Curso · Física

Física PAS 2: calor, ondas e luz

A 2.ª etapa do PAS/UnB em Física, capítulo a capítulo: termometria, dilatação e calorimetria; as duas leis da termodinâmica e as máquinas térmicas do Brasil; ondas, som e luz; espelhos, lentes, o olho humano e a primeira porta para a física quântica.

1 Temperatura e calor Por que o termômetro na axila precisa de um minuto, por que a tampa de inox parece mais fria que a tábua de madeira guardada na mesma gaveta e por que somar 273 a uma variação de temperatura é o erro mais barato do PAS? Conteúdo e materiais de estudo
2 Dilatação térmica Por que a tampa de metal do pote solta com um jato de água quente, por que o trilho tem uma fresta a cada barra e por que, ao aquecer uma chapa furada, o furo aumenta em vez de fechar? Conteúdo e materiais de estudo
3 Calorimetria Um chuveiro de 5 400 W dá água morna quando a torneira está toda aberta; o termômetro num copo de suco cheio de gelo marca 0 °C e só volta a subir quando o último cubo some; 250 kcal de chocolate levariam dois litros e meio de água da geladeira à fervura. Quanto calor custa aquecer um corpo, quanto custa derretê-lo ou evaporá-lo, e como se descobre a temperatura final quando dois corpos a temperaturas diferentes se encontram? Conteúdo e materiais de estudo
4 Mudanças de estado físico A mesma água ferve a 100 °C na praia, a 96 °C em Brasília, a 88 °C em La Paz e a 120 °C dentro da panela de pressão; o gelo seco some sem fazer poça; um fio com pesos atravessa um bloco de gelo sem cortá-lo. Por que a temperatura de uma mudança de fase é função da pressão, e não uma constante da substância, e como o diagrama de fases prevê o que acontece em cada pressão? Conteúdo e materiais de estudo
5 Propagação de calor Por que a maçaneta de metal parece gelada e a madeira da mesma porta parece morna, se as duas estão à mesma temperatura; por que o aquecedor fica no chão e o ar-condicionado no teto; e como o calor do Sol chega até aqui atravessando 150 milhões de quilômetros de vazio? Conteúdo e materiais de estudo
6 Primeira lei da termodinâmica A bomba de encher pneu esquenta sem fogo e a lata de aerossol gela sem geladeira: como a temperatura de um gás muda sem nenhuma troca de calor, e como a conta entre calor, trabalho e energia interna fecha em qualquer transformação, de um único trecho a um ciclo completo de motor? Conteúdo e materiais de estudo
7 Transformações gasosas O pneu calibrado de manhã marca mais depois da estrada sem que ninguém tenha posto ar; a lata de desodorante avisa para não deixá-la no sol; a seringa tampada devolve o dobro da força quando o êmbolo vai à metade; o balão de ar quente sobe com o envelope aberto. Em cada cena três números mudam e um fica parado: qual grandeza ficou constante, e como isso decide a conta? Conteúdo e materiais de estudo
8 Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica De cada 100 J que a gasolina libera, só uns 30 chegam às rodas; a termelétrica solta colunas de vapor pelas torres; a geladeira esquenta a cozinha. Por que nenhuma máquina consegue converter todo o calor em trabalho, e o que fixa o máximo que ela pode aproveitar? Conteúdo e materiais de estudo
9 História da termodinâmica Em 1712 uma máquina de Thomas Newcomen já tirava água de uma mina de carvão na Inglaterra; em 1824 Sadi Carnot calculou o rendimento máximo dessas máquinas acreditando que o calor era um fluido que se conserva; só em 1850 alguém escreveu a primeira lei da termodinâmica, e a palavra entropia nasceu em 1865. Como uma ciência inteira foi construída de trás para a frente, da máquina para a teoria, e por que a banca do PAS gosta de perguntar quem fez o quê, quando e depois de quem? Conteúdo e materiais de estudo
10 Ondas Uma folha seca boia no lago; as ondulações passam, ela sobe e desce, e um minuto depois está no mesmo ponto. O que viaja quando uma onda passa, o que permanece, e por que bastam a distância entre duas cristas e o ritmo com que elas chegam para calcular a velocidade da perturbação? Conteúdo e materiais de estudo
11 Fenômenos ondulatórios O tsunami de 2004 tinha a ilha do Sri Lanka na frente e, mesmo assim, atingiu a costa da Índia atrás dela; a voz volta do paredão meio segundo depois; a conversa entra pela porta fechada, mas a luz não; entre dois alto-falantes há pontos de silêncio. O que uma onda faz quando encontra um obstáculo, um novo meio, uma abertura ou outra onda, e quais grandezas mudam em cada caso? Conteúdo e materiais de estudo
12 Acústica Para o socorrista dentro da ambulância a sirene é uma nota fixa; para quem está na calçada ela chega esticada para o agudo e vai embora arrastada no grave: o que muda no ar entre a sirene e o seu ouvido, e como essa mesma física decide se um som é agudo ou forte, a que distância está o paredão do eco, que nota uma corda ou um tubo pode tocar e por que 60 dB mais 60 dB não dão 120 dB? Conteúdo e materiais de estudo
13 Ondas eletromagnéticas A luz do Sol que se põe atrás da torre, o sinal que a torre troca com o celular e a luz da tela que você olha são a mesma coisa; o que muda de uma para a outra, por que todas chegam à mesma velocidade e por que uma bronzeia, outra esquenta o café e a terceira atravessa a sua mão? Conteúdo e materiais de estudo
14 Princípios da óptica geométrica Ao meio-dia a sombra de um poste tem borda nítida e serve para medir a altura dele; sob a luminária do teto a sombra da sua mão tem um miolo escuro e uma faixa borrada que cresce quando você levanta a mão; e em outubro de 2023 o Sol virou um anel de fogo sobre Natal enquanto em Brasília só perdia um pedaço. Por que a mesma luz em linha reta produz sombras tão diferentes, e como a geometria de fonte, obstáculo e anteparo explica eclipses e a imagem invertida de uma câmara escura? Conteúdo e materiais de estudo
15 Espelhos Por que o espelho do provador, mais baixo que você, mostra você da cabeça aos pés sem que precise recuar, enquanto a etiqueta refletida continua ao contrário a qualquer distância, e por que a mesma colher polida mostra você pequeno e de cabeça para baixo pelo lado de dentro e direito pelo lado de fora, sempre? Conteúdo e materiais de estudo
16 Refração da luz Por que a piscina parece mais rasa do que é, o canudo parece quebrado exatamente na linha d'água e um diamante lapidado brilha muito mais que um vidro cortado no mesmo formato, e o que uma única linha, n₁ sen θ₁ = n₂ sen θ₂, tem a ver com a fibra óptica que leva a internet até a sua casa? Conteúdo e materiais de estudo
17 Lentes e visão Por que a lente dos óculos de leitura, ao sol, concentra a luz num ponto que chamusca o papel, pousada sobre o jornal amplia as letras e, erguida um palmo, as mostra invertidas; e por que o oftalmologista receita 'menos dois' para quem não lê o quadro e 'mais dois' para quem afasta o jornal, se os dois olhos carregam a mesma lente viva a dois centímetros da retina? Conteúdo e materiais de estudo
18 Efeito fotoelétrico Por que uma lanterna vermelha, por mais forte que seja, não arranca um único elétron de uma placa de zinco, e uma lâmpada ultravioleta fraquinha começa a arrancá-los no mesmo instante em que é ligada, e o que essa placa tem a ver com a porta que abre sozinha no shopping, com a foto granulada que o celular tira no escuro e com o Nobel que Einstein ganhou, que não foi pela relatividade? Conteúdo e materiais de estudo
19 Dualidade onda-partícula Por que a foto que o celular tira numa noite escura sai salpicada de pontinhos aleatórios, como se a luz chegasse em grãos contados um a um, e por que um feixe de elétrons, que todo mundo aprendeu a chamar de partículas, desenha na tela as mesmas franjas claras e escuras que a luz de Young desenhou em 1801? Conteúdo e materiais de estudo