Grande revisão de Física do Ensino Médio: conceitos, fórmulas e exercícios

Revisar Física não significa apenas memorizar fórmulas. O objetivo é reconhecer fenômenos, escolher modelos adequados, interpretar gráficos, conferir unidades e avaliar se o resultado faz sentido. Essa abordagem está alinhada às orientações da BNCC para o Ensino Médio e às competências cobradas em avaliações nacionais, que valorizam a compreensão de fenômenos, a resolução de situações-problema, a argumentação e a análise de tecnologias. (gov.br)

Este resumo organiza os principais conteúdos do Ensino Médio em uma sequência prática. Em qualquer questão, procure seguir quatro etapas: compreender a situação, listar os dados, escolher um modelo físico e verificar unidades e ordem de grandeza.

1. Ferramentas básicas da Física

Grandezas, unidades e notação científica

Grandezas escalares são descritas por valor e unidade, como massa, temperatura e energia. Grandezas vetoriais exigem também direção e sentido, como deslocamento, velocidade e força.

No Sistema Internacional de Unidades, as unidades fundamentais incluem metro, quilograma, segundo, ampere e kelvin. Algumas unidades derivadas importantes são:

força: newton, 1 N = 1 kg·m/s²;
energia e trabalho: joule, 1 J = 1 N·m;
potência: watt, 1 W = 1 J/s;
pressão: pascal, 1 Pa = 1 N/m²;
carga elétrica: coulomb, 1 C = 1 A·s.

O SI recomenda o uso coerente dessas relações entre unidades. (bipm.org)

Na notação científica, escrevemos um número como a × 10ⁿ, com 1 ≤ a < 10. Assim, 300 000 km/s = 3,0 × 10⁸ m/s. Antes de aplicar uma fórmula, converta todas as grandezas para unidades compatíveis.

2. Mecânica: movimento, forças e energia

Cinemática

A posição indica onde o corpo está em relação a um referencial. O deslocamento é:

Δs = s − s₀

A velocidade média é:

v_m = Δs/Δt

Não confunda velocidade média com rapidez média: a primeira considera o deslocamento; a segunda usa a distância total percorrida.

No movimento uniforme, a velocidade é constante:

s = s₀ + vt

No movimento uniformemente variado, a aceleração é constante:

v = v₀ + at;
s = s₀ + v₀t + at²/2;
v² = v₀² + 2aΔs.

Em gráficos, a inclinação do gráfico posição × tempo representa a velocidade. A inclinação do gráfico velocidade × tempo representa a aceleração, e a área sob esse último gráfico representa o deslocamento.

Leis de Newton

A primeira lei expressa a inércia: se a força resultante é nula, o corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. A segunda lei relaciona força resultante, massa e aceleração:

F_resultante = ma

A terceira lei afirma que forças de ação e reação têm mesmo módulo e direção, sentidos opostos e atuam em corpos diferentes.

Forças frequentes:

peso: P = mg;
força elástica: o módulo é F_el = kx; na forma vetorial restauradora, F_el = −kx;
atrito cinético: aproximadamente F_at = μN;
força centrípeta: F_c = mv²/R.

A força centrípeta não é uma nova força necessariamente: é o nome da componente resultante apontando para o centro da trajetória circular.

Trabalho, energia e potência

Quando uma força constante atua na mesma direção do deslocamento:

W = Fd

De modo geral, o trabalho depende do ângulo θ entre força e deslocamento: W = Fd cos θ. O trabalho da força resultante altera a energia cinética:

W_resultante = ΔE_c, com E_c = mv²/2.

A energia potencial gravitacional próxima à superfície da Terra é E_p,g = mgh, e a energia potencial elástica é E_p,e = kx²/2. Em sistemas sem perdas relevantes, a energia mecânica se conserva:

E_m = E_c + E_p = constante.

Potência mede a rapidez da transferência de energia: P = ΔE/Δt.

Quantidade de movimento e impulso

A quantidade de movimento é p = mv. O impulso de uma força é I = FΔt e corresponde à variação da quantidade de movimento: I = Δp. Em colisões, se as forças externas forem desprezíveis, a quantidade de movimento total se conserva.

3. Gravitação, estática e fluidos

A lei da gravitação universal é:

F = Gm₁m₂/r²

Ela mostra que a força diminui com o quadrado da distância entre os centros dos corpos. Próximo à superfície da Terra, costuma-se usar g ≈ 9,8 m/s², ou 10 m/s² em estimativas escolares.

Um corpo está em equilíbrio translacional quando a soma das forças é zero. Para equilíbrio rotacional, a soma dos torques também deve ser zero:

τ = Fd

em que d é a distância perpendicular entre a linha de ação da força e o eixo de rotação.

Em fluidos, a pressão é p = F/A. A pressão hidrostática varia com a profundidade:

p = p₀ + ρgh

O empuxo sobre um corpo imerso é igual ao peso do fluido deslocado: E = ρ_fluidogV_deslocado.

4. Termologia e termodinâmica

Temperatura está relacionada ao estado térmico; calor é energia transferida devido a uma diferença de temperatura. Calor não é algo “contido” no corpo como uma substância.

Conversões úteis:

K = °C + 273,15;
°F = 1,8°C + 32.

O calor sensível é calculado por Q = mcΔT. Nas mudanças de estado de uma substância pura, em condições ideais e a pressão constante, a temperatura permanece constante e usamos Q = mL.

Na dilatação linear: ΔL = L₀αΔT. Em gases ideais:

pV = nRT

A primeira lei da termodinâmica pode ser escrita, adotando W como trabalho realizado pelo gás, como:

ΔU = Q − W

Máquinas térmicas não transformam todo o calor recebido em trabalho. A segunda lei estabelece limitações para essa conversão e introduz a ideia de irreversibilidade.

5. Ondulatória e acústica

Uma onda transporta energia e informação, mas não transporta matéria de forma permanente. As grandezas principais são amplitude, comprimento de onda λ, frequência f e período T:

f = 1/T e v = λf.

Ondas mecânicas precisam de meio material; ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo. O som é uma onda mecânica; no ar, em condições usuais, é longitudinal.

A altura do som está associada à frequência, enquanto a intensidade relaciona-se à energia transportada e à percepção de volume. Fenômenos importantes incluem reflexão, refração, difração, interferência e ressonância.

6. Óptica

Na reflexão, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, medidos em relação à normal. Na refração, a velocidade e o comprimento de onda podem mudar, mas a frequência permanece constante ao atravessar a interface.

A lei de Snell é:

n₁sen θ₁ = n₂sen θ₂

O índice de refração é n = c/v. Em espelhos esféricos e lentes delgadas, uma relação muito usada é:

1/f = 1/p + 1/p'

e o aumento linear é A = −p'/p. Os sinais dependem da convenção adotada; por isso, leia cuidadosamente o sistema de sinais da questão.

7. Eletricidade e circuitos

A carga elétrica é medida em coulombs. Cargas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem. A força elétrica entre cargas puntiformes é descrita pela lei de Coulomb:

F = k|q₁q₂|/r².

A corrente elétrica média é a taxa média de passagem de carga:

i_m = ΔQ/Δt.

Para a corrente instantânea, usamos i = dQ/dt. A diferença de potencial está relacionada à energia transferida por unidade de carga. Para um resistor ôhmico:

U = Ri

A potência elétrica pode ser calculada por:

P = Ui;
P = Ri²;
P = U²/R.

Em associações em série, a corrente é a mesma em todos os componentes e as resistências somam-se. Em paralelo, a tensão é a mesma nos ramos e as correntes se dividem. O consumo de energia elétrica pode ser calculado por E = Pt. Em contas de energia, é comum usar quilowatt-hora.

8. Magnetismo, indução e física moderna

Correntes elétricas produzem campos magnéticos. Uma carga em movimento pode sofrer força magnética, perpendicular à velocidade e ao campo, cujo módulo é F = |q|vB sen θ. A direção e o sentido dependem do sinal da carga e da regra da mão direita.

A indução eletromagnética ocorre quando o fluxo magnético varia. A lei de Faraday-Lenz indica que a fem induzida se opõe à variação que a produziu. Esse princípio aparece em geradores, transformadores, carregadores por indução e usinas elétricas.

Na física moderna, a energia de um fóton é E = hf. O efeito fotoelétrico mostra que a luz pode transferir energia em pacotes discretos. Na relatividade especial, a massa de repouso não deve ser confundida com energia; a energia de repouso de um corpo é E₀ = mc².

9. Exemplo resolvido

Problema: Uma bicicleta parte do repouso e acelera uniformemente a 2,0 m/s² durante 5,0 s. Determine a velocidade final e a distância percorrida.

Solução: Dados: v₀ = 0, a = 2,0 m/s² e t = 5,0 s.

Velocidade final:

v = v₀ + at = 0 + 2,0 · 5,0 = 10 m/s.

Distância:

Δs = v₀t + at²/2 = 0 + 2,0 · 25/2 = 25 m.

Portanto, a bicicleta termina com velocidade de 10 m/s e percorre 25 m. A conversão para km/h é feita multiplicando por 3,6: 10 m/s = 36 km/h.

10. Exercícios autorais

Um carro percorre 180 m em 12 s, em movimento uniforme. Qual é sua velocidade média em m/s e km/h?
Uma caixa de 5 kg recebe força resultante horizontal de 20 N. Determine sua aceleração.
Um aparelho de 1000 W permanece ligado durante 30 minutos. Qual energia ele consome em kWh?
Uma onda possui frequência de 4 Hz e comprimento de onda de 2,5 m. Determine sua velocidade.
Um resistor de 10 Ω é ligado a uma tensão de 20 V. Determine a corrente e a potência dissipada.
Explique por que uma panela metálica aquece, mas seu cabo de plástico pode permanecer relativamente mais frio.

Gabarito

1) 15 m/s e 54 km/h.
2) 4 m/s².
3) 0,5 kWh.
4) 10 m/s.
5) i = 2 A e P = 40 W.
6) O metal conduz calor melhor que o plástico; portanto, o plástico apresenta menor condutividade térmica e reduz a transferência de energia para a mão.

11. Mini-quiz de revisão

Qual grandeza corresponde à área sob um gráfico velocidade × tempo?
Resposta
O deslocamento.
Qual é a unidade SI de energia?
Resposta
Joule, símbolo J.
O que acontece com a corrente em uma associação em série ideal?
Resposta
Ela possui o mesmo valor em todos os componentes.
Qual relação conecta velocidade, comprimento de onda e frequência?
Resposta
v = λf.
Calor e temperatura são sinônimos?
Resposta
Não. Temperatura caracteriza o estado térmico; calor é energia transferida por diferença de temperatura.

12. Perguntas frequentes

Preciso decorar todas as fórmulas?

Não. É mais importante compreender as grandezas, as unidades e as condições de validade. Muitas provas fornecem relações ou permitem reconstruí-las a partir de conceitos básicos.

Como saber qual fórmula usar?

Comece identificando o fenômeno: movimento, força, energia, calor, onda ou circuito. Depois, liste as grandezas conhecidas e desconhecidas. A fórmula adequada é aquela que relaciona essas grandezas dentro do modelo físico da situação.

Por que devo desenhar a situação?

Esquemas ajudam a identificar forças, sentidos, ângulos, trajetórias e referências. Em problemas de dinâmica, um diagrama de forças frequentemente evita erros de sinal.

O resultado precisa estar sempre em unidades do SI?

O SI é a escolha mais segura, especialmente quando há várias fórmulas encadeadas. Ao final, converta para a unidade solicitada, como km/h, kWh ou °C.

Como estudar Física para avaliações?

Alterne teoria, resolução de problemas, leitura de gráficos e análise de situações cotidianas. A matriz do Enem destaca conhecimentos fundamentais, vetores, movimentos, leis de Newton, energia, eletricidade, ondas, óptica e Física moderna. (download.inep.gov.br)

O que estudar depois?

Refaça os exercícios sem consultar o gabarito e justifique cada fórmula utilizada.
Estude gráficos de movimento, energia e circuitos, pois eles integram interpretação e cálculo.
Resolva questões contextualizadas envolvendo transporte, consumo de energia, sustentabilidade, comunicação e tecnologias, relacionando Física, sociedade e ambiente.

Ideia central: Física é uma forma de construir modelos para explicar e prever fenômenos. Uma boa resolução combina conceitos, matemática, unidades, representação gráfica e senso crítico.

Referências para estudo

Conteúdo conferido com referências institucionais e educacionais.

Fisica Extraordinaria

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