Unidade 01: O que é ciência, notação científica e unidades

Seção 05: Unidades de medida das grandezas físicas: massa, comprimento e tempo



uma das aulas anteriores, conversamos sobre o método científico. Nessa oportunidade verificou-se que, por ser a natureza muito complexa, para entender um fenômeno devemos escolher alguns de seus aspectos mais relevantes e usa-los para construir nossas hipóteses e teorias.

Esses aspectos mais relevantes são chamados de Grandezas Físicas. O trabalho do cientista é o de criar teorias que relacionam essas grandezas.

O cientista realiza experimentos onde mede a intensidade de determinadas grandezas físicas. Em seguida usa a matemática para tentar descobrir se existe alguma relação entre elas. Essas relações, depois de testadas são chamadas de Leis Físicas. Isto é tão importante que Lorde Kelvin, um físico inglês do século XIX, afirmava, referindo-se à Física:

"somente conhecemos alguma coisa quando podemos medi-la".

A afirmação de Lorde Kelvin é aceitável mesmo quando aplicada às ciências em geral. O conhecimento seguro dos fenômenos naturais somente é possível quando somos capazes de expressa-lo através das medidas das Grandeza Física adequadas e das relações entre elas.

Isto impõe limites estreitos ao leque de possibilidades de escolha das Grandezas Físicas, pois junto com a definição de uma grandeza deve-se definir também o método para medi-la. Podemos considerar que certo aspecto de um fenômeno é importante. No entanto, se não sabemos como medi-lo não devemos usa-lo como uma grandeza física.

- Mas, afinal, o que é medir uma grandeza física?

A medida de uma Grandeza Física

- Medir a intensidade de uma grandeza física é um trabalho complicado. Entretanto, na ciência:

Medir uma Grandeza Física significa compara-la com uma certa quantidade da mesma grandeza usada como padrão.

O conjunto desses padrões, ou unidades de medida, formam um Sistema de Unidades de Medida.

Ao longo da história, os padrões escolhidos foram os mais diversos. Por exemplo, em certo momento foram usadas partes do corpo humano como padrão para a medida de comprimento (braças, polegadas, pés, etc).

- Entendi professor. Eu mesmo uso a palma da mão como unidade de medida quando jogo bola de gude!

- Exatamente, quando você diz que uma bola de gude está a 10 palmos de outra bola, está afirmando que a distância entre elas é 10 vezes maior que o comprimento da sua mão aberta.

As unidades de medida eram, no início, usadas localmente. Cada região tinha as suas. Pode-se facilmente imaginar as dificuldades que essa confusão de unidades de medidas trazia para as atividades econômicas entre as regiões de um país.

No entanto, as necessidades do comércio, da indústria e da cultura acabaram por impor a sua unificação dentro das fronteiras nacionais. Com isto, a criação e imposição de um sistema unificado de unidades de medida tornou-se um serviço público oferecido pela burocracia estatal.

Com a extensão do comércio e das atividades científicas a nível mundial fez-se necessário a criação de um sistema unificado de unidades que pudesse ser entendido por todos, que facilitasse a troca de informações e as atividades econômicas.



O Sistema Internacional de Unidades (SI)

Os esforços para a criação de um padrão internacional de unidades tiveram início com a Revolução Francesa de 1789 e a criação do Sistema Métrico Decimal. No entanto, somente na segunda metade do século XIX, com a Convenção do Metro, foi criado o primeiro sistema internacional de unidades.


O Sistema Internacional de Unidades (SI). Veja nas imagens a seguir os padrões originais de massa e comprimento. Clique sobre as miniaturas para ver as imagens em tamanho maior.

Boreau de Pesos e Medidas. Padrão Metro. Padrão Massa. Relógio do Big Bem.

Entretanto, as dificuldades políticas foram tais que, somente no século passado, foi possível a implantação de um sistema de unidades de alcance mundial, o "Sistema Internacional de Unidades" (SI), criado a partir do antigo "Sistema Métrico Decimal".

Para o SI foram escolhidas sete grandezas fundamentais e definiu-se para cada uma a sua unidade:

  1. Comprimento ⇒ ⇒ medido na unidade metro.
  2. Massa ⇒ ⇒ medido na unidade quilograma.
  3. Tempo ⇒ ⇒ medido na unidade segundo.
  4. Corrente elétrica ⇒ ⇒ medido na unidade Ampere.
  5. Temperatura termodinâmica ⇒ ⇒ medido na unidade Kelvin.
  6. Quantidade de matéria ⇒ ⇒ medido na unidade mol.
  7. Intensidade luminosa ⇒ ⇒ medido na unidade candela.

A partir das unidades fundamentais, as unidades das outras grandezas foram definidas, por multiplicação ou divisão. No SI essas unidades são chamadas de unidades derivadas.

Por exemplo, medimos a velocidade média do movimento de um objeto pela razão "metro por segundo" (m/s). A unidade da velocidade média é derivada por divisão das unidades metro e segundo.

Unidades da Mecânica

Na mecânica, a área da Física que vamos estudar neste fascículo, temos três unidades básicas:

O conceito de inércia será visto mais adiante, neste fascículo.

Clicando no botão SI, na coluna ao lado, você aprenderá como foram definidos os primeiros padrões para as unidades da Mecânica.

A partir dessas três unidades são criadas, por multiplicação e divisão, todas as outras unidades da Mecânica. Por exemplo, medimos a aceleração média do movimento de um objeto pela razão "metro por segundo por segundo " (m/s2).

A grandeza Força é medida pela unidade kg . m/s2, ou seja, quilograma vezes metro por segundo quadrado. No entanto, para simplicar a notação e, ao mesmo tempo, homenagear Newton, o grande cientista inglês, chamamos a unidade de força de Newton (N). Assim:

N = kg . m/s2

Clicando no botão Saiba mais acima você aprenderá como estão definidos atualmente os padrões para as unidades de Mecânica.

Prefixos das unidades do Sistema Internacional (SI)

- No entanto, isto não é suficiente.

- Como assim, professor?

- Veja! Para medir a distância do Rio a São Paulo é conveniente usar uma unidade maior que o metro. Por outro lado, para medir a grossura da minha unha necessito de uma unidade menor. Assim, para atender as necessidades desse tipo, foram criados os prefixos.

Observe a tabela abaixo.


Esses prefixos são usados para todas as unidades do SI. Logo, se desejo uma unidade maior, ou menor, basta colocar o prefixo antes do símbolo da unidade.

Assim, por exemplo, se quero uma unidade dez vezes menor que o metro basta colocar o prefixo d antes do símbolo da unidade, ou seja, escrevemos dm e promuciamos decímetro.

Por outro lado, se quero uma unidade mil vezes maior que a grama basta colocar o prefixo k antes do símbolo da unidade, ou seja, escrevemos kg e pronuciamos quilograma.

Se desejo uma unidade mil vezes menor que o litro coloco o prefixo m antes do símbolo da unidade, ou seja, escrevemos ml e pronuciamos mililitro.

Como fazer a transformação de um prefixo para outro

O Sistema Internacional de Unidades adota o sistema decimal. Logo, para transformar uma medida de um prefixo para outro basta andar com a vírgula para a direita ou para a esquerda.

Para saber mais detalhes de como isto é feito clique no botão "Saiba mais" acima.

Esse conjunto de prodedimentos para passar de um prefixo para outro de uma mesma unidade vale pra todas as unidades do SI. No entanto, existem exceções devido a motivos históricos.

A mais importante delas é a unidade de tempo: o segundo (s). Nesse caso não se aplica as regras que vimos acima. Usamos 1 minuto = 60 segundos e 1 hora = 60 minutos.

Na verdade, usamos um sistema misto, pois para intervalos de tempo menores que 1 segundo podemos usar ds (décimo de segundo), cs (centésimo de segundo) ou ms (milésimo de segundo).

Outra exceção interessante é a unidade de massa. Um dos sistemas que antecederan o Sistema Métrico adotava a grama (g) como unidade de massa. No novo sistema passou-se a adotar uma unidade mil vezes maior, o quilograma (kg), como a unidade de massa.

Assim, devido a um incidente histórico, o quilograma passou a ser a única unidade a ter um prefixo no nome.



Aqui, no final desta aula, chegamos também ao fim da primeira unidade do fascículo 1. Na página seguinte você encontrará uma lista de exercícios resolvidos que cobre os conteúdos tratos nesta unidade.

Se desejar clique no botão abaixo para acessar o resumo desta aula.




Resumo das principais ideias desta seção

  1. A Física trabalha com medidas de grandezas físicas;
  2. Desse modo:
    Medir uma Grandeza significa compara-la com uma certa quantidade da mesma grandeza usada como padrão;
  3. As primeiras unidades de medida usadas como padrão eram partes do próprio corpo (pés, polegadas, braças, etc) ou objetos do dia a dia (grama, por exemplo, vem de grãos de cereais)
  4. A primeira tentativa de padronizar um sistema de unidades a nível internacional foi a criação do Sistema Métrico Decimal;
  5. Atualmente temos um sistema de unidades de aplicação mundial chamado Sistema Internacional de Unidades (SI);
  6. No SI existem sete Unidades Fundamentais ou Unidades Básicas;
  7. Na Mecânica existem três Unidades Básicas:
    • A unidade chamada metro, usada para medir o comprimento;
    • A unidade chamada segundo, usada para medir um intervalo de tempo;
    • A unidade chamada massa, usada para medir a inércia de um corpo.
  8. Em certas situações é necessário o uso de unidades menores, ou maiores, que a unidade oficial. Para atender a essa necessidade foi criado, para todas as unidades do SI, um conjunto de prefixos;
  9. Os prefixos principais são:
    • k (quilo) ⇒ ⇒ mil vezes maior;
    • h (hecto) ⇒ ⇒ cem vezes maior;
    • da (deca) ⇒ ⇒ dez vezes maior;
    • d (deci) ⇒ ⇒ dez vezes menor;
    • c (centi) ⇒ ⇒ cem vezes menor;
    • m (mili ) ⇒ ⇒ mil vezes menor;
  10. Para usar o prefixo basta colocar seu símbolo antes do símbolo da unidade. Por exemplo: 1 cm é um comprimento cem vezes menor que 1 m.

Material Complementar


   
   
   
  
   
   
   
   
   
   
   
   
   
Dicas para resolver exercícios
         
   
      
   
   
   
    
      
   
   
Regra de sinais para as operações matemáticas
   
      
   
    
  
            
   
    
SI
Definição dos padrões das unidades da Mecânica
    
      
         
   
   
    
  
            
   
    
Desastres
devido a erros nas unidades de medida