Biología

Sistemas isolados em física: definição e exemplos

O que é um sistema?

Falamos muito sobre sistemas em física, mas esse tende a ser um conceito difícil para muitos alunos. A ideia de um sistema é simples, mas sua aplicação pode ser um tanto complicada. Simplificando, um sistema é dois ou mais objetos. Mas isso é um pouco vago, não é?

Para tornar as coisas ainda mais complicadas, o que realmente estamos interessados ​​em entender é um sistema isolado . Agora, em vez de qualquer conjunto antigo de objetos, temos a estipulação adicional de que a quantidade total de energia no sistema não muda. Outra maneira de ver isso é dizer que não há nenhuma rede de força externa sobre os objetos no sistema, ou que os objetos no sistema estão isolados de forças externas.

Uma rede de força externa em um sistema vem de algo fora do sistema. Em outras palavras, vem de algo diferente dos objetos dentro do próprio sistema. Se você precisar fazer um carro enguiçado se mover, provavelmente não irá muito longe se sentar no banco do motorista e empurrar por dentro. Em vez disso, você faz com que um monte de gente aplique uma força externa de fora. Na verdade, você poderia fazer com que 5 dos homens mais fortes do mundo empurrassem de dentro, mas nessa posição, eles são parte do sistema, então a força não faz muito bem ali.

Para que a força seja externa, a força deve ser desequilibrada , o que significa que não há outra força que se oponha a ela com a mesma magnitude. Se você e seu amigo empurrarem em extremidades opostas do carro enguiçado, ele permanecerá exatamente onde está porque as duas forças estão equilibradas - elas estão agindo com a mesma magnitude, mas em direções opostas. Eles estão trabalhando um contra o outro, então eles essencialmente se cancelam, tornando vocês dois parte do sistema isolado! Seria muito mais sensato ter seu amigo ajudando você a empurrar a partir da mesma extremidade para que a força fique desequilibrada, tirando você do sistema isolado com o carro.

Exemplos de sistemas isolados

O carro é um exemplo bastante direto de um sistema isolado porque é fácil ver como você não o moveria empurrando de dentro ou de lados opostos. Mas os objetos em um sistema isolado nem sempre estão claramente contidos assim.

Por exemplo, uma colisão frontal entre dois carros pode ser um sistema isolado ou não, dependendo das forças envolvidas. Se a colisão frontal ocorrer entre dois veículos que trafegam em uma estrada que oferece grande atrito, os carros não fazem parte de um sistema isolado porque existe uma força externa de atrito em ação.

No entanto, tire a fricção da equação e os carros batendo se tornarão um sistema isolado. Isso ocorre porque as forças que eles exercem um sobre o outro se cancelam à medida que colidem e não há forças externas envolvidas.

As bolas de bilhar fazem parte de um sistema isolado porque, conforme colidem, também exercem forças equilibradas umas sobre as outras. Quando a bola branca atinge outra bola, o impulso da primeira bola é transferido para a segunda bola, fazendo-a rolar pela mesa. Na ausência de fricção da mesa, as duas bolas fazem parte de um sistema isolado porque não há forças externas em ação.

Pode ser útil pensar em sistemas isolados em termos de seu café da manhã. Você pode notar que o seu café fica mais quente por mais tempo se estiver em uma caneca coberta do que em uma sem tampa. Na caneca tampada, o calor do café é 'isolado' do ambiente externo. No entanto, o calor (uma forma de energia) está livre para escapar para o ar na caneca descoberta porque a "barreira" da tampa não existe. Claro, algum calor também é conduzido através da própria caneca (é por isso que você a pega pela alça), mas se em condições ideais não houvesse perda de calor pela caneca, a coberta pareceria um sistema isolado, pois haveria não haverá perda de calor deste recipiente.

As pessoas no carro, as bolas de bilhar na mesa e os carros na colisão sem atrito são como café dentro de uma caneca fechada. Às vezes, a caneca é fácil de ver, como com o carro enguiçado. Outras vezes, porém, a 'caneca' é invisível, como é o caso da colisão frontal e das bolas de bilhar.

A realidade dos sistemas isolados

Como muitas coisas na física, descrevemos situações ideais, como carros dirigindo em estradas sem atrito. Mas aqui na Terra, a ausência de tais forças é irreal, portanto, não existem sistemas perfeitamente isolados. As forças externas da rede estão quase sempre presentes e, como nossa xícara de café, algum calor é perdido.

O universo é considerado o único sistema isolado real, porque age como um grande e gigantesco carro parado que contém tudo dentro dele. Por mais que tente, você não pode escapar do universo. Toda a energia e calor dentro dele são simplesmente transferidos, transformados e reciclados conforme ele se move através de diferentes formas e objetos.

No entanto, ocupamos apenas uma minúscula fração de uma fração do universo, então é mais fácil entender como um sistema isolado PODERIA existir em uma escala mais local, com algumas suposições menores, é claro. E compreender esses exemplos em pequena escala nos ajuda a entender como o mundo cotidiano ao nosso redor funciona de uma forma que é relevante e significativa para nós na Terra.

Resumo da lição

A física pode ser um assunto confuso porque nos desafia a olhar para o mundo ao nosso redor de maneira diferente. E às vezes, as coisas que vemos nem sempre são o que parecem ser porque há outras coisas acontecendo que não vemos.

Um sistema isolado é um desses conceitos complicados porque é um sistema em que a quantidade total de energia não muda. Não podemos necessariamente ver a energia, então temos que usar outro conhecimento para nos ajudar a entender o que está acontecendo.

Como o café quente em uma caneca selada, os objetos em sistemas isolados são isolados de forças externas. Portanto, desde que a energia total do sistema não mude e não haja forças externas agindo sobre os objetos no sistema, podemos dizer que o sistema está isolado.

Resultados de Aprendizagem

Depois de revisar esta lição, você será capaz de:

  • Descreva o que é um sistema isolado
  • Identifique exemplos de sistemas isolados
  • Explique por que o universo é o único sistema verdadeiramente isolado
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