Laboratório virtual
Dezoito experimentos em seis áreas
Cada experimento tem a ideia principal ao lado e os números calculados na hora. Mexa nos controles, faça a conta no papel e confira.
Área 1
Mecânica
Lançamento oblíquo
Na horizontal o movimento é uniforme; na vertical, a gravidade freia a subida e acelera a descida. A combinação dos dois desenha uma parábola.
x = v₀·cos θ·t
y = v₀·sen θ·t − ½·g·t²
A = v₀²·sen 2θ / g
- Compare 30° e 60°: o alcance é o mesmo, a altura não.
- Na Lua, com a mesma velocidade, a bola vai seis vezes mais longe.
Pêndulo simples
Para oscilações pequenas, o período só depende do comprimento do fio e da gravidade. A massa e a amplitude não entram na conta.
T = 2π·√(L/g)
- Quadruplique o comprimento e o período dobra.
- Na Lua o mesmo pêndulo balança quase 2,5 vezes mais devagar.
Plano inclinado com atrito
O peso se divide em duas partes: uma empurra o bloco rampa abaixo (P·sen θ) e a outra aperta o bloco contra a rampa (P·cos θ), que responde com a normal. O atrito se opõe ao deslizamento e tem como limite μ·N.
a = g·(sen θ − μ·cos θ)
desliza quando tg θ > μ
- Mude a massa: as forças mudam, a aceleração não.
- Com μ = 0,3, o bloco começa a descer em 16,7°.
- Aqui o atrito estático e o cinético usam o mesmo μ, para simplificar.
Colisões e quantidade de movimento
Em qualquer choque sem forças externas, a quantidade de movimento total se conserva. A energia cinética só se conserva no choque perfeitamente elástico. O coeficiente de restituição e diz o quanto os corpos se afastam depois, comparado com o quanto se aproximavam antes.
m₁·v₁ + m₂·v₂ = m₁·v₁' + m₂·v₂'
e = (v₂' − v₁') / (v₁ − v₂)
- Massas iguais e e = 1: os carrinhos trocam de velocidade.
- Com e = 0 eles seguem grudados e a perda de energia é máxima.
- Velocidade negativa significa movimento para a esquerda.
Polias de Arquimedes
A polia fixa só muda a direção da força. Cada polia móvel divide o peso entre os dois lados da corda, então a força cai pela metade. Na talha de Arquimedes as polias móveis ficam em série, cada uma com a própria corda presa no teto, e a força cai pela metade a cada polia acrescentada.
F = P / 2ⁿ
corda puxada = 2ⁿ·h
W = F·d = P·h
- Com 4 polias móveis, 80 kg pesam na mão como 5 kg.
- Clique em Puxar a corda e compare quanto sobe a carga e quanto desce a mão.
- Nenhuma máquina simples economiza trabalho: o que se ganha em força se paga em distância.
- Conta Plutarco que Arquimedes puxou sozinho um navio carregado usando um sistema de polias.
Roadster voador
Um carro que paira com jatos de ar comprimido. Segure o disparo, tente um pouso suave e veja o empuxo, a equação do foguete e a potência do jato.
Abrir simulação → GravitaçãoMecânica celeste
A gravidade do Sol como força centrípeta: órbitas circulares e elípticas, velocidade de escape, 3ª lei de Kepler e a rotação da Terra.
Abrir simulação →Área 2
Óptica
Refração e a lei de Snell
Quando a luz muda de meio, sua velocidade muda e o raio se desvia. O índice de refração n = c/v diz quantas vezes a luz fica mais lenta naquele meio do que no vácuo.
n₁·sen θ₁ = n₂·sen θ₂
- Do ar para a água, veja o raio se aproximar da normal.
- Da água para o ar, passe de 48,8° e observe a reflexão total.
- No diamante o ângulo limite é de só 24,4°. Por isso ele brilha tanto.
Lentes esféricas
Três raios bastam para achar a imagem: o que chega paralelo ao eixo e sai pelo foco, o que passa pelo centro óptico sem desviar e o que passa pelo foco e sai paralelo. A equação de Gauss dá a mesma resposta em números.
1/f = 1/p + 1/p'
A = −p'/p
- Na convergente, coloque o objeto entre o foco e a lente: a imagem vira virtual e maior, como numa lupa.
- Exatamente no 2F, a imagem tem o mesmo tamanho do objeto.
- A divergente sempre forma imagem virtual, direita e menor.
Espelhos esféricos
Os espelhos seguem a mesma equação de Gauss das lentes. No côncavo o foco fica na frente do espelho; no convexo, atrás. O raio que bate no vértice volta simétrico em relação ao eixo.
1/f = 1/p + 1/p'
f = R/2
- Côncavo com o objeto além do centro C: imagem real, invertida e menor.
- Côncavo com o objeto perto do vértice: imagem virtual e maior, como no espelho de maquiagem.
- O convexo dá imagem virtual e menor e amplia o campo de visão, por isso é usado em retrovisores e saídas de garagem.
Área 3
Ondulatória
Efeito Doppler e ondas estacionárias
Quando a fonte de som se move, as frentes de onda ficam espremidas à frente dela e espaçadas atrás. Quem está à frente ouve um som mais agudo; quem ficou para trás, mais grave. É por isso que a sirene da ambulância muda de tom quando ela passa.
f' = f·v/(v ∓ vfonte)
v = λ·f
- Comece com a fonte parada: círculos com o mesmo centro e o mesmo tom para todos.
- Passe de 340 m/s e veja as frentes se empilharem num cone, a onda de choque.
- No seletor, troque para onda estacionária: uma corda presa nas pontas só vibra em certas frequências, com nós parados e ventres que oscilam.
Área 4
Termodinâmica
Ciclo de Carnot
A máquina térmica ideal: duas isotermas e duas adiabáticas. O gás recebe calor da fonte quente, transforma parte dele em trabalho e cede o resto à fonte fria. No diagrama p × V, o trabalho por ciclo é a área dentro da curva.
η = 1 − Tf/Tq
W = Qq − Qf
- O rendimento só depende das temperaturas, sempre em kelvin.
- Aproxime Tf de Tq: a área encolhe e o trabalho quase some.
- Mesmo a máquina ideal nunca chega a 100 %: isso exigiria Tf = 0 K.
Área 5
Eletricidade
Circuitos e a lei de Ohm
A tensão empurra as cargas, a resistência se opõe ao movimento e a corrente é o resultado dessa disputa.
U = R·i
Série: Req = R₁ + R₂
Paralelo: Req = R₁·R₂ / (R₁ + R₂)
- Com os mesmos valores, troque de série para paralelo e compare a corrente.
- As bolinhas seguem o sentido convencional da corrente, e a velocidade delas acompanha o valor de i.
- Quer treinar? O quiz de eletricidade tem dez circuitos para resolver.
Área 6 · 8º ano
Atmosfera e clima
Cinco simulações sobre a física da atmosfera. Cada uma abre numa página própria; use o link no topo dela para voltar ao laboratório. São modelos simplificados, com valores ilustrativos: servem para comparar comportamentos, não para prever valores reais.
Efeito Coriolis
Um disco girando, visto de cima de um polo. Lance a bolinha com a Terra parada e depois girando, troque o hemisfério e o ponto de vista.
Abrir simulação → Aula 1Efeito Coriolis em 3D
Dois globos lado a lado mostram o mesmo lançamento: visto do espaço e visto por quem gira com a Terra. Arraste os globos para girar a câmera.
Abrir simulação → Aulas 2 e 5Umidade e chuva
Três abas: umidade relativa e saturação, psicrômetro com a tabela da apostila e índice pluviométrico (de milímetros para litros).
Abrir simulação → Aula 3Brisas e calor específico
Um corte do litoral ao longo do dia. Compare as temperaturas do mar e da terra, veja a brisa inverter e teste calores específicos iguais.
Abrir simulação → Aula 6Efeito estufa
A luz do Sol chega, a superfície emite infravermelho e os gases de efeito estufa retêm parte dele. Compare sem GEE, natural e intensificado.
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