Física - 10/11ºano

10ºAno - Física

Módulo Inicial
1. Situação Energética mundial e degradação de Energia
1.1- Fontes de Energia
1.2- Transferências e transformações de Energia
1.3- Degradação de Energia e Rendimento

2. Conservação da Energia

2.1- Sistema, fronteira e vizinhança

2.2- Trabalho, calor e potência

2.3- Lei da Conservação da Energia. Balanços energéticos

(Ainda não disponível)

11ºAno - Física

Módulo I - Movimentos na Terra e no Espaço

• Funcionamento e aplicações do GPS;
• Posição - coordenadas geográficas e cartesianas;
• Tempo
• Trajectória;
• Velocidade

1. A Viagem com o GPS
1.1 - Funcionamento e aplicações do GPS

O GPS é um sistema tecnológico complexo que envolve satélites artificiais com computadores e relógios atómicos a bordo. O sistema de posicionamento global permite, por exemplo:

• determinar a posição de uma pessoa;
• orientar uma pessoa na realização de um percurso da cidade.

Segmento de Satélites

É formado por uma constelação de, pelo menos, 24 satélites artificiais. Há sempre, pelo menos, quatro satélites a enviar sinais com padrões conhecidos para qualquer lugar do planeta, em quaisquer instantes e condições meteorológicas.

Segmento de Controlo
Consiste em cinco estações de rastreio, três antenas terrestres e uma central principal.

Segmento de Utilizadores
Corresponde ao uso dos recetores que recebm os sinais imitidos por quatro satélites, traduzindo-os em:

• coordenadas de posição;
• valores de velocidade média;
• cronometragem do tempo.

O sistema GPS consegue determinar, com um erro muito pequeno, as coordenadas de posição de um ponto em qualquer zona do Mundo.

 O funcionamento de  um receptor GPS baseia-se na intersecção de esferas para determinar uma posição tridimensional, cujas coordenas são a latitude, a longitude e a altitude. Os sinais emitidos por três satélites são suficientes para que um receptor calcule a sua posição tridimensional.

Funções básicas do receptor GPS ·         Fornece a orientação numa viagem, porque indica a direção e o sentido do movimento; ·         Identifica a localização de pontos num mapa através das suas coordenadas; ·         Armazena as coordenadas das posições na memória de tal forma que, mais tarde, pode inverter-se no percurso da viagem e regressar ao ponto de partida.

1.2. Posição - coordenadas geográficas e cartesianas

O nosso planeta é considerado como uma esfera quando se pretendem determinar as coordenadas geográficas de um ponto da sua superfície  Ou seja, aceita-se que todos os pontos sobre a superfície terrestre estão equidistantes do centro da Terra.

O equador é uma circunferência que divide a Terra em dois hemisférios iguais.
Os paralelos são circunferências menores que o equador, mas delimitam planos que são paralelos ao plano equatorial.
Os meridianos são semicircunferências que unem os pólos da esfera.

Latitude É o arco de meridiano ou valor do ângulo ao centro da Terra, expresso em graus, medido entre o paralelo que passa pelo local considerado e o equador. Os valores variam entre 0º e 90º, considerando que todos os pontos no equador têm latitude de 0º. Longitude É o arco do equador ou o valor do ângulo ao centro da Terra expresso em graus, medido entre o meridiano que passa pelo local considerado e o meridiano de Greenwich. Os valores variam de 0º a 180º. Altitude É o comprimento do segmento vertical compreendido entre o nível médio das águas do mar e o local considerado. No nosso país há marcos geodésicos que assinalam a altitude a certos lugares.

1.3. Tempo

O tempo é uma grandeza fisica que desempenha um papel decisivo no funcionamento do sistema GPS. O erro na determinação do intervalo de tempo, que um sinal demora no percurso  entre o emissor e o receptor.Os satélites artificiais do sistema GPS estão munidos de relógios atómicos. 
Os relógios mecânicos, de quartzo e atómicos são três tipos de relógios que existem actualmente.

• Relógios Mecânicos funcionam com base nos movimentos de um pêndulo, designam-se por relógios de pêndulo;
• Relógios de Quartzo baseiam-se nas oscilações dos átomos de silício e quando se aplica a uma diferença de potencial a um pequeno cristal de quartzo, este torna-se um oscilador. Estes relógios têm uma desvantagem que se relaciona com o facto de os osciladores serem muito sensíveis à variação da temperatura.
• Relógios Atómicos é quando a radiação micro-ondas incide num átomo de césio-133, este fica num estado excitado e ocorre a transição de electrões entre níveis energéticos, com a emissão, pelo átomo, de radiação frequência característica. Quando a frequência da radiação incidente coincide com a emitida pelo átomo de césio, o fenómeno atinge o seu nível máximo.

Os relógios mecânicos são, em geral, os menos precisos, embora haja uma enorme variedade no mercado, o que reflecte na criatividade da indústria relojoeira.
A relação entre o tempo e a longitude permite determinar a diferença entre as horas (legais) de dois lugares da Terra com diferente longitude.

1.4 Trajectória

A partir deste momento, iremos considerar que um corpo material e move e que chama móvel. O seu centro de massa em movimento descreve uma trajectória.

Nota: O centro de massa (CM) é um ponto de um corpo onde se considera concentrada toda a sua massa e que se desloca com o movimento de translação pura.

Trajectórias A trajectória do centro de massa do móvel identifica-se com o conjunto de pontos, que sucessivamente, o centro de massa ocupa durante o movimento. Esse conjunto constitui uma linha (imaginária) que pode ser: ü  Rectilínea – Se o conjunto de pontos, sucessivamente ocupados pelo centro de massa, definir uma recta num certo referencial. ü  Curvilínea – Se o conjunto de pontos que o centro de massa ocupa num dado referencial formar uma linha curva, que pode ser circular, parabólica, elíptica ou uma curva complexa (cicloide, helicoidal, etc.

Se for conhecida a forma da trajectória do móvel, já é possível:

- localizar num referencial, previamente escolhido, a posição do móvel a um dado instante.
- descrever o movimento desse móvel.

Para isso, arbitram.se a origem das posições e a origem dos tempos

Numa trajectória rectilínea coincidente com um referencial, por exemplo Ox, o valor do deslocamento corresponde ao valor algébrico da componente Δr sobre o eixo de referência que é, neste exemplo, Δx.

- Se o valor de Δx é positivo, então o móvel, desloca-se no sentido positivo do eixo.
- Se o valor de Δx é negativo, então o móvel, desloca-se no sentido inverso, ou seja, no sentido negativo do eixo.

O espaço percorrido (total) é o valor do movimento quando rectilíneo sem inversão de sentido. Caso ocorra mudança de sentido, o espaço percorrido será igual à soma dos módulos dos valores do deslocamentos num e outro sentido.

1.5 - Velocidade

A "velocidade-base" (SOG) corresponde à rapidez média do móvel. Por isso, nada nos informa acerca da direcção e do sentido do seu movimento.

A "velocidade-efectiva" (VMG) corresponde à velocidade média pois resulta do quociente entre o deslocamento efectuado e o intervalo do tempo necessário para realizá-lo.

Velocidade Instantânea
À velocidade de um corpo num dado instante chama-se velocidade instantânea. É uma grandeza vectorial que informa a direcção, do sentido do movimento e da rapidez com que o móvel muda de posição. A velocidade instantânea designa-se, simplesmente, por velocidade.

O vector velocidade, relativamente ao referencial escolhido, possui as seguintes características:

- ponto de aplicação: no móvel;
- direcção: a da tangente à trajectória no ponto em que o móvel se encontra;
- sentido: o do movimento do móvel;
- norma ou intensidade: módulo da velocidade


Se, em relação ao referencial escolhido, o móvel descreve uma trajectória rectilínea, as características do vector velocidade:

- ponto de aplicação: no móvel;
- direcção: a da trajectória
- sentido: o do movimento
- norma ou intensidade: módulo da velocidade

Actualizado no dia 26 de Março ás 15h55