A matéria

A matéria

Física é a ciência que estuda a natureza em seus aspectos mais gerais. O termo vem do grego φύσις (physiké), que significa natureza. Atualmente, é dificílimo definir qual o campo de atuação da física, pois ela aparece em diferentes campos do conhecimento que, à primeira vista, parecem completamente descorrelacionados.

Como ciência, faz uso do método científico. Baseia-se essencialmente na matemática e na lógica quando da formulação de seus conceitos.

O QUE É MATÉRIA

Matéria é tudo o que tem massa e ocupa espaço.

Qualquer coisa que tenha existência física ou real é matéria. Tudo o que existe no universo conhecido manifesta-se como matéria ou energia.
A matéria pode ser líquida, sólida ou gasosa. São exemplos de matéria: papel, madeira, ar, água, pedra. 

 

SUBSTÂNCIA E MISTURA

Analisando a matéria qualitativamente (qualidade) chamamos a matéria de substância.

Substância – possui uma composição característica, determinada e um conjunto definido de propriedades.
Pode ser simples (formada por só um elemento químico) ou composta (formada por vários elementos químicos).
Exemplos de substância simples: ouro, mercúrio, ferro, zinco.
Exemplos de substância composta: água, açúcar (sacarose), sal de cozinha (cloreto de sódio).

Mistura – são duas ou mais substâncias agrupadas, onde a composição é variável e suas propriedades também.
Exemplo de misturas: sangue, leite, ar, madeira, granito, água com açúcar.

CORPO E OBJETO

Analisando a matéria quantitativamente chamamos a matéria de Corpo.

Corpo - São quantidades limitadas de matéria. Como por exemplo: um bloco de gelo, uma barra de ouro.
Os corpos trabalhados e com certo uso são chamados de objetos. Uma barra de ouro (corpo) pode ser transformada em anel, brinco (objeto).

FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS

Fenômeno é uma transformação da matéria. Pode ser química ou física.

Fenômeno Químico é uma transformação da matéria com alteração da sua composição. 
Exemplos: combustão de um gás, da madeira, formação da ferrugem, eletrólise da água.

Química – é a ciência que estuda os fenômenos químicos. Estuda as diferentes substâncias, suas transformações e como elas interagem e a energia envolvida.

Fenômenos Físicos - é a transformação da matéria sem alteração da sua composição.
Exemplos: reflexão da luz, solidificação da água, ebulição do álcool etílico.

Física – é a ciência que estuda os fenômenos físicos. Estuda as propriedades da matéria e da energia, sem que haja alteração química.

PROPRIEDADES DA MATÉRIA

O que define a matéria são suas propriedades.
Existem as propriedades gerais e as propriedades específicas.
As propriedades gerais são comuns para todo tipo de matéria e não permitem diferenciar uma da outra. São elas: massa, peso, inércia, elasticidade, compressibilidade, extensão, divisibilidade, impenetrabilidade.

Massa – medida da quantidade de matéria de um corpo. Determina a inércia e o peso.

Inércia – resistência que um corpo oferece a qualquer tentativa de variação do seu estado de movimento ou de repouso. O corpo que está em repouso, tende a ficar em repouso e o que está em movimento tende a ficar em movimento, com velocidade e direção constantes.

Peso – é a força gravitacional entre o corpo e a Terra.

Elasticidade – propriedade onde a matéria tem de retornar ao seu volume inicial após cessar a força que causa a compressão.

Compressibilidade – propriedade onde a matéria tem de reduzir seu volume quando submetida a certas pressões.

Extensão – propriedade onde a matéria tem de ocupar lugar no espaço.

Divisibilidade – a matéria pode ser dividida em porções cada vez menores. A menor porção da matéria é a molécula, que ainda conserva as suas propriedades.

Impenetrabilidade – dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.

As propriedades específicas são próprias para cada tipo de matéria, diferenciando-as umas das outras. Podem ser classificadas em organolépticas, físicas e químicas.
As propriedades organolépticas podem ser percebidas pelos órgãos dos sentidos (olhos, nariz, língua). São elas: cor, brilho, odor e sabor.

As propriedades físicas são: ponto de fusão e ponto de ebulição, solidificação, liquefação, calor específico, densidade absoluta, propriedades magnéticas, maleabilidade, ductibilidade, dureza e tenacidade.

Ponto de fusão e ebulição – são as temperaturas onde a matéria passa da fase sólida para a fase líquida e da fase líquida para a fase sólida, respectivamente.

Ponto de ebulição e de liquefação – são as temperaturas onde a matéria passa da fase líquida para a fase gasosa e da fase gasosa para a líquida, respectivamente.

Calor específico – é a quantidade de calor necessária para aumentar em 1 grau Celsius (ºC) a temperatura de 1grama de massa de qualquer substância. Pode ser medida em calorias.

Densidade absoluta – relação entre massa e volume de um corpo.

d = m : V

Propriedade magnética – capacidade que uma substância tem de atrair pedaços de ferro (Fe) e níquel (Ni).

Maleabilidade – é a propriedade que permite à matéria ser transformada em lâmina. Característica dos metais.

Ductibilidade – capacidade que a substância tem de ser transformada em fios. Característica dos metais.

Dureza – é determinada pela resistência que a superfície do material oferece ao risco por outro material. O diamante é o material que apresenta maior grau de dureza na natureza.

Tenacidade – é a resistência que os materiais oferecem ao choque mecânico, ou seja, ao impacto. Resiste ao forte impacto sem se quebrar.

As propriedades químicas são as responsáveis pelos tipos de transformação que cada substância é capaz de sofrer. Estes processos são as reações químicas. 

COMO ESTUDAR A FISICA E QUIMICA

O estudo destas ciências comporta duas partes:

1 – Estudo de dados materiais, de fatos, de observações, de experiências.

2 – O estudo de esquemas, fórmulas e problemas.

Para o estudo de dados materiais e dos fatos aplicará, exatamente, os mesmos métodos que adotamos para a geografia e a história.

Para o estudo dos esquemas e fórmulas, aconselho a memorização direta, de preferência a qualquer método mnemotécnico.

Para tanto, seguirá o processo “Impressão-Associação-Repetição”.

Constituirá para si um caderno de esquemas e formulas que aprenderá, fazendo revisões pelo método “cumulativo-repetitivo”.

Como em matemática, o êxito dos problemas de física e química depende estritamente do conhecimento profundo das fórmulas. O que aprendeu em matemática é portanto aplicável aqui.

COMO ESTUDAR AS CIENCIAS NATURAIS

Além do método geral de estudo, que aprendeu ate aqui você aprenderá as ciências naturais com a ajuda dos meios seguintes:

» Quadros sinópticos a fim de ter uma imprescindível visão de conjunto e fixar as sub-divisões.

» Elaboração de esquemas simplificados.

» Concatenações, para fixar os nomes dos gêneros, das espécies, das família, etc..

» Método cumulativo-repetitivo para reter os quadros sinópticos, os esquemas e as concatenações. Para facilitar a aplicação deste método, fará, bem entendido, um caderno especial no qual consignará todos os elementos a fixar: quadros sinópticos, esquemas e concatenações.

Eis um exemplo:

Em botânica, distingue-se a forma das folhas segundo o tipo do limbo:

» Folha inteira

» Folha dentada

» Folha lobulada

» Folha cordiforme

» Folha sagitada

» Folha linear

» Folha seca

» Folha composta

» Folha lanceolada

Surge a seguinte frase:

Entre as FOLHAS, indo de flor em flor, corria, saltava, e vi o lírio seco com lástima.

Seria possível, como se compreende, construir outras frases com um pouco de imaginação, que se adaptasse ao que queríamos fixar.

Terá que recorrer ao dicionário, se tiver dificuldade procurando palavras com as letras iniciais pretendidas.

Poderíamos ainda estudar agrupamentos, a reter, formados pelas duas primeiras letras de cada palavra.

Assim, ordenadamente:

IN – DE – LO – CO – AS – LI – SE – CO – LA

Abstraindo a orden – porque, se a pretendêssemos considerar, poderíamos fixar 2 palavras sem sentido.

INDELOCO SALISECOLA

Em vez das 9 palavras interessadas – poderíamos tomar agrupamentos com significado (parcial ou total) e mais facilmente flexíveis:

FÍSICA

Desde a Antiguidade que a observação, discussão e reflexão sobre as causas dos fenómenos que ocorrem na Natureza (que no seu significado actual mais amplo envolve não só a escala subatómica dos fenómenos terrestres, mas também o Universo) levou à formulação de teorias filosóficas e raramente verificadas por testes experimentais sistemáticos. A Filosofia, com a organização e sistematização de ideias e métodos lógicos, surge assim, na Grécia Antiga, como “a mãe de todas as ciências”. Foi com a Revolução Científica, no entanto, a partir do séc. XVII (época de Galileu, Kepler, Pascal, Newton e outros pensadores), que se diferenciam as “Ciências Naturais” da “Filosofia” as quais seguiam o método científico, mais estruturado e prático, pois era baseado na experimentação. (Nota: O método científico é um conjunto de regras básicas que permitem desenvolver uma experiência com o fim de produzir novo conhecimento, bem como corrigir e integrar conhecimentos pré-existentes. Começa com a observação e a quantificação de um efeito por recolha de dados, seguindo-se a formulação de hipóteses, o desenvolvimento e a realização de experiências em condições controladas, a análise e a interpretação imparcial dos resultados. Finalmente, dá origem à concepção de teorias e à eventual formulação de novas hipóteses).

Figura 01: Galileo Galilei (1564 –1642) - físico, matemático, astrónomo e filósofo italiano.
Fonte: Wikipedia 

Tal como nos nossos dias, os media desempenharam um papel fundamental para a divulgação da ciência, com a criação, por Gutenberg no séc. XV, da prensa de impressão gráfica (que usava uma liga metálica mais resistente ao desgaste e tinta de base óleo, as quais possibilitaram a produção rápida e em série de textos escritos de maior qualidade). Este meio de comunicação poderoso facilitou a documentação e a divulgação dedados, procedimentos e resultados para que outros cientistas pudessem analisar e reproduzir experiências. Apesar da experimentação ter sido vital, foi a difusão da Matemática que permitiu desenvolver um método científico mais rigoroso e crítico e também aumentar as aplicações tecnológicas, o que modificou a forma de fazer ciência.

Dentro das Ciências Naturais desenvolveram-se, entre outras, a Astronomia (estudo dos corpos celestes), a Biologia (estudo dos seres vivos), a Física e a Química como áreas de conhecimento autónomas. Contudo, a transversalidade é frequente quando analisamos alguns casos quotidianos. Os meios de transporte que usamos, os cozinhados que confeccionamos, o tratamento do lixo que fazemos, são exemplos onde podemos aplicar conceitos que estão associados a mais do que uma das áreas básicas: a Física, a Química, a Biologia ou a Matemática. Por isso, surgiram áreas como a Química-Física, a Biofísica, a Geofísica, a Bioinformática, etc. Na realidade actual as divisões da ciência têm mais a ver com a sua origem social e histórica.

A Química é o ramo das Ciências que estuda a constituição dos materiais e as transformações “químicas” que levam à formação de novos materiais ou à melhoria do processo de obter os já existentes. Complementarmente, actua na verificação da qualidade dos produtos fabricados e no controlo da qualidade ambiental. Mas o desenvolvimento de áreas da Física, como a Mecânica Quântica e a Termodinâmica, possibilitaram a compreensão dos mecanismos das reacções químicas.

A génese da Física (do grego physis, ‘natureza’) remonta à Antiguidade onde os "físicos" eram todos aqueles que se dedicavam ao estudo da natureza (quem já não ouviu falar da lenda de Arquimedes gritando "Eureka! Eureka!” ao descobrir como poderia verificar se a coroa do rei era de ouro maciço ou não). A Física é a ciência que estuda as propriedades fundamentais da matéria e do seu movimento, o espaço, o tempo e a energia resultante das suas interacções. Mas esta definição terá de ser mais alargada pois muitos fenómenos explicados por outras ciências são igualmente explicados pela Física. A Física baseia-se nas observações e nas experiências que permitem formular leis habitualmente expressas por fórmulas matemáticas. Tradicionalmente é usual dividir-se o estudo da Física em diversas partes, como por exemplo: a Mecânica, a Termodinâmica, a Óptica, o Electromagnetismo, a Mecânica Quântica, a Física Atómica, a Física Nuclear, a Relatividade…

Figura 02: Arquimedes e alguns dos princípios que desenvolveu. Arquimedes e a sua alavanca: "Dêem-me um ponto de apoio que moverei a Terra"; Princípio de Arquimedes (ou da Impulsão): "Um corpo imerso num fluido é impulsionado para cima por uma força igual ao peso de fluido deslocado".
Fonte: Wikipedia e CEPA 

Neste portal, faz-se uso dos princípios da Física associados ao ramo da Termodinâmica nos fundamentos de“Transferência de Calor e de Massa ”. Estes são aplicados no dimensionamento e análise de equipamentos industriais onde se pretende aquecer ou arrefecer materiais e fluidos. São exemplos, os permutadores de calor usados na pasteurização do leite, os sistemas de ar condicionado dos automóveis ou os sistemas frigoríficos utilizados para refrigeração e conservação de frutas e legumes.

Um dos conceitos fundamentais da termodinâmica é o de “Sistema”. Sistema é uma porção de matéria separada do exterior por uma fronteira (Fig. 3). A Termodinâmica estuda os fenómenos e as leis que governam as diversas formas de energia e os processos de conversão da energia (E) nas suas diversas formas (semanticamente quer dizer “movimento da energia térmica” e como a energia induz movimento). A conversão de uma forma de energia noutra é designada por “transformação de energia”, enquanto o processo de passagem de energia de um sistema para outro é designado “transferência de energia”. Na Termodinâmica Clássica, que é baseada em leis empíricas (os Princípios da Termodinâmica), os fenómenos são interpretados a partir de uma abordagem macroscópica da estrutura da matéria, por análise dos efeitos da alteração da temperatura, pressão e volume dos sistemas físicos (propriedades que podemos medir no laboratório). Estas propriedades fundamentais estão relacionadas entre si por relações matemáticas designadas “equações de estado”. O Primeiro Princípio da Termodinâmica postula que a energia pode ser trocada entre um sistema e o exterior como “calor” (Q) ou “trabalho” (W), como mostra a eq.1. O Trabalho é uma medida da energia transferida pela aplicação de uma força ao longo de um deslocamento enquanto o Calor é a energia transferida devido a uma diferença de temperaturas. Uma das vertentes mais importantes da Termodinâmica é o estudo das alterações dos estados de um sistema, entre um estado de equilíbrio final (f) e outro inicial (i), sem, no entanto, dar informação quanto à velocidade com que se alcançam os referidos estados. Além disso, para que exista equilíbrio, é necessário que as transformações se processem muito lentamente (processos reversíveis). Assim, como complemento, surge a secção “Modos de Transferência de Calor ” e o módulo“Transferência de Calor e de Massa ” onde são apresentados alguns dos formalismos para a determinação da velocidade de transferência de uma das formas de energia – a energia térmica, ou calor. Os estados em que não existe equilíbrio são estudados pela Termodinâmica dos Processos Irreversíveis.

	(1)
ΔE – variação da energia do sistema, J W – trabalho realizado sobre o sistema, J Q – calor recebido pelo sistema, J

Figura 03: Ilustração do 1º princípio da termodinâmica.