Plano de estudos de Física: estude para Enem e vestibulares

A Física é uma das ciências modernas mais importantes e presentes na vida das pessoas, por isso é essencial que o estudante esteja atento aos assuntos mais cobrados no Enem e nos vestibulares.

Neste material, vamos te apresentar os principais temas de Física que caem em provas de ingresso ao ensino superior. Nosso objetivo é te ajudar na preparação e garantir que você mande bem na hora da prova! Não esqueça de treinar seus conhecimentos.

Vem conferir com a gente? Boa leitura!

Quais matérias de Física caem no Enem e vestibulares?

O Exame Nacional do Ensino Médio é a principal forma de ingresso ao ensino superior, e conta com milhões de inscrições todos os anos. Apesar da grande quantidade de candidatos, oferece vagas para universidades em todo o país. Os conteúdos de Física estão localizados no caderno de Ciências da Natureza e suas tecnologias, por isso, vale a pena conferir o guia completo do Enem para conhecer a estrutura da prova.

Os estudantes também possuem a opção de realizar as provas de vestibular, adotadas por inúmeras instituições espalhadas pelo Brasil. Assim como o Enem, essas provas focam nos principais conteúdos necessários para o domínio dos estudantes, teorias clássicas e modernas da Física e conceitos-chave presentes nos currículos de ensino médio.

Vamos conhecer quais são eles?

Mecânica

A área da Física que estuda os movimentos dos corpos é chamada de Mecânica. Podemos considerar uma divisão entre três grandes áreas: mecânica clássica, mecânica relativista e mecânica quântica.

Os movimentos do cotidiano, com questões importantes e aplicações no dia a dia, são objetos da mecânica clássica. Já a mecânica relativista, que surgiu com a Teoria da Relatividade de Einstein, estuda as questões relativas envolvendo mudanças na massa dos corpos e na percepção de tempo e espaço.

Por fim, a mecânica quântica une estudos da Física e da Química, tendo sido inaugurada por Max Planck. Nessa área, estudam-se os movimentos das pequenas partículas, a nível atômico.

Você vai conhecer agora os principais temas que se relacionam a Mecânica e são recorrentes nas provas de vestibular. Acompanhe!

Cinemática

A Cinemática compreende o estudo do movimento dos corpos, sem que haja preocupação com as origens ou causas do deslocamento. Nesse campo de estudo, considera-se principalmente o deslocamento de um corpo de um ponto A a um ponto B e o tempo que se leva nesse deslocamento.

Segundo os estudos da Cinemática, o referencial é um ponto chave para compreender os deslocamentos, pois, a depender do objeto ou de um observador, deve-se observar se um corpo está em movimento ou em repouso, como quando um motorista é visto dirigindo um carro.

Com as medidas de deslocamento e tempo, pode-se calcular a velocidade escalar média ou rapidez, através da seguinte fórmula:

A velocidade média possui unidade de metro por segundo (m/s) segundo o Sistema Internacional (SI). Isso significa que se deve ter atenção para as medidas de posição e tempo, sempre em metro (m) e segundo (s).

Durante o movimento, um corpo pode se tornar mais ou menos acelerado, caso se aumente ou diminua a velocidade. Sendo assim, é possível calcular a aceleração escalar média a partir da equação:

Nesse caso, a unidade de medida é metro por segundo ao quadrado (m/s²) no SI.

Alguns outras situações de estudo são consideradas. No caso de um Movimento Retilíneo Uniforme (MRU), observa-se o deslocamento de um corpo em linha reta onde não há alteração da velocidade durante o trajeto, sendo assim, estuda-se a posição de um corpo a partir da função:

Em que S representa a posição final em metros; So, a posição inicial, em metros; V a velocidade em metro por segundo, e t o tempo em segundos.

Com as mesmas variáveis apresentadas até agora, também se estuda o Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV) dos corpos, quando se observa uma aceleração constante de um corpo que se movimenta em linha reta.

Para essa situação, existem algumas possibilidades de cálculo:

• Velocidade: V = Vo + a.t
• Posição: S = So + Vo.t + a.t²
• Velocidade e posição (Equação de Torricelli): V² = Vo² + 2.a.S

Dinâmica

Na Dinâmica, ao contrário da Cinemática, estudam-se as causas e efeitos dos movimentos dos corpos.

Os princípios da Dinâmica foram desenvolvidos por Isaac Newton, com contribuições anteriores de Aristóteles e Galileu Galilei. Esses princípios, amplamente conhecidos como Leis de Newton, explicam interações entre os corpos e a natureza dos movimentos.

Primeira Lei de Newton

A primeira Lei de Newton é conhecida como o princípio da inércia, famoso pelo enunciado: um corpo em repouso tende a ficar em repouso desde que nenhuma força atue sobre ele, assim como um corpo em movimento tende a ficar em movimento nas mesmas condições, sem a atuação de uma força externa.

Para esse estado contínuo, dá-se o nome de inércia. Nesse entendimento, conclui-se que a massa é intrínseca a um corpo.

Segunda Lei de Newton

O princípio fundamental da Dinâmica, a segunda Lei de Newton, é uma das mais importantes leis da história da ciência, e diz que a força resultante de atuação em um corpo é diretamente proporcional ao produto da massa do corpo e da aceleração adquirida.

Esse princípio complementa o da inércia, ao ressaltar o fator da massa ser intrínseca aos corpos, mas considerar um cenário em que, diferente da primeira lei, há atuação deu ma força externa.

Ele pode ser resumido em uma fórmula matemática:

No Sistema Internacional (SI), a unidade da Força Resultante (Fr) é N (Newton), que também pode ser expressa em quilograma por metros por segundo ao quadrado (Kg/m/s2).

Terceira Lei de Newton

Esse princípio é conhecido como o da ação e reação. Sempre que um corpo exerce uma força sobre outro, haverá uma reação com a mesma intensidade e direção, porém sentido contrário. Ou seja, a força que um corpo A exerce sobre o corpo B é a mesma que B exerce sobre A, com o sinal trocado.

Estática

Em Estática, se estuda o equilíbrio de forças que atuam sobre um corpo. Para que esse equilíbrio exista, o somatório de todas as forças aplicadas sobre ele deve ser igual a zero.

Para entender esse equilíbrio, dividem-se três categorias: equilíbrio estável, quando um corpo retorna para a posição inicial após realizar um pequeno deslocamento da posição de equilíbrio, instável, quando um corpo se afasta da posição de equilíbrio ao ser retirado dela, e indiferente, quando o equilíbrio é constante mesmo com o deslocamento dos corpos.

Termologia

A área da física em que se realizam estudos acerca do calor é chamada de Termologia. Com esse termo, podemos entender e estudar fenômenos como o aquecimento e o resfriamento, temperatura, mudanças de estado físico, dilatação térmica, gases, dentre outros assuntos relacionados.

É conveniente dividir termologia em três partes:

1. Calorimetria: estudo das trocas de calor entre os corpos.
2. Termometria: estudo das escalas de temperatura nas escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit.
3. Termodinâmica: estudo das leis da termodinâmica.

Os estudos de termologia podem exigir cálculos, e algumas fórmulas facilitam esses processos, são elas:

• Capacidade térmica: C = m.c;
• Calor latente: Q = m.L;
• Calor sensível: Q = m.c.Δθ;
• Conversões de temperatura: Celsius x Fahrenheit – Tc/5 = (Tf – 32)/9; Celsius x Kelvin – Tk = Tc + 273;

É importante ressaltar que os símbolos acima são conhecidos e possuem unidades de medida específicas de acordo com o SI. Acompanhe:

• Q = quantidade de calor (sensível ou latente), em Joule (J);
• C = capacidade térmica, em Joule por Kelvin (J/K);
• c = calor específico, em J por quilograma e por Kelvin (J/Kg.K) ou caloria por grama e por grau Celsius (cal/g.ºC);
• L = calor da troca de estado físico;
• m = massa da substância, em quilograma (Kg);
• Δθ = variação de temperatura.

Ondulatória

Você já deve ter ouvido falar de ondas e até pensado nas oscilações que quebram no mar. A ondulatória é o ramo da Física que estuda não só esse tipo, as mecânicas, como também as eletromagnéticas, que tem a luz como exemplo.

As ondas são resultado de perturbações, que geram oscilações e as fazem propagar em um espaço. Elas são capazes de transportar energia, mesmo que a matéria não se transporte junto a elas. Ondas sonoras são um bom exemplo disso.

Ondas estacionárias são ondas estáticas, que ocorrem quando duas ondas senoidais se propagam em sentidos opostos, como é o caso de vibrações em violinos. As ondas senoidais, por sua vez, são ondas que se movem e variam de acordo com o tempo (t) e a distância.

A figura abaixo ilustra os elementos de uma onda:

A “crista” da onda é o ponto mais alto, enquanto o “vale” é o mais baixo. A representa a amplitude, que é a altura que uma onda atinge, enquanto a letra grega lambda ( λ ), o número de onda, representa a distância percorrida entre os vales ou duas cristas, também chamado de número de onda.

V representa a velocidade de propagação de uma onda. Pode-se também considerar que o período representa a oscilação completa de uma onda, e é calculado a partir da equação da frequência (f), representada por:

A unidade de medida da frequência no SI é Hertz (Hz), ou 1/s.  

Óptica

A óptica trata dos fenômenos que acontecem por intermédio da luz, uma onda que se propaga por meio dos raios.

Podemos estudar a óptica geométrica e a óptica física. Na geométrica, analisam-se os fenômenos da reflexão e da refração, os espelhos, lentes e as formas de propagação da luz. Na física, estuda-se o comportamento da luz como onda, sua composição, emissão, absorção, difração, dentre outras temáticas pertinentes.

Alguns princípios fundamentais guiam os estudos em Óptica. São eles:

• Princípio da Propagação Retilínea: a luz sempre se propaga em linha reta quando incide em meios transparentes homogêneos;
• Princípio da Independência de Raios de Luz: os raios de luz permanecem em trajetória individual ao se cruzarem. Um feixe de luz não altera o outro;
• Princípio da Reversibilidade de Luz: a luz é reversível, ou seja, os raios de luz podem percorrer o mesmo caminho na direção inversa.

Além disso, se considera a luz como uma onda eletromagnética capaz de se propagar com velocidade de 300.000 km/s. Ela se propaga em meios transparentes, com passagem total dos feixes de luz, translúcidos, com passagem desordenada dos feixes de luz e opacos, sem passagem dos feixes de luz.

Eletromagnetismo

Os fenômenos da Física que se relacionam à eletricidade e ao magnetismo são estudados na área do eletromagnetismo, que descreve o campo eletromagnético. Nesse campo, estudam-se os campos elétrico e magnético separadamente ou em conjunto.

Para desenvolver os conceitos de eletromagnetismo, desenvolveram-se conhecimentos acerca das cargas elétricas e do fluxo magnético, considerando que essas cargas são capazes de gerar campo magnético, e o fluxo magnético produz campo elétrico.

O campo magnético, por sua vez, é resultado de correntes elétricas, que surgem com o movimento de cargas elétricas. São desses estudos que se conhecem forças eletromagnéticas e mesmo ímãs.

As interações entre prótons e nêutrons, partículas subatômicas, também são contempladas nos estudos dos campos magnéticos. Isso faz com que a força eletromagnética possa ser aplicada a uma imensa gama de fenômenos químicos e físicos.

Vamos conhecer, agora, os conceitos de Eletricidade e Magnetismo.

Eletricidade

A eletricidade busca entender quais fenômenos se relacionam com o movimento das cargas elétricas, que estão presentes nos diferentes corpos. Para esses movimentos, dá-se o nome de eletricidade.

A formação desses movimentos ou correntes se dá a partir da junção de dois pontos de um condutor. No caso de usinas hidrelétricas, conhecidas pela geração de energia, o grande volume de águas de rios, lagos e represas é responsável por movimentar as turbinas e gerar energia elétrica a partir da mecânica.

A energia elétrica também se forma por outros meios, como no caso da energia solar, eólica, geração termelétrica e nuclear. Deve-se atentar, apesar disso, para os processos que agridem o meio ambiente, buscando alternativas mais limpas para a geração de energia.

Existem duas formas principais de geração de energia:

1.  Eletricidade estática: é o tema da eletrostática. Não se movimenta, ou possui cargas em repouso. Acontece com o uso de materiais não-condutores. Nessa forma de geração de energia, há transferência de carga entre os corpos por meio do atrito ou da eletrização por contato.
2. Eletricidade dinâmica: há movimentação de cargas, que geram corrente elétrica. Materiais condutores possibilitam a movimentação de elétrons, que formam uma corrente, um fluxo de elétrons.

Para os cálculos em eletricidade, algumas fórmulas podem ajudar a resolução de exercícios. São elas:

Onde, segundo o SI:

i = corrente elétrica em Ampères (A);

ΔQ = carga elétrica em Coulomb (C);

Δt = intervalo de tempo em segundo (s);

Para encontrar a carga elétrica, usa-se:

Onde, segundo o SI:

Q = carga elétrica em Coulomb (C);

n = número de cargas elementares;

e = carga elementar (e = 1,6 x 10-19 C).

Já para encontrar a energia potencial elétrica, tem-se:

Onde, segundo o SI:

Ep = energia potencial elétrica em Joule (J);

K = constante eletrostática no vácuo (k= 9,0 x 109 N.m-2.C-2);

Q e q = cargas elétricas em Coulomb (C);

d = distância entre cargas elétricas.

Essas são as principais fórmulas para as questões de eletricidade. Não deixe de analisar bem os contextos das questões para conseguir utilizá-las!

Magnetismo

O magnetismo possui uma forte presença na vida das pessoas. Os átomos e suas partículas se movimentam em correntes, e o magnetismo estuda essas movimentações e os efeitos de atração ou repulsão das cargas elétricas. Os ímãs são exemplo desse fenômeno.

Um campo magnético é gerado ao redor de um ímã, gerando forças magnéticas ao seu redor. Seu espaço é orientado do polo norte ao polo sul, fato que também ocorre no campo magnético terrestre.

A proteção das formas de vida na Terra é um resultado direto do magnetismo, pois os polos norte e sul magnéticos impedem que as partículas solares, como os ventos solares, atinjam a superfície do planeta, permitindo também que as formas de comunicação existam.

É possível calcular o módulo da força magnética dos corpos carregados, a partir da fórmula:

F = q.v.B.senθ

Onde, q a “carga líquida” está em Coulomb (C); e v é a velocidade da partícula em relação ao campo magnético em metro por segundo (m/s), além do ângulo θ formado entre velocidade e campo magnético.

Para determinar o sentido correto da força magnética, usa-se a regra da mão direita, explicada pela imagem:

Deve-se posicionar o dedo indicador da mão direita no sentido do campo magnético em questão, e o dedo médio na direção da velocidade da partícula. Já o dedão dirá o sentido da força magnética.

Outro ponto muito importante em magnetismo é a Lei de Faraday, que ajuda a entender a variação de fluxos magnéticos em superfícies condutoras, ou seja, a geração de corrente eletromotriz.

A fórmula matemática, desenvolvida por Franz Ernst Neumann, relaciona o fluxo magnético com a variação de tempo, para a chamada força eletromotriz induzida ou potencial elétrico, medido em volts (V).

Física moderna

Quando falamos em física moderna, estamos nos referindo às teorias físicas surgidas no início do século XX. São teorias avançadas, que entendem fenômenos em escalas muito pequenas, como as atômicas e as subatômicas.

Vamos conhecer, agora, um pouco mais sobre a Teoria da Relatividade e da Mecânica Quântica.

Teoria da Relatividade

Compõe a teoria da relatividade dois estudos: Relatividade Restrita (1905) e Relatividade Geral (1915), desenvolvidos pelo célebre cientista Albert Einstein, que desejava desenvolver as Leis de Newton.

A teoria da relatividade tratou de pontos como a relatividade do tempo, a gravidade como deformidade no espaço-tempo, a descoberta da velocidade da luz e as mudanças na passagem do tempo para viajantes na velocidade da luz.

É dessa teoria que surge uma das fórmulas mais conhecidas e utilizadas durante a história:

E = m.c²

Em que E é a energia de repouso, m é a massa de um corpo em kg e C é a velocidade da luz em 300 mil m/s/.

Segundo essa teoria, quando um objeto viaja próximo da velocidade da luz, a quantidade de energia necessária para que ele supere essa velocidade é infinita, tornando impossível que ela seja alcançada.

Mecânica Quântica

Os estudos da mecânica quântica são em escala atômica ou subatômica, com átomos, moléculas, prótons, e outras partículas.

Essa teoria quântica se iniciou com as hipóteses de Max Planck, em 1900, sobre a irradiação de energia e quantização, promovendo a base de estudos para muitos outros cientistas da época.

Nos anos 1920, a teoria quântica já havia se desenvolvido de tal maneira que se tornou a base padrão para os novos estudos da física atômica, possibilitando o investimento e avanços na área que considerava as descobertas e hipóteses de Max Planck.

Em 1925, Bohr e Heisenberg publicaram resultados que marcaram a evolução da teoria quântica, propondo uma nova teoria que preenchia lacunas deixadas por Rutherford. Nessa época, se desenvolveram estudos sobre a radiação e sobre o comportamento do elétron como partícula-onda.

Bohr foi o responsável por aperfeiçoar o modelo atômico de Rutherford, propondo o que se conhece como modelo de Rutherford-Bohr.

Já Heisenberg estruturou seus estudos promovendo um modelo quântico para o átomo, que modo que o desenvolvimento dos estudos sobre átomos, partículas subatômicas e raios cósmicos foi possibilitado a partir da elucidação das características da matéria na escala micro.

Além disso, a mecânica quântica também ajuda a entender fenômenos macroscópicos que só podem ser compreendidos quando se leva em conta o comportamento das componentes microscópicas da matéria.

Como treinar os conhecimentos em Física?

Agora que você já montou um plano de estudos junto com a gente, busque os assuntos abordados para se aprofundar em cada um. Assim, você vai chegar no dia da prova preparado para as questões sobre esses assuntos e pronto para a aprovação!

Aproveite também para realizar o nosso Simulado Enem em Ciências da Natureza e testar seus conhecimentos. Até a próxima!