Grandezas físicas e unidades de medida

Guia de estudo · Revisado em 15/09/2026

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Produzir uma tonelada de alumina consome 15,0 MWh. Quantos MJ por quilograma são? Nenhuma lei física entra na conta, e mesmo assim o item do PAS 3 derrubou quem trocou um prefixo. O que uma unidade carrega que o número sozinho não carrega?

O que você vai aprender

  • Reconhecer que uma medida é a comparação com um padrão e escrevê-la como valor vezes unidade, com a incerteza que o instrumento permite.
  • Identificar as sete unidades de base do SI (m, kg, s, A, K, mol, cd) e montar as derivadas mais usadas (N, J, W, Pa, Hz, C, V) a partir das fórmulas que as definem, sem confundir quilograma com newton nem kW com kWh.
  • Usar prefixos de pico a giga e notação científica com mantissa em [1, 10), operando produtos, quocientes, somas e potências de dez.
  • Converter unidades pelo fator unitário: km/h para m/s e de volta, área e volume com o fator elevado ao quadrado e ao cubo, litro e metro cúbico, g/cm³ e kg/m³, MWh e MJ.
  • Aplicar a homogeneidade dimensional para deduzir a unidade de uma constante, conferir uma fórmula lembrada pela metade e reconhecer o que a análise dimensional não decide.
  • Estimar ordens de grandeza, contar algarismos significativos, arredondar no fim da conta e ler unidades em instrumentos, tabelas e eixos de gráficos, reconhecendo que inclinação e área herdam as unidades dos eixos.

Em dezembro de 2023, a prova do PAS 3 deu ao candidato um dado de engenharia: produzir uma tonelada de alumina consome 15,0 MWh de energia elétrica. E pediu o mesmo número em MJ/kg. Não havia física nova no item, nenhuma lei, nenhuma fórmula: só uma quantidade escrita em duas roupas diferentes. Quem sabia que “mega” é um milhão, que uma hora são 3 600 segundos e que uma tonelada são mil quilogramas chegou a 54; quem trocou um prefixo ou esqueceu de dividir pela massa escreveu outro número na folha de respostas. Um ano depois, o PAS 3 descreveu um raio: 30 mil ampères, 100 milhões de volts, 1 quilômetro de nuvem a solo. Um item afirmava que o campo elétrico valia “cerca de 100 V/m”. Bastava dividir 10⁸ por 10³ para ver que faltavam três zeros.

Esta página é sobre a parte da Física que todo item quantitativo usa antes de qualquer outra: o que é uma medida, quais unidades o mundo combinou usar, como passar de uma para outra sem errar por mil, como as unidades denunciam uma fórmula errada, como estimar quando o dado exato não existe e quantos algarismos uma resposta merece. Vetores, cinemática, leis de Newton e hidrostática têm páginas próprias; aparecem aqui só quando uma unidade delas ensina alguma coisa.

Medir é comparar com um padrão

Uma pista de atletismo tem 400 metros. A frase esconde uma comparação: alguém tomou o comprimento da pista e verificou quantas vezes o comprimento chamado metro cabe nela. Toda medida é isso: uma grandeza (a propriedade que se mede: comprimento, massa, tempo), um valor numérico (quantas vezes) e uma unidade (o padrão de comparação). Tire qualquer um dos três e a informação desaparece: “a pista tem 400” não diz nada, e “a pista tem metros” também não.

Grandeza, valor e unidade

Uma medida se escreve como valor vezes unidade: L=400 mL = 400\ \text{m}. O valor depende da unidade escolhida (a mesma pista tem 0,4 km e 40 000 cm), mas a grandeza não muda. Por isso a unidade acompanha o número em toda conta, como se fosse um fator algébrico: 400 m400\ \text{m} é “400 vezes m”, e é isso que permite converter multiplicando e dividindo.

Uma medida real nunca é exata. A régua escolar tem traços a cada milímetro; entre dois traços, o olho estima. Uma balança digital de cozinha arredonda para o grama mais próximo. Toda medida carrega uma incerteza, e a forma honesta de escrevê-la é com o número de algarismos que o instrumento sustenta, assunto de uma seção adiante. Por enquanto, guarde a ideia: medir é comparar, e a comparação tem um limite de precisão que vem do instrumento, não do cuidado de quem mede.

Sete unidades bastam para descrever o mundo

Cada país já teve suas próprias unidades (pé, jarda, légua, arroba), e a confusão custava caro no comércio e na ciência. O Sistema Internacional de Unidades (SI), herdeiro do sistema métrico da Revolução Francesa e mantido hoje pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas, resolve o problema com uma escolha enxuta: sete grandezas de base, cada uma com uma unidade, e todas as outras derivadas delas por multiplicação e divisão.

Sete caixas na linha de cima com as unidades de base do SI e suas grandezas: metro (comprimento), quilograma (massa), segundo (tempo), ampere (corrente elétrica), kelvin (temperatura), mol (quantidade de matéria) e candela (intensidade luminosa). Setas descem para caixas de unidades derivadas: newton igual a quilograma vezes metro por segundo ao quadrado; joule igual a newton vezes metro; watt igual a joule por segundo; pascal igual a newton por metro quadrado; hertz igual a um por segundo; coulomb igual a ampere vezes segundo; volt igual a joule por coulomb.
As sete unidades de base do SI e as derivadas que mais aparecem na prova. Cada unidade derivada é um produto ou quociente das de base: 1 N=1 kg⋅m/s21\ \text{N} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m/s}^2, 1 J=1 N⋅m1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m}, 1 W=1 J/s1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}, 1 Pa=1 N/m21\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2. Diagrama autoral.
As sete unidades de base do SI
Grandeza Unidade Símbolo
comprimento metro m
massa quilograma kg
tempo segundo s
corrente elétrica ampere A
temperatura termodinâmica kelvin K
quantidade de matéria mol mol
intensidade luminosa candela cd

Desde 2019, todas são definidas a partir de constantes da natureza (a velocidade da luz, a constante de Planck, a carga do elétron, entre outras), e não mais por objetos guardados num cofre: o metro é a distância que a luz percorre no vácuo em 1/299 792 4581/299\,792\,458 de segundo. Os símbolos são fixos: kg (não “Kg”), s (não “seg”), m (não “mt”). Os nomes escrevem-se em minúsculas mesmo quando homenageiam uma pessoa (newton, joule, kelvin); só o símbolo leva maiúscula (N, J, K).

Na mecânica do ensino médio, três bastam: metro, quilograma e segundo. Todo o resto se monta a partir delas.

Unidades derivadas: a fórmula que as define

Uma unidade derivada nasce da definição da grandeza. Velocidade =deslocamentotempo= \dfrac{\text{deslocamento}}{\text{tempo}} → m/s. Aceleração =ΔvΔt= \dfrac{\Delta v}{\Delta t} → (m/s)/s = m/s². Força F=maF = ma → kg·m/s², batizado de newton (N). Trabalho e energia W=FdW = F d → N·m = kg·m²/s², o joule (J). Potência P=W/tP = W/t → J/s, o watt (W). Pressão p=F/Ap = F/A → N/m², o pascal (Pa). Frequência f=1/Tf = 1/T → 1/s, o hertz (Hz). Carga elétrica q=i tq = i\,t → A·s, o coulomb ©. Tensão elétrica U=E/qU = E/q → J/C, o volt (V), que também é W/A. Nomes próprios só encurtam: escrever “N” ou “kg·m/s²” é a mesma coisa, e a prova usa as duas formas.

Duas unidades fora do SI convivem com ele e caem em prova. O litro (L) é uma unidade de volume: 1 L=1 dm3=10−3 m31\ \text{L} = 1\ \text{dm}^3 = 10^{-3}\ \text{m}^3, e 1 mL=1 cm31\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3. A tonelada (t) vale 1 000 kg. Em Física atômica, o elétron-volt (eV) mede energia: é o trabalho para mover um elétron através de 1 volt, cerca de 1,6×10−191{,}6\times10^{-19} J. Em 2008, o PAS 3 afirmou que o elétron-volt é uma unidade frequente na física atômica e que, no SI, a unidade correspondente é o joule; o item estava certo. E na medição de energia elétrica das contas de luz aparece o quilowatt-hora (kWh): potência vezes tempo, portanto energia, 1 kWh=1 000 W×3 600 s=3,6×106 J=3,6 MJ1\ \text{kWh} = 1\,000\ \text{W}\times 3\,600\ \text{s} = 3{,}6\times10^{6}\ \text{J} = 3{,}6\ \text{MJ}.

Quilograma não é newton

“Peso 70 kg” é frase de balança, não de Física. A balança mede a força com que a Terra puxa o corpo (o peso, em newtons) e mostra a massa correspondente (em quilogramas), porque na Terra as duas são proporcionais: P=mgP = mg, com g≈10 m/s2g \approx 10\ \text{m/s}^2 nas provas do PAS. Uma pessoa de 70 kg pesa 700 N. Massa é quantidade de matéria e é a mesma na Lua; peso é força e lá vale um sexto. Item que escreve “peso de 70 kg” ou “força de 5 kg” está misturando as duas grandezas, e a banca sabe.

Prefixos e notação científica: como escrever o muito grande e o muito pequeno

Um fio de cabelo tem cerca de 0,00007 m de espessura; a distância da Terra ao Sol é de uns 150 000 000 000 m. Escrever assim convida ao erro de contagem de zeros. O SI oferece dois remédios que se combinam: os prefixos e a notação científica.

Uma escada de degraus da esquerda para a direita, cada degrau com um prefixo do SI e sua potência de dez: pico dez elevado a menos doze, nano dez elevado a menos nove, micro dez elevado a menos seis, mili dez elevado a menos três, centi dez elevado a menos dois, deci dez elevado a menos um, a unidade no centro, quilo dez elevado a três, mega dez elevado a seis, giga dez elevado a nove. Setas indicam que subir um degrau grande multiplica por mil e descer divide por mil. Exemplos abaixo: 3 quilômetros igual a 3 000 metros; 5 milissegundos igual a 0,005 segundo.
A escada dos prefixos. De mili a quilo a escada anda de três em três zeros; centi e deci são os degraus intermediários que só o metro usa com frequência. Para passar de um prefixo a outro, conte os degraus: de km para mm são seis casas (10610^{6}). Diagrama autoral.
Prefixos do SI que a prova usa
Prefixo Símbolo Fator Exemplo
giga G 10910^{9} 2 GB, 1 GW
mega M 10610^{6} 100 MV, 15 MWh
quilo k 10310^{3} 90 kW, 1 km
hecto h 10210^{2} 1 hPa (pressão atmosférica ≈ 1 013 hPa)
deci d 10−110^{-1} 1 dm³ = 1 L
centi c 10−210^{-2} 1 cm
mili m 10−310^{-3} 5 ms, 30 mA
micro µ 10−610^{-6} 3 µC
nano n 10−910^{-9} 500 nm (luz visível)
pico p 10−1210^{-12} 1 pF

Maiúsculas e minúsculas distinguem prefixos: m é mili (10−310^{-3}), M é mega (10610^{6}); k de quilo é minúsculo. Quando o prefixo se junta a uma unidade elevada a uma potência, o expoente vale para o conjunto: 1 km2=(103 m)2=106 m21\ \text{km}^2 = (10^3\ \text{m})^2 = 10^6\ \text{m}^2, não 103 m210^3\ \text{m}^2.

A notação científica escreve qualquer número como uma mantissa entre 1 e 10 (incluindo o 1, excluindo o 10) multiplicada por uma potência de dez: 0,00007=7×10−50{,}00007 = 7\times10^{-5}; 150 000 000 000=1,5×1011150\,000\,000\,000 = 1{,}5\times10^{11}. O expoente diz quantas casas a vírgula andou: para a esquerda, expoente positivo; para a direita, negativo. Duas regras operacionais resolvem quase tudo:

  • Multiplicar: multiplicam-se as mantissas e somam-se os expoentes. (3×104)(2×10−7)=6×10−3(3\times10^{4})(2\times10^{-7}) = 6\times10^{-3}.
  • Dividir: dividem-se as mantissas e subtraem-se os expoentes. 108103=105\dfrac{10^{8}}{10^{3}} = 10^{5}; foi essa a conta do raio de 2024.
  • Somar ou subtrair: primeiro iguale os expoentes. 3×105+2×104=30×104+2×104=32×104=3,2×1053\times10^{5} + 2\times10^{4} = 30\times10^{4} + 2\times10^{4} = 32\times10^{4} = 3{,}2\times10^{5}.
  • Elevar a uma potência: eleva-se a mantissa e multiplica-se o expoente. (6×103)2=36×106=3,6×107(6\times10^{3})^2 = 36\times10^{6} = 3{,}6\times10^{7}.
53,34 × 10¹¹ não está em notação científica

A prova escreve números com mantissa fora do intervalo [1,10)[1, 10) de propósito: “energia igual a 53,34×101153{,}34\times10^{11} J”, no PAS 1 de 2016. Antes de comparar com outra potência de dez, normalize: 53,34×1011=5,334×101253{,}34\times10^{11} = 5{,}334\times10^{12}. Quem compara expoentes sem normalizar (101110^{11} contra 101210^{12}) erra a ordem de grandeza por dez. O mesmo cuidado vale para o resultado de uma multiplicação: 36×10636\times10^{6} é 3,6×1073{,}6\times10^{7}.

Converter é multiplicar por um

A técnica que serve para toda conversão, da mais simples à mais enrolada, chama-se fator unitário: multiplicar a medida por uma fração que vale exatamente 1 porque numerador e denominador são a mesma quantidade escrita em unidades diferentes. Como 1 km=1 000 m1\ \text{km} = 1\,000\ \text{m}, a fração 1 000 m1 km\dfrac{1\,000\ \text{m}}{1\ \text{km}} vale 1, e multiplicar por ela não muda a grandeza, só a roupa. As unidades se cancelam como fatores algébricos.

Conversão de 72 quilômetros por hora para metros por segundo escrita como produto de frações: 72 km sobre h, vezes 1 000 m sobre 1 km, vezes 1 h sobre 3 600 s. Os símbolos km e h aparecem riscados em cores, indicando cancelamento, e sobra 72 vezes 1 000 sobre 3 600 igual a 20 m/s. Abaixo, uma régua dupla mostra as correspondências 36, 54, 72, 90, 108 e 144 km/h com 10, 15, 20, 25, 30 e 40 m/s, e a regra dividir por 3,6 em um sentido e multiplicar por 3,6 no outro.
O fator unitário em ação: cada fração vale 1, e as unidades se cancelam como letras em uma expressão algébrica. O resultado 1 000/3 600=1/3,61\,000/3\,600 = 1/3{,}6 é a origem do atalho "divida por 3,6". A régua de baixo é a tabela que vale decorar. Diagrama autoral.
Fator unitário

Para converter uma medida, multiplique-a por frações iguais a 1, montadas com as igualdades entre unidades, orientadas de modo que a unidade velha fique no denominador e se cancele.

72 kmh×1 000 m1 km×1 h3 600 s=72×1 0003 600 ms=20 m/s72\ \frac{\text{km}}{\text{h}}\times\frac{1\,000\ \text{m}}{1\ \text{km}}\times\frac{1\ \text{h}}{3\,600\ \text{s}} = \frac{72\times1\,000}{3\,600}\ \frac{\text{m}}{\text{s}} = 20\ \text{m/s}

O método vale para qualquer unidade composta: basta um fator por unidade a trocar.

De km/h para m/s e de volta. 1 km/h=1 000 m3 600 s=13,6 m/s1\ \text{km/h} = \dfrac{1\,000\ \text{m}}{3\,600\ \text{s}} = \dfrac{1}{3{,}6}\ \text{m/s}. Logo, km/h → m/s: divida por 3,6; m/s → km/h: multiplique por 3,6. Conferência de sentido: o mesmo movimento tem número maior em km/h (72) que em m/s (20), porque a hora é uma unidade de tempo muito maior que o segundo. Se a sua conversão deu número maior em m/s, o fator está invertido. A tabela de valores redondos economiza tempo de prova: 36 → 10, 54 → 15, 72 → 20, 90 → 25, 108 → 30, 144 → 40.

Área e volume: o fator vai ao quadrado e ao cubo. Aqui mora o erro mais frequente de toda a conversão. Se 1 m=100 cm1\ \text{m} = 100\ \text{cm}, então 1 m2=(100 cm)2=10 000 cm21\ \text{m}^2 = (100\ \text{cm})^2 = 10\,000\ \text{cm}^2 e 1 m3=(100 cm)3=1 000 000 cm31\ \text{m}^3 = (100\ \text{cm})^3 = 1\,000\,000\ \text{cm}^3. A conversão de comprimento é a mesma, mas ela aparece duas vezes na área e três no volume.

Três painéis. No primeiro, um segmento de 1 metro dividido em 100 centímetros. No segundo, um quadrado de 1 metro de lado quadriculado em 100 por 100 células de 1 centímetro, totalizando 10 000 centímetros quadrados. No terceiro, um cubo de 1 metro de aresta com a indicação de 100 por 100 por 100 igual a 1 000 000 de centímetros cúbicos, e a nota de que esse volume equivale a 1 000 litros, com um cubo pequeno de 1 decímetro de aresta igual a 1 litro.
O mesmo fator 100, contado uma, duas e três vezes. 1 m2=104 cm21\ \text{m}^2 = 10^4\ \text{cm}^2; 1 m3=106 cm3=1 000 L1\ \text{m}^3 = 10^6\ \text{cm}^3 = 1\,000\ \text{L}, porque o litro é o decímetro cúbico e cabem 10×10×1010\times10\times10 deles no metro cúbico. Diagrama autoral.
Dividir área por 100

Uma chapa de 200 cm² tem 200/10 000=0,02 m2200/10\,000 = 0{,}02\ \text{m}^2, não 2 m². Uma caixa de 5 000 cm³ tem 5 000/106=0,005 m35\,000/10^6 = 0{,}005\ \text{m}^3, ou 5 litros. Sempre que a unidade tiver expoente, eleve o fator de conversão ao mesmo expoente. O jeito seguro é escrever o fator unitário elevado: (1 m100 cm)2=1 m2104 cm2\left(\dfrac{1\ \text{m}}{100\ \text{cm}}\right)^2 = \dfrac{1\ \text{m}^2}{10^4\ \text{cm}^2}.

Litro e metro cúbico. 1 L=1 dm31\ \text{L} = 1\ \text{dm}^3; como 1 m=10 dm1\ \text{m} = 10\ \text{dm}, 1 m3=103 dm3=1 000 L1\ \text{m}^3 = 10^3\ \text{dm}^3 = 1\,000\ \text{L}. E 1 mL=1 cm31\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3. Uma caixa-d’água de 1 m³ guarda mil litros; uma piscina de 25 m×12 m×2 m=600 m325\ \text{m}\times12\ \text{m}\times2\ \text{m} = 600\ \text{m}^3 guarda 600 mil litros.

Densidade: g/cm³ e kg/m³. A água tem densidade 1 g/cm³. Em unidades do SI:

1 gcm3×1 kg1 000 g×106 cm31 m3=1 000 kgm31\ \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}\times\frac{1\ \text{kg}}{1\,000\ \text{g}}\times\frac{10^{6}\ \text{cm}^3}{1\ \text{m}^3} = 1\,000\ \frac{\text{kg}}{\text{m}^3}

O fator é 1 000 porque a massa cai por mil e o volume sobe por um milhão. Regra prática: g/cm³ → kg/m³, multiplique por 1 000. Ferro, 7,6 g/cm³ (o dado do PAS 1 de 2016), é 7 600 kg/m³; e como 1 L = 1 000 cm³, 1 g/cm³ também é 1 kg/L, o que torna “1 litro de água tem 1 kg” imediato.

Energia e potência: kWh, MWh, MJ. Potência é energia por tempo, então energia é potência vezes tempo, e as unidades seguem: W·s = J; kW·h = 3,6 MJ; MW·h = 3 600 MJ. O item do PAS 3 de 2023 pedia 15,0 MWh por tonelada em MJ/kg:

15,0 MWht×3 600 MJ1 MWh×1 t1 000 kg=15×3 6001 000 MJkg=54 MJ/kg15{,}0\ \frac{\text{MWh}}{\text{t}}\times\frac{3\,600\ \text{MJ}}{1\ \text{MWh}}\times\frac{1\ \text{t}}{1\,000\ \text{kg}} = \frac{15\times3\,600}{1\,000}\ \frac{\text{MJ}}{\text{kg}} = 54\ \text{MJ/kg}

Em 2007, o PAS 1 descreveu os motores de 90 kW de um zepelim e perguntou se cada um transformava mais de 5 MJ por minuto: 90 000 J/s×60 s=5 400 000 J=5,4 MJ90\,000\ \text{J/s}\times60\ \text{s} = 5\,400\,000\ \text{J} = 5{,}4\ \text{MJ}. Certo.

A milha náutica nasceu de uma medida de tempo

Em 2006, o PAS 1 contou como se media a velocidade de uma caravela: um cabo com nós a cada 14,46 m era solto na água durante os 30 segundos de uma ampulheta, e o número de nós que saíam dava a velocidade em milhas náuticas por hora. Daí o nome da unidade de velocidade dos navios, o nó. O item pedia o comprimento da milha náutica: se em 30 s saem nn nós, ou seja, 14,46 n14{,}46\,n metros, em uma hora (120 intervalos de 30 s) saem 14,46×120 n=1 735,2 n14{,}46\times120\,n = 1\,735{,}2\,n metros. Um nó é uma milha náutica por hora, logo 1 milha náutica =1 735,2= 1\,735{,}2 m pelos dados do texto (o valor oficial atual é 1 852 m; a prova pedia a conta com os números fornecidos).

As unidades denunciam a fórmula errada

Toda equação física iguala grandezas da mesma natureza: metros com metros, joules com joules. Essa exigência, chamada homogeneidade dimensional, é uma ferramenta de conferência que não precisa de nenhum dado numérico. Se o lado esquerdo é uma velocidade e o direito sai em m/s², a fórmula está errada antes de qualquer conta.

Duas fórmulas candidatas para a distância de frenagem, d igual a v ao quadrado sobre 2a e d igual a v sobre 2a, cada uma com as unidades substituídas passo a passo. Na primeira, metro ao quadrado por segundo ao quadrado dividido por metro por segundo ao quadrado resulta em metro, marcado com um sinal de aprovação. Na segunda, metro por segundo dividido por metro por segundo ao quadrado resulta em segundo, marcado com um sinal de reprovação: a fórmula não pode ser uma distância.
Substitua cada grandeza por sua unidade e simplifique. (m/s)2m/s2=m\dfrac{(\text{m/s})^2}{\text{m/s}^2} = \text{m}: a fórmula pode ser uma distância. m/sm/s2=s\dfrac{\text{m/s}}{\text{m/s}^2} = \text{s}: essa é um tempo, não uma distância. A análise dimensional reprova a segunda sem que se saiba nada de frenagem. Diagrama autoral.
Dimensões e homogeneidade

Na mecânica, toda grandeza se escreve como produto de potências de três dimensões: massa [M][M], comprimento [L][L] e tempo [T][T]. Velocidade: [L][T]−1[L][T]^{-1}. Aceleração: [L][T]−2[L][T]^{-2}. Força: [M][L][T]−2[M][L][T]^{-2}. Energia e trabalho: [M][L]2[T]−2[M][L]^{2}[T]^{-2}. Potência: [M][L]2[T]−3[M][L]^{2}[T]^{-3}. Pressão: [M][L]−1[T]−2[M][L]^{-1}[T]^{-2}. Uma equação é dimensionalmente homogênea quando os dois lados têm as mesmas dimensões e só se somam termos de mesma dimensão. Toda equação correta é homogênea; a recíproca não vale.

Três usos aparecem em prova.

Deduzir a unidade de uma constante. Na lei de Hooke, F=kxF = kx, a constante elástica tem unidade de força por comprimento: N/m, que em unidades de base é kg/s². Na gravitação, F=GMmd2F = G\dfrac{Mm}{d^2}, logo G=Fd2MmG = \dfrac{F d^2}{Mm} tem unidade N⋅m2kg2\dfrac{\text{N}\cdot\text{m}^2}{\text{kg}^2}, ou m3 kg−1 s−2\text{m}^3\,\text{kg}^{-1}\,\text{s}^{-2}. Na fórmula P=ρghP = \rho g h da pressão em um líquido, com ρ\rho em kg/m³, gg em m/s² e hh em m, o produto dá kgm3⋅ms2⋅m=kgm⋅s2\dfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}\cdot\dfrac{\text{m}}{\text{s}^2}\cdot\text{m} = \dfrac{\text{kg}}{\text{m}\cdot\text{s}^2}, que é N/m², o pascal. As unidades fecham: a fórmula pode estar certa.

Checar uma fórmula lembrada pela metade. O período de um pêndulo é T=2πL/gT = 2\pi\sqrt{L/g} ou 2πg/L2\pi\sqrt{g/L}? Teste: mm/s2=s2=s\sqrt{\dfrac{\text{m}}{\text{m/s}^2}} = \sqrt{\text{s}^2} = \text{s}. A primeira dá tempo; a segunda daria 1/s. É a primeira. Na energia cinética, 12mv2\frac{1}{2}mv^2 dá kg⋅m2/s2=J\text{kg}\cdot\text{m}^2/\text{s}^2 = \text{J}; 12mv\frac{1}{2}mv daria kg·m/s, que é unidade de quantidade de movimento, não de energia.

Ler o expoente de uma proporção. Quando uma grandeza varia com o quadrado de outra, duplicar a segunda multiplica a primeira por quatro, não por dois. A distância de frenagem d=v2/(2a)d = v^2/(2a) carrega vv ao quadrado: o carro que freia a 144 km/h consome o quádruplo da pista exigida a 72 km/h. Antes de julgar um “dobro” em um item, pergunte que expoente a fórmula carrega.

O que a análise dimensional não faz

Ela não enxerga números puros. mv2mv^2 e 12mv2\frac{1}{2}mv^2 têm a mesma dimensão de energia, e só a Física diz que a energia cinética é a segunda. Também não distingue grandezas diferentes com a mesma unidade: torque e trabalho medem-se ambos em N·m, e são coisas distintas. A análise dimensional reprova fórmulas erradas; não aprova fórmulas certas. Use-a como filtro, não como prova.

Ordem de grandeza: acertar o expoente antes da vírgula

Muitos itens não pedem o valor: pedem se uma quantidade é “superior a”, “da ordem de”, “cerca de”. Aí o que interessa é a potência de dez do resultado, e um erro de fator 2 não muda a resposta, mas um erro de fator 1 000 muda.

Uma reta horizontal graduada em potências de dez de metros, de dez elevado a menos dez até dez elevado a treze. Marcadores nomeados ao longo dela: átomo em dez elevado a menos dez, vírus em dez elevado a menos sete, fio de cabelo em dez elevado a menos quatro, pessoa em dez elevado a zero, quarteirão em dez elevado a dois, Brasília a Lisboa em dez elevado a sete, diâmetro da Terra em dez elevado a sete, distância Terra-Lua em dez elevado a oito, Terra-Sol em dez elevado a onze. Cada intervalo entre marcas representa um fator dez, e a legenda indica que a régua é logarítmica.
Régua logarítmica de comprimentos: cada passo é um fator 10. O átomo e a distância Terra–Sol estão separados por 21 passos. Saber em que casa um resultado deve cair é a primeira conferência de qualquer conta. Diagrama autoral.
Ordem de grandeza

A ordem de grandeza de um número é a potência de dez mais próxima dele. Escreva o número em notação científica, N=m×10nN = m\times10^{n} com 1≤m<101 \le m < 10: se m<10≈3,16m < \sqrt{10} \approx 3{,}16, a ordem é 10n10^{n}; se m≥3,16m \ge 3{,}16, é 10n+110^{n+1}. A altura de uma pessoa (1,7×1001{,}7\times10^{0} m) é da ordem de 10010^{0} m; o número de segundos em um dia (8,64×1048{,}64\times10^{4}) é da ordem de 10510^{5}. Há quem arredonde só pelo expoente, e a banca sabe da divergência: em 2012, o PAS 3 pediu, num item tipo B, a ordem de grandeza da razão entre as forças elétrica e gravitacional entre dois elétrons, cerca de 4×10424\times10^{42}, e o gabarito oficial aceitou 42 e 43. Adote o critério da raiz, que é o dos livros, e não se assuste se a mantissa cair perto de 3.

Estimativa de Fermi. Quando falta o dado, estime cada fator com um número redondo e multiplique. Quantos segundos tem um ano? 365×24×3 600≈3,15×107365\times24\times3\,600 \approx 3{,}15\times10^{7} s (um ano tem, com boa aproximação, π×107\pi\times10^{7} segundos). Quantas vezes o coração bate em uma vida de 80 anos? 70 batidas/min×60×24×365×80≈2,9×10970\ \text{batidas/min}\times60\times24\times365\times80 \approx 2{,}9\times10^{9}: da ordem de 10910^{9}, bilhões, não milhões nem trilhões.

O PAS 1 de 2006 fez uma dessas com o descobrimento: a frota de Cabral levou 44 dias para percorrer 7 mil quilômetros, e o item afirmava que a velocidade média foi inferior a 1 metro por segundo. 7×106 m7\times10^{6}\ \text{m} divididos por 44×86 400≈3,8×106 s44\times86\,400 \approx 3{,}8\times10^{6}\ \text{s} dão cerca de 1,8 m/s. Errado, e sem precisar de calculadora: 7 milhões sobre 3,8 milhões é quase 2.

Em 2016, um bloco sobre a escala Richter forneceu uma tabela (magnitude 4,0 equivale a 6 t de TNT, uma “bomba atômica de baixa potência”; 6,0 equivale a 1 270 t) e a energia de 1 kg de TNT, 4,2×1064{,}2\times10^{6} J. Um item perguntava se um meteorito de 1,4×1031{,}4\times10^{3} kg a 6 km/s transmitiria mais energia que duas bombas de baixa potência. Energia cinética: 12×1 400×(6 000)2=700×3,6×107=2,52×1010\frac{1}{2}\times1\,400\times(6\,000)^2 = 700\times3{,}6\times10^{7} = 2{,}52\times10^{10} J. Duas bombas: 12 000 kg×4,2×106=5,04×101012\,000\ \text{kg}\times4{,}2\times10^{6} = 5{,}04\times10^{10} J. Metade: errado. Repare no que decidiu o item: converter 6 km/s em 6 000 m/s antes de elevar ao quadrado. Quem esquece o prefixo erra por um milhão.

Trinta mil ampères e cem milhões de volts

O PAS 3 de 2024 descreveu um raio típico: corrente de 30 mil ampères, tensão de 100 milhões de volts, 1 km entre nuvem e solo, 0,1 milissegundo de duração. Escritos em notação científica, 3×1043\times10^{4} A e 1×1081\times10^{8} V: a potência é P=Ui=3×1012P = Ui = 3\times10^{12} W, três trilhões de watts, como dizia um item certo. O campo elétrico, supondo-o uniforme, é E=U/d=108/103=105E = U/d = 10^{8}/10^{3} = 10^{5} V/m, e o item que afirmava “cerca de 100 V/m” estava errado por um fator mil. Nenhuma lei nova foi necessária: só prefixos e potências de dez.

Quantos algarismos uma resposta merece

Uma régua milimetrada diz que um lápis tem “entre 14,3 e 14,4 cm”; quem mede estima o próximo algarismo, digamos 14,35 cm. Esses quatro algarismos são significativos: os três primeiros são certos, o último é duvidoso (estimado). Escrever 14,3500 cm seria mentir sobre a precisão da régua; escrever 14 cm seria jogar informação fora.

Algarismos significativos e arredondamento

Contar: são significativos todos os algarismos a partir do primeiro não nulo à esquerda, incluindo zeros no meio e à direita depois da vírgula. 0,004500{,}00450 tem três (4, 5, 0); 2,052{,}05 tem três; 300300 é ambíguo (um ou três), o que a notação científica resolve: 3×1023\times10^{2} (um) ou 3,00×1023{,}00\times10^{2} (três). Multiplicar e dividir: o resultado fica com tantos algarismos significativos quanto o fator que tiver menos. 2,5×3,14159=7,85…→7,92{,}5\times3{,}14159 = 7{,}85\ldots \to 7{,}9 (dois algarismos, como o 2,5). Somar e subtrair: o resultado fica com tantas casas decimais quanto o termo que tiver menos. 12,3+0,456=12,756→12,812{,}3 + 0{,}456 = 12{,}756 \to 12{,}8. Arredondar: algarismo seguinte menor que 5, mantém; 5 ou maior, aumenta 1. Arredonde só no fim da conta, não a cada passo.

Na prova de Física do PAS, o item tipo B pede um inteiro de 000 a 999 e manda desprezar a parte fracionária, então a regra prática é: carregue algarismos de sobra durante a conta e trunque só na resposta final. O item de 2023 dá exatamente 54,0; se desse 54,9, a resposta marcada seria 54.

Ler unidades em instrumentos, tabelas e gráficos

Todo instrumento tem uma menor divisão: 1 mm na régua, 1 g na balança de cozinha, 1 km/h no velocímetro. A leitura confiável vai até essa divisão e um algarismo estimado além dela; o instrumento também tem um alcance, e ler fora dele não é medir. Em tabelas, a unidade aparece no cabeçalho da coluna (“velocidade (km/h)”) e vale para todos os números da coluna: a tabela de 2016 dizia “energia liberada (em massa de TNT)” e misturava gramas, quilogramas e toneladas nas linhas; quem não leu as unidades linha a linha comparou 170 g com 1 270 t como se fossem o mesmo tipo de número.

Em gráficos, os eixos carregam unidades, e as operações geométricas herdam essas unidades. A inclinação de um gráfico de posição (m) contra tempo (s) é uma velocidade em m/s. A área sob um gráfico de velocidade (m/s) contra tempo (s) é um deslocamento em m, porque ms×s=m\dfrac{\text{m}}{\text{s}}\times\text{s} = \text{m}. A área sob força (N) contra deslocamento (m) é trabalho em J. A área sob potência (W) contra tempo (s) é energia em J. Se o gráfico usa km/h e horas, a área sai em km; se usa km/h e segundos, converta antes ou o número não terá unidade que faça sentido. Ler os eixos antes da curva é o primeiro gesto diante de qualquer gráfico; a página de movimento uniforme desenvolve as leituras de s×ts\times t e v×tv\times t.

Número e unidade bastam? A ponte para os vetores

Uma massa de 2 kg, um intervalo de 30 s, uma temperatura de 25 °C: número e unidade encerram a informação. Já “uma velocidade de 10 m/s” deixa uma pergunta: para onde? Grandezas que só ficam definidas com uma orientação no espaço (deslocamento, velocidade, aceleração, força) são vetoriais; as outras (massa, tempo, temperatura, energia, distância percorrida) são escalares. O teste rápido é o da soma: escalares somam como números (2 kg + 3 kg = 5 kg, sempre); vetores não (3 N + 4 N dão qualquer valor entre 1 N e 7 N, conforme o ângulo). O PAS 1 já perguntou, num bloco sobre O Trenzinho do Caipira, se a música permitia conhecer “os aspectos vetoriais do movimento do trem”: o andamento imita a rapidez, que é escalar; direção e sentido não estão em nota nenhuma. Tudo o que um vetor exige além do número e da unidade está na página de vetores.

Os erros que a prova espera

Converter área ou volume com o fator linear. 200 cm² não são 2 m²; são 0,02 m². Eleve o fator ao quadrado (área) ou ao cubo (volume).

Trocar kg por N. Massa em kg, força e peso em N; na Terra, P=mgP = mg com g=10 m/s2g = 10\ \text{m/s}^2. “Força de 5 kg” não existe.

Errar o prefixo. m é mili, M é mega; 5 ms são 0,005 s; 3 µC são 3×10−63\times10^{-6} C; 100 MV são 10810^{8} V. Prefixo em unidade elevada eleva junto: 1 km2=106 m21\ \text{km}^2 = 10^{6}\ \text{m}^2.

Comparar potências de dez com mantissa fora de [1, 10). 53,34×101153{,}34\times10^{11} é 5,334×10125{,}334\times10^{12}. Normalize antes de comparar expoentes.

Esquecer de converter antes de elevar ao quadrado. 6 km/s são 6 000 m/s; ao quadrado, a diferença entre lembrar e esquecer é um fator 10610^{6}.

Inverter o 3,6. De km/h para m/s o número diminui (divide-se por 3,6); de m/s para km/h aumenta. Se 20 m/s “virou” 5,6 km/h, o fator foi ao contrário.

Cancelar unidade errada no fator unitário. A unidade que se quer eliminar deve aparecer uma vez em cima e uma em baixo. Se sobrou km·s/h no fim, algum fator foi montado invertido.

Confundir kWh com kW. kW é potência (taxa); kWh é energia (potência vezes tempo). A conta de luz cobra energia.

Achar que a análise dimensional aprova a fórmula. Ela só reprova. mv2mv^2 tem dimensão de energia e não é a energia cinética.

O essencial em meia página

  • Medida = valor × unidade; a unidade acompanha o número em toda conta como fator algébrico. Toda medida tem incerteza: o instrumento decide quantos algarismos ela sustenta.
  • SI, 7 bases: m, kg, s, A, K, mol, cd. Derivadas: N = kg·m/s²; J = N·m; W = J/s; Pa = N/m²; Hz = 1/s; C = A·s; V = J/C. Fora do SI, aceitas: L = dm³ = 10−310^{-3} m³; t = 1 000 kg; kWh = 3,6 MJ; eV ≈ 1,6×10−191{,}6\times10^{-19} J.
  • Prefixos: G 10910^{9}, M 10610^{6}, k 10310^{3}, h 10210^{2}, d 10−110^{-1}, c 10−210^{-2}, m 10−310^{-3}, µ 10−610^{-6}, n 10−910^{-9}, p 10−1210^{-12}. Prefixo em unidade elevada eleva junto.
  • Notação científica: mantissa em [1,10)[1, 10) × potência de 10. Multiplica: soma expoentes; divide: subtrai; soma: iguala expoentes antes; potência: multiplica o expoente.
  • Fator unitário: multiplique por frações iguais a 1 até cancelar as unidades velhas. km/h → m/s: ÷ 3,6 (36 → 10, 72 → 20, 108 → 30). Área: fator²; volume: fator³ (1 m2=104 cm21\ \text{m}^2 = 10^{4}\ \text{cm}^2, 1 m3=106 cm3=1 0001\ \text{m}^3 = 10^{6}\ \text{cm}^3 = 1\,000 L). g/cm³ → kg/m³: × 1 000. MWh → MJ: × 3 600.
  • Análise dimensional: [v]=LT−1[v] = LT^{-1}, [a]=LT−2[a] = LT^{-2}, [F]=MLT−2[F] = MLT^{-2}, [E]=ML2T−2[E] = ML^{2}T^{-2}, [P]=ML2T−3[P] = ML^{2}T^{-3}, [p]=ML−1T−2[p] = ML^{-1}T^{-2}. Serve para deduzir unidade de constante (kk em N/m, GG em N·m²/kg²) e reprovar fórmulas; não fixa fatores numéricos.
  • Ordem de grandeza: potência de dez mais próxima (mantissa ≥ 3,16 sobe). Estimar: números redondos, multiplicar, conferir o expoente. 1 ano ≈ 3×1073\times10^{7} s.
  • Algarismos significativos: contam a partir do primeiro não nulo; × e ÷ herdam o menor número de algarismos; + e − herdam o menor número de casas decimais; arredonde no fim.
  • Gráficos: inclinação e área herdam as unidades dos eixos (v×tv\times t: área em m; F×dF\times d: área em J). Leia os eixos antes da curva.
  • Escalar × vetorial: se a soma depende do ângulo, é vetor (velocidade, força); massa, tempo, energia são escalares.
  • Antes de responder: a unidade é a pedida? A ordem de grandeza é plausível? O prefixo foi convertido antes de elevar ao quadrado?

Exercícios temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.

Flashcards temporariamente indisponíveis

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AULA 01 - UNIDADES DE MEDIDA DO SISTEMA INTERNACIONAL
Física com Barba Negra · 9:12
Introdução. Apresenta as sete grandezas de base do SI e suas unidades (metro, segundo, ampere, kelvin, quilograma, candela, mol) e por que um sistema único de unidades existe: é a seção “Sete unidades bastam para descrever o mundo” em aula.
TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES | Introdução à Física 04 | Minuto Exatas
Vida de Estudante · 4:40
Aprofundamento. Explica os prefixos (quilo, centi, mega, giga, tera, mili, micro) a partir do que se lê na balança, na régua e no dial do rádio, e ensina a usar a tabela de prefixos para converter: é a seção “Prefixos e notação científica”, com a escada de prefixos em movimento.
Aula 1: Unidades de medida e algarismos significativos
FisicaInterativa.Com · 26:18
Aplicação. O que é medir, o sistema métrico decimal, múltiplos e submúltiplos e algarismos significativos, com questões resolvidas passo a passo: cobre as seções “Medir é comparar com um padrão” e “Quantos algarismos uma resposta merece”.
ANALISE DIMENSIONAL - FÍSICA - FUVEST, UNESP e UNICAMP - EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - AULA 1
Professor Boaro · 18:27
Resolução. Resolve itens de vestibular de análise dimensional, entre eles a gota de chuva da Fuvest 2016, em que se deduz a unidade de uma constante a partir da fórmula: é a seção “As unidades denunciam a fórmula errada” aplicada a provas reais.
Rota PAS 1
Grandezas, Leis de Newton e atrito · PAS 1

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 1 — Grandezas, Leis de Newton e atrito · Aquecimento (ideias 1, 4 e 6: medir é número e unidade, tabela km/h × m/s, massa não é peso, relação linear × quadrática); Grandezas físicas: medir, converter e apontar a direção (conceito, tabela de símbolos m/s, m/s², N; item 2006/111 como ponte para vetores)

    Recorte por assunto: só o que é medida, unidade e conversão. Vetores, leis de Newton, atrito, frenagem e curva pertencem às páginas vetores, leis-de-newton, atrito e movimento-circular-uniforme.

  • Rota PAS 1 — Estática e hidrostática · Aquecimento, ideia 5: volume, litro e densidade (1 m³ = 1 000 L; água 1 000 kg/m³)

    Usados só os exemplos de unidades de volume e densidade; empuxo e pressão ficam em hidrostatica.

  • Rota PAS 1 — Química: substâncias e misturas · Aquecimento, ideia 1, e tabela de densidades (g/mL = g/cm³; densidade como grandeza derivada)

    Usada só a tabela de densidades como exemplo de conversão g/cm³ ↔ kg/m³; separação de misturas fica na página de Química.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 1 2006 (itens 9 e 13), 2007 (item 63), 2016 (itens 72, 73 e 74); PAS 3 2008 (item 76), 2023 (item 59), 2024 (itens 39 e 40)

    Itens reproduzidos verbatim; gabaritos conferidos em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao[-pas3]/AAAA.json e nos GAB.txt. Figuras impressas (raias espectrais de 2008, círculos das ondas sísmicas de 2016) descritas em texto neutro no suporte.