Como calcular tensão elétrica

tensao eletricaDado um condutor, a tensão aplicada em seus terminais é proporcional à corrente elétrica que o percorre. O material que compõem o resistor é determinante para que essa relação exista. O diodo, por exemplo, não obedece a essa relação.

Fórmula da tensão elétrica

Seguindo os estudos, o físico elaborou a fórmula matemática para calcular a tensão. Essa relação é conhecida como a 1ª lei de Ohm.
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Como converter km/h para m/s?

como converter km/h para m/s

A figura resume tudo, mas para quem quer aprender porque é assim segue a explicação.

Em ambos os caso, conversão de m/s para km/h ou de km/h para m/s, a demonstração é simples. Sabemos que para converter metros para quilômetros devemos dividir por 1000 (mil) e para converter de segundos para horas devemos dividir por 3600 (três mil e seiscentos). Portanto, para converter de m/s para km/h e vice versa devemos aplicar:

como converter km/h para m/s

Exemplo de como converter de km/h para m/s

1 – Converta 30 km/h para m/s.
30/3,6 =8,33 m/s

Exemplo de como converter de m/s para km/h

1 – Converta 20 m/s para km/h.
20×3,6 = 72 km/h.

Como Calcular Velocidade Instantânea

Velocidade Instantânea logo

Conceito de Velocidade Instantânea

A velocidade instantânea é a velocidade medida em um determinado momento. Diferente da velocidade média, que mede a velocidade média durante um percurso em uma variação de tempo, a velocidade instantânea mede a velocidade em um instante específico.
A pergunta que se faz quanto tratamos de velocidade instantânea é “qual a velocidade do veiculo 10 segundos depois da partida?” . Outro bom exemplo de velocidade instantânea são os radares eletrônicos. Geralmente, um motorista vem a uma velocidade acima do permitido e quando chega próximo aos radares eletrônicos pisam no freio e o radar captura a velocidade abaixo do máximo permitido. A velocidade capturada pelo radar é a velocidade instantânea do veículo, ou seja, a velocidade naquele instante em que o veículo já havia desacelerado.

Fórmula da Velocidade Instantânea

Quando falamos em fórmula da velocidade instantânea, devemos lembrar que em MRU a velocidade é constante, portanto a velocidade é sempre a mesma. A fórmula da a seguir é aplicada quando há aceleração. A fórmula é:
Velocidade Instantânea Fórmula
Em que,
v: velocidade
v0: velocidade inicial
a: aceleração
t: tempo

Derivada da Velocidade Instantânea

Velocidade Instantânea Derivada

Gráfico da Velocidade Instantânea

O gráfico da velocidade instantânea é dado em função do tempo. Sendo as variáveis velocidade inicial e aceleração duas constantes, o gráfico representará a variação da velocidade em função do tempo. Vendo o gráfico, podemos concluir que é uma reta. Isso porque a fórmula da velocidade instantânea é uma função de primeiro grau, não possui variável elevada ao quadrado ou maior.
Velocidade Instantânea Gráfico
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Exercícios Resolvidos Velocidade Instantânea

Agora que a explicação está completa, vamos aos exemplos de como calcular a velocidade instantânea utilizando a fórmula.
1 – Um veículo trafega com aceleração constante de 10m/s². Qual a velocidade do veículo após 8 segundos, sabendo que a velocidade inicial do veículo era de 4m/s?
Velocidade Instantânea Exercícios Resolvidos 01

 

Força centrípeta – A força da montanha russa

Força CentrípetaA força centrípeta é bastante aplicada no dia a dia. Os exemplos mais comuns da aplicação da força centrípeta são montanha russa e carro fazendo curva. Nesse artigo utilizarei esses exemplos para explicar a matéria.

Força centrípeta x força centrífuga

É bastante comum ver as pessoas confundirem força centrípeta com força centrifuga, talvez pelo nome parecido, mas o importante é que são duas forças totalmente oposta. Uma não é reação da outra, mas possuem sentidos opostos. De modo simples, um carro se movendo por uma pista redonda. A força centrípeta puxa o carro para o centro do círculo e a força centrífuga empurra o veiculo para fora do circulo.

O que é força centrípeta?

Podemos definir força centrípeta como sendo a força resultante sobre um corpo em um movimento circular. Observem que não é a única força atuando sobre o objeto em movimento circular, mas a força resultante sobre ele. Quando um corpo entra em movimento circular, ele adquire aceleração centrípeta. Onde há massa e aceleração há força, conforme definição da 2ª Lei de Newton.

Como calcular a força centrípeta?

Como já disse, a força centrípeta atua quando um corpo entra em movimento circular, o que gera uma aceleração denominada aceleração centrípeta. Aplicando a 2ª Lei de Newton (Princípio fundamental da dinâmica), podemos encontrar a fórmula da força centrípeta.

Força Centrípeta 01Força Centrípeta 02Força Centrípeta 03
Onde:
Fc: Força centrípeta
ac: aceleração centrípeta
m: massa
r: raio
v: velocidade
ω: velocidade angular
Qual das duas fórmulas usar? Depende dos dados que estiver à disposição. Se você possuir o valor da velocidade (v) use a primeira fórmula, mas se tiver o valor da velocidade angular (ω), então utilize a segunda fórmula. Caso o exercício informar o valor da aceleração centrípeta, basta aplicar a fórmula da força.

Exercício de força centrípeta resolvido

1-Um motociclista pilota sua moto em uma pista circular de 20 metros de diâmetro. Calcule a força centrípeta, sabendo que a massa do piloto mais a massa da moto valem 150 Kg e que a velocidade da moto é de 60 Km/h.
Nesse caso vamos utilizar a fórmula que envolve a velocidade. Outro fato importante e que faz muitas pessoas errarem os exercícios é a conversão das unidades de medida. Adotando o Sistema Internacional de medidas, a massa deve ser medida em quilogramas, o raio em metros e a velocidade em metros por segundo.

Exercício de força centrípeta resolvido

Exercício de força centrípeta resolvido

Exercício de força centrípeta resolvido

Exercício de força centrípeta resolvido

Exercício de força centrípeta resolvido

Velocidade – Conceito, fórmulas e exercícios

Velocidade logoQuando falamos em velocidade logo associamos com velocidade de um veículo. Talvez por ser algo comum em nosso dia a dia e ter um indicador mostrando a velocidade a cada instante. A maioria dos exercícios sobre velocidade também envolve veículos, inclusive os que disponibilizarei aqui no site. O que quero mostrar com isso é que essa grandeza está totalmente relacionada ao nosso cotidiano e que é totalmente visível, diferentemente de quando se trata de eletricidade que é uma matéria muito abstrata.

Velocidade Média

A velocidade média indica o que o próprio nome já diz: a média da velocidade em um determinado percurso. Para ficar mais claro, imaginem a seguinte situação: uma pessoa sai de Goiânia e vai para São Paulo. Durante a viagem teve os seguintes acontecimentos:

Parou três vezes para se alimentar e descansar;
Reduziu a velocidade em trechos urbanos;
Aumentou a velocidade várias vezes;

Com isso concluímos que durante a viagem a velocidade variou, hora estava a 40 Km/h e hora estava a 100 Km/h. Entretanto é possível calcular a média da velocidade durante a viagem. Vamos considerar que a distância da viagem seja de 900 km e que foi gasto 9 horas para fazer o percurso. A velocidade média nos indica qual a velocidade que se mantida constante durante todo o trajeto faríamos o percurso em 9 horas.

Como calcular a velocidade média

Existe uma fórmula simples para calcular a velocidade média, mas antes de mostrar a fórmula gostaria que a entendesse. A velocidade é uma relação entre espaço e tempo, por isso a velocidade dos veículos é medida em Km/h. Km indica o espaço percorrido e h indica o tempo gasto para percorrer. Sabendo disso é fácil deduzir a fórmula da velocidade.

Fórmula da velocidade média

Onde:

Vmédia: Velocidade média
∆S: variação do espaço (espaço percorrido)
∆t: tempo gasto

Velocidade instantânea – Velocidade em função do tempo

Utilizando o mesmo exemplo anterior, em uma viagem a velocidade do veículo varia a todo instante. Então, como calcular a velocidade em um determinado instante? Para que isso seja possível temos que considerar a aceleração constante. Feito isso, basta utilizar a fórmula:

Fórmula da velocidade em função do tempo

Vf: Velocidade final (velocidade instantânea)
Vi: Velocidade inicial
α: aceleração
t: tempo

Fórmula de Torricelli

Será possível calcular a velocidade instantânea sem a variável tempo? Sim! O matemático Torricelli conseguiu chegar a uma fórmula em que não é necessário conhecer o tempo. Em sua homenagem essa fórmula foi nomeada de Fórmula de Torricelli.

Fórmula de Torricelli

Onde:
Vf: Velocidade final ao quadrado
Vi: Velocidade inicial ao quadrado
α: aceleração
∆S: variação do espaço

Velocidade angular

Uma variação da velocidade tradicional, a velocidade angular mede o deslocamento angular em função do tempo. Imagine um carrossel, quanto tempo o carrossel gasta para dar uma volta, ou seja, quanto tempo leva para girar 360°? A fórmula para calcular a velocidade angular é bem parecida com a velocidade que vimos acima.
Fórmula da velocidade média angular

Complemente com exercícios:
Velocidade exercícios resolvidos
Velocidade Instantânea Exercícios Resolvidos

Força – 2ª Lei de Newton – Princípio Fundamental da Mecânica

Força 2 Lei de NewtonPara mover um objeto que está em repouso é preciso aplicar força sobre o ele, assim como é preciso aplicar força sobre um objeto em movimento para poder pará-lo. Considere um objeto de massa m. Ao aplicar força esse objeto passa a se movimentar e adquire uma aceleração. Força e aceleração são duas grandezas diretamente proporcionais, isto quer dizer que quanto maior a força aplicada, maior será a aceleração adquirida e vice versa.

Fórmula da Força

Faça Mais Amor. Quem nunca escutou o professor passar esse macete para decorar a fórmula da força?! Newton chegou a conclusão que força é igual ao produto da massa pela sua aceleração. Traduzindo em uma fórmula fica assim:
Fórmula da força - 2 Lei de Newton
Legenda
F: Força (N)
m: massa (Kg)
a: aceleração (m/s²)

imagem forca 2 lei de newton

Força Resultante

Força resultante é a soma vetorial das forças que atuam sobre um corpo. Por se tratar de uma grandeza vetorial a força possui módulo (valor), direção (horizontal, vertical, diagonal…) e sentido (direita, esquerda, cima, baixa…). Quando existe somente uma força atuando sobre um corpo, então a força resultante será de mesmo módulo, direção e sentido dessa força. Entretanto, se tive mais uma força sobre o corpo, então teremos que calcular a força resultante. A aceleração sempre terá mesma direção e sentido da força resultante.

Força Peso

Considerando a aceleração da gravidade que age sobre os corpos, é possível aplicar a 2ª Lei de Newton para calcular a força peso.
Força peso - queda livre
Conforme ilustrado na figura acima, um objeto de massa m em queda livre vai ter uma força peso P empurrando-o para baixo a uma aceleração a, que na Terra vale aproximadamente 9,8m/s².

Exercício de 2ª Lei de Newton

1 – Calcule a força resultante sobre o um bloco de massa 5 Kg e aceleração de 3 m/s².
exercicio resolvido 2 lei de newton

O primeiro passo é anotar os dados
m = 5 Kg
a = 3 m/s²
Agora é só colocar na fórmula

exercicio resolvido forca 2 lei de newton

Força peso – O que é? Como calcular?

Força pesoVocês sabiam que existe uma força que nos empurram para baixo? Essa é a força peso. Ao mesmo tempo em que ela é uma essencial para nossa sobrevivência, ela também é vilã, principalmente para as mulheres. Ela é a força responsável por fazer tudo cair. Conheçam agora a força peso.

Fórmula da força peso

A fórmula da força peso é uma variação da 2ª Lei de Newton. Segundo a definição, força é diretamente proporcional ao produto da massa pela sua aceleração. Aplicando esse conceito para a força peso, temos que:
Fórmula da força peso
Legenda:
P: Força Peso (N)
m: massa do corpo (Kg)
g: aceleração da gravidade (m/s²)

Aceleração da gravidade

Assim como quando pisamos no acelerador do carro, ao soltarmos um objeto no ar ele vai sofrer um aceleração gerada pela enorme massa da Terra. O valor da aceleração da gravidade varia de acordo com a massa do corpo responsável por gerar, quanto maior a massa maior será a aceleração. Na Terra, a aceleração é de aproximadamente 9,8 m/s². Muitos exercícios de força peso arredondam esse valor para 10m/s², mas se nada for dito considere 9,8 m/s².
Na física, peso e massa não tem o mesmo significado. Apesar de no nosso dia a dia falarmos como se fossem a mesa coisa, na verdade não são. Na física, peso é uma força de atração que um corpo exerce sobre o outro e massa é uma constante de um corpo. Podemos dizer que massa é uma constante porque não importa onde esteja a massa do corpo será constante. O mesmo não acontece com a força peso que altera dependendo da aceleração da gravidade. Quando subimos em uma balança, então estamos medindo nossa massa e não nosso peso.

Força normal

A força normal é uma força de reação. Segundo a 3ª Lei de Newton, para toda ação existe uma reação de mesma força e sentido oposto. No caso da força normal, quando há um corpo sobre uma superfície fazendo força peso para baixo, a força normal será de mesma intensidade da força peso e com sentido oposto.

Força elétrica – Lei de Coulomb: a força entre cargas elétricas

Como já havia introduzido quando escrevi sobre campo elétrico, existe uma força que age quando há duas ou mais cargas elétricas próximas umas das outras.Se duas ou mais cargas, positivas ou negativas, são postas de forma que a distância permite a interação entre elas, então haverá uma força atuando nos corpos eletrizados.
Existem três possibilidades de interação entre as cargas. Conforme ilustrado na figura abaixo, quando as cargas possuem o mesmo sinal, a interação é de repulsão e quando as cargas são de cargas opostas a interação é de atração.
lei de coulomblei de coulomb

O cientista responsável por esta descoberta foi Charles Augustin de Coulomb. Em sua homenagem, a essas interações foi dado o nome de Lei de Coulomb.

Lei de Coulomb

Coulomb conseguiu criar uma fórmula matemática para calcular a força elétrica que existe entre as cargas. A definição da Lei de Coulomb: “A intensidade da força de atração ou de repulsão entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional às cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separam.”
Fórmula força eletrica

F = Força elétrica
Q1: Carga1
Q2: Carga 2
d: distância entre Q1 e Q2
K0=9x109N⋅m2/C2 (no vácuo)

Princípio da Superposição

Apesar de parecer estranho, a força elétrica entre duas cargas (Q1,Q2) não se altera ao inserirmos uma terceira carga. O que acontece de verdade é uma força resultante da soma vetorial.
Princípio da Superposição

Exercício de força elétrica resolvido

1 – Calcule a força elétrica no vácuo entre duas cargas distantes 12cm uma da outra. Indique se a força é de repulsão ou de atração. Sabe-se que Q1 = 3×10-4 e Q2 = 5×10-4. K0=9x109N⋅m2/C2
O primeiro passo é anotar os dados do exercício.
Q1 = 3×10-6 C
Q2 = 5×10-6 C
d = 12cm = 0,12m
K0=9x109N⋅m2/C2
Agora é só utilizar a fórmula
Exercicío de lei de coulomb

Campo elétrico

EletricidadeO estudo do campo elétrico é muito abstrato. Não poder ver, mas sabemos que existe através de experiências. Quando existe um objeto com uma carga (Q), positiva ou negativa, é gerado um campo elétrico ao redor da carga. Ao colocarmos outro objeto com carga (q) passa a existir uma relação de força entre as cargas. O comportamento, intensidade e sentido, dessa força elétrica depende das cargas dos objetos, mas isso já é assunto para tratar em força elétrica.
Dentro das limitações do campo elétrico, ficou definido por padrão que se a carga Q for maior que zero (Q > 0) o vetor do capo elétrico será de repulsão e se a carga Q for menor que zero (Q < 0) o vetor campo elétrico será de atração. Veja a representação na figura abaixo.
campo elétrico carga negativacampo elétrico carga positiva

Fórmula do campo elétrico

Para chegar na fórmula da intensidade do campo elétrico em um ponto P, vamos trabalhar com outras duas fórmulas.
Fórmula do campo elétrico
Substituindo [2] em [1], temos:
Fórmula do campo elétrico
A intensidade não depende de outra carga. O que vai fazer variar a intensidade é o meio em que se encontra a carga Q, o valor da carga Q e a distância. Foi comprovado que quanto mais distante da carga Q, geradora do campo, menor será a intensidade. Juntando esses fatores, a fórmula para calcular a intensidade do campo elétrico em um ponto P é:
Fórmula do campo elétrico
E: intensidade do campo elétrico (N/C)
K: constante elétrica do meio
|Q|: módulo da carga
d: distancia da carga até um ponto P

Exercício resolvido

1 – Qual a intensidade do campo elétrico de uma carga elétrica de -15μC, num ambiente em que a constante elétrica vale k = 8×109 Nm²/C², num ponto distante 10 mm dela?
Primeiro passo é extrair os dados.
|Q| = 15μ C
k = 8×109 Nm²/C²
d = 10×10-3 m
Agora é só aplicar a fórmula
Exercício resolvido de campo elétrico

Espero que tenham gostado e aprendido com a explicação. Abaixo segue links de assuntos relacionados com esta matéria.

Força Elétrica (Em breve)
Lei de Coulomb (Em breve)
Resistência elétrica (Em breve)
Lei de Ohm (Em breve)
Corrente elétrica (Em breve)
Efeito joule (Em breve)

Celsius, Fahrenheit e Kelvin

medidas da temperaturaAntes de entrar nos cálculos para converter de kelvin para graus Celsius, vou fazer uma breve introdução sobre conceito de calo e temperatura e a origem das medidas de temperatura. Quem quiser pular essa introdução basta rolar a tela mais para baixo.

Calor e temperatura

Qual a relação entre calor e temperatura, você sabe? O calor é a transferência de energia térmica entre corpos com diferença de temperatura. A temperatura mede o grau de agitação das moléculas, quanto mais agitadas maior será a temperatura. Assim, quando corpos com diferentes temperaturas são misturados eles tendem a transferir calor até igualarem a temperatura, buscam o equilíbrio da temperatura. Esse fenômeno é fácil de identificar quando colocamos gelo em um copo com refrigerante quente. O calor transferido do refrigerante para o gelo faz o gelo derreter, e essa transferência de calor faz o refrigerante esfriar.

Grau Celsius

A escala grau Celsius teve como referência o comportamento da água ao nível do mar. Ao ponto de congelamento da água foi dada a temperatura de 0°C e ao ponto em que a água ferve foi dada a temperatura de 100°C.

Grau Fahrenheit

A escala grau Fahrenheit foi criada por Daniel Gabriel Fahrenheit. A referencia de Fahrenheit para determinar esta escala foi a temperatura de congelamento de uma mistura de água e sal como sendo 0°F e a temperatura de um homem saudável como temperatura máxima 96°F. Desta forma, em comparação com a escala grau Celsius a temperatura de congelamento da água é de 32°F(0°C) e o ponto de ebulição ocorre em 212°F(100°C).

Kelvin

A escala Kelvin foi obtida a partir do estudo dos gases. Foi estabelecido que a menor temperatura possível de qualquer corpo seria o 0K, que ficou conhecido como zero absoluto. Esta escala é muito utilizada no estudo do comportamento dos gases. A escala Kelvin não possui o ‘grau’ como acontece nas escalas Celsius e Fahrenheit.

Como converter de Kelvin para Celsius e de Celsius para Kelvin

A conversão entre Kelvin e Celsius é bem simples de calcular. A fórmula para converter de Kelvin para Celsius é:
K = C + 273

Como converter de Fahrenheit para Celsius e de Celsius para Fahrenheit

A fórmula para converter de Fahrenheit para Celsius é um pouco mais complicada, mas não impossível.
celsius para Fahrenheit
celsius para Fahrenheit
celsius para Fahrenheit
Em particular, eu prefiro a fórmula como está acima, mas quem quiser pode isolar a escala.
celsius para Fahrenheit

Como converter de Fahrenheit para Kelvin e de Kelvin para Fahrenheit

Para fazer essa conversão, a maneira mais simples é utilizar a relação:
Fahrenheit para kelvin

Relação entre Celsius, Fahrenheit e Kelvin

celsius fahrenheit kelvin