Tópicos de Física 2 - Parte 1-004-006

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Direção geral: Guilherme Luz
Direção editorial: Luiz Tonolli e Renata Mascarenhas
Gestão de projeto editorial: Viviane Carpegiani
Gestão e coordenação de área: Julio Cesar Augustus de Paula Santos 
e Juliana Grassmann dos Santos
Edição: Andrezza Cacione, Lucas James Faga, Marcela Muniz Gontijo, 
Maria Ângela de Camargo e Mateus Carneiro Ribeiro Alves
Gerência de produção editorial: Ricardo de Gan Braga
Planejamento e controle de produção: Paula Godo, 
Roseli Said e Marcos Toledo
Revisão: Hélia de Jesus Gonsaga (ger.), Kátia Scaff Marques (coord.), 
Rosângela Muricy (coord.), Ana Paula C. Malfa, Arali Gomes, 
Brenda T. M. Morais, Gabriela M. Andrade, Heloísa Schiavo, 
Maura Loria, Patricia Cordeiro, Raquel A. Taveira, Sueli Bossi; 
Amanda Teixeira Silva e Bárbara de Melo Genereze (estagiárias)
Arte: Daniela Amaral (ger.), André Gomes Vitale (coord.) 
e Lisandro Paim Cardoso (edição de arte)
Diagramação: Setup 
Iconografia: Sílvio Kligin (ger.), Roberto Silva (coord.), 
Roberta Freire (pesquisa iconográfica)
Licenciamento de conteúdos de terceiros: Thiago Fontana (coord.), 
Flavia Zambon (licenciamento de textos), Erika Ramires, 
Luciana Pedrosa Bierbauer e Claudia Rodrigues (analistas adm.)
Tratamento de imagem: Cesar Wolf e Fernanda Crevin
Ilustrações: CJT/Zapt, Francisco Vilachã, João Anselmo, 
Luciano da S. Teixeira e Luis Fernando R. Tucillo
Design: Gláucia Correa Koller (ger.), 
Erika Yamauchi Asato, Filipe Dias (proj. gráfico) e Adilson Casarotti (capa)
Composição de capa: Segue Pro
Foto de capa: Roman Samborskyi/Shutterstock, 
Alex Tihonovs/Shutterstock
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) 
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Índices para catálogo sistemático:
1. Física : Ensino fundamental 530.7
Maria Alice Ferreira – Bibliotecária – CRB-8/7964
2018
Código da obra CL 800855
CAE 628175 (AL) / 628176 (PR)
3a edição
1a impressão
Impressão e acabamento
Uma publicação
Dedicamos este trabalho ao nosso mestre, 
professor Eduardo Figueiredo, de raro conhecimento 
e exemplar entusiasmo pela Física.
Obrigado por tantos ensinamentos.
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3
Ao estudante
Tópicos de Física é uma obra viva, em permanente processo de renovação e apri-
moramento. Pretendemos nesta edição, mais uma vez, oferecer um material contem-
porâneo e abrangente, capaz de satisfazer aos cursos de Ensino Médio mais exigentes.
Elaboramos este trabalho com a certeza de proporcionar a você um caminho 
metódico e bem planejado para um início consistente no aprendizado de Física. Nem 
por um momento perdemos de vista a necessidade de despertar seu real interesse 
pela disciplina. Para alcançar esse objetivo, criamos uma obra rica em situações 
contextuais, baseadas em ocorrências do dia a dia. Uma variedade de exemplos, 
ilustrações e outros recursos foi inserida com o intuito de instigar sua curiosidade 
e seu desejo de saber mais e se aprofundar nos temas abordados.
Optamos pela distribuição clássica dos conteúdos e dividimos o material em três 
volumes:
Volume 1: Mecânica;
Volume 2: Termologia, Ondulatória e Óptica Geométrica;
Volume 3: Eletricidade, Física moderna e Análise dimensional.
Cada volume compõe-se de unidades, que equivalem aos grandes setores de 
interesse da Física. Estas, por sua vez, são constituídas de tópicos, que abordam 
determinado assunto teórica e operacionalmente. Em cada tópico a matéria está 
dividida em blocos, que agregam itens relacionados entre si. Nos blocos a compreen-
são da teoria é favorecida pela inclusão de um grande número de exemplos práticos, 
ilustrações e fotos legendadas.
Esperamos que, ao utilizar este material, você amplie sua percepção de mundo 
e torne mais flexível seu raciocínio formal. Desejamos também que você adquira 
uma consistente visão dessa fascinante disciplina, o que, certamente, contribuirá 
para seu ingresso nas mais concorridas instituições de Ensino Superior do país.
2CONECTEFIS_MERC18Sa_U0_Iniciais_003a009.indd 3 7/7/18 2:10 PM
Conheça seu livro
4
275
TÓPICO 2 | ONDAS
Ondas T î P I C O
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Neste Tópico vamos estudar as ondas, que se constituem em energia se 
propagando através de um meio. Na foto, que ilustra o início deste assunto, 
observamos que o toque de um remo na água provoca uma perturbação que se 
propaga pela superfície do líquido em todas as direções com a mesma veloci-
dade, fazendo aparecer uma onda circular, cujo raio cresce com o tempo.
Veremos as ondas mecânicas e as ondas eletromagnéticas, estudaremos suas 
principais características. As ondas luminosas e as ondas sonoras receberão um 
tratamento mais elaborado em nosso estudo, afinal esses são os dois principais 
exemplos que encontramos na Ondulatória.Os fenômenos físicos que podem ocorrer com as ondas em geral, como a reflexão, 
a refração, a difração e a interferência serão estudados neste Tópico com detalhes.
 Ao tocar a superfície da água, cada remo produz ondas que se propagam, formando circunferências.
Tópico
A Abertura de tópico
traz uma breve introdução
do que será trabalho ao
longo do tópico.
Faça você mesmo
A seção Faça você mesmo traz 
atividades experimentais ou de verifi cação 
simples que podem auxiliá-lo na 
compreensão de fenômenos e
conceitos importantes da Física.
Bloco
Cada tópico está dividido em blocos, que 
agregam itens relacionados entre si.
Ampliando o olhar
Nesta seção, você encontra textos complementares cuja fi nalidade é 
propor outras referências fenomenológicas, históricas e tecnológicas, além 
de curiosidades e justifi cativas que podem contribuir para a construção do 
conhecimento da Física e de sua relação com outros componentes curriculares.
Óptica 
Geométrica3
U N I D A D E
401400
NESTA UNIDADE VAMOS ESTUDAR:
• Tópico 1: Fundamentos da Óptica Geométrica
• Tópico 2: Reflexão da luz
• Tópico 3: Refração da luz
• Tópico 4: Lentes esféricas
• Tópico 5: Instrumentos ópticos e Óptica da visão
O farol é uma estrutura que 
utiliza lâmpadas, espelhos 
e lentes para produzir um 
feixe de luz.
A Óptica é a parte da Física que estuda os fenômenos determinados pela energia 
radiante em forma de luz. A Óptica GeomŽtrica trata particularmente da reflexão e da 
refração de raios luminosos, englobando-se aí sistemas ópticos capazes de refletir a 
luz, como espelhos em geral, ou refratar os raios luminosos, como dioptros, lâminas, 
prismas e lentes, entre outros.
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atividades experimentais ou de verifi cação 
416 UNIDADE 3 | ÓPTICA GEOMÉTRICA
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Tome muito cuidado ao manusear a vela acesa.
Câmara escura de orifícioVamos construir uma câmara escura de orifício 
e verificar algumas consequências da propagação 
retilínea da luz.
Material necessário• 1 lata de metal;• 1 folha de papel vegetal ou papel-manteiga;
• 1 elástico ou 1 pedaço de barbante;• 1 trena ou régua;• 1 vela e fósforos;• 1 prego de aproximadamente 2 mm de diâ-
metro;
• 1 martelo pequeno.
Procedimento
 I. Utilizando o prego e o martelo, faça um furo 
circular no centro da base da lata. Tape a 
boca da lata com um pedaço de papel vege-
tal ou papel-manteiga, fixando-o com um 
elástico ou barbante. O papel deve ficar bem 
esticado.
 II. Em um ambiente escurecido, ilu-mine a base fura-dada lata com a luz da vela, como mostra a fotogra-fia A. Você perce-berá a projeção de uma imagem invertida da chama da vela 
no papel que tapa a boca da lata, como apa-
rece na fotografia B. Observe que apenas a 
região mais iluminada da vela, próxima à 
base da chama, aparecerá projetada. 
 Aproximando-se a vela da lata, o tamanho 
da imagem projetada aumentará e, afastan-
do-se a vela da lata, o tamanho da imagem 
projetada diminuirá.
Faça você mesmo
 III. Faça com que a vela fique com seu pavio à 
mesma altura do furo no centro da base da 
lata. Corte a vela, se necessário. Meça com 
a trena ou a régua a profundidade d da lata 
e coloque a vela a uma distância igual em 
relação ao furo, conforme ilustra o esque-
ma, e acenda-a. IV. Deixe a vela ir queimando. À medida que seu 
comprimento for diminuindo, você notará a 
imagem projetada subindo na parede oposta 
ao furo, de maneira que, quando a vela estiver 
praticamente terminada, a projeção da ima-
gem de sua chama estará no ponto mais alto 
do papel, no topo da parede do fundo da lata.Desenvolvimento
A semelhança existente entre a imagem pro-
jetada no papel e a vela é uma evidência de que a 
luz se propaga em linha reta no ambiente do ex-
perimento. Deve-se notar também a congruência 
entre os triângulos ABO e A'B'O destacados na 
figura, o que também pode ser justificado pelo fato 
de a luz se propagar em linha reta.
B
A
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A'
B'
O
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d
1. O que ocorreria com a figura projetada no papel 
vegetal ou papel-manteiga se o furo circular 
feito no centro da base da lata tivesse um diâ-
metro com cerca de 2 cm?
2. Pode-se afirmar que o comprimento vertical da 
figura projetada no papel vegetal é inversamen-
te proporcional à distância horizontal da vela ao 
furo circular existente no centro da base da lata? 
Justifique matematicamente sua resposta.3. Que outras situações ou experimentos você 
conhece que também atestam que a luz se 
propaga em linha reta? Enumere-os e troque 
impressões com seus colegas.
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A ‡gua
A água é a prin
cipal responsá
vel pela existên
cia da vida em 
nosso planeta.
 Acredita-se qu
e há 3,5 bilhõe
s 
de anos tenha
m surgido, na
 água, os prim
eiros compost
os orgânicos q
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 os seres vivos
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esenvolviment
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e é o element
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e animais e ve
getais. Nos hu
manos, ela é r
esponsável po
r quase 75% d
e sua massa.
Encontramos
 na Terra cerc
a de 1,4 ? 10
9 km
3 de água nos 
diferentes est
ados físicos. P
raticamente 
97% é salgada
 (em oceanos 
e mares) e ap
enas 3% da ág
ua essencial à
 vida é doce. E
, desses 3%, m
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nos de um ce
ntésimo está 
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distribuído na
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antém a vida t
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o uso desorde
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tos químicos, 
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aneira irrever
sível a água, p
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a na Terra.
No estudo da
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as da água, n
otamos que s
eu calor espe
cífico sensíve
l (1,0 cal/g 8C
) é 
bastante alto,
 fazendo sua 
presença, em
 grandes quan
tidades, um fa
tor de estabil
idade da temp
era-
tura. Para esf
riar a água, lib
era-se energi
a térmica; par
a esquentá-la
, absorve-se e
nergia térmica
. Por 
esse motivo, e
m regiões lito
râneas ou ond
e exista um gr
ande lago, as 
amplitudes té
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ões 
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nas e a vegeta
ção e a fauna 
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r bastante ext
ensas e divers
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das. Como a á
gua cobre qua
se 2/3 da sup
erfície de nos
so planeta, o 
clima global é
 bastante influ
en-
ciado por sua
 presença.
O vapor de águ
a na atmosfera
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a o efeito estuf
a benéfico, aum
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gia térmica em
itida pela Terr
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o a temperatu
ra diminuir m
uito à noite. D
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 retém parte d
a energia sola
r, evitando que
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o planeta se a
queça em dem
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iminui. Isso fa
z 
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e leva o gelo a
 flutuar nela. 
Em regiões d
e in-
vernos rigoro
sos, a solidifi
cação de lago
s e rios ocorr
e apenas na s
uperfície, exis
tindo água a 
uma 
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aior que 0 8C (
zero grau Cel
sius) em seu f
undo. Como o
 gelo é um bom
 isolante térm
ico, 
a vida, assim,
 é preservada
. E após o deg
elo, na primav
era, a vida an
imal e vegeta
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lta a se desen
volver normal
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O seu calor es
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te de vaporiza
ção (540 cal/g
) também é um
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gem do clima
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o da água, cal
or é absorvido
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grandes áreas
 ocupadas por
 água, como um
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ais amena. A e
vaporação da á
gua 
retira energia 
térmica do me
io ambiente.
106
Ampliando o
 olhar
SPL/Fotoar
ena
 O gelo (água 
em estado sól
ido) flutua na 
água 
em estado líq
uido. Na fotog
rafia, observa
mos 
um iceberg co
m aproximada
mente nove 
décimos de se
u volume ime
rsos em água
.
UNIDADE 1 
| TERMOLOGIA
pulso inciden
te
pulso refleti
do
extremidade
fixa
303
TÓPICO 2 | OND
AS
10. Reflexão
Dos fenômenos
 que podem oco
rrer com a luz n
o nos-
so dia a dia, o m
ais comum é a r
eflexão. Excluin
do-se os 
corpos que emi
tem luz, todos o
s outros podem
 ser ob-
servados por ca
usa da reflexão 
da luz em sua s
uperfície.
A respeito do fen
ômeno ondulató
rio reflexão, pod
emos 
dizer:
Bloco 3
 As ondas lum
inosas, proven
ientes do Sol,
 refletem 
nas paredes d
a construção,
 incidem na s
uperfície do 
lago e voltam
 a se propaga
r no ar.
Uma onda que s
e propaga em um
 meio sofre refle
xão 
quando, após inc
idir num segund
o meio de caract
erís-
ticas diferentes,
 volta a se propa
gar no meio orig
inal.
Qualquer que s
eja o tipo de on
da, o módulo d
e sua 
velocidade de pr
opagação não s
e altera na refle
xão, pois 
ela continua a p
ropagar-se no m
esmo meio em 
que es-
tava. Como a fr
equência, carac
terística da ond
a que se 
mantém sempre
 constante, o com
primento de ond
a tam-
bém não varia n
a reflexão (lemb
re-se: v 5 lf).
Vejamos dois cas
os particulares d
e reflexão: para o
ndas 
em cordas e par
a ondas em supe
rfícies de líquido
s. A refle-
xão de ondas lum
inosas (luz) será
 vista na parte de
 Óptica.
Reflexão de o
ndas transver
sais em corda
s
A análise da ref
lexão de pulsos
 ou de ondas tra
nsversais nas ex
tremidades de 
cordas deve ser
 dividida em dua
s partes:
1a) Em extremi
dade fixa:
A propagação d
o pulso ocorre p
rovocando a sub
ida e a descida 
dos pontos da 
corda. Quando e
le atinge uma e
xtremidade que
 se encontra pr
esa, fixa, o puls
o 
tenta mover ess
e ponto para cim
a ou para baixo
. No entanto, de
vido à 3
a Lei de 
Newton, o Princ
ípio da Ação e R
eação, o ponto 
fixo ao receber 
a ação da corda
, 
reage em sentid
o contrário, ger
ando agora um 
novo pulso em 
oposição de fas
e 
com o incidente
. Para entender
 melhor esse fe
nômeno, observ
e a sequência d
e 
figuras ao lado.
B
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Unidade
Na Abertura de unidade, é feita uma 
breve apresentação da área da Física 
que será estudada e da maneira como 
a unidade foi estruturada, indicando-se
os tópicos que a compõem.
2CONECTEFIS_MERC18Sa_U0_Iniciais_003a009.indd 4 7/7/18 2:11 PM