energia térmica dos alimentos, resfriando-os.

29 setembro 2009

Simulações no Tuba Física

O Tuba Física ganhou agora um novo espaço para que os alunos realizem atividades online, um espaço para simulações de Física, usando o laboratório de informática da escola ou qualquer outro computador com acesso à internet.

Inicialmente, estão disponíveis, em um servidor provisório, duas simulações: uma a ser realizada pelas primeiras séries, analisando o movimento uniforme ou variado de um automóvel; e a outra, pelas segundas séries, que farão a simulação do movimento periódico de um pêndulo simples. As simulações são acompanhadas de textos explicativos e o roteiro da atividade com os procedimentos da simulação e as perguntas a serem respondidas e entregues ao professor.

Para acessar as simulações, clique no botão SIMULAÇÕES no menu no topo do blog.

20 setembro 2009

Estimativas: Cobrindo a ilha de Upaon-Açu com moedas de 1 real

Quantas moedas de 1 real seriam necessárias para cobrir toda ilha de Upaon-Açu, que inclui São Luís do Maranhão, Raposa, Paço do Lumiar e São José de Ribamar?

Alunas: Marcelen, Thais e Weslhya

Para fazer o cálculo de quantas moedas será preciso, devemos dividir a área da ilha pela área ocupada por cada moeda, incluindo na conta a área dos espaços entre elas.
Uma boa maneira de fazer isso, com uma razoável aproximação, é juntar sete moedas de maneira que elas ocupem a área de um hexágono (veja a figura abaixo).


Observe que o hexágono obtido é um hexágono regular, ou seja, ele é formado por 6 triângulos equiláteros. O grupo mediu o lado do hexágono e obteve o valor 4,5 cm, que também é o lado b de cada triângulo equilátero.

A área de um triângulo é dada por

(b é a base e h é a altura). A altura h de um triângulo equilátero é

Logo, combinando as duas equações, obtemos

Sendo a base b de cada triângulo b = 4,5 cm, a sua área será


A área de cada triângulo equilátero, então, é igual a At = 8,77 cm2. Como são 6 triângulos, a área do hexágono será Ah = 6 x 8,77 = 52,62 cm2. Como 7 moedas estão unidas neste espaço, a área ocupada por cada uma delas, contando com a porção do espaço vazio ao seu redor que lhe é correspondente, é obtida dividindo a área do hexágono (Ah) pela quantidade de moedas no seu interior: 52,62 / 7 = 7,5 cm2. Sendo assim, cada moeda ocupa uma área igual a Am= 7,5 cm2.

Como foi visto no post T10 (População de São Luís em Círculo), a área total da ilha de Upaon-açu é de 1.410,015 km2 ou 14.100.150.000.000 cm2. Dividindo a área da ilha (At) pela área ocupada por cada moeda (Am) - At / Am = 14.100.150.000.000 / 7,5 - obtemos o valor 1,88 x 1012 moedas, ou seja,

aproximadamente, 2 trilhões de moedas.


10 setembro 2009

Resolução de Exercícios e Problemas do Livro

Às primeiras e segundas séries, disponibilizo as resoluções de exercícios e problemas sugeridos do livro:

Para acessar os exercícios e problemas do livro clique aqui . Na página que se abrirá, clique em Questões do Livro (é preciso um leitor de arquivos pdf instalado no computador para abrir o arquivo). Ou então clique aqui para acessar os exercícios e problemas das Primeira Série e e clique aqui para a Segunda Série.

09 setembro 2009

Halo gigante ao redor do Sol em Imperatriz

Deu no site Imirante.com: Os moradores de Imperatriz (MA) e região foram surpreendidos no final da manhã do dia 1º de setembro último por um gigantesco halo colorido que se formou ao redor do Sol. Do aeroporto às ruas da cidade, funcionários de empresas, milhares de alunos e moradores em geral saíram a olhar o fenômeno que cobriu o Sol, com sua forma negra e arredondada, com a circunferência colorida nos tons de um arco-íris, levando quase uma hora para se dispersar.
Quem viu se deliciou e telefonemas foram disparados para chamar a atenção de familiares, namorados e amigos. “Olha para o céu! Olha para o céu!”, exclamava quem queria chamar a atenção para o fato. Na falta de informações, não faltaram palpites, com pessoas afirmando tratar-se de um fenômeno divino e também que “aquilo” era um sinal de muita chuva. Para a grande maioria das pessoas, ver um halo foi a primeira vez.

Como a Física explica esse fenômeno?

Apesar de muitas pessoas nunca terem visto, o halo é um fenômeno óptico muito comum e pode acontecer tanto ao redor do Sol como da Lua, ocorrendo quando a luz do Sol incide sobre minúsculos cristais de gelo presentes nas altas camadas da atmosfera e se refrata, decompondo a luz branca em suas sete cores básicas (violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho). O mesmo efeito é também observado em um arco-íris.

Isaac Newton foi o primeiro cientista a analisar cuidadosamente o que acontece quando a luz atravessa um bloco de vidro triangular (que ficou conhecido como prisma). Certamente você já deve ter percebido algo semelhante ao que Newton observou: algum pedaço de vidro, um aquário ou algo do gênero produzindo faixas coloridas. Em geral são mais visíveis duas ou três cores - azul e vermelho, por exemplo, mas em situações favoráveis percebemos claramente faixas verdes, amarelas e roxas. Você pode observar facilmente este fenômeno, chamado de decomposição da luz branca ou dispersão da luz, utilizando um CD qualquer. Observe os reflexos produzidos que você verá uma variada gama de cores bem vivas. Com seu bloco de vidro Newton produziu seu pequeno arco-íris e estabeleceu as sete cores básicas.

Decomposição prisma
Em muitas circunstâncias, a luz branca incidente em um determinado material produz a gama de cores que Newton observou. O exemplo mais evidente talvez seja o arco-íris. Este belo fenômeno acontece quando o Sol está relativamente baixo, em um lado do céu, e no outro lado existem nuvens escuras de chuva. O arco-íris se forma quando a luz do Sol incide em gotículas de água em suspensão na atmosfera, durante ou após a chuva. Quando um raio de luz solar (luz branca) penetra em uma gota, ele se refrata, sofrendo dispersão. O feixe colorido é refletido na superfície interna da gota e, ao emergir, se refrata novamente, o que causa maior separação das cores. Evidentemente, esta dispersão ocorre em todas as gotas que estiverem recebendo a luz do Sol. A luz vermelha que chega ao observador situado na superfície da Terra é proveniente de gotas mais altas e a luz violeta, de gotas mais baixas. As luzes de cores intermediárias são provenientes de gotas situadas entre estes extremos.


O halo em torno do Sol se forma da mesma maneira que o arco-íris e o que se formou no céu de Imperatriz é chamado de halo de 22 graus, devido ao seu tamanho angular no céu. Normalmente, o fenômeno ocorre na troposfera superior, entre 5 e 10 km de altura.

04 setembro 2009

Estimativas: População de São Luís em Círculo

Se todos os habitantes de São Luís do Maranhão dessem as mãos, formando um círculo, que raio teria esse círculo?

Alunas: Carliane, Ingrid e Paula Manuela

Em primeiro lugar, foi preciso determinar quantos metros de “envergadura”, em média, possuem os braços de um adulto normal, ou seja, considerando a pessoa com os dois braços lateralmente abertos. Quando elas derem as mãos, suponha que os braços estejam totalmente esticados.

Foram medidos os braços de oito pessoas, depois calculada a média: 1,64 m de “envergadura” foi o resultado. Multiplicando esse valor pelo total de habitantes de São Luís, que é de 986.826 habitantes, obtemos aproximadamente 1.619.000 m. Esse é o comprimento da linha formada por todas as pessoas que se deram as mãos. Se elas formarem um círculo, esse valor será o comprimento da circunferência obtida.

O comprimento de uma circunferência é dado por

Logo, o raio do círculo será dado por

O raio do círculo será aproximadamente igual a 257.900 m ou 257,9 km.

Pergunta-se: a área desse círculo é maior ou menor do que a área da ilha de Upaon-Açu, que abrange os municípios de São Luís, São José de Ribamar, Raposa e Paço do Lumiar? E esse círculo caberia inteiro sobre a ilha?

A área total da ilha é de 1.410,015 km2, pesquisada no verbete “Região Metropolitana de São Luís” do site Wikipédia (clique aqui para acessá-lo).


A área do círculo é dada pela fórmula

A área do círculo será aproximadamente igual a 208.900 km2, 148 vezes maior que a área da ilha na qual se situa São Luís. O círculo, então, abrangeria parte do continente e do oceano em volta.

Para simplificar o cálculo, consideramos todos os habitantes de São Luís como adultos, pois as crianças teriam uma “envergadura” de braços muito mais curta. Lembre-se, porém, que este cálculo trata-se de uma estimativa.

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