Podemos dizer que, para entender a dimensão de uma medida, ela deve vir acompanhada da sua unidade de medida. A isso denominamos grandeza física. Show
Conceito de grandezaNão conseguimos definir grandeza, nem espécie de grandeza, porque são conceitos primitivos, quer dizer, termos não definidos, assim como são ponto, reta e plano na Geometria Elementar. É suficiente que tenhamos a ideia do que seja o comprimento, o tempo, o ponto, a reta, pois já os compreendemos sem a necessidade de uma formulação linguística. É através das grandezas físicas que nós medimos ou quantificamos as propriedades da matéria e da energia. Estas medidas podem ser feitas de duas maneiras distintas: de maneira direta:
de maneira indireta:
Unidades de medidasMedir uma grandeza física significa compará-la com uma outra grandeza de mesma espécie tomada como padrão. Este padrão é o que chamamos de unidade de medida. Muitas vezes, ao procedermos à medida de uma certa grandeza física, notamos que ela deve ser expressa por um número muito superior ou, dependendo do caso, muito inferior ao padrão ou unidade. Para uma melhor apresentação e um fácil entendimento do resultado para todos foi elaborada uma forma, chamada de notação científica, onde um número N é representado de uma forma que, com o auxílio de uma potência de 10, acompanhado do número n indicará o número de vezes que a grandeza medida é maior ou menor que a unidade ou padrão, sendo que esse número é 1 < n < 10. Com o rápido desenvolvimento da Física e a difícil comunicação entre os estudiosos no final do século XIX, foi aparecendo uma variedade muito grande de medidas para se comparar as mesmas grandezas, surgindo então uma necessidade de se elaborar um sistema onde todos utilizassem as mesmas medidas evitando assim inúmeras unidades para a mesma grandeza. Foi então que surgiu o Sistema Internacional de Medidas (S.I.), que não é nada mais do que um conjunto de unidades que se prestam para medir, comparar todas as espécies de grandezas, possibilitando ainda a operação com seus múltiplos e submúltiplos. Tipos de grandezas físicasAs grandezas físicas estão divididas em dois grupos: as escalares e as vetoriais.
Algumas grandezas físicas são perfeitamente caracterizadas apenas quando conhecemos a medida mais a unidade de medida. Por exemplo, quando recebemos a informação de que a duração de determinada viagem é de 2 horas e 45 minutos, temos uma grandeza escalar (intervalo de tempo), ou seja, apenas a medida mais a unidade nos proporcionam a ideia da grandeza. Podemos citar como exemplos de grandezas escalares o comprimento, o volume, a área, a massa, o tempo, a temperatura, a densidade, a pressão, entre outros. No decorrer do estudo da Física, utilizaremos algumas grandezas escalares.
Algumas grandezas físicas não ficam perfeitamente caracterizadas conhecendo-se apenas a medida e a sua respectiva unidade Uma grandeza é dita vetorial quando, para caracterizá-la perfeitamente, torna-se necessário conhecer o valor da sua medida, a unidade, a direção e o sentido. A tabela seguinte apresenta alguns exemplos de grandezas físicas escalares e vetoriais, que serão estudados ao longo do curso de Física. Veja sobre cada uma no artigo: Unidades de medidas e principais Grandezas. Por: Johny Lima Veja também:
Assuntos relacionados:Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. Multímetro: aparelho usado para medir diversas grandezas físicas elétricas Trena: objeto usado para medir comprimentos Nas ciências de forma geral (e na física de forma mais explícita), grandezas físicas são as propriedades mensuráveis de um fenômeno, corpo ou substância. Sendo necessário que essas propriedades possam ser expressas quantitativamente (propriedades que podem ser medidas, representadas e, calculadas):[2]
A partir dessa definição podemos, por exemplo, dizer que o comprimento, a quantidade de matéria e a energia são grandezas físicas, enquanto as notas de uma prova, o preço de um objeto e a intensidade de um sentimento não são. Em contrapartida, os objetos ou fenômenos naturais em si não são grandezas físicas. A água, por exemplo, não é uma grandeza física, entretanto quaisquer das suas propriedades que podem ser medidas (ou mesmo inferidas) assim são reconhecidas. A título de exemplo, são grandezas físicas da água: sua temperatura de ebulição, sua densidade, sua entalpia de formação, sua condutividade térmica, entre outros; são grandezas físicas de um corpo composto de água: seu volume, sua temperatura, sua massa, sua entalpia absoluta, entre outros. Existem inúmeros tipos de grandezas físicas, cada qual associada a um diferente tipo de unidade de medida. Uma unidade de medida tem um tamanho unitário arbitrariamente definido,[3] e é por meio de um processo de comparação quantitativa (medição) com esse padrão unitário que determina-se a magnitude de uma grandeza física.[2] Isto é, quantas vezes o tamanho unitário está contido na medida que está sendo feita. Podem, também, existir diferentes unidades de medida para um mesmo tipo de grandeza física; usa-se corriqueiramente a polegada como medida de comprimento em favor do oficial metro. A união de determinadas unidades de medida dá origem a um sistema de medida. Definições gerais[editar | editar código-fonte]Os conceitos relacionados com grandeza física são bastante genéricos, portanto, sendo válidos para os mais diversos sistemas de medida. Entretanto há, além das óbvias diferenças históricas de nomenclatura e de magnitude de diferentes unidades de um mesmo tipo,[3] outras diferenças entre os sistemas, como:
Mas, há um sistema que é largamente adotado, o Sistema Internacional de Unidades (mais conhecido por "SI"),[5] por isso serão dado preferência para as convenções adotadas por esse sistema. Todos os países lusófonos adotam este, somente os Estados Unidos, a Libéria e Mianmar não o adotam oficialmente, mas mesmo estes definem seus padrões unitários baseados no SI.[5] Dimensão[editar | editar código-fonte]As dimensões são propriedades intrínsecas das grandezas físicas.[6] Num sistema de unidades, a dimensão de uma unidade é a expressão desta unidade em termos de um produto de potências das unidades de base[2]. De forma simplificada, a dimensão de uma unidade G pode ser escrita como uma Equação dimensional com a forma:[2] [G] = AαBβCγ...Zωonde:
Ainda sobre da análise dimensional:
Tipo de grandeza[editar | editar código-fonte]Essa classificação por tipos de grandeza é de certa forma arbitrária. De forma geral grandezas são ditas de um mesmo tipo, quando são mutualmente comparáveis[2]. Além disso é importante frisar que:[2]
Equações de grandezas[editar | editar código-fonte]
Quando representamos uma lei natural por meio equações matemáticas teremos uma equação de grandezas. Equações de grandezas são independentes da escolha de unidades.[7] A validade de uma equação de grandezas é refutável por meio análise dimensional: se não temos em ambos os lados da equação as mesmas dimensões, ela é, portanto, falsa. A estrutura de algumas leis físicas pode ser alterada em decorrência da escolha de um determinado sistema de unidades (veja mais em Unidades naturais e Unidades de Planck). Magnitude[editar | editar código-fonte]Também conhecida como valor da grandeza, a magnitude, expressa a relação entre a quantidade que foi medida e o padrão unitário. Ela é, geralmente, um número real, mas isso não é regra. Existem grandezas cujas magnitudes podem ser de outros tipo como a impedância elétrica, representada por meio de números complexos.[7] As escalas das grandezas variam enormemente, por isso muitas vezes escrevem-se as magnitudes utilizando-se da notação científica. Daí o costume de referir-se à ordens de magnitude (ou ordens de grandeza). No SI é muito comum o uso de prefixos para simbolizar determinadas ordens de grandeza. Devido a enorme variabilidade dos padrões unitários das unidades de medida, a intuição para magnitudes naturalmente adquirida por um usuário de um determinado sistema de unidades costuma não ser equivalente a intuição adquirida pelo usuário de outro sistema. Esse motivo foi um dos principais entraves à popularização do sistema métrico.[8] Existe um particular conjunto de grandezas cujas magnitudes são fixas, essas grandezas são chamadas de constantes físicas. Escalares, vetores, tensores[editar | editar código-fonte]A representação de grandezas físicas algumas vezes exige informações extras, além da magnitude (módulo) e da unidade de medida. Essas informações extras são as direções e os sentidos. Grandezas que precisam de direções e sentidos para que sejam bem determinadas são chamadas de Grandezas vetoriais (representadas por vetores) e Grandezas tensorias (representadas por tensores). Os vetores e tensores cujas componentes são grandezas físicas, são considerados grandezas físicas.[7] Escalares[editar | editar código-fonte]As grandezas escalares são grandezas que necessitam de um valor para o módulo e de uma unidade de medida para que fiquem bem definidos.[9] Exemplos[9]: densidade, pressão, área.Vetores ou tensores de 1a ordem[editar | editar código-fonte]São grandezas que, além de um módulo, seguido de uma unidade de medida, necessitam de direção e sentido. Exemplos[9]: força, aceleração, velocidade.Existem ainda grandezas que são pseudo-vetores. Originam-se do produto vetorial. Exemplo[10]: torque Tensores de ordem mais alta[editar | editar código-fonte]Os tensores são conjuntos de vetores. De forma mais formal, tensores são a generalização dos conceitos de vetor, funcional linear, transformação linear, forma bilinear, e, de modo geral, aplicações n-lineares que levam n1 vetores a n2 vetores. Exemplo:[11]tensor de inérciaOperações aritméticas[editar | editar código-fonte]Verifica-se que um pequeno número de operações aritméticas são suficientes para descrever todos os fenômenos naturais conhecidos. As grandezas físicas, portanto, somente manterão seus sentidos físicos se transformadas por tais operações. Entretanto, mesmo limitando-se ao escopo dessas operações, há algumas regras que, se não forem seguidas, geram resultados sem sentido:
Equações envolvendo valores numéricos[editar | editar código-fonte]
Estas equações têm constantes que dependem da escolha de unidades e, portanto, só são úteis se as unidade são conhecidas. A substituição de valores nas variáveis em outras unidades pode, facilmente, conduzir a erros. Por isso, é aconselhável que sempre se realizem os cálculos com as unidades presentes em todos os passos e avalie-se a unidade do resultado. Fórmulas utilizadas em textos históricos, "regras de ouro" e fórmulas empíricas normalmente são dadas na forma de equações de valores numéricos. Em alguns casos, as unidades são dadas para o correto uso da equação. Nesses casos, geralmente, os símbolos das unidades são encontrados envolvidas por colchetes, tais como [m], em vez de m. Medidas e incertezas[editar | editar código-fonte]Sinteticamente podemos definir:
Deve-se sempre ter em mente alguns fatos relevantes ao se fazer uma medida:
Embora tenha essas limitações listadas acima, a medida é considerada a melhor estimativa do valor da grandeza medida. Entende-se ainda que todos os componentes de incerteza, incluindo aqueles provenientes de efeitos sistemáticos contribuem para a dispersão dos dados (valores medidos).[13] Medidas devem ser expressas por meio do valor obtido para a quantidade medida, juntamente com a incerteza de medida para serem bem caracterizadas. Entretanto se a incerteza é considerada negligenciável por algum motivo, é comum a supressão dessa informação. Em muitos campos essa maneira suprimida é a maneira corriqueira de expressar uma medida.[7] Classificações das grandezas físicas[editar | editar código-fonte]Grandezas básicas[editar | editar código-fonte]Num determinado sistema de unidades de medida, um subconjunto de grandezas, com o qual seja possível escrever todas as outras grandezas desses sistema (que, obviamente não pertençam a esse subconjunto) são denominadas grandezas básicas. E ainda: grandezas básicas são as grandezas mutualmente independentes entre si, uma vez que nenhuma grandeza de base pode ser expressa como um produto de potências de outras grandezas básicas[2]. A escolha das grandezas básicas é puramente arbitrária, podendo ser escolhidas quaisquer grandezas desde que seja obedecida a definição. Geralmente os sistemas de medida têm como grandezas de base o comprimento, a massa e o tempo, isso deve-se a razões históricas: na física, a primeira área a se desenvolver, foi a mecânica. Mais recentemente ocorrida, a adoção de uma grandeza eletromagnética pelos sistemas de medida, já apresenta divergências na escolha da grandeza básica a cumprir esse papel. Algumas grandezas são adotadas como grandezas de base devido a necessidades essencialmente práticas, como é o caso da temperatura e da intensidade de corrente elétrica.
Grandezas derivadas[editar | editar código-fonte]Grandezas que, num determinado sistema de unidades, são definidas em termos das unidades de base desse sistema.[2] Exemplos: velocidade, força, potência. Ver também[editar | editar código-fonte]
Referências
Bibliografia[editar | editar código-fonte]
|