Revisão de Física: Mecânica, Matéria e Deformações

Qual a diferença entre o centro de massa e o centro de gravidade de um objeto?

Centro de massa:

• É o ponto que representa a localização média da massa de um objeto ou sistema de partículas.
• Normalmente, não coincide com o centro geométrico do objeto, a menos que a distribuição de massa seja perfeitamente uniforme.
• Corresponde ao centro geométrico apenas se a distribuição de massa for uniforme.

Centro de gravidade:

• É o ponto onde o torque resultante, produzido pelo peso do objeto, é nulo, independentemente da sua orientação no campo gravitacional. É o ponto de aplicação da força peso resultante.
• Se um objeto é apoiado ou suspenso pelo seu centro de gravidade, ele se encontra em equilíbrio indiferente (ou neutro), permanecendo na nova posição para a qual for girado.
• Na maioria das situações práticas e para objetos de dimensões relativamente pequenas num campo gravitacional uniforme (como próximo à superfície da Terra), o centro de massa e o centro de gravidade coincidem ou estão muito próximos.

Que tipos de alavancas existem e quais as suas principais características?

As alavancas são máquinas simples que consistem numa barra rígida que pode girar em torno de um ponto fixo chamado fulcro (ou ponto de apoio). São classificadas com base na posição relativa do fulcro (F), da força potente (P - esforço aplicado) e da força resistente (R - carga a ser movida):

• Alavanca Interfixa: O fulcro (F) localiza-se entre a força potente (P) e a força resistente (R). Exemplos: tesoura, gangorra, pé de cabra.
• Alavanca Inter-resistente: A força resistente (R) localiza-se entre o fulcro (F) e a força potente (P). Exemplos: carrinho de mão, quebra-nozes, abridor de garrafas.
• Alavanca Interpotente: A força potente (P) localiza-se entre o fulcro (F) e a força resistente (R). Exemplos: pinça, vara de pescar (considerando a mão que segura a vara como fulcro e a outra que aplica a força), vassoura.

Que tipos de equilíbrio rotacional existem?

O equilíbrio rotacional de um corpo depende do que acontece ao sistema quando ele é ligeiramente deslocado da sua posição de equilíbrio. Existem três tipos principais:

• Equilíbrio Estável: Se o sistema, após ser ligeiramente deslocado da sua posição de equilíbrio, tende a regressar espontaneamente a essa posição original. O centro de gravidade eleva-se quando o corpo é deslocado.
• Equilíbrio Instável: Se o sistema, após ser ligeiramente deslocado da sua posição de equilíbrio, tende a afastar-se ainda mais dessa posição, movendo-se para uma nova configuração. O centro de gravidade baixa quando o corpo é deslocado.
• Equilíbrio Neutro (ou Indiferente): Se o sistema, após ser ligeiramente deslocado, permanece em equilíbrio na nova posição, sem tendência a voltar à original nem a afastar-se mais. O centro de gravidade não se eleva nem baixa quando o corpo é deslocado.

Por que os carros mais velozes são normalmente baixos?

Carros mais velozes são geralmente projetados para serem baixos porque um centro de gravidade mais próximo ao solo aumenta significativamente a estabilidade do veículo. Quanto mais baixo for o centro de gravidade, menor será a tendência do carro a inclinar excessivamente ou capotar em curvas feitas em alta velocidade, além de melhorar a aerodinâmica e a aderência dos pneus à pista. Isso permite manobras mais seguras, precisas e eficientes em altas velocidades.

Imagine que está a transportar um peso na mão direita. Por que é que, apesar do peso, o seu corpo se inclina para o lado oposto?

Quando uma pessoa transporta uma carga pesada numa das mãos (por exemplo, na mão direita), o corpo instintivamente inclina-se para o lado oposto. Esta inclinação é um mecanismo de compensação para reposicionar o centro de gravidade combinado do sistema (pessoa + carga). Ao inclinar-se, a pessoa ajusta a distribuição da sua massa de forma que a linha vertical que passa pelo novo centro de gravidade continue a cair dentro da sua base de apoio (a área delimitada pelos pés). Manter o centro de gravidade sobre a base de apoio é crucial para preservar o equilíbrio e evitar quedas.

Quais as principais características de cada um dos estados físicos da matéria?

Sólido:

No estado sólido, a matéria apresenta volume e forma definidos, resistindo à deformação. As partículas (átomos, moléculas ou íons) estão muito próximas umas das outras e dispostas num arranjo geralmente ordenado, mantidas em posições relativamente fixas por intensas forças de coesão, que são maiores que as forças de repulsão. As partículas possuem principalmente energia cinética vibracional, vibrando em torno dessas posições fixas.

Líquido:

No estado líquido, a matéria possui volume definido, mas não forma própria, adaptando-se à forma do recipiente que a contém. A distância entre as moléculas é maior do que nos sólidos, permitindo-lhes maior mobilidade, mas as forças de coesão ainda são significativas para manter o volume constante. As moléculas de um material no estado líquido possuem mais energia cinética do que no estado sólido (à mesma pressão), o que se traduz numa maior liberdade de movimento (translação, rotação e vibração).

Gasoso:

No estado gasoso, a matéria não possui volume nem forma definidos, ocupando todo o espaço disponível no recipiente que a contém. As partículas estão muito afastadas umas das outras, com forças de coesão praticamente desprezíveis e movendo-se de forma caótica e em alta velocidade. Os gases são facilmente compressíveis devido ao grande espaço vazio entre as partículas. A pressão exercida por um gás resulta das contínuas colisões das suas partículas contra as paredes do recipiente.

Qual é a diferença entre ligações primárias e secundárias?

As ligações químicas podem ser classificadas com base na sua força e na forma como unem átomos ou moléculas:

Ligações Primárias (ou Intramoleculares):

• São ligações químicas fortes que mantêm os átomos unidos para formar moléculas ou estruturas cristalinas.
• Exemplos incluem:
  • Ligações Covalentes: Envolvem o compartilhamento de elétrons entre átomos.
  • Ligações Iônicas: Resultam da atração eletrostática entre íons de cargas opostas.
  • Ligações Metálicas: Caracterizadas por um "mar" de elétrons deslocalizados compartilhados por uma rede de cátions metálicos.

Ligações Secundárias (ou Intermoleculares):

• São forças de atração mais fracas que ocorrem entre moléculas distintas ou entre diferentes partes de uma macromolécula.
• São interações não covalentes.
• A sua força e estabilidade podem depender de fatores externos, como pressão e temperatura. Exemplos incluem forças de Van der Waals (dipolo-dipolo, dipolo-induzido, forças de dispersão de London) e pontes de hidrogênio.

Em que é que se distingue um sólido amorfo de um sólido cristalino?

A principal distinção entre um sólido amorfo e um sólido cristalino reside na organização interna das suas partículas constituintes (átomos, íons ou moléculas):

Sólido Amorfo:

• Apresenta uma estrutura interna desordenada, sem um padrão regular e repetitivo de longo alcance na disposição das suas partículas. Exemplos: vidro, borracha, muitos plásticos.
• É menos frequente na natureza em sua forma pura, quando comparado aos sólidos cristalinos.

Sólido Cristalino:

• Possui uma estrutura interna altamente ordenada e tridimensional, com partículas arranjadas num padrão geométrico regular que se repete por longas distâncias, formando uma rede cristalina.
• Exemplos incluem a matriz inorgânica do osso ou do dente (como a hidroxiapatita), sal de cozinha (NaCl), quartzo, diamante.
• A estrutura é formada pela repetição de uma unidade básica fundamental chamada célula unitária.
• Frequentemente exibe uma forma geométrica externa definida, com faces planas e ângulos característicos.
• A sua estrutura ordenada é estabilizada por ligações primárias e/ou secundárias que mantêm as partículas em posições fixas.

Distinga deformação elástica de deformação plástica.

A deformação de um material sob a ação de uma força externa pode ser classificada em dois tipos principais, com base na sua reversibilidade:

• Deformação Elástica: É uma deformação temporária e reversível. Quando a força que causa a deformação é removida, o material retorna completamente à sua forma e dimensões originais, sem alterações permanentes.
• Deformação Plástica: É uma deformação permanente e irreversível. Mesmo após a remoção da força aplicada, o material não retorna à sua forma original, mantendo uma alteração residual na sua estrutura e dimensões.

Explique em que consiste a Lei de Hooke.

A Lei de Hooke é um princípio da física que descreve o comportamento elástico de muitos materiais quando submetidos a tensões (forças de tração ou compressão). Ela afirma que, dentro do limite elástico do material, a deformação (alongamento ou compressão) é diretamente proporcional à tensão aplicada.

Matematicamente, a lei é frequentemente expressa como:

T = E × ε

Onde:

• T (ou σ, sigma) representa a tensão (força por unidade de área) aplicada ao material.
• E é o Módulo de Young (ou módulo de elasticidade), uma constante que representa a rigidez do material. É uma característica intrínseca do material, indicando sua resistência à deformação elástica.
• ε (épsilon) representa a deformação específica (ou strain), que é a variação relativa do comprimento do material (ΔL/L₀).

Em termos mais simples, a Lei de Hooke indica que, para pequenas deformações, a força necessária para esticar ou comprimir uma mola (ou deformar um material elástico) é proporcional à quantidade de estiramento ou compressão. A constante de proporcionalidade (k, no caso de molas, F = kx) ou o Módulo de Young (E, para materiais) é uma medida da "dureza" ou rigidez do material.