Resumo:
Esta aula estuda os corpos contínuos na física. Começa com objetos pontuais, mas mostra como a mecânica newtoniana explica que objetos formados por muitas partículas podem simular a continuidade da natureza. Revisa as leis de Newton para entender o movimento e as causas nas partículas. Destaca que os corpos conglomerados adquirem propriedades únicas e são classificados em sólidos, líquidos e gases conforme sua reação a forças externas.

Objetivos de Aprendizagem:
Ao concluir esta aula, o estudante será capaz de:

1. Compreender como os possíveis estados de movimento relativo entre os pontos da matéria podem reproduzir os estados da matéria.
2. Reconhecer as novas propriedades que emergem das partículas quando estas formam um conglomerado.
3. Compreender a conexão entre a mecânica das partículas e a dos meios contínuos.

ÍNDICE DE CONTEÚDOS:
CORPOS CONTÍNUOS NA FÍSICA
COMO PODEMOS COMPREENDER OS CORPOS CONTÍNUOS NA FÍSICA?
A FÍSICA DO CONTÍNUO

Corpos Contínuos na Física

Na física, muitas vezes começamos estudando objetos pontuais e idealizados antes de abordar sistemas mais complexos e realistas. Embora a natureza não apresente objetos pontuais, essa abordagem faz sentido porque permite abordar os conceitos de maneira mais simples e compreensível. A mecânica newtoniana, por exemplo, foi desenvolvida antes da física do contínuo, por isso é importante ter certa familiaridade com suas leis para entender como os objetos contínuos, que são formados por um grande número de partículas diminutas, podem “simular” a continuidade que observamos na natureza.

Lembrete das Leis de Newton

A física estuda os fenômenos que mudam na natureza, já que sem mudança não há percepção possível. Por isso, é importante relembrar os conceitos fundamentais da mecânica newtoniana, que nos permitem compreender o movimento das partículas e suas causas, bem como a posição, o momento e suas variações.

A posição e o momento são atributos da matéria, que se referem à localização e ao movimento de um objeto no espaço. Todos os objetos com massa têm uma posição e um estado de movimento.

Lembremos das três leis de Newton.

• PRIMEIRA LEI: Lei da Inércia:
  Na ausência de uma ação externa, todo corpo preserva seu estado de movimento.
• SEGUNDA LEI: Lei da Força e Massas:
  Se o estado de movimento de um corpo muda, será pela ação de uma força, e esta é equivalente à variação do estado de movimento no tempo.

  \displaystyle\vec{F}= \frac{d\vec{p}}{dt}

• TERCEIRA LEI: Lei da Ação e Reação:
  A toda força “ação” corresponde outra força “reação”, de igual magnitude, mas sentido contrário.

Como Podemos Compreender os Corpos Contínuos na Física?

Um corpo contínuo é um conglomerado de objetos pontuais; o galho de uma árvore ou o sangue do nosso corpo são formados de partículas tão diminutas em tamanho e grandes em número que, juntas, se assemelham a uma “continuidade”.

Os corpos formados por um conglomerado adquirem qualidades que suas partes não possuem individualmente.

• A posição de cada partícula em relação às demais produz a forma do corpo.
• O estado de movimento do corpo completo é devido ao estado de movimento coletivo de todas as partículas como um todo.
• E as possibilidades de movimento relativo entre os pontos da matéria produzem os estados da matéria.

Todas essas coisas são suscetíveis a mudanças. Assim, com base nessas características físicas, podemos classificar os corpos conforme como mudam frente à ação de uma força externa.

Tipos de Corpos Contínuos na Física

Os corpos contínuos são classificados da seguinte forma:

Aqueles em que a posição relativa entre suas partículas tende a permanecer constante na ausência de forças externas.

Por um lado, nos sólidos a posição relativa entre as partículas que o compõem tende a permanecer constante, a menos que seja aplicada uma força externa. Caem nessa classificação corpos feitos de aço, madeira, ossos ou borracha. A posição relativa entre as partículas é sustentada por dois tipos de forças: de um lado, temos as forças de restituição, que se opõem a qualquer força que tente mover as partículas de sua posição relativa, e as forças dissipativas, que liberam a energia introduzida pela ação da força externa até fazê-la desaparecer. As forças de restituição são responsáveis por uma mola oscilar após ser perturbada, enquanto as dissipativas são responsáveis por uma barra de ferro se aquecer ao ser dobrada.

E aqueles em que, ao contrário, a posição relativa entre suas partículas varia mesmo na ausência de forças externas.

Em contraste, nos fluidos a posição relativa entre as partículas muda mesmo que não sejam exercidas forças externas e até quando o corpo preserva sua forma. O ar confinado em uma garrafa ou a água em um balde são dessa natureza. As forças de restituição que mantêm cada parte no lugar são quase inexistentes, e as forças dissipativas são responsáveis pelo fenômeno da viscosidade.

Estes se classificam em duas espécies:

Corpos Líquidos:

Existem forças internas suficientemente fortes para preservar a distância relativa média, mas não a posição, entre as partículas, fazendo com que coletivamente a substância tenda a manter um volume constante.

Corpos Gasosos:

Na ausência de restrições, não possuem um volume fixo. As partículas se movem livremente no espaço disponível. Quando estão contidas em um recipiente, cada ponto de seu interior representa uma posição possível para as partículas do gás.

A principal diferença entre sólidos e fluidos está no fato de que os sólidos tendem a preservar sua forma e os fluidos não. Quando um sólido muda de forma, ou tenta voltar a ela ou se aquece (no mínimo uma das duas), e pode até se partir; em contraste, os fluidos oferecem pouca resistência ao movimento de suas partículas e, ao contrário dos sólidos, se adaptam ao recipiente que os contém.

A Física do Contínuo

Esta ciência trata do estudo dos corpos contínuos em alguns dos estados que acabamos de descrever e suas propriedades físicas; mas como vimos, assume-se que o número e o tamanho das partículas que compõem o corpo são tais que o fazem se comportar como um objeto contínuo. Nesta ciência, embora se fale de “forças entre partículas,” não se detalha sua natureza, seja eletromagnética, de origem quântica ou simples colisões, em vez disso, é uma análise coletiva. A análise detalhada de tais situações, em que se consideram os tipos de forças entre partículas, é mais própria da mecânica estatística. Dessa ciência, outras emergem conforme o tipo de corpo estudado e o enfoque dado a esse estudo.

• Física do Contínuo
  • Mecânica dos Sólidos
    Estuda o comportamento dos materiais sólidos diante de diversos tipos de esforços de deformação.
  • Mecânica dos Fluidos
    • Hidrodinâmica: Estuda o comportamento dos líquidos
    • Pneumática: Estuda o comportamento dos gases