Curso de extensão
Física
interessante: fenômenos que a Física ajuda você a entender e explicar
Conteúdo de curso de
extensão oferecido em 2009 no Instituto de Física da USP
PROGRAMA
1 - Pneus, sapatos, mil‑folhas,
epóxi etc
Dimensões atômicas e moleculares.
Explorar as dimensões atômicas usando desgaste de
sapatos e pneus (quantas camadas atômicas um sapato e um pneu perdem cada vez
que tocam o solo). Quantas vezes é possível dobrar uma
massa de mil-folhas sem “grudar tudo” – a espessura
deve ser muitas vezes maior que uma camada atômica. Quantas vezes precisamos
dobrar a massa epóxi para que as duas partes estejam separadas por algumas
poucas camadas atômicas.
2 - Física na estrada
Cinemática.
Explorar a cinemática em uma estrada. Velocidade em
km/h é igual à divisão de 360 pelo
tempo, em segundos, para se andar um quilômetro. Pode-se, facilmente,
calcular a velocidade de um carro que nos ultrapassa estimando os tempos para
percorre iguais distâncias.
3 - Experiências chocantes
Choques elásticos.
Como partículas elementares podem ganhar energia no
Universo: a hipótese de interação elástica com corpos de massas bem maiores.
Ganho de energia por unidade de massa a cada choque. Ilustração com o “chocador de bolinhas”. Coeficiente de restituição: raquetes
e bolas; choques entre veículos; choques
veículo-pessoa; quedas.
4 - Força de uma martelada
Força e aceleração e aceleração e força
Estimar a desaceleração de um martelo batendo em um
prego (usar a freqüência do som emitido para estimar o tempo de duração do
contacto martelo-prego). Insetos que “batem” no pára-brisa de um carro morrem
ao bater ou antes de bater? Máxima aceleração tolerada
por um ser humano.
5 - Como anda você?
Pêndulos simples, oscilações e o mecanismo do
andar. Mudança de referencial na análise do movimento das pernas ao andar: as
pernas simplesmente pendulam em um referencial que se desloca com a mesma
velocidade da pessoa. Velocidade natural do andar: humanos na Terra, outros
animais e outros planetas.
6 – Marcha atlética
Física em atletismo; cinemática.
Problema com o sobe e desce do centro de massa
durante o andar e o correr.
7 – Cinemática e dinâmica dos 100 m rasos
Cinemática e dinâmica.
Explorar cinemática e dinâmica dos 100 m rasos:
deslocamento, velocidade e aceleração. Análise do resultado da última olimpíada
(o recorde de Usain Bolt).
8 - Você e uma estrela
Energia no corpo humana.
Energia nos alimentos. Potências específicas:
humana e solar. Produção de calor interno na Terra e no corpo humano. Porque o
interior da Terra é mais quente do que a superfície.
9 - Física atlética: potência e desempenho atlético
Dinâmica em atletismo.
Potência de um ser humano. Potência que uma pessoa
consegue produzir em função do tempo de atividade. Explorar a potência média
dos atletas nos 100 m rasos e demais percursos em função das durações das
provas. Estimar recordes possíveis. Otimizar o gasto de energia nos 100 m
rasos: limite para o recorde dos recordes.
10 - Sobressaltos: Física olímpica
Dinâmica em atletismo.
Salto com vara. Explorar a Física dos saltos em
distância e altura (sem vara). Conservação do momento angula.
11 - Refrigerando o corpo humano
Mecanismos de refrigeração.
Perda de energia térmica pelo corpo humano;
radiação e condução. Conforto térmico. Sensação térmica em função do vento,
temperatura e umidade do ar. Refrigeração por suor.
12 - Volta ao Mundo em 85 minutos: túneis na Terra
Dinâmica e cinemática em movimentos oscilatórios.
Equação da dinâmica de um oscilador harmônico;
túneis na Terra. Cinemática da oscilação em um túnel na Terra e no movimento
orbital de satélites de baixa altitude.
13 - Fazendo ondas
Física ondulatória.
Ondas em superfícies líquidas. Tsunamis.
Macaréu (pororoca) e sólitons.
Efeitos de refração em golfos e baias. Modo fundamental de oscilação em
recipientes: ressonâncias em mares e golfos (marés na baia de Fundy).
14 - Se ar quente sobe, por que é frio nas
montanhas e quente no litoral?
Termodinâmica; processos adiabáticos.
Expansão adiabática e resfriamento. Compressão
adiabática e aquecimento (combustão em motores). Formação de temporais em São
Paulo. O efeito estufa.
15 – Difusão
Transportes.
De novo: quantas vezes precisamos dobrar a massa
epóxi para que as duas partes estejam separadas por algumas poucas camadas
atômicas. Difusão, Leis de Fick. Como salgar um
presunto espanhol
16 – Radiação térmica da Terra
Temperatura média da Terra; variação da temperatura com a latitude.
Temperaturas no inverno e verão.
Como os incas comiam as batatas?
Variação da temperatura da fervura da água com a
pressão atmosférica. Os incas cozinhavam batatas? Variação do módulo de Young
da batata com o tempo de cozimento e a temperatura da água
Índices de refração.
E porque tecidos brancos ficam transparentes ao
molhar. Índice de refração das coisas (incluindo pele e cabelo humanos?). Quão
transparente é um vidro transparente?
Polarização da luz, polarização por reflexão.
Mostradores de cristal líquido. Cores: sensação óptica e espectro da luz
19 - Física de um furinho
Óptica simples; câmara escura.
Explorar a imagem formada pela luz que atravessa um
pequeno orifício. Imagens do Sol formadas no chão. A pupila e a visão. Óculos “mágico”. Difração de luz na pupila. Limites das
fotografias feitas por satélites.
20 - Óptica de olho humano
Óptica geométrica e física.
Explorar a óptica do olho humano. Papel da
dilatação e contração da pupila. Demonstração: olho de vidro.
21 - Miragens
Fenômenos ópticos.
Explorar miragens simples (estrada, deserto) e mais
complexas (miragens superiores). Tamanho aparente da Lua.
22 - Física agrícola
Balanço energético.
Aproveitamento da energia solar na produção de
carboidratos por vegetais. Insolação, espectro absorvível, reflexão,
eficiência. Limites da fotossíntese; insolação; reflexão. Produção de energia
por há em hidroelétricas e por álcool de cana.
23 - Potencial hidroelétrico de um país
Estimar o potencial hidroelétrico com base em mgh: m é a massa de chuva que cai e não evapora e a h é a
altitude média de um país ou uma região.