Circuitos elétricos

O que é um circuito elétrico? 

circuito elétrico -> conjunto de elementos ou componentes, ligados numa dada sequência formando um percurso/caminho para a corrente elétrica.
corrente elétrica -> movimento orientado de partículas com carga elétrica

Os circuitos são geralmente constituídos por:

   -> fonte de energia - fornece a energia necessária para que a corrente elétrica circule no circuito;

   -> aparelhos recetores - transformam a energia elétrica que recebem numa outra forma de energia;

   -> fios de ligação - estabelecem a ligação entre os vário elementos do circuito elétrico. Por vezes, adaptam-se crocodilos aos extremos dos fios para os prender aos componentes do circuito.

   -> interruptores:

Quando o interruptor está fechado, o circuito não está interrompido: a corrente elétrica está ligada.

Quando o interruptor está aberto, o circuito está interrompido: a corrente elétrica está desligada. 
Exemplo de um circuito elétrico:

  

Todos os dispositivos elétricos têm dois terminais. Nas pilhas, os terminais chamam-se pólos, sendo o polo positivo,+, e o pólo negativo,-. Nos circuitos elétricos, o sentido convencional da corrente elétrica é do pólo positivo da pilha para o pólo negativo e o sentido real é do pólo negativo para o positivo. 

Como esquematizar um circuito?

Para representar circuitos elétricos podemos recorrer a esquemas. Para isso, temos de associar cada dispositivo elétrico a um símbolo:

Por exemplo:

Circuitos em série e em paralelo

É possível instalar um circuito elétrico com mais do que um recetor. Esta instalação pode ser feita de duas maneiras: em série ou em paralelo.

No circuito em série as lâmpadas são instaladas umas a seguir às outras, existindo um só caminho para a corrente elétrica. 

Neste tipo de circuito verifica-se que o interruptor controla todas as lâmpadas, quando uma se funde as outras apagam-se e quando há um grande número de lâmpadas a luminosidade diminui.

No circuito em paralelo as lâmpadas são instaladas em ramificações diferentes, existindo mais do que um caminho para a corrente elétrica. 

Neste tipo de circuito, o interruptor instalado no circuito principal comanda todas as lâmpadas mas se for instalado em paralelo comanda só uma lâmpada. Quando o número de lâmpadas é elevado a luminosidade mantém-se.

Curiosidades sobre o choque elétrico

O choque elétrico é causado por uma corrente elétrica que passa através do corpo humano ou de um animal.. O pior choque é aquele que se origina quando uma corrente elétrica entra por uma mão e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax, a corrente eletricaa tem grande probabilidade de afetar o coração e a respiração. Se fizerem parte do circuito elétrico o dedo polegar e o dedo indicador de uma mão, ou uma mão e um pé, o risco é menor.

O valor mínimo de corrente que uma pessoa pode perceber é 1 mA. Com uma corrente de 10 mA, a pessoa perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir as mãos para se livrar do contato. O valor mortal está compreendido entre 10 mA e 3 A.

Normalmente, a resistência elétrica de nossa pele é grande e limita o estabelecimento de uma corrente elétrica caso a tensão aplicada não seja muito grande. Com a pele seca, por exemplo, não apanhamos nenhum choque se estivermos submetidos à tensão de 12 V, mas se a pele estiver húmida a resistência elétrica reduz muito e podemos apanhar um choque considerável.

Uma forma de se evitar os choques elétricos é fazer a ligação dos aparelhos à terra.

Utilização da eletricidade

Regras de segurança na utilização da eletricidade:

• Não ligar muitos aparelhos elétricos à mesma tomada

• Não desligar as fuchas das tomadas puxando pelos fios

• Não utilizar aparelhos elétricos com o fio de ligação deteriorado, ou seja, em mau estado

• Não tocar com os dedos ou objetos metálicos nas tomadas elétricas

• Não substituir uma lâmpada fundida ou reparar qualquer aparelho elétrico ligado à corrente

• Não tocar nos interruptores nem ligar aparelhos elétricos com as mãos molhadas

• Não deitar água em ferros de engomar ou cafeteiras elétricas enquanto ligados à corrente

• Não subir, em caso algum, a um poste elétrico

E algumas dicas para poupar enegia...

O Regresso

Newton

Isaac Newton foi um famoso cientista inglês que muito se distinguiu como físico e matemático, sendo considerado o cientista que causou maior impacto na história da ciência.

4 de Janeiro de 1643 - 31 Março 1727 

A sua obra, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, também é considerada uma das mais influentes na história da ciência. Esta obra foi publicada em 1687 e descreve a lei da gravitação universal e as três leis de Newton, que fundamentam a mecânica clássica, até aos dias de hoje.Newton foi o primeiro cientista a demonstrar que os movimentos dos objetos são governados pelo mesmo conjunto de leis.
Newton construiu o primeiro telescópio refletor operacional e desenvolveu a teoria das cores baseada na observação de um prisma, que decompõe a luz branca em várias cores do espectro visível.
Como matemático Newton, além do seu trabalho em cálculo contribuiu para o estudo das séries de potências, generalizou o teorema binomial para expoentes não inteiros, e desenvolveu o método de Newton para a aproximação das raízes de uma função, além de muitas outras contribuições importantes.
Em sua homenagem, unidade de medida da Força, no Sistema Internacional, tem o seu nome.

Leis de Newton

1ª Lei de Newton -> Lei da Inércia

Inércia => oposição que qualquer corpo oferece à alteração da sua velocidade.
maior massa => maior inércia e menor massa => menor inércia

Um corpo mantém o seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças for nula.

O truque de puxar a toalha da mesa deve-se à inércia:

Até o nosso ex-professor Garfield conhece esta lei:

 

É também devido à 1ª Lei de Newton que quando o autocarro para bruscamente, somos lançados para a frente(1) (para continuar o movimento) e quando o autocarro arranca e retoma o andamento somos lançados contra o assento(2) (para continuar na situação de repouso).

1

2

2ª Lei de Newton -> Lei Fundamental da Dinâmica

Sempre que num corpo atua um conjunto de forças cuja resultante não é nula existe aceleração (velocidade varia).

Podemos calcular o valor da força resultante através da expressão:

Podemos calcular a massa do corpo através da expressão:

 Podemos calcular a aceleração através da expressão:

A 2ª Lei de Newton conclui que:

• A força resultante que atua num corpo e a sua aceleração têm a mesma direção e o mesmo sentido;
• A aceleração é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante;

• Enquanto a força resultante se mantém constante, a aceleração é também constante e o movimento é uniformemente acelerado ou uniformemente retardado.
• Quanto maior é a massa do corpo menor é a sua aceleração;

Caso particular da 2ªLei de Newton:

Quando a única força que atua num corpo é o peso, ele cai para a Terra com uma aceleração que se chama aceleração gravítica.
O peso e a aceleração gravítica têm a mesma direção e o mesmo sentido- direção vertical e sentido descendente.
O valor da aceleração gravítica depende do local da Terra onde o corpo se encontra.

O Garfield sabe também uma maneira fácil de perder peso:

A força resultante do conjunto das forças que atuam num corpo produz nele uma aceleração com a mesma direção e o mesmo sentido da força resultante, que é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante. 

3ª Lei de Newton -> Lei da Ação- Reação

As forças descrevem a interação entre dois corpos, atuando sempre aos pares.
Quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo exerce também uma força sobre o primeiro. Qualquer uma das duas forças pode ser chamada ação,sendo a outra designada por reação. O conjunto das duas forças constiui um par ação-reação.












As forças que constituem um par ação-reação podem atuar por contacto ou à distância e são caracterizadas por:
 - terem a mesma direção;
 - terem a mesma intensidade;
 - terem sentidos opostos;
 - serem aplicadas em corpos diferentes (uma em cada corpo).


Quando dois corpos estão em interação, à ação de um corpo sobre o outro corresponde sempre uma reação igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro.

NOTA:
Num corpo estão sempre aplicadas quatro forças:

Nesta imagem, a "força de tração" representa a força aplicada.
A força normal é a resposta da Terra à força peso, tendo a mesma direção e intensidade que a força peso mas sentido oposto. A força peso e a força normal anulam-se.

EXERCÍCIOS:

1. Classifica cada um das afirmações como verdadeira ou falsa:

A- A força resultante de todas as forças que atuam num corpo tem sempre maior intensidade do que qualquer uma das forças;

B- Sempre que a resultante das forças que atuam num corpo é nula, o corpo está em repouso;

C-Um corpo em movimento retílineo uniforme está sempre sujeito a forças cuja resultante é nula;

D-Um corpo está em equilíbrio se a resultante de todas as forças que nele atuam é nula.

A                              B

2. Duas esferas, movem-se numa calha horizontal, da esquerda para a direita. Na esfera A atua um conjunto de forças cuja resultante tem direção horizontal e sentido da esquerda para a direita. A resultante das forças que atuam em B é nula.

  2.1. Indica qual das duas esferas tem movimento retilíneo uniforme.

  2.2. Diz o nome e enuncia a lei de Newton em que te baseaste para responderes à questão anterior.

  2.3. "O movimento da outra esfera tem aceleração". Justifica esta afirmação.

3. Completa corretamente as frases que se seguem, com base na 2ª lei de Newton:

A- Quando a mesma força atua em corpos de massa sucessivamente maior, a aceleração é sucessivamente _______.

B- Quando o mesmo corpo fica sujeito a um força resultante de intensidade sucessivamente maior, adquire aceleração sucessivamente _______.

C- A força resultante aplicada num corpo e a aceleração que produz têm direções _______ e sentidos _______.

4. Calcula:

A                                    B                                       C

  4.1. o valor da resultante das forças que atuam sobre o corpo A;

  4.2. o valor da aceleração do movimento do corpo B;

  4.3. o valor da massa do corpo C;

5. Num lugar da Terra onde a aceleração gravítica é 9,8, calcula:
  5.1. o peso de um corpo cuja massa é 5 kg;
  5.2. a massa de um corpo com o peso de 19,6 N

CORREÇÃO DOS EXERCÍCIOS:

1. A- F

    B- F

    C- V 

    D- V

2.

  2.1. Esfera B

  2.2. Lei da Inércia -> Um corpo mantém o seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças for nula.

  2.3. Sempre que num corpo atua um conjunto de forças cuja resultante não é nula, o seu movimento é variada. Isto significa que a velocidade varia, ou seja, existe aceleração.

3.A- menor

   B- maior

   C- iguais/iguais

4. 

  4.1. Fr = m x a = 30 x 6 = 180 N

  4.2. a = Fr/m = 160/20=8 m/s2

  4.3. m = Fr/a = 420/10 = 42 kg

5.
  5.1. P = m x g = 5 x 9,8 = 49 N
  5.2. P = m x g <=> 19,6 = m x 9,8 <=> m = 19,6/9,8 <=> m = 2 kg

Resultante de Forças e Forças de Atrito

RELEMBRANDO...

As forças:

• Traduzem a interação entre corpos;
• São grandezas vetoriais (representam-se por vetores);
• Podem:
• alterar o estado de repouso ou de movimento de um corpo;
• deformar corpos;
• Unidade no SI: Newton (N);
• São medidas com dinamómetros;
• Atuam sempre aos pares;
• Podem ocorrer por contacto ou à distância.

Características do vetor força:

- direção

- sentido

- ponto de aplicação

- valor/intensidade

Resultante de forças

A resultante do conjunto de forças que atuam num corpo é a força única equivalente a todas as forças desse conjunto. 

COMO SE SOMAM FORÇAS?

(1) Representam-se um dos vetores,

(2) Depois, na extremidade do primeiro vetor, inicia-se a representação do segundo;

(3) Une-se a origem do primeiro vetor à extremidade do segundo, obtendo assim o vetor soma.

Resultante de duas forças com a mesma direção e o mesmo sentido 

Para determinar a força resultante somam-se as duas forças:

Quando duas forças com a mesma direção e o mesmo sentido atuam num corpo, a força resultante tem:

• direção e sentido iguais aos das duas forças;
• intensidade igual à soma das intensidades das duas forças:

Resultante de duas forças com a mesma direção mas sentidos opostos

Para determinar a força resultante somam-se as duas forças e obtém-se uma força cuja intensidade é igual à diferença das intensidades das duas forças:

Quando duas forças com a mesma direção mas sentidos opostos atuam num corpo, a força resultante tem:

• direção igual à das duas forças;
• sentido igual ao da força com maior intensidade;
• intensidade igual à diferença das intensidades das duas forças: 

Resultante de duas forças com direções diferentes

Para determinar a força resultante utiliza-se a regra do paralelogramo:

Se as duas forças fazem entre si um ângulo de 90º a intensidade da força resultante pode ser calculada aplicando o teorema de Pitágoras:

Quando duas forças, com um ângulo de 90º entre si, a força resultante tem:

• direção e sentido diferente do das duas forças, que são determinados geometricamente;
• intensidade calculada aplicando o teorema de Pitágoras: 

Forças de atrito

As forças de atrito são forças de contacto que se opõem sempre ao movimento de um corpo. Estas forças dependem das superfícies de contacto e da massa do corpo.

 

Exemplos em que o atrito é útil:

• no caminhar de uma pessoa;
• no aderir dos carros á estrada.

Exemplos em que o atrito é prejudicial:

• na patinagem no gelo;
• no aumentar da velocidade dos carros de corrida;