Física · 7.ª–9.ª classe
Quais são as grandezas fundamentais do Sistema Internacional?
Resposta curta
O Sistema Internacional (SI) tem sete grandezas fundamentais: comprimento (metro, m), massa (quilograma, kg), tempo (segundo, s), corrente elétrica (ampere, A), temperatura termodinâmica (kelvin, K), quantidade de matéria (mole, mol) e intensidade luminosa (candela, cd). Todas as outras grandezas, como a velocidade ou a força, são derivadas destas sete.
O que são grandezas fundamentais
Uma grandeza física é uma propriedade que se pode medir. Algumas grandezas são tomadas como ponto de partida e não se definem à custa de outras: são as fundamentais (ou de base). As restantes, as derivadas, obtêm-se combinando as fundamentais através de fórmulas. Por exemplo, a velocidade é um comprimento a dividir por um tempo, por isso a sua unidade é o metro por segundo (m/s).
O SI foi criado para que cientistas, engenheiros e comerciantes de todos os países meçam da mesma maneira. É o sistema usado nas escolas de Angola, de Portugal e do Brasil e na quase totalidade do mundo. Desde 2019, o BIPM (Bureau Internacional de Pesos e Medidas) define as unidades a partir de constantes da natureza; para o estudo do secundário, o que importa é conhecer as sete grandezas e as respetivas unidades.
Critério de classificação
- Fundamentais: são independentes entre si e servem de base ao sistema. Existem sete.
- Derivadas: definem-se por fórmulas que combinam as fundamentais (área, volume, velocidade, aceleração, força, densidade, energia, pressão, etc.).
Classificar uma grandeza é perguntar: consigo escrevê-la à custa de outras? Se sim, é derivada.
As sete grandezas, uma a uma
| N.º | Grandeza fundamental | Unidade SI | Símbolo da unidade | Exemplo do dia a dia |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Comprimento | metro | m | A altura de uma porta tem cerca de 2 m. |
| 2 | Massa | quilograma | kg | Um saco de arroz de 5 kg. |
| 3 | Tempo | segundo | s | O batimento do coração dura cerca de 1 s. |
| 4 | Corrente elétrica | ampere | A | Os aparelhos domésticos funcionam com correntes de alguns amperes. |
| 5 | Temperatura termodinâmica | kelvin | K | 273 K corresponde, aproximadamente, a 0 °C. |
| 6 | Quantidade de matéria | mole | mol | 1 mol de água tem cerca de 18 g. |
| 7 | Intensidade luminosa | candela | cd | A luz emitida numa dada direção por uma lâmpada. |
Notas sobre cada uma
- Comprimento (m): mede distâncias, alturas, larguras. Mede-se com régua, fita métrica ou craveira.
- Massa (kg): quantidade de matéria de um corpo. É a única unidade de base com um prefixo no nome (quilo). Mede-se com balança. Não confunda com peso, que é uma força e se mede em newton (N).
- Tempo (s): duração de um fenómeno. Mede-se com relógio ou cronómetro.
- Corrente elétrica (A): quantidade de carga que passa por segundo num circuito. Mede-se com amperímetro.
- Temperatura termodinâmica (K): o kelvin é a unidade SI; no dia a dia usa-se o grau Celsius (°C). Conversão simples: T(K) = θ(°C) + 273 (mais exatamente, 273,15).
- Quantidade de matéria (mol): conta entidades elementares (átomos, moléculas). Calcula-se a partir da massa e da massa molar; é tema mais frequente em Química.
- Intensidade luminosa (cd): quantidade de luz emitida numa direção. É a menos usada no ensino básico; confirme no seu programa se faz parte da classe.
Algumas grandezas derivadas e as suas unidades
| Grandeza derivada | Fórmula | Unidade SI |
|---|---|---|
| Área | comprimento × comprimento | m2 |
| Volume | comprimento × comprimento × comprimento | m3 |
| Velocidade | distância ÷ tempo | m/s |
| Aceleração | variação de velocidade ÷ tempo | m/s2 |
| Densidade | massa ÷ volume | kg/m3 |
| Força | massa × aceleração | N = kg·m/s2 |
Quadro-resumo
| Grandeza | Unidade | Símbolo | Instrumento típico |
|---|---|---|---|
| Comprimento | metro | m | régua, fita métrica |
| Massa | quilograma | kg | balança |
| Tempo | segundo | s | cronómetro |
| Corrente elétrica | ampere | A | amperímetro |
| Temperatura | kelvin | K | termómetro |
| Quantidade de matéria | mole | mol | calcula-se (não há instrumento direto) |
| Intensidade luminosa | candela | cd | instrumentos de fotometria |
Como memorizar
Agrupe as sete em três blocos. Mecânica: comprimento, massa, tempo. Eletricidade e calor: corrente, temperatura. Química e luz: matéria, luz. Depois invente uma frase com as iniciais (C, M, T, C, T, Q, I) e repita-a em voz alta.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Fundamental ou derivada?
Enunciado: Classifique como fundamental ou derivada: massa, velocidade, área, tempo, temperatura.
Resolução:
- Massa: está na lista das sete. Fundamental (kg).
- Velocidade: distância ÷ tempo. Derivada (m/s).
- Área: comprimento × comprimento. Derivada (m2).
- Tempo: fundamental (s).
- Temperatura: fundamental (K).
Resposta: fundamentais: massa, tempo, temperatura. Derivadas: velocidade, área. Verificação: as derivadas têm unidades obtidas por combinações de m e s.
Exemplo 2 — Calcular uma velocidade
Enunciado: Um atleta percorre 100 m em 20 s. Calcule a velocidade, em unidades SI.
Resolução:
- A velocidade é derivada: v = distância ÷ tempo.
- As unidades já são SI (m e s).
- v = 100 m ÷ 20 s = 5 m/s.
Resposta: v = 5 m/s. Verificação: 5 m/s × 20 s = 100 m.
Exemplo 3 — Densidade em unidades SI
Enunciado: Um bloco de madeira tem massa 600 g e volume 750 cm³. Calcule a densidade em kg/m³.
Resolução:
- Converta a massa: 600 g = 0,6 kg.
- Converta o volume: 750 cm³ = 750 × 10-6 m³ = 0,00075 m³.
- Densidade = massa ÷ volume = 0,6 ÷ 0,00075 = 800 kg/m³.
Resposta: 800 kg/m³. Verificação: em g/cm³, 600 ÷ 750 = 0,8 g/cm³, e 0,8 g/cm³ = 800 kg/m³.
Exemplo 4 — Nível de exame: unidade derivada da força
Enunciado: Um carrinho de 5 kg acelera a 2 m/s². Calcule a força resultante e escreva a unidade como combinação de unidades fundamentais.
Resolução:
- F = m × a.
- F = 5 kg × 2 m/s2 = 10 kg·m/s2.
- A combinação kg·m/s2 chama-se newton (N).
Resposta: F = 10 N (10 kg·m/s2). Verificação: a unidade usa só kg, m e s, três grandezas fundamentais, o que confirma que a força é derivada.
Erros frequentes
- Dizer que o litro ou o grama são unidades fundamentais do SI: a unidade SI de massa é o quilograma; o litro (1 L = 1 dm³) não é unidade de base.
- Confundir massa e peso: massa é fundamental (kg); peso é uma força (N).
- Considerar o grau Celsius a unidade SI de temperatura: a unidade SI é o kelvin. O °C é muito usado, mas não é a unidade de base.
- Pensar que área e volume são fundamentais: são derivadas (m2 e m3).
- Contar menos de sete grandezas (esquecer a quantidade de matéria ou a intensidade luminosa).
- Escrever símbolos errados: o símbolo do segundo é s (não «seg.» nem «sec.»), o do quilograma é kg (não «Kg»), e os símbolos não têm plural.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Escreva as sete grandezas fundamentais do SI, com a unidade e o símbolo de cada uma.
Ver solução
Comprimento (metro, m); massa (quilograma, kg); tempo (segundo, s); corrente elétrica (ampere, A); temperatura termodinâmica (kelvin, K); quantidade de matéria (mole, mol); intensidade luminosa (candela, cd).
2Exercício 2
Indique quais das grandezas seguintes são derivadas: força, comprimento, volume, tempo, energia.
Ver solução
São derivadas: força, volume e energia. Comprimento e tempo são fundamentais.
3Exercício 3
Uma sala tem 4 m de comprimento e 3 m de largura. Calcule a área do chão e diga a unidade SI.
Ver solução
Área = 4 m × 3 m = 12 m². A unidade é o metro quadrado (m²), derivada do metro.
4Exercício 4
Converta 25 °C para kelvin e 300 K para graus Celsius, usando a aproximação de 273.
Ver solução
25 + 273 = 298 K; 300 − 273 = 27 °C.
5Exercício 5
Uma pedra tem massa 600 g e volume 300 cm³. Calcule a densidade em g/cm³ e em kg/m³.
Ver dica
Lembre-se de que 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³.
Ver solução
Densidade = 600 ÷ 300 = 2 g/cm³. Em unidades SI: 2 × 1 000 = 2 000 kg/m³.
Perguntas frequentes
Quantas grandezas fundamentais existem no SI?
Existem sete. Todas as outras grandezas (área, velocidade, força, energia, etc.) são derivadas delas, ou seja, obtêm-se por fórmulas que combinam as sete.
Qual é a classificação mais usada?
Separar as grandezas em fundamentais (sete) e derivadas (todas as restantes). Para uma grandeza nova, pergunte se a sua unidade se pode escrever só com m, kg, s, A, K, mol e cd; se sim, é derivada.
Como memorizar a lista?
Divida-a em três blocos (mecânica: comprimento, massa, tempo; elétrica e térmica: corrente, temperatura; química e luz: matéria, luminosidade) e associe a cada grandeza um objeto: régua, balança, cronómetro, amperímetro, termómetro.
Porque é que a unidade de massa já traz o prefixo quilo?
Por razões históricas, o quilograma ficou como a unidade de base e o grama é um submúltiplo (1 g = 10-3 kg). Por isso, nos cálculos, converta sempre os gramas para quilogramas.
Resumo
- O SI tem sete grandezas fundamentais: comprimento, massa, tempo, corrente elétrica, temperatura, quantidade de matéria e intensidade luminosa.
- As unidades são m, kg, s, A, K, mol e cd.
- As outras grandezas (velocidade, área, força…) são derivadas.
- A unidade de base de massa é o quilograma; a de temperatura é o kelvin.
- Para classificar uma grandeza, veja se pode escrevê-la à custa de outras.
Onde aprofundar
- O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
- O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), nos capítulos sobre unidades e medição.
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