a) Gerador elétrico
É um dispositivo capaz de transformar em energia elétrica outra modalidade de energia. O gerador não gera ou cria cargas elétricas. Sua função é fornecer energia às cargas elétricas que o atravessam. Industrialmente, os geradores mais comuns são os químicos e os mecânicos.
• Químicos: aqueles que transformam energia química em energia elétrica. Exemplos: pilha e bateria.
• Mecânicos: aqueles que transformam energia mecânica em elétrica. Exemplo: dínamo de motor de automóvel.
i
+ -
b) Receptor elétrico
É um dispositivo que transforma energia elétrica em outra modalidade de energia, não exclusivamente térmica. O principal receptor é o motor elétrico, que transforma energia elétrica em mecânica, além da parcela de energia dissipada sob a forma de calor.
i
+ -
c) Resistor elétrico
É um dispositivo que transforma toda a energia elétrica consumida integralmente em calor. Como exemplo, podemos citar os aquecedores, o ferro elétrico, o chuveiro elétrico, a lâmpada comum e os fios condutores em geral.
RESISTORES
"Resistores são elementos de circuito que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica."
Lei de Ohm
R i
U
U = R.i
U = (ddp) diferença de potencial (V)
R = resistência elétrica ( )
i = corrente elétrica (A)
No SI, a unidade de resistência elétrica é o ohm ( )
Curva característica de um resistor ôhmico
U
U3
U2
U1
0 i1 i2 i3 i
(constante)
ENERGIA CONSUMIDA
E = P. t
E = energia (J, KWh)
P = potência (W)
t = tempo (s)
No SI a unidade de energia é o joule (J), mas também é muito utilizado o kWh.
1kWh é a energia consumida, com potência de 1kW, durante 1 hora.
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
Associação de resistores em série
"Vários resistores estão associados em série quando são ligados um em seguida do outro, de modo a serem percorridos pela mesma corrente."
i R1 R2 R3
U1 U2 U3
i Req
U
Req = resistência equivalente ( )
U = ddp da associação (V)
U = U1 + U2 + U3
i = i1 = i2 = i3
Req = R1 + R2 + R3
Exercícios
1. Considere a associação em série de resistores esquematizada abaixo. Determine: a) a resistência equivalente da associação; b) a corrente elétrica i; c) a ddp em cada resistor.
R1=2 R2=4 R3=6
A B
U=36V
Leituras no Amperímetro e no Voltímetro
- Amperímetro ideal: não tem resistência interna (é ligado em série).
- Voltímetro ideal: tem resistência interna infinitamente grande (é ligado em paralelo).
Gerador elétrico
"Levando-se em conta a resistência interna do gerador, percebemos que a ddp U entre os terminais é menor do que a força eletromotriz (fem), devido à perda de ddp na resistência interna."
i - + r
E
U
U = E - r.i
Circuitos elétricos
= soma de todas as forças eletromotrizes do circuito.
= soma de as resistências do mesmo circuito.
sexta-feira, 13 de novembro de 2009
DPs Física 4º bimestre conteúdos p/ estudar efazer pesquisa
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 1ª SÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
O Universo, sua origem e compreensão humana:
• Teorias e modelos propostos para origem, evolução e constituição do Universo, evolução dos modelos sobre Universo (matéria, radiação e interações) As etapas da evolução estelar ( formação, gigante vermelha, anã branca, supernova, buraco negro); algumas especificidades do modelo cosmológico atual
• Noções referenciais e forças inerciais; elementos da exploração espacial: estações de sondas, telescópios, ônibus espacial, satélites artificial, foguete espacial.
Estimativas das ordens de grandeza de medidas astronômicas para situar a vida em geral, e vida humana em particular, temporal e espacialmente no Universo;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Linha do tempo sobre as idéias (dos cientistas e filósofos) a respeito do Universo:
Desde os gregos – modelo geocêntrico até Gamov – A teoria do Big Bang
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 2ªSÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Luz e cor
• As diferenças entre cor luz e cor pigmento;
• Decomposição da luz branca como luz composta policromática;
• As três cores primárias (vermelho, verde e azul) no sistema de percepção de cores no olho humano e em equipamentos.
• Interação física entre luz e matéria.
• Emissão e absorção de diferentes cores de luz;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Ondas eletromagnéticas
• Evolução histórica dos modelos de representação da luz (luz como ondas eletromagnéticas).
•Transmissões eletromagnéticas
• Produção, propagação e detecção das ondas eletromagnéticas
• Princípio de funcionamento dos principais equipamentos de comunicação com base na propagação de ondas eletromagnéticas (rádio, telefonia celular, fibras ópticas);
• Evolução histórica dos meios e da velocidade de transmissão de informação e seus impactos sociais, econômicos ou culturais.
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 3ª SERIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Partículas elementares:
- A concepção da matéria em diferentes períodos históricos;
- Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;
- Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa energia).
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Eletrônica e informática
- Meios de comunicação analógicos e digitais;
- Transistores e sistemas digitais;
- Elementos básicos da microeletrônica no processamento e no armazenamento de informações (processadores, discos magnéticos, cds etc.);
- Impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea.
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 1ª SÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
O Universo, sua origem e compreensão humana:
• Teorias e modelos propostos para origem, evolução e constituição do Universo, evolução dos modelos sobre Universo (matéria, radiação e interações) As etapas da evolução estelar ( formação, gigante vermelha, anã branca, supernova, buraco negro); algumas especificidades do modelo cosmológico atual
• Noções referenciais e forças inerciais; elementos da exploração espacial: estações de sondas, telescópios, ônibus espacial, satélites artificial, foguete espacial.
Estimativas das ordens de grandeza de medidas astronômicas para situar a vida em geral, e vida humana em particular, temporal e espacialmente no Universo;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Linha do tempo sobre as idéias (dos cientistas e filósofos) a respeito do Universo:
Desde os gregos – modelo geocêntrico até Gamov – A teoria do Big Bang
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 2ªSÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Luz e cor
• As diferenças entre cor luz e cor pigmento;
• Decomposição da luz branca como luz composta policromática;
• As três cores primárias (vermelho, verde e azul) no sistema de percepção de cores no olho humano e em equipamentos.
• Interação física entre luz e matéria.
• Emissão e absorção de diferentes cores de luz;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Ondas eletromagnéticas
• Evolução histórica dos modelos de representação da luz (luz como ondas eletromagnéticas).
•Transmissões eletromagnéticas
• Produção, propagação e detecção das ondas eletromagnéticas
• Princípio de funcionamento dos principais equipamentos de comunicação com base na propagação de ondas eletromagnéticas (rádio, telefonia celular, fibras ópticas);
• Evolução histórica dos meios e da velocidade de transmissão de informação e seus impactos sociais, econômicos ou culturais.
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 3ª SERIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Partículas elementares:
- A concepção da matéria em diferentes períodos históricos;
- Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;
- Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa energia).
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Eletrônica e informática
- Meios de comunicação analógicos e digitais;
- Transistores e sistemas digitais;
- Elementos básicos da microeletrônica no processamento e no armazenamento de informações (processadores, discos magnéticos, cds etc.);
- Impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea.
gabarito 2ª serie volume 3
GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
ISSO É BARULHO OU MÚSICA?
Roteiro 1 - Isso é barulho ou música? Página 4
Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar o conceito de som. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos.
A sugestão é instigá-los a pensar que existem distinções entre os sons; e que eles podem ser classificados com base em diferenciações.
Note que, na elaboração da tabela, há elementos que podem ser considerados “sons desagradáveis” para alguns, como o heavy metal, e “sons agradáveis” para os outros.
Toda essa discussão, que será esclarecida ao longo das aulas, deve ser iniciada agora.
Assim, caso ela não surja explicitamente, apresente-a para os alunos. O objetivo é levá-los a perceber que há uma diferença entre o processo físico do som e a sensação que ele
causa em nós. Como esta atividade envolve muitos elementos, e para categorizá-los é preciso relacionar muitas variáveis, muitas delas subjetivas, as classificações certamente não coincidirão.
VOCÊ APRENDEU? Página 6
O objetivo destas questões é nortear a discussão em sala de aula. O importante aqui é tentar extrair elementos com características menos subjetivas para classificar o som.
Comece então a “afinar” a turma. Assim, as categorias “Sons desagradáveis” e “Sons”.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3
agradáveis “podem se transformar em” Ruídos “e” Sons musicais “, na tentativa de diminuir a interferência da freqüência individual por determinado estilo sonoro”. Ainda que esta nova categorização possua características comuns, que podem ser classificadas sob um caráter subjetivo, podemos selecionar alguns sons e chamá-los de ruído: ronco, trovão, arranhão na lousa. Alguns elementos que podem ser identificados como características de ruído: não se repete no tempo, não tem ritmo nem harmonia. Para que o gosto pessoal não seja um critério novamente, devem se buscar as características físicas do som.
LIÇÃO DE CASA Página 6 1. Espera-se respostas do tipo: Som é uma onda mecânica longitudinal. O importante é o aluno perceber a relação direta entre a Física e o som.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 UMA ENTREVISTA MUSICAL PESQUISA DE CAMPO Página 6
O intuito neste momento é fazer uso do conteúdo trazido pelos alunos como ponto de partida para as discussões e para a introdução dos conceitos da Física Ondulatória. Assim, respostas sobre “Quais as partes essenciais de seu instrumento musical?” devem servir para que os alunos percebam a presença de elementos vibrantes e ressonantes em diferentes instrumentos. Da mesma forma, respostas para “Qual a diferença entre uma nota tocada nele e a mesma nota tocada em outro instrumento?” poderão ser usadas para tratar ressonância e timbre. Observe que os conceitos envolvidos nas respostas a essas perguntas serão construídos no decorrer do bimestre. Assim, neste momento, eles não deverão ser aprofundados. A idéia é aguçar a curiosidade, guiar o olhar do aluno para aspectos que antes, certamente, passavam despercebidos.
Leitura e Análise de Texto Página 7
1. É uma onda mecânica que se propaga por meio da vibração do meio em que atravessa.
2. Em qualquer instrumento musical é preciso que alguma coisa seja colocada para vibrar. No violão é a corda, na gaita é o ar e em um atabaque é a membrana que o cobre.
3. Se o som precisa de um meio elástico para se propagar, e na Lua não temos atmosfera, ou seja, ausência de meio, o som não pode se propagar, não podendo portanto ser ouvido.
Aprendendo a Aprender Página 8
Note que as três primeiras questões estão diretamente relacionadas com a formação de competências em leitura e na compreensão de gráficos. Sendo assim, é preciso trabalhá-las com cuidado, ensinando os alunos a efetuar essa leitura, visto que não se trata de algo óbvio para eles. Na questão 1, faça-os perceber que os espaçamentos dos
pontinhos representam regiões nas quais o ar se encontra ora mais rarefeito, ora mais comprimido. A questão 2 traz a representação gráfica do fenômeno físico que ocorre, relacionando a pressão do ar (eixo vertical) com a localização no espaço (eixo horizontal). Assim, a questão 3 sintetiza as duas anteriores, visto que relaciona a pressão positiva com as áreas comprimidas e a pressão negativa com as áreas rarefeitas.
VOCÊ APRENDEU? Página 9
O objetivo destas questões é sistematizar o conhecimento estudado nesta Situação de Aprendizagem. As questões 1 ,2 e 3 foram discutidas na seção Leitura e análise de texto e Aprendendo a Aprender.
4. Temos: 4) . = 0,5 m, f= 680 Hz. V = ..f = 0,5 x 680 = 340 m/s.
LIÇÃO DE CASA Página 10
1. a) O período é o tempo entre a produção subseqüente de duas ondas. Ele é inversamente proporcional à freqüência e dado pela equação: T f, onde T é o período e f é a freqüência. b) Na quarta oitava temos:
Dó 4: 261,63 Hz;
Dó 4 sustenido (ou Ré 4 bemol): 277,18 Hz;
Ré 4: 293,66 Hz;
Ré 4 sustenido (ou Mi 4 bemol): 311,13 Hz;
Mi 4: 329,63 Hz;
Fá 4: 349,23 Hz;
Fá 4 sustenido (ou Sol 4 bemol): 369,99 Hz;
Sol 4: 392 Hz;
Sol 4 sustenido (ou Lá 4 bemol): 415,3 Hz;
Lá 4: 440 Hz;
Lá 4 sustenido (ou Si 4 bemol): 466,16 Hz;
Si 4: 493.88 Hz.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 UMA AULA DO BARULHO Leitura e Análise de Texto Página 11
A questão 1 trabalha a competência de leitura e a utilização da linguagem gráfica.
Ressalte que cada representação traz aspectos diferentes do mesmo fenômeno. Assim, o que determina se uma é melhor que a outra são justamente os dados que elas fornecem. Por exemplo, para uma análise quantitativa, a representação em vermelho é mais adequada, pois podemos comparar a intensidade das amplitudes em cada posição da onda. Entretanto, para uma análise fenomenológica, a representação em azul é mais indicada, já que ela permite visualizar diretamente a compressão e rarefação do ar. Ou seja, as diferentes representações nos auxiliam na leitura e no entendimento daquilo que estudamos. Já na 2 questão, o objetivo é levar os alunos a perceberem que as ondas têm amplitudes iguais e frequências diferentes. Para a resposta da terceira questão, é preciso elaborar a hipótese de que as duas ondas se propagam no mesmo meio, ou seja, suas velocidades são iguais. Pode-se também retomar a fórmula e verificar que quanto maior o comprimento de onda, menor é a frequência. Como veremos, a intensidade de um som está ligada à sua amplitude, enquanto a altura está ligada à sua frequência: as questões 3 e 4 exploram essa diferença.
Leitura e Análise de Imagem Página 13
Como feito anteriormente, aprofunde a formalização dos conceitos apresentados por meio da análise das figuras apresentadas nessa seção. Para auxiliar a leitura gráfica, mostre aos alunos as representações dessas duas ondas e peça a eles que identifiquem semelhanças e diferenças. A idéia é fazer com que eles identifiquem que ambas têm a mesma frequência, mas possuem amplitudes diferentes. Por meio da análise da figura, eles devem concluir que amplitude maior significa compressão e descompressão maiores. Isso fica claro quando se compara as relações entre as representações em azul e em vermelho. Após esta análise inicial, peça a eles que indiquem qual desses sons é o mais intenso.
VOCÊ APRENDEU? Página 14
1. Som com alta frequência, ou seja, agudo. 2. Que som intenso. 3. a) Para uma mesma velocidade, quanto maior a frequência menor o comprimento de onda, portanto a onda I possui menor frequência e a II possui maior frequência. b) Primeira (I): comprimento de onda . 16 cm; amplitude . 6 cm. Segunda (II): comprimento de onda . 8 cm; amplitude . 4 cm. , 4. Som musical é uma onda com frequências bem definidas. Quando um objeto vibra de forma desordenada, ele produz um som que é a somatória de um número muito grande de frequências, ou seja, barulho (ruído).
LIÇÃO DE CASA Página 15
1. a) Comprimento de Onda . metro (m). Frequência . hertz (Hz) . Hz = s -1.
Velocidade de Propagação . m/s. Amplitude . m. Período . segundo (s).
b) Feminino: agudo . soprano, médio . meso-soprano, grave . contralto.
Masculino: agudo . tenor, médio . barítono, grave . baixo.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 FAZENDO UM SOM Página 15
Neste momento espera-se apenas que os alunos talvez se remetam ao timbre ou diferenças na forma do instrumento. Como trata-se de uma abertura do tratamento do conceito, não se precisa de tanto rigor neste primeiro momento. A idéia é fazer com que parem para refletir a respeito da variedade sonora produzida por diferentes instrumentos. Como veremos, o que nos permite fazer esta diferenciação é o timbre, que é uma espécie de assinatura de cada instrumento musical.
Leitura e Análise de Texto Página 18
1. Quanto maior a tensão, mais agudo o som fica. Isso ocorre pois a frequência é diretamente proporcional à raiz quadrada da tensão. 2. Ele pode usar o braço do instrumento, ou seja, diminuir o comprimento. Isso ocorre pois a frequência é inversamente proporcional ao comprimento. 3. Quanto mais fina a corda, mais agudo o som, já que a densidade será menor. Isso ocorre, pois a frequência é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade.
4. n equivale ao número de picos e vales que teremos na corda
VOCÊ APRENDEU? Página 22
1. Todos produzem o som a partir da vibração de um ou mais componentes do instrumento.
2. O conjunto de harmônicos que compõe a nota em cada instrumento é diferente, pois
depende de característica intrínsecas dos mesmos. Portanto o som será diferente, ou seja, a diferença está no timbre.
3. É uma espécie de assinatura do instrumento, cada instrumento possui características individuais, que no som se refletem no timbre. Mesmo entre dois violinos é possível perceber a diferença. Até hoje os violinos Stradivarius são considerados incomparáveis, justamente pela qualidade do som que emitem.
4. O corpo é utilizado como uma caixa de ressonância, permitindo assim amplificar o som.
5. Tudo que existe vibra, mesmo que aparentemente estejam imóveis. Assim pedras, prédio, planetas, seu próprio corpo e átomos, por exemplo, possuem uma ou mais frequências naturais de vibração. Agora, quando um objeto qualquer é "excitado" em uma de suas frequências naturais ocorre um fenômeno chamado ressonância.
6. Quando tocamos a corda de um violão, vemos essa corda vibrar, essa onda que vibra num mesmo lugar sem se propagar no espaço é chamada de onda estacionária. É importante perceber que ondas estacionárias têm o seu ponto de maior vibração (ventre), sempre no mesmo lugar já que a onda não se propaga. O mesmo vale para os pontos que não oscilam (nodos).
7. Entre todas as formas imagináveis de ondas estacionária, só aquelas cujos nodos se formem nas extremidades podem perdurar no tempo e são chamadas de harmônicos ou frequências naturais de vibração do sistema. Nos instrumentos de corda, podemos pensar que numa mesma corda os vários harmônicos possíveis possuem a mesma velocidade de propagação. Além disso, os vários harmônicos possuem sempre frequências múltiplas do primeiro harmônico (também chamado de harmônico Vfundamental). Como V = ..f, o harmônico fundamental tem frequência f1 = 2L (onde L é o comprimento da corda; observe a 1ªfigura da página 19 do Caderno
Generalizando, para qualquer outro harmônico n, temos fn= n. 2V T(observe os outros harmônicos na figura da página 19). Por fim, como v . . n temos que fn . 2L .T .
LIÇÃO DE CASA Página 23
1. Tubo Aberto . A equação é a mesma da corda do violão .n . n , entretanto, 2L diferente do violão que nas extremidades estão os nós, no tubo aberto nas extremidades, estão os ventres.
Tubo Fechado . Na extremidade aberta há um ventre e na fechada há um nó. Outro fator interessante é que tubos fechados apenas produzem harmônicos ímpares. A equação para os harmônicos também é a mesma, entretanto, devemos lembrar de substituir n apenas por números ímpares.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 UMA ENTREVISTA DO BARULHO VOCÊ APRENDEU? Página 26
1. Pergunta pessoal, que depende do uso feito por cada aluno, entretanto o uso de fone entre jovens, na maioria dos casos, pode ser considerado prejudicial à saúde devido ao uso prolongado de sons com intensidades acima do aceitável.
LIÇÃO DE CASA Página 26
1. a) O nível sonoro em decibéis é expresso por S = k log (I / I0), onde é comum utilizar os valore de k = 10 e I0 = 10– 12 N/m2. b) Britadeira, avião a jato decolando a 100 metros de distância, etc. Qualquer som muito intenso e exposição frequente é prejudicial à audição humana.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 VENDO O MUNDO Roteiro 6 – Vendo o Mundo Página 27
Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar conceitos relacionados com a luz e suas propriedades. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos. Sugerimos quatro grandes categorias: a) Produtores ou fontes de luz; b) Refletores (que devolvem luz); c) Refratores (que deixam passar a luz); e d) Absorvedores (que transformam energia luminosa em outras formas de energia).
PRODUTORES OU REFLETORES REFRATORES ABSORVEDORES FONTES DE LUZ
Lâmpada Espelho Lente Filme fotográfico Sol Lua Atmosfera Objetos escuros Fogo Objetos Vidro Plantas
Flash Tela de cinema Água Atmosfera Vela Vidro Óculos
É possível estabelecer outras formas de classificação. As categorias aqui sugeridas permitem uma investigação fenomenológica dos processos que as nomeiam, possibilitando o entendimento de diferentes instrumentos ópticos e fenômenos que envolvem a luz. A categoria “Produtores ou fontes de luz”, por exemplo, permite iniciar a discussão sobre o processo de visão, trabalhando a idéia de que nossos olhos são sensíveis à luz, assim como nossas orelhas são sensíveis ao som.
VOCÊ APRENDEU? Página 28
1. O olho é um sistema sensível à luz proveniente de objetos, luminosos ou iluminados.
Ou seja, caso não haja nenhuma fonte emitindo luz, não há nada que nossos olhos possam captar.
2. Leucipo de Mileto acreditava que a visão só era possível, pois os objetos presentes no mundo emitiam pequenas partículas, chamadas de eidola, que chegavam até aos nossos olhos. Assim, um gato, por exemplo, emanava de sua superfície estas partículas, capazes de levar informações sobre a forma e a cor do animal.
LIÇÃO DE CASA Página 29
Esta lição de casa é uma oportunidade para diante dos resultados das pesquisas dos alunos, comentarem os diversos fenômenos ondulatórios, bem como suas aplicações e recorrências cotidianas. Assim, é possível complementar os dois temas desse Caderno, além de fazer uma excelente conexão entre o estudo da luz e das ondas.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 A CÂMARA ESCURA Roteiro 7 – A câmara escura Página 29
Neste roteiro o objetivo das questões é orientar para as relações de proporcionalidade Oi descritas em .
. Bem como uma melhor compreensão do funcionamento dos do di olhos e máquinas fotográficas.
Aprendendo a Aprender Página 31
1. Da mesma forma que na máquina, nossos olhos também possuem três componentes essenciais: um orifício que regula a quantidade de luz que entra, uma lente para a formação de uma imagem nítida e um elemento sensível à luz, capaz de fazer o registro químico de uma imagem.
2. Essa demonstração pode também ser feita em sala de aula, para tornar mais claro aos alunos a sua compreensão.
oi 9 o .3. i = 9 cm, do = 4 m e di = 12 cm, como . .. o = 3 m. do di 4 12 Aqui é importante observar as unidades com os alunos durante a correção.
LIÇÃO DE CASA Página 34
Esta lição de casa pode servir para discutir melhor o funcionamento da visão. Essas explicações podem ser feitas pelos próprios alunos. Caso sejam divididos em grupos para a confecção do cartaz, os alunos podem apresentar para a classe aquilo que aprenderam.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8 REFLETINDO ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO Página 35
Construindo e analisando imagens formadas em espelhos esféricos. Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes paralelos ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que, você, professor, faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos para que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens.
VOCÊ APRENDEU? Página 39
1. Porque ao serem vista pelo espelho retrovisor do motorista da frente, ele vê a imagem invertida em seu espelho formando a palavra, AMBULÂNCIA não invertida, e pode dar passagem para ela. 2. Espelho é um objeto cuja uma de suas superfícies reflete, de maneira regular, quase a totalidade dos raios de luz que incide sobre ela. 3. Se o ângulo de 30º for em relação à superfície do espelho, pode-se imaginar que a reflexão irá ocorrer com o mesmo ângulo de 30º. Vale ressaltar que os ângulos de incidência e reflexão são definidos entre os raios de luz e a reta normal que incidem no espelho. 4. Espelhos planos refletem imagens do mesmo tamanho do objeto. Se o espelho estiver posicionado convenientemente e tiver, ao menos, o comprimento mínimo, a imagem do homem terá o mesmo tamanho dele, 1.80 m.
À distância da imagem até o espelho também será a mesma do homem até o espelho, 15 metros.
LIÇÃO DE CASA Página 39 111 oi 1. .. m e A .. onde A é o aumento e f é o foco. fdd dd oi oi
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9 REFRATANDO Leitura e Análise de Texto Página 42
1. Sempre que ocorre a diminuição da velocidade da luz ao mudar de meio, ocorre à diminuição do desvio sofrido por ela. Já com o aumento da velocidade da luz, ao passar de um meio para outro, o desvio aumenta também.
2. Se a luz incide diretamente sobre a reta normal, ou seja, perpendicular à superfície, não ocorrerá desvio já que a luz entra sem desvio. Entretanto a velocidade continuará sendo alterada, o que caracteriza a refração.
Construindo e analisando imagens formadas pelas lentes Página 47
Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes e refletidos no espelho: paralelo ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que o professor faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível depois, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens.
VOCÊ APRENDEU? Página 48
1. É o fenômeno no qual a velocidade de uma onda (luz ou som, por exemplo) ao mudar de meio sofre alteração em sua velocidade. 2. Se a luz incidir perpendicularmente à superfície não ocorre desvio. 3. No caso da miopia usamos a lente divergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma antes da retina, e, portanto é necessário divergir os raios de luz. 4. No caso da hipermetropia usamos a lente convergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma depois da retina, e, portanto, é necessário aproximá-la do foco, ou seja, convergir os raios de luz.
LIÇÃO DE CASA Página 48 1. 1 1 1 e oi , onde A é o aumento.
.. A .. fdd dd oi oi 2. Verificar se os alunos entenderam a diferença de funcionamento de cada um desses objetos.
ISSO É BARULHO OU MÚSICA?
Roteiro 1 - Isso é barulho ou música? Página 4
Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar o conceito de som. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos.
A sugestão é instigá-los a pensar que existem distinções entre os sons; e que eles podem ser classificados com base em diferenciações.
Note que, na elaboração da tabela, há elementos que podem ser considerados “sons desagradáveis” para alguns, como o heavy metal, e “sons agradáveis” para os outros.
Toda essa discussão, que será esclarecida ao longo das aulas, deve ser iniciada agora.
Assim, caso ela não surja explicitamente, apresente-a para os alunos. O objetivo é levá-los a perceber que há uma diferença entre o processo físico do som e a sensação que ele
causa em nós. Como esta atividade envolve muitos elementos, e para categorizá-los é preciso relacionar muitas variáveis, muitas delas subjetivas, as classificações certamente não coincidirão.
VOCÊ APRENDEU? Página 6
O objetivo destas questões é nortear a discussão em sala de aula. O importante aqui é tentar extrair elementos com características menos subjetivas para classificar o som.
Comece então a “afinar” a turma. Assim, as categorias “Sons desagradáveis” e “Sons”.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3
agradáveis “podem se transformar em” Ruídos “e” Sons musicais “, na tentativa de diminuir a interferência da freqüência individual por determinado estilo sonoro”. Ainda que esta nova categorização possua características comuns, que podem ser classificadas sob um caráter subjetivo, podemos selecionar alguns sons e chamá-los de ruído: ronco, trovão, arranhão na lousa. Alguns elementos que podem ser identificados como características de ruído: não se repete no tempo, não tem ritmo nem harmonia. Para que o gosto pessoal não seja um critério novamente, devem se buscar as características físicas do som.
LIÇÃO DE CASA Página 6 1. Espera-se respostas do tipo: Som é uma onda mecânica longitudinal. O importante é o aluno perceber a relação direta entre a Física e o som.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 UMA ENTREVISTA MUSICAL PESQUISA DE CAMPO Página 6
O intuito neste momento é fazer uso do conteúdo trazido pelos alunos como ponto de partida para as discussões e para a introdução dos conceitos da Física Ondulatória. Assim, respostas sobre “Quais as partes essenciais de seu instrumento musical?” devem servir para que os alunos percebam a presença de elementos vibrantes e ressonantes em diferentes instrumentos. Da mesma forma, respostas para “Qual a diferença entre uma nota tocada nele e a mesma nota tocada em outro instrumento?” poderão ser usadas para tratar ressonância e timbre. Observe que os conceitos envolvidos nas respostas a essas perguntas serão construídos no decorrer do bimestre. Assim, neste momento, eles não deverão ser aprofundados. A idéia é aguçar a curiosidade, guiar o olhar do aluno para aspectos que antes, certamente, passavam despercebidos.
Leitura e Análise de Texto Página 7
1. É uma onda mecânica que se propaga por meio da vibração do meio em que atravessa.
2. Em qualquer instrumento musical é preciso que alguma coisa seja colocada para vibrar. No violão é a corda, na gaita é o ar e em um atabaque é a membrana que o cobre.
3. Se o som precisa de um meio elástico para se propagar, e na Lua não temos atmosfera, ou seja, ausência de meio, o som não pode se propagar, não podendo portanto ser ouvido.
Aprendendo a Aprender Página 8
Note que as três primeiras questões estão diretamente relacionadas com a formação de competências em leitura e na compreensão de gráficos. Sendo assim, é preciso trabalhá-las com cuidado, ensinando os alunos a efetuar essa leitura, visto que não se trata de algo óbvio para eles. Na questão 1, faça-os perceber que os espaçamentos dos
pontinhos representam regiões nas quais o ar se encontra ora mais rarefeito, ora mais comprimido. A questão 2 traz a representação gráfica do fenômeno físico que ocorre, relacionando a pressão do ar (eixo vertical) com a localização no espaço (eixo horizontal). Assim, a questão 3 sintetiza as duas anteriores, visto que relaciona a pressão positiva com as áreas comprimidas e a pressão negativa com as áreas rarefeitas.
VOCÊ APRENDEU? Página 9
O objetivo destas questões é sistematizar o conhecimento estudado nesta Situação de Aprendizagem. As questões 1 ,2 e 3 foram discutidas na seção Leitura e análise de texto e Aprendendo a Aprender.
4. Temos: 4) . = 0,5 m, f= 680 Hz. V = ..f = 0,5 x 680 = 340 m/s.
LIÇÃO DE CASA Página 10
1. a) O período é o tempo entre a produção subseqüente de duas ondas. Ele é inversamente proporcional à freqüência e dado pela equação: T f, onde T é o período e f é a freqüência. b) Na quarta oitava temos:
Dó 4: 261,63 Hz;
Dó 4 sustenido (ou Ré 4 bemol): 277,18 Hz;
Ré 4: 293,66 Hz;
Ré 4 sustenido (ou Mi 4 bemol): 311,13 Hz;
Mi 4: 329,63 Hz;
Fá 4: 349,23 Hz;
Fá 4 sustenido (ou Sol 4 bemol): 369,99 Hz;
Sol 4: 392 Hz;
Sol 4 sustenido (ou Lá 4 bemol): 415,3 Hz;
Lá 4: 440 Hz;
Lá 4 sustenido (ou Si 4 bemol): 466,16 Hz;
Si 4: 493.88 Hz.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 UMA AULA DO BARULHO Leitura e Análise de Texto Página 11
A questão 1 trabalha a competência de leitura e a utilização da linguagem gráfica.
Ressalte que cada representação traz aspectos diferentes do mesmo fenômeno. Assim, o que determina se uma é melhor que a outra são justamente os dados que elas fornecem. Por exemplo, para uma análise quantitativa, a representação em vermelho é mais adequada, pois podemos comparar a intensidade das amplitudes em cada posição da onda. Entretanto, para uma análise fenomenológica, a representação em azul é mais indicada, já que ela permite visualizar diretamente a compressão e rarefação do ar. Ou seja, as diferentes representações nos auxiliam na leitura e no entendimento daquilo que estudamos. Já na 2 questão, o objetivo é levar os alunos a perceberem que as ondas têm amplitudes iguais e frequências diferentes. Para a resposta da terceira questão, é preciso elaborar a hipótese de que as duas ondas se propagam no mesmo meio, ou seja, suas velocidades são iguais. Pode-se também retomar a fórmula e verificar que quanto maior o comprimento de onda, menor é a frequência. Como veremos, a intensidade de um som está ligada à sua amplitude, enquanto a altura está ligada à sua frequência: as questões 3 e 4 exploram essa diferença.
Leitura e Análise de Imagem Página 13
Como feito anteriormente, aprofunde a formalização dos conceitos apresentados por meio da análise das figuras apresentadas nessa seção. Para auxiliar a leitura gráfica, mostre aos alunos as representações dessas duas ondas e peça a eles que identifiquem semelhanças e diferenças. A idéia é fazer com que eles identifiquem que ambas têm a mesma frequência, mas possuem amplitudes diferentes. Por meio da análise da figura, eles devem concluir que amplitude maior significa compressão e descompressão maiores. Isso fica claro quando se compara as relações entre as representações em azul e em vermelho. Após esta análise inicial, peça a eles que indiquem qual desses sons é o mais intenso.
VOCÊ APRENDEU? Página 14
1. Som com alta frequência, ou seja, agudo. 2. Que som intenso. 3. a) Para uma mesma velocidade, quanto maior a frequência menor o comprimento de onda, portanto a onda I possui menor frequência e a II possui maior frequência. b) Primeira (I): comprimento de onda . 16 cm; amplitude . 6 cm. Segunda (II): comprimento de onda . 8 cm; amplitude . 4 cm. , 4. Som musical é uma onda com frequências bem definidas. Quando um objeto vibra de forma desordenada, ele produz um som que é a somatória de um número muito grande de frequências, ou seja, barulho (ruído).
LIÇÃO DE CASA Página 15
1. a) Comprimento de Onda . metro (m). Frequência . hertz (Hz) . Hz = s -1.
Velocidade de Propagação . m/s. Amplitude . m. Período . segundo (s).
b) Feminino: agudo . soprano, médio . meso-soprano, grave . contralto.
Masculino: agudo . tenor, médio . barítono, grave . baixo.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 FAZENDO UM SOM Página 15
Neste momento espera-se apenas que os alunos talvez se remetam ao timbre ou diferenças na forma do instrumento. Como trata-se de uma abertura do tratamento do conceito, não se precisa de tanto rigor neste primeiro momento. A idéia é fazer com que parem para refletir a respeito da variedade sonora produzida por diferentes instrumentos. Como veremos, o que nos permite fazer esta diferenciação é o timbre, que é uma espécie de assinatura de cada instrumento musical.
Leitura e Análise de Texto Página 18
1. Quanto maior a tensão, mais agudo o som fica. Isso ocorre pois a frequência é diretamente proporcional à raiz quadrada da tensão. 2. Ele pode usar o braço do instrumento, ou seja, diminuir o comprimento. Isso ocorre pois a frequência é inversamente proporcional ao comprimento. 3. Quanto mais fina a corda, mais agudo o som, já que a densidade será menor. Isso ocorre, pois a frequência é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade.
4. n equivale ao número de picos e vales que teremos na corda
VOCÊ APRENDEU? Página 22
1. Todos produzem o som a partir da vibração de um ou mais componentes do instrumento.
2. O conjunto de harmônicos que compõe a nota em cada instrumento é diferente, pois
depende de característica intrínsecas dos mesmos. Portanto o som será diferente, ou seja, a diferença está no timbre.
3. É uma espécie de assinatura do instrumento, cada instrumento possui características individuais, que no som se refletem no timbre. Mesmo entre dois violinos é possível perceber a diferença. Até hoje os violinos Stradivarius são considerados incomparáveis, justamente pela qualidade do som que emitem.
4. O corpo é utilizado como uma caixa de ressonância, permitindo assim amplificar o som.
5. Tudo que existe vibra, mesmo que aparentemente estejam imóveis. Assim pedras, prédio, planetas, seu próprio corpo e átomos, por exemplo, possuem uma ou mais frequências naturais de vibração. Agora, quando um objeto qualquer é "excitado" em uma de suas frequências naturais ocorre um fenômeno chamado ressonância.
6. Quando tocamos a corda de um violão, vemos essa corda vibrar, essa onda que vibra num mesmo lugar sem se propagar no espaço é chamada de onda estacionária. É importante perceber que ondas estacionárias têm o seu ponto de maior vibração (ventre), sempre no mesmo lugar já que a onda não se propaga. O mesmo vale para os pontos que não oscilam (nodos).
7. Entre todas as formas imagináveis de ondas estacionária, só aquelas cujos nodos se formem nas extremidades podem perdurar no tempo e são chamadas de harmônicos ou frequências naturais de vibração do sistema. Nos instrumentos de corda, podemos pensar que numa mesma corda os vários harmônicos possíveis possuem a mesma velocidade de propagação. Além disso, os vários harmônicos possuem sempre frequências múltiplas do primeiro harmônico (também chamado de harmônico Vfundamental). Como V = ..f, o harmônico fundamental tem frequência f1 = 2L (onde L é o comprimento da corda; observe a 1ªfigura da página 19 do Caderno
Generalizando, para qualquer outro harmônico n, temos fn= n. 2V T(observe os outros harmônicos na figura da página 19). Por fim, como v . . n temos que fn . 2L .T .
LIÇÃO DE CASA Página 23
1. Tubo Aberto . A equação é a mesma da corda do violão .n . n , entretanto, 2L diferente do violão que nas extremidades estão os nós, no tubo aberto nas extremidades, estão os ventres.
Tubo Fechado . Na extremidade aberta há um ventre e na fechada há um nó. Outro fator interessante é que tubos fechados apenas produzem harmônicos ímpares. A equação para os harmônicos também é a mesma, entretanto, devemos lembrar de substituir n apenas por números ímpares.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 UMA ENTREVISTA DO BARULHO VOCÊ APRENDEU? Página 26
1. Pergunta pessoal, que depende do uso feito por cada aluno, entretanto o uso de fone entre jovens, na maioria dos casos, pode ser considerado prejudicial à saúde devido ao uso prolongado de sons com intensidades acima do aceitável.
LIÇÃO DE CASA Página 26
1. a) O nível sonoro em decibéis é expresso por S = k log (I / I0), onde é comum utilizar os valore de k = 10 e I0 = 10– 12 N/m2. b) Britadeira, avião a jato decolando a 100 metros de distância, etc. Qualquer som muito intenso e exposição frequente é prejudicial à audição humana.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 VENDO O MUNDO Roteiro 6 – Vendo o Mundo Página 27
Nesta etapa, desejamos reconhecer os conhecimentos prévios para trabalhar conceitos relacionados com a luz e suas propriedades. A idéia é permitir que os conteúdos a sejam trabalhados nas aulas estejam relacionados a elementos retirados do próprio universo dos alunos. Sugerimos quatro grandes categorias: a) Produtores ou fontes de luz; b) Refletores (que devolvem luz); c) Refratores (que deixam passar a luz); e d) Absorvedores (que transformam energia luminosa em outras formas de energia).
PRODUTORES OU REFLETORES REFRATORES ABSORVEDORES FONTES DE LUZ
Lâmpada Espelho Lente Filme fotográfico Sol Lua Atmosfera Objetos escuros Fogo Objetos Vidro Plantas
Flash Tela de cinema Água Atmosfera Vela Vidro Óculos
É possível estabelecer outras formas de classificação. As categorias aqui sugeridas permitem uma investigação fenomenológica dos processos que as nomeiam, possibilitando o entendimento de diferentes instrumentos ópticos e fenômenos que envolvem a luz. A categoria “Produtores ou fontes de luz”, por exemplo, permite iniciar a discussão sobre o processo de visão, trabalhando a idéia de que nossos olhos são sensíveis à luz, assim como nossas orelhas são sensíveis ao som.
VOCÊ APRENDEU? Página 28
1. O olho é um sistema sensível à luz proveniente de objetos, luminosos ou iluminados.
Ou seja, caso não haja nenhuma fonte emitindo luz, não há nada que nossos olhos possam captar.
2. Leucipo de Mileto acreditava que a visão só era possível, pois os objetos presentes no mundo emitiam pequenas partículas, chamadas de eidola, que chegavam até aos nossos olhos. Assim, um gato, por exemplo, emanava de sua superfície estas partículas, capazes de levar informações sobre a forma e a cor do animal.
LIÇÃO DE CASA Página 29
Esta lição de casa é uma oportunidade para diante dos resultados das pesquisas dos alunos, comentarem os diversos fenômenos ondulatórios, bem como suas aplicações e recorrências cotidianas. Assim, é possível complementar os dois temas desse Caderno, além de fazer uma excelente conexão entre o estudo da luz e das ondas.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 A CÂMARA ESCURA Roteiro 7 – A câmara escura Página 29
Neste roteiro o objetivo das questões é orientar para as relações de proporcionalidade Oi descritas em .
. Bem como uma melhor compreensão do funcionamento dos do di olhos e máquinas fotográficas.
Aprendendo a Aprender Página 31
1. Da mesma forma que na máquina, nossos olhos também possuem três componentes essenciais: um orifício que regula a quantidade de luz que entra, uma lente para a formação de uma imagem nítida e um elemento sensível à luz, capaz de fazer o registro químico de uma imagem.
2. Essa demonstração pode também ser feita em sala de aula, para tornar mais claro aos alunos a sua compreensão.
oi 9 o .3. i = 9 cm, do = 4 m e di = 12 cm, como . .. o = 3 m. do di 4 12 Aqui é importante observar as unidades com os alunos durante a correção.
LIÇÃO DE CASA Página 34
Esta lição de casa pode servir para discutir melhor o funcionamento da visão. Essas explicações podem ser feitas pelos próprios alunos. Caso sejam divididos em grupos para a confecção do cartaz, os alunos podem apresentar para a classe aquilo que aprenderam.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8 REFLETINDO ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO Página 35
Construindo e analisando imagens formadas em espelhos esféricos. Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes paralelos ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que, você, professor, faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos para que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens.
VOCÊ APRENDEU? Página 39
1. Porque ao serem vista pelo espelho retrovisor do motorista da frente, ele vê a imagem invertida em seu espelho formando a palavra, AMBULÂNCIA não invertida, e pode dar passagem para ela. 2. Espelho é um objeto cuja uma de suas superfícies reflete, de maneira regular, quase a totalidade dos raios de luz que incide sobre ela. 3. Se o ângulo de 30º for em relação à superfície do espelho, pode-se imaginar que a reflexão irá ocorrer com o mesmo ângulo de 30º. Vale ressaltar que os ângulos de incidência e reflexão são definidos entre os raios de luz e a reta normal que incidem no espelho. 4. Espelhos planos refletem imagens do mesmo tamanho do objeto. Se o espelho estiver posicionado convenientemente e tiver, ao menos, o comprimento mínimo, a imagem do homem terá o mesmo tamanho dele, 1.80 m.
À distância da imagem até o espelho também será a mesma do homem até o espelho, 15 metros.
LIÇÃO DE CASA Página 39 111 oi 1. .. m e A .. onde A é o aumento e f é o foco. fdd dd oi oi
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9 REFRATANDO Leitura e Análise de Texto Página 42
1. Sempre que ocorre a diminuição da velocidade da luz ao mudar de meio, ocorre à diminuição do desvio sofrido por ela. Já com o aumento da velocidade da luz, ao passar de um meio para outro, o desvio aumenta também.
2. Se a luz incide diretamente sobre a reta normal, ou seja, perpendicular à superfície, não ocorrerá desvio já que a luz entra sem desvio. Entretanto a velocidade continuará sendo alterada, o que caracteriza a refração.
Construindo e analisando imagens formadas pelas lentes Página 47
Nesta etapa é muito importante retomar o comportamento dos raios de luz incidentes e refletidos no espelho: paralelo ao eixo principal do espelho, no foco, no centro de curvatura e no vértice, bem como o tipo de imagem formada. O mais adequado aqui, é que o professor faça a demonstração na lousa, ou por meio de alguma animação com data-show, ou mesmo com algum programa utilizando os computadores do Acessa Escola. É fundamental fazer esta construção junto com os alunos. É possível depois, com o auxílio do livro didático, pedir aos alunos que resolvam alguns exercícios que envolvam a construção de imagens.
VOCÊ APRENDEU? Página 48
1. É o fenômeno no qual a velocidade de uma onda (luz ou som, por exemplo) ao mudar de meio sofre alteração em sua velocidade. 2. Se a luz incidir perpendicularmente à superfície não ocorre desvio. 3. No caso da miopia usamos a lente divergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma antes da retina, e, portanto é necessário divergir os raios de luz. 4. No caso da hipermetropia usamos a lente convergente, já que neste defeito de visão a imagem se forma depois da retina, e, portanto, é necessário aproximá-la do foco, ou seja, convergir os raios de luz.
LIÇÃO DE CASA Página 48 1. 1 1 1 e oi , onde A é o aumento.
.. A .. fdd dd oi oi 2. Verificar se os alunos entenderam a diferença de funcionamento de cada um desses objetos.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2
1 FORMAS DE ENERGIA ENVOLVIDAS EM MOVIMENTOS DO COTIDIANO Página 3
1. Cada aluno apresentará sua lista de processos e sistemas em que ele identifica a transformação da energia, nela pode-se identificar os elementos que alteram movimentos e produzem as variações de energia.
2. Tabela: chame a atenção para o fato de que é possível estabelecer outras categorias de classificação. Portanto, as propostas podem ser alteradas, se você entender que seja conveniente. Há muitas formas de se classificar fontes de energia, o que gera dificuldades para estabelecer um único conjunto de categorias. As propostas na atividade dão conta da maior parte das fontes ligadas ao movimento: Combustíveis industrializados – álcool, gasolina, óleo diesel, querosene etc. Alimentos – comida industrializada, vegetais, ração etc. Eletricidade – pilhas ou baterias, rede de distribuição de energia residencial, geradores de uso industrial, de trens elétricos ou de metrôs, usinas geradoras de eletricidade etc. Gravidade – quedas, rampas e descidas, colunas de líquidos, rodas-d’água, usinas hidrelétricas etc. Deformações elásticas – molas, elásticos, flexões de metais etc. Nucleares – geradores de usinas nucleares, de submarinos nucleares etc.Ventos/eólica – utilizada em equipamentos náuticos, nos veleiros, mas também emmoinhos e em modernas turbinas eólicas etc. Solar – energia solar direta: painéis fotovoltaicos, coletores ou aquecedores solares.
3. Essa classificação, como dissemos, pode depender tanto das listas apresentadas pelos lunos quanto de critérios escolhidos. Outro critério que pode ser adotado é, por xemplo, uma classificação da fonte de energia segundo sua “natureza” (energia mecânica, termica eletromagnética, química etc.). De qualquer maneira, oimportante é deixar claro que não há um critério único de classificação das fontes de energia de modo que não são recomendadas memorizações e “decorebas”, mas quese compreenda o processo.
2
4. No item 9. Outras – muitas outras fontes poderão ser mencionadas, como a energia datração animal, a energia armazenada na compressão de gases, chamada energiapneumática, a energia química, ou as chamadas fontes alternativascomo geotérmica,maré-motriz, energia oceânica etc. – a partir delas podem surgir novas categorias que
os alunos identifiquem.
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 5
1. Os alunos podem se surpreender com o movimento de vai e vem da lata, que ficaráoscilando até dissipar toda a energia mecânica por meio do atrito. Em seguida aolançamento, a lata começa a desacelerar, diminuindo a velocidade até parar, masretoma o movimento e retorna à direção de seu lançador, acelerando até alcançá-lo,quando volta a desacelerar. Assim, a lata vai e volta, diminuindo cada vez mais adistância percorrida até parar
2. Você deve problematizar essa questão, solicitando aos alunos que identifiquem afunção do elástico e do parafuso e que proponham hipóteses para explicar omovimento de vai e vem da lata. Evidencie o armazenamento da energia cinéticaemenergia potencial elástica, observe com eles a função do número de elásticos: comseu aumento, também se aumenta a constante elástica, permitindo armazenar maiorquantidade de energia.
3. Ao retirar o parafuso, a lata não volta, isso porque sem parafuso não haverá torção noelástico, não ocorrendo armazenamento da energia potencial elástica.
4. Deve-se evidenciar que a diferença nos movimentos acontece pelas transformaçõesde energia envolvidas em cada caso. No primeiro caso, por transformação de energiacinética em potencial elástica e, no segundo, pela transformação de energia cinéticaem energia térmica na dissipação por atrito. Deve-se evidenciar que na torção doelástico armazena-se energia, o que promove a alteração do movimento da lata,desacelerando-a até parar. A energia armazenada no elástico passa a ser convertidaem energia de movimento, ou cinética, promovendo a aceleração da lata e seuretorno na direção do lançador. Repete-se o processo até a lata parar.
3
5. A síntese proposta deve ser entendida como um exercício de identificação dosaspectos mais relevantes da Situação de Aprendizagem e dos resultados obtidos. Suaorganização e apresentação devem ser feitas na forma de linguagem escrita. Nela,deve-se observar se o procedimento está devidamente caracterizado e se osresultados são apresentados de forma organizada. Verifique se os alunos, aorealizarem suas sínteses, deixaram de apresentar elementos importantes. Isso ocorremuitas vezes, uma vez que é comum acreditarem que podem suprimir tudo o queentendam estar implícito no procedimento realizado, o que muitas vezes não écorreto, pois há muitas formas de realizar uma atividade. Discuta isso com eles.
Leitura e Análise de TextoPágina 7
a) O gás armazena energia química que é liberada na queima (ao transformar a energiaquímica em energia térmica). A energia térmica da chama aquece a panela queaquece a água, transformando energia térmica da chama em energia térmica da água.Com o aumento da temperatura, a água começa a movimentar-se por diferença dedensidade e assim transforma parte da energia térmica em energia cinética(convecção da água).
b) O motor transforma a energia elétrica em energia cinética e parte dela é transformadaem energia térmica pelo aquecimento do motor. A rotação do motor e a das pás doliquidificador movimenta o ar transformando parte da energia de rotação em energiasonora (promovida pelo deslocamento do ar), modificando ao longo do tempo adistribuição da pressão do ar no espaço, o que é identificado por nosso aparelhoauditivo como som.
c) O forno de micro-ondas transforma a energia elétrica (ondas eletromagnéticashertzianas) em energia radiante na faixa de micro-ondas (também ondaseletromagnéticas), depois essa energia é transformada em energia cinética de
oscilação das moléculas de água contida nos alimentos, que em seguida étransformada em energia térmica, aquecendo todo o alimento.
4Aprendendo a AprenderPágina 9
A energia cinética do carro pode ser armazenada e reaproveitada (como ocorre emdiversos sistemas KERS já empregados na Fórmula 1.Pode-se realizar a transformação e o armazenamento da energia cinética em potencialelástica, como ocorre em sistemas com compressores de ar, ou em energia cinética derotação, como em carrinhos a fricção, ou em energia elétrica por freios eletromagnéticosarmazenando a energia produzida em baterias ou em capacitores. O caminhão com um
sistema de reaproveitamento conseguiria armazenar mais energia, pois tem maiorenergia cinética para uma mesma velocidade.
LIÇÃO DE CASAPágina 10
1.E = m g h.
E = 7(kg). 10 (m/s2) . 1,5 (m).
E = 105 Joules.
2.Ec = (m v2)/2.
Ec = 850 (kg) . [30 (m/s)]2/2.
Ec = 382 500 Joules.
3.Ec = (m v2)/2.
Ec = 45 000 (kg) . [5 (m/s)]2/2.
Ec = 562 500 Joules.
5PESQUISA INDIVIDUALPágina 11
A pesquisa deve revelar o processo de fotossíntese (Leitura 6 de Física Térmica doGREF – “Sol: a fonte da vida”) ou o efeito fotoelétrico que é responsável portransformar a energia solar em energia elétrica (Leitura 16 de Óptica do GREF –
“Imagem quântica no filme e na TV”) .
6SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DO COTIDIANOPágina11
1. O bate-estaca funciona levantando uma grande massa que é abandonada de certaaltura e cai batendo numa estaca que vai afundando no solo. Ela serve para fixar asestacas no solo numa construção.
2. A partir das criações dos alunos, discuta os princípios físicos envolvidos no sistemabate-estaca, dando ênfase para o conceito de trabalho e de conservação de energia.Trabalhe a ideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estacae pelo barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida noprocesso, concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. Ofoco desta parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que aconservação da energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força sãoferramentas adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
3.a) O motor realiza trabalho levantando a massa de 490 kg até a altura de 5 m,transformando a energia química do combustível em energia cinética no movimentodo bloco e em energia potencial gravitacional do bloco de ferro que na altura de 5 mé de 24 500 J. Ao ser abandonada dessa altura, a massa transforma sua energiapotencial em energia cinética e, ao atingir a estaca, transforma parte de sua energiaem movimento da estaca que penetra no solo e parte em energia térmica da estaca eem som, ao final a estaca para numa nova posição.
b) Quem fornece a energia é o combustível que, através de sua queima, libera aenergia química que é transformada em energia cinética e em energia potencial pelotrabalho realizado pelo motor do bate-estaca.
c) Energia química é transformada em energia cinética e em energia potencialgravitacional na subida da massa. Na queda há transformação de energia potencialgravitacional em energia cinética. Na colisão a energia cinética da massa setransforma em energia cinética da estaca, em energia térmica e em som. Na7 penetração da estaca no solo a energia cinética é transformada em trabalho da forçaque a estaca exerce no solo, sendo finalmente dissipada sob forma de energiatérmica.
d) A partir da queda livre podemos tomar o sistema como conservativo. Trabalhe aideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca e pelobarulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no processo,concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. O foco destaparte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a conservação daenergia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são ferramentasadequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
e)E = m g h
E = 490 (kg) 10 (m/s2) 5 (m)
E = 24 500 Joules.
Como o sistema pode ser considerado conservativo a energia cinética ao atingiraestaca também é Ec = 24 500 Joules.
f) Neste sistema a energia dissipada tanto na queda pela resistência do ar quanto nabatida por aquecimento da estaca e no barulho proveniente da batida é muito pequenase comparada à energia total envolvida no processo, concluindo que por este motivopodemos considerá-lo como um sistema que conserva a energia mecânica.
g) A força média pode ser calculada pela variação da energia mecânica por meiodo trabalho realizado pela força aplicada na estaca, que afunda 3 cm a cada batida,resultando num valor médio de 816 666 N.
E = F . S
24 500 (J) = F (N) . 3x10-2 (m)
F = 816.666 N
h) Em cada batida do bate-estaca há transformação de 24 500 Joules, supondo quea pessoa utilize uma marreta com massa de 10 kg, se ela conseguir imprimir umavelocidade de 1 m/s, a cada batida seriam transformados 5 Joules. Assim, pararealizar o mesmo trabalho de uma batida do bate-estaca ela precisaria realizar 4 900batidas com a marreta. Supondo que a cada hora a pessoa consiga realizar 200 8 batidas (a média de uma batida a cada 18 segundos), ela precisaria de 24,5 horas detrabalho, o que numa jornada de 8 horas por dia corresponderia aproximadamente a 3dias de trabalho.
LIÇÃO DE CASAPágina 15
1.a) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.A 60 metros de altura Ep = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 60 (m) = 270 000 JoulesPortanto, foram transformados Ep = 360 000 – 270 000 = 90 000 Joules em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos90 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 20 m/s (72 km/h).b) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 360 000 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos360 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 40 m/s (144 km/h).
2. Para completar a tabela.Para a queda de 320 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 320 (m) = 3,2 Joules.
Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 3,2 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos3,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 80 m/s (288 km/h).Para a queda de 720 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 720 (m) = 7,2 Joules.Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 7,2 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos7,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 120 m/s (432 km/h).Para a queda de 8 000 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 8 000 (m) = 80 Joules.
9
Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 80 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos80 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 400 m/s (1 440 km/h).Elas não caem com essas velocidades tão altas porque há transformação de energiaem energia térmica pelo trabalho da resistência do ar. Portanto, neste caso não podeser considerada conservação da energia mecânica, é preciso determinar a dissipaçãode energia mecânica pela transformação em energia térmica.
10SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3RISCOS DA ALTA VELOCIDADE EM VEÍCULOSPágina 17
Uma referência para a tabela é a seguinte:
Velocidade
Distância
percorrida até
reagir
Distância percorrida
freando
Distância total
percorrida
20 km/h (5,5 m/s) 3,3 1,8 5,1
36 km/h (10m/s) 6,0 6,0 12,0
45 km/h (12,5 m/s) 7,5 9,3 16,8
72 km/h (20 m/s) 12,0 24,0 36,0
80 km/h (22,2 m/s) 13,3 29,6 42,9
90 km/h ( 25 m/s) 15,0 37,5 52,5
108,0 km/h (30,0 m/s) 18,0 54,0 72,0
120,0 km/h (33,3 m/s) 20,0 66,5 86,5
144,0 km/h (40,0 m/s) 24,0 96,0 120,0
180,0 km/h (50,0 m/s) 30,0 150,0 180,0
1. Retomando os conceitos estudados no primeiro bimestre, estabelecendo a relaçãoentre distância, velocidade e tempo, supondo que nesse trecho em que o motoristareage a velocidade do veículo seja constante, V = d/t. O tempo de reação pode serestimado utilizando a segunda coluna da tabela, e neste caso obtemos o valor de 0,6segundo.2. O conceito de transformação de energia pelo trabalho da força de atrito resgata oatrito estudado no primeiro bimestre e deve ser explorado em seu formalismo.
11
E F distância c atrito . logo,mv ( m.g.0,8)distância20 .2
Assim, determinam-se os valores respectivamente apresentados na terceiracoluna da tabela.3. Para uma mesma variação de cerca de 25 km/h, a distância necessária para frear émuito diferente, no primeiro caso aumenta apenas 11,7 metros e no segundo casoaumenta 33,5 metros.4. A distância percorrida freando aumenta quatro vezes quando duplicamos a
velocidade, por exemplo, passando de 20 m/s para 40 m/s (o dobro) a distânciaaumentou de 24 m para 96 m (quatro vezes), também ao passar de 25 m/s para 50m/s (dobro), a distância freando passa de 37,5 para 150 (quatro vezes). Isso aconteceporque a energia cinética varia com o quadrado da velocidade e a distância freando éproporcional à energia que deve ser dissipada.5. Nesse item, em continuidade ao anterior, permite-se a conclusão de que a distância
percorrida freando aumenta ao quadrado, enquanto a velocidade aumentalinearmente. Assim, ao dobrar a velocidade, a distância percorrida freando aumentaquatro vezes; ao triplicar a velocidade, a distância é nove vezes maior.6. Os dados da revista indicam que o modelo adotado nessa atividade apresentaresultados muito próximos dos dados reais de equipamentos profissionais demedidas.
VOCÊ APRENDEU?Página 20
A regra dos dois segundos é na verdade uma regra que estabelece a distância entre osdois veículos: a distância percorrida durante dois segundos a uma determinadavelocidade. Essa distância varia linearmente com a velocidade enquanto a distâncianecessária para a frenagem varia com o quadrado da velocidade, por isso a regra dosdois segundos funciona bem em baixas velocidades, mas não é adequada para altas
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velocidades. Determinar o limite de validade dessa regra é importante para a segurançano trânsito e para isso devemos comparar, para cada velocidade, a distância percorridadurante dois segundos e a distância total necessária para a frenagem (veja a tabelapresente nessa Situação de Aprendizagem). A regra só é válida enquanto a distânciapercorrida durante dois segundo for maior que a distância necessária para frear, com osvalores apresentados para as variáveis relevantes nessa Situação de Aprendizagem.Você poderá verificar que a regra funciona para a velocidade de 80 km/h, mas já não éadequada para a velocidade de 90 km/h. O limite pode ser estabelecido igualando-se asduas equações: D = 2v e D = 0,6v + v2/1,6g, obtendo-se uma velocidade limite deaproximadamente 22,4 m/s, ou seja, cerca de 81 km/h. Cabe destacar que o limite develocidade de 80 km/h foi adotado no Brasil para todas as rodovias durante muitosanos; hoje os limites são mais flexíveis e dependem do tipo de veículo e das condiçõesda estrada, mas não ultrapassam 120 km/h.
PESQUISA INDIVIDUALPágina 21
Quando a força é variável é necessário empregar o cálculo integral para determinar otrabalho realizado pela força num determinado deslocamento, o que corresponde adeterminar a área sob a curva que relaciona a força com o deslocamento. Assim, emcasos em que sabemos determinar geometricamente a área sob essa curva podemosdeterminar também no ensino médio o trabalho realizado. Por exemplo, a força elásticaé uma força variável que depende linearmente da deformação (elongação da mola),assim o trabalho realizado pela força elástica pode ser determinado pela área limitada
pela reta que relaciona a força elástica e a deformação (elongação), no gráfico que édenominado curva característica da mola. Como para a força nula a deformação tambémé nula a área sob o gráfico pode ser obtida pela área de um triângulo, já para determinaro trabalho necessário para passar de uma situação com uma força não nula (diferente dezero) para outra configuração também não nula, com outra deformação ou elongação,precisamos determinar a área que corresponde à figura de um trapézio. Dessa forma13 podemos determinar o trabalho realizado sempre que soubermos determinar a área sob ográfico que relaciona a força com o deslocamento.
LIÇÃO DE CASAPágina 22
1. A força elástica varia linearmente de zero até F = 1,5 N = 0,5 (N/m) . 3 (m).Portanto, o trabalho que corresponde à área sob o triângulo pode ser calculadoutilizando a área do triângulo: A = (base. Altura)/2, assim o trabalho realizado éobtido por A = [3 (m) . 1,5 (N)]/2 = 2,25 Joules. Outra forma de determiná-lo é pelaexpressão Eel = k x2/2 = 0,5 (N/m) . (3 m)2/2 = 2,25 Joules2. O trabalho da força variável corresponde à área sob a curva que pode serdeterminada separando a figura em dois triângulos e um retângulo ou diretamentepela área do trapézio A = [(base maior + base menor)/2]. altura.
Assim a energia armazenada é E = 92,5 J =[(2,5 + 1,2) (m)/2].50 (N).
14SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MECÂNICASPágina 24
1. O item compara o trabalho animal e o trabalho mecânico e, nessa comparação, temosque a potência equivalente à de um carro 1.0 corresponde a cerca de 56 cavalos. Jápara se equiparar a uma Ferrari seriam necessários cerca de 500 cavalos. A questãoimportante a se discutir aqui é que o trabalho mecânico é realizado por máquinas queconseguem concentrar grande potência em pequenos motores que equipam osveículos.2. O item concretiza a inviabilidade de se obter por trabalho animal potências como asobtidas por trabalho mecânico nas máquinas modernas. Uma máquina de 6 MWcorresponderia a cerca de 8 000 cavalos, e a de 9MW a 12 000 cavalos. Nestemomento, é interessante que se esclareça o motivo de se utilizar o conceito depotência e não o de energia ao comparar o trabalho realizado por diferentes máquinase animais. É importante ressaltar que é preciso comparar o tempo necessário para seobter a energia, uma vez que mesmo um pequeno motor pode fornecer grandeenergia se funcionar por um longo período de tempo, mas, se for preciso que essaenergia seja obtida rapidamente, é necessária uma potência maior, por isso o conceito
adequado é o de potência.3. Uma máquina de 6 MW que utilizasse 8 000 cavalos e para cada cavalo uma área de4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50 cavalosteria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio de 146metros, sendo ao todo cerca de 60 círculos concêntricos e com área deaproximadamente 67 000 m2.Já para uma máquina de 9 MW que utilizasse 12 000 cavalos e para cada cavalo uma
área de 4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50cavalos teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raiode 178 metros, ao todo seriam cerca de 75 círculos concêntricos e com área deaproximadamente 100 000 m2.
15
4.• Vantagens/ Problemas:
O primeiro grupo discutirá, por um lado, como a ampliação da força humanapelas máquinas permite a manutenção de aglomerações urbanas, como grandescidades, metrópoles etc. Ele pode trazer também questões como a evolução dossistemas de produção, fábricas automatizadas, industrialização dos alimentos,além da questão da dimensão das usinas hidrelétricas, que permitem abastecergrandes regiões do país com energia elétrica. Por outro lado, discutirá osimpactos ambientais e os problemas urbanos trazidos pela grande produtividadedessas máquinas e seus desdobramentos. Alguns exemplos são: os problemasresultantes da construção de grandes centrais hidrelétricas, como o alagamentode grandes regiões; das aglomerações humanas, como o descarte do lixo; e docrescimento desorganizado dos centros urbanos, como a captação e o tratamentode água.
• Conquistas / Problemas:
O segundo grupo discutirá, por um lado, realizações humanas que só sãopossíveis pela evolução de máquinas e equipamentos, como a conquista doespaço (foguetes, estação espacial), dos mares (submarinos nucleares), ostransportes aéreos, as usinas nucleares, a exploração de grandes quantidades deminérios em gigantescas escavações, a exploração de petróleo em plataformassubmarinas etc. Por outro lado, discutirão a poluição espacial, os restos defoguetes, pequenas peças que se desprendem e permanecem em órbita, ossatélites artificiais obsoletos etc.; os riscos de acidentes com material radioativo,como ocorreu em Goiânia, ou com o naufrágio de submarinos nucleares; aexploração desenfreada dos recursos naturais, como os minérios e o petróleo,trazendo desmatamento, assoreamento e outros prejuízos ambientais.
• Vantagens / Desvantagens:
O terceiro grupo deve discutir, por um lado, as vantagens da substituição dotrabalho humano pelo trabalho mecânico nos diversos casos, por exemplo, nouso de robôs para a realização de atividades perigosas ou insalubres. Por outrolado, discutirá os problemas sociais ligados à substituição do trabalho humano16pelo trabalho mecânico, tendo como consequências as ondas de desemprego naindústria e nos campos.
LIÇÃO DE CASAPágina 29
A redação deve articular partes das letras dessas músicas com as discussõesestabelecidas nos três grupos.
17 VALIANDOSITUAÇOESE EQUILÍBRIO ESTÁTICOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 31
3. Os diagramas devem ser semelhantes a esses:Fmão FelDinamômetro SuporteFel PesoPeso do dinamômetro
4. O gráfico deve ser semelhante a esse:F(N) Curva característica de calibração do dinamômetroElongação x (m)Na curva de calibração a força em função da massa deve ser relacionada com aelongação da mola. A equação deve corresponder à Lei de Hooke: F = k . x.5. Resposta pessoal, depende do peso do estojo6. Resposta pessoal, depende do atrito do caderno com a superfície.7. O diagrama de forças é imprescindível para a discussão do “peso aparente” que oobjeto passará a ter ao ser imerso na água, que será indicado pelo dinamômetro. Osurgimento da força de empuxo precisa ser evidenciado para se contrapor à ideia deque os objetos são mais leves dentro da água. O peso do objeto não varia. Adiscussão sobre o equilíbrio em fluidos deve ser sistematizada, utilizando análise pordiagramas de forças, leis de Newton, do movimento e a concepção de empuxo. Oestudo do empuxo pode ser explorado a partir do peso do líquido deslocado (noentanto, o entendimento físico do empuxo necessita do aprofundamento do conceitode pressão e de seu gradiente num líquido sob ação do campo gravitacional).
18LIÇÃO DE CASAPágina 35
1. O peso do caminhão é a soma das medidas nas balanças, portanto a resposta corretaestá presente na alternativa e) 60 000 N.
2.a) A constante elástica pode ser obtida pela Lei de Hooke, sendo nesse casodeterminado o valor de k = 10 N/m.
b) A massa é de 0,5 kg (correspondente ao peso de 5 N).
c) Pode-se calcular o trabalho pela diferença da energia potencial elástica nas duasconfigurações: E = 1,25 J – 0,45 J = 0,8 J.
6O TORQUE EM SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 37
1. A balança permanece em equilíbrio. Trata-se do equilíbrio do torque utilizandoforças iguais a distâncias iguais, produzindo torques cuja resultante é zero.
2. Continua em equilíbrio, em todos os casos. O importante é que o aluno perceba queem qualquer distância adotada, desde que sejam massas iguais e distâncias iguais,ocorrerá uma situação de equilíbrio de rotação.
3. A balança pende para o lado em que a distância é maior. Trata-se de situação em quenão há equilíbrio. Como as forças peso são iguais, mas as distâncias são diferentes,os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,aquele cuja distância ao centro for maior.
4. A balança pende para o lado em que a massa é maior. Trata-se de situação em quenão há equilíbrio. Como as distâncias são iguais, mas as forças peso são diferentes,os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,aquele cuja força peso é maior.
5. A balança fica em equilíbrio, o aumento da massa foi balanceado pela diminuição dadistância, permanecendo em equilíbrio. Trata-se de situação em equilíbrio de rotação,com forças peso e distâncias cujo torque resultante é nulo. Nelas, os alunos sãodirecionados a relacionar a massa com a distância. Essa relação será fundamentalpara o entendimento da concepção de momento de uma força a ser explorado nodiagrama de forças.
6. A balança fica em equilíbrio, o produto da massa pela distância de um lado é igual àsoma dos mesmos produtos do outro lado. Assim as massas balanceadas pelasdistâncias em ambos os lados são iguais, permanecendo em equilíbrio.
7. O essencial é a construção dos diagramas de força, com a indicação das distâncias.Você deverá explorar o conceito de momento de uma força, mostrando que os20produtos da força por distância são iguais nos dois lados da balança nos casos em quehá equilíbrio, e são diferentes nos casos em que não há equilíbrio.
8. Nesse item o essencial é que os alunos apresentem o conceito de momento de umaforça, explicitando que, em situações de equilíbrio, a soma de todos os momentos emcada um dos dois lados da balança é igual. O relatório deve ser entendido como umexercício da habilidade de organizar e apresentar os procedimentos científicos naforma de linguagem escrita. Neste momento, não deve ser avaliado com o rigor queum relatório científico deve ter em relação à precisão de medidas, propagação deerros ou normas. Devemos observar se o objetivo está claro para o aluno, se oprocedimento realizado está devidamente caracterizado com explicações quepossibilitem ao leitor a reprodução do experimento, se os dados são apresentados deforma organizada e se o aluno consegue determinar uma regra que promovaequilíbrio de rotação na balança de braços. Caso você entenda que não há temposuficiente para a elaboração do relatório durante a aula, o aluno poderá realizá-locomo atividade extraclasse. Nesse caso, estipule o prazo de entrega numa daspróximas aulas, a seu critério, sem prejuízo à atividade.Aprendendo a Aprender
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1. Quanto mais distante da dobradiça mais fácil fechar a porta e quanto mais próximamais difícil fechar. Quanto maior a força mais fácil fechar a porta. Quanto maisperpendicular à porta mais fácil, quanto mais paralelo à porta mais difícil.
2. Não, pois nesses casos a força necessária para abri-la ou fechá-la seria maior, omelhor lugar é próximo à extremidade oposta à dobradiça, onde seria mais fácil abrirou fechar a porta.
21LIÇÃO DE CASAPágina 42
1. Alternativa b. Nessa situação temos o peso da massa M (PM) aplicado à distância de0,4 m do apoio e o peso da barra (Pb) aplicado a 0,5 m do apoio. Assim, se PM . 0,4fosse maior que Pb . 0,5, a barra se desequilibraria e cairia dos apoios. Dessa forma aresposta que apresenta a maior massa que manteria a barra em equilíbrio correspondeà alternativa (b) 10 kg.2. Como no avião há duas rodas traseiras e apenas uma roda dianteira, para que ocorraequilíbrio de rotação em relação ao CG os momentos de ambos os lados devem seriguais. Para isso a igualdade MD . 16 = 2 . MT . 4 deve ser satisfeita, ou seja, MT =2. MD, o que corresponde à resposta apresentada na alternativa c) MD = 18 e MT =36.
2 AMPLIAÇÃO DE FORÇAS: AUMENTANDO O DESLOCAMENTONA REALIZAÇÃO DE TRABALHOPágina 44
1. Utilizo uma chave de fenda, que tem um eixo mais grosso na empunhadura e maisfino na ponta em que fica o parafuso.
2. Se a moto for pequena é possível se a pessoa for muito forte, no entanto,se a moto for grande não conseguirá sozinha, só com a ajuda da rampa.3. Sim, pois a rampa diminui a força que é necessária para levar a moto para cima, poisela vai subindo devagar, inclinada, aumentando a distância e facilitando levar a motopara cima. Dessa forma, consegue-se realizar tarefas que antes não seriam possíveis,amplificando nossa força.4. Assim a pessoa usa uma força menor, mas tem de aumentar o número de vezes quepuxa as correntes da talha. Para diminuir a força é preciso aumentar o número devezes que puxa a corrente.5. Sim, usando roldanas móveis a força necessária para mover algo diminui . Paraerguer um motor deum carro utilizando uma talha com roldanas móveis, váriosmetros de corrente devem ser puxados para que o motor suba apenas algunscentímetros. Ou seja, a amplificação da força é obtida à custa de uma troca: aplica-seuma força menor ( do que a que seria necessária sem o uso da talha ) por umadistância maior.6. Como a distância do cabo até o apoio é maior que a distância da ponta do alicate atéo apoio, a força aplicada no cabo é menor que a força na ponta, assim fazemos umaforça menor no cabo do que a força que é feita na ponta do alicate.7. As imagens apresentadas devem ser classificadas nas seguintes categorias:I – Planos inclinados: figura do elefante; a escada.II – Alavancas: gangorra; alicate; tesoura; carrinho de mão.III – Rodas e eixos: chave de fenda e torneira; figura do poço; volante dedireção; maçaneta da porta.IV – Roldanas: figura do equipamento de ginástica.
23Aprendendo a AprenderPágina 46
1. Para aumentar a força aplicada em sua extremidade, como uma alavanca.2. Para a pessoa realizar uma força menor para girar a chave, como numa chave defenda, o percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o
realizado pelo eixo, assim a força aplicada é menor na parte externa da chave.3. Para a pessoa realizar uma força menor na empunhadura para girar a chave, opercurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o realizado
pelo eixo, assim a força aplicada pela pessoa é menor que a força aplicada aoparafuso, ou seja, amplifica nossa força.
1 FORMAS DE ENERGIA ENVOLVIDAS EM MOVIMENTOS DO COTIDIANO Página 3
1. Cada aluno apresentará sua lista de processos e sistemas em que ele identifica a transformação da energia, nela pode-se identificar os elementos que alteram movimentos e produzem as variações de energia.
2. Tabela: chame a atenção para o fato de que é possível estabelecer outras categorias de classificação. Portanto, as propostas podem ser alteradas, se você entender que seja conveniente. Há muitas formas de se classificar fontes de energia, o que gera dificuldades para estabelecer um único conjunto de categorias. As propostas na atividade dão conta da maior parte das fontes ligadas ao movimento: Combustíveis industrializados – álcool, gasolina, óleo diesel, querosene etc. Alimentos – comida industrializada, vegetais, ração etc. Eletricidade – pilhas ou baterias, rede de distribuição de energia residencial, geradores de uso industrial, de trens elétricos ou de metrôs, usinas geradoras de eletricidade etc. Gravidade – quedas, rampas e descidas, colunas de líquidos, rodas-d’água, usinas hidrelétricas etc. Deformações elásticas – molas, elásticos, flexões de metais etc. Nucleares – geradores de usinas nucleares, de submarinos nucleares etc.Ventos/eólica – utilizada em equipamentos náuticos, nos veleiros, mas também emmoinhos e em modernas turbinas eólicas etc. Solar – energia solar direta: painéis fotovoltaicos, coletores ou aquecedores solares.
3. Essa classificação, como dissemos, pode depender tanto das listas apresentadas pelos lunos quanto de critérios escolhidos. Outro critério que pode ser adotado é, por xemplo, uma classificação da fonte de energia segundo sua “natureza” (energia mecânica, termica eletromagnética, química etc.). De qualquer maneira, oimportante é deixar claro que não há um critério único de classificação das fontes de energia de modo que não são recomendadas memorizações e “decorebas”, mas quese compreenda o processo.
2
4. No item 9. Outras – muitas outras fontes poderão ser mencionadas, como a energia datração animal, a energia armazenada na compressão de gases, chamada energiapneumática, a energia química, ou as chamadas fontes alternativascomo geotérmica,maré-motriz, energia oceânica etc. – a partir delas podem surgir novas categorias que
os alunos identifiquem.
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 5
1. Os alunos podem se surpreender com o movimento de vai e vem da lata, que ficaráoscilando até dissipar toda a energia mecânica por meio do atrito. Em seguida aolançamento, a lata começa a desacelerar, diminuindo a velocidade até parar, masretoma o movimento e retorna à direção de seu lançador, acelerando até alcançá-lo,quando volta a desacelerar. Assim, a lata vai e volta, diminuindo cada vez mais adistância percorrida até parar
2. Você deve problematizar essa questão, solicitando aos alunos que identifiquem afunção do elástico e do parafuso e que proponham hipóteses para explicar omovimento de vai e vem da lata. Evidencie o armazenamento da energia cinéticaemenergia potencial elástica, observe com eles a função do número de elásticos: comseu aumento, também se aumenta a constante elástica, permitindo armazenar maiorquantidade de energia.
3. Ao retirar o parafuso, a lata não volta, isso porque sem parafuso não haverá torção noelástico, não ocorrendo armazenamento da energia potencial elástica.
4. Deve-se evidenciar que a diferença nos movimentos acontece pelas transformaçõesde energia envolvidas em cada caso. No primeiro caso, por transformação de energiacinética em potencial elástica e, no segundo, pela transformação de energia cinéticaem energia térmica na dissipação por atrito. Deve-se evidenciar que na torção doelástico armazena-se energia, o que promove a alteração do movimento da lata,desacelerando-a até parar. A energia armazenada no elástico passa a ser convertidaem energia de movimento, ou cinética, promovendo a aceleração da lata e seuretorno na direção do lançador. Repete-se o processo até a lata parar.
3
5. A síntese proposta deve ser entendida como um exercício de identificação dosaspectos mais relevantes da Situação de Aprendizagem e dos resultados obtidos. Suaorganização e apresentação devem ser feitas na forma de linguagem escrita. Nela,deve-se observar se o procedimento está devidamente caracterizado e se osresultados são apresentados de forma organizada. Verifique se os alunos, aorealizarem suas sínteses, deixaram de apresentar elementos importantes. Isso ocorremuitas vezes, uma vez que é comum acreditarem que podem suprimir tudo o queentendam estar implícito no procedimento realizado, o que muitas vezes não écorreto, pois há muitas formas de realizar uma atividade. Discuta isso com eles.
Leitura e Análise de TextoPágina 7
a) O gás armazena energia química que é liberada na queima (ao transformar a energiaquímica em energia térmica). A energia térmica da chama aquece a panela queaquece a água, transformando energia térmica da chama em energia térmica da água.Com o aumento da temperatura, a água começa a movimentar-se por diferença dedensidade e assim transforma parte da energia térmica em energia cinética(convecção da água).
b) O motor transforma a energia elétrica em energia cinética e parte dela é transformadaem energia térmica pelo aquecimento do motor. A rotação do motor e a das pás doliquidificador movimenta o ar transformando parte da energia de rotação em energiasonora (promovida pelo deslocamento do ar), modificando ao longo do tempo adistribuição da pressão do ar no espaço, o que é identificado por nosso aparelhoauditivo como som.
c) O forno de micro-ondas transforma a energia elétrica (ondas eletromagnéticashertzianas) em energia radiante na faixa de micro-ondas (também ondaseletromagnéticas), depois essa energia é transformada em energia cinética de
oscilação das moléculas de água contida nos alimentos, que em seguida étransformada em energia térmica, aquecendo todo o alimento.
4Aprendendo a AprenderPágina 9
A energia cinética do carro pode ser armazenada e reaproveitada (como ocorre emdiversos sistemas KERS já empregados na Fórmula 1.Pode-se realizar a transformação e o armazenamento da energia cinética em potencialelástica, como ocorre em sistemas com compressores de ar, ou em energia cinética derotação, como em carrinhos a fricção, ou em energia elétrica por freios eletromagnéticosarmazenando a energia produzida em baterias ou em capacitores. O caminhão com um
sistema de reaproveitamento conseguiria armazenar mais energia, pois tem maiorenergia cinética para uma mesma velocidade.
LIÇÃO DE CASAPágina 10
1.E = m g h.
E = 7(kg). 10 (m/s2) . 1,5 (m).
E = 105 Joules.
2.Ec = (m v2)/2.
Ec = 850 (kg) . [30 (m/s)]2/2.
Ec = 382 500 Joules.
3.Ec = (m v2)/2.
Ec = 45 000 (kg) . [5 (m/s)]2/2.
Ec = 562 500 Joules.
5PESQUISA INDIVIDUALPágina 11
A pesquisa deve revelar o processo de fotossíntese (Leitura 6 de Física Térmica doGREF – “Sol: a fonte da vida”) ou o efeito fotoelétrico que é responsável portransformar a energia solar em energia elétrica (Leitura 16 de Óptica do GREF –
“Imagem quântica no filme e na TV”) .
6SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DO COTIDIANOPágina11
1. O bate-estaca funciona levantando uma grande massa que é abandonada de certaaltura e cai batendo numa estaca que vai afundando no solo. Ela serve para fixar asestacas no solo numa construção.
2. A partir das criações dos alunos, discuta os princípios físicos envolvidos no sistemabate-estaca, dando ênfase para o conceito de trabalho e de conservação de energia.Trabalhe a ideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estacae pelo barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida noprocesso, concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. Ofoco desta parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que aconservação da energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força sãoferramentas adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
3.a) O motor realiza trabalho levantando a massa de 490 kg até a altura de 5 m,transformando a energia química do combustível em energia cinética no movimentodo bloco e em energia potencial gravitacional do bloco de ferro que na altura de 5 mé de 24 500 J. Ao ser abandonada dessa altura, a massa transforma sua energiapotencial em energia cinética e, ao atingir a estaca, transforma parte de sua energiaem movimento da estaca que penetra no solo e parte em energia térmica da estaca eem som, ao final a estaca para numa nova posição.
b) Quem fornece a energia é o combustível que, através de sua queima, libera aenergia química que é transformada em energia cinética e em energia potencial pelotrabalho realizado pelo motor do bate-estaca.
c) Energia química é transformada em energia cinética e em energia potencialgravitacional na subida da massa. Na queda há transformação de energia potencialgravitacional em energia cinética. Na colisão a energia cinética da massa setransforma em energia cinética da estaca, em energia térmica e em som. Na7 penetração da estaca no solo a energia cinética é transformada em trabalho da forçaque a estaca exerce no solo, sendo finalmente dissipada sob forma de energiatérmica.
d) A partir da queda livre podemos tomar o sistema como conservativo. Trabalhe aideia de que neste sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca e pelobarulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no processo,concluindo que por este motivo podemos considerá-lo conservativo. O foco destaparte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a conservação daenergia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são ferramentasadequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
e)E = m g h
E = 490 (kg) 10 (m/s2) 5 (m)
E = 24 500 Joules.
Como o sistema pode ser considerado conservativo a energia cinética ao atingiraestaca também é Ec = 24 500 Joules.
f) Neste sistema a energia dissipada tanto na queda pela resistência do ar quanto nabatida por aquecimento da estaca e no barulho proveniente da batida é muito pequenase comparada à energia total envolvida no processo, concluindo que por este motivopodemos considerá-lo como um sistema que conserva a energia mecânica.
g) A força média pode ser calculada pela variação da energia mecânica por meiodo trabalho realizado pela força aplicada na estaca, que afunda 3 cm a cada batida,resultando num valor médio de 816 666 N.
E = F . S
24 500 (J) = F (N) . 3x10-2 (m)
F = 816.666 N
h) Em cada batida do bate-estaca há transformação de 24 500 Joules, supondo quea pessoa utilize uma marreta com massa de 10 kg, se ela conseguir imprimir umavelocidade de 1 m/s, a cada batida seriam transformados 5 Joules. Assim, pararealizar o mesmo trabalho de uma batida do bate-estaca ela precisaria realizar 4 900batidas com a marreta. Supondo que a cada hora a pessoa consiga realizar 200 8 batidas (a média de uma batida a cada 18 segundos), ela precisaria de 24,5 horas detrabalho, o que numa jornada de 8 horas por dia corresponderia aproximadamente a 3dias de trabalho.
LIÇÃO DE CASAPágina 15
1.a) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.A 60 metros de altura Ep = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 60 (m) = 270 000 JoulesPortanto, foram transformados Ep = 360 000 – 270 000 = 90 000 Joules em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos90 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 20 m/s (72 km/h).b) Em = Epi = 450 (kg) . 10 (m/s2) . 80 (m) = 360 000 Joules.Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 360 000 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos360 000 (J) = 450 (kg) v2/2 ou seja v = 40 m/s (144 km/h).
2. Para completar a tabela.Para a queda de 320 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 320 (m) = 3,2 Joules.
Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 3,2 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos3,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 80 m/s (288 km/h).Para a queda de 720 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 720 (m) = 7,2 Joules.Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 7,2 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos7,2 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 120 m/s (432 km/h).Para a queda de 8 000 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 8 000 (m) = 80 Joules.
9
Ao chegar ao chão Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 80 em energiacinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos80 (J) = 0,001 (kg) v2/2 ou seja v = 400 m/s (1 440 km/h).Elas não caem com essas velocidades tão altas porque há transformação de energiaem energia térmica pelo trabalho da resistência do ar. Portanto, neste caso não podeser considerada conservação da energia mecânica, é preciso determinar a dissipaçãode energia mecânica pela transformação em energia térmica.
10SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3RISCOS DA ALTA VELOCIDADE EM VEÍCULOSPágina 17
Uma referência para a tabela é a seguinte:
Velocidade
Distância
percorrida até
reagir
Distância percorrida
freando
Distância total
percorrida
20 km/h (5,5 m/s) 3,3 1,8 5,1
36 km/h (10m/s) 6,0 6,0 12,0
45 km/h (12,5 m/s) 7,5 9,3 16,8
72 km/h (20 m/s) 12,0 24,0 36,0
80 km/h (22,2 m/s) 13,3 29,6 42,9
90 km/h ( 25 m/s) 15,0 37,5 52,5
108,0 km/h (30,0 m/s) 18,0 54,0 72,0
120,0 km/h (33,3 m/s) 20,0 66,5 86,5
144,0 km/h (40,0 m/s) 24,0 96,0 120,0
180,0 km/h (50,0 m/s) 30,0 150,0 180,0
1. Retomando os conceitos estudados no primeiro bimestre, estabelecendo a relaçãoentre distância, velocidade e tempo, supondo que nesse trecho em que o motoristareage a velocidade do veículo seja constante, V = d/t. O tempo de reação pode serestimado utilizando a segunda coluna da tabela, e neste caso obtemos o valor de 0,6segundo.2. O conceito de transformação de energia pelo trabalho da força de atrito resgata oatrito estudado no primeiro bimestre e deve ser explorado em seu formalismo.
11
E F distância c atrito . logo,mv ( m.g.0,8)distância20 .2
Assim, determinam-se os valores respectivamente apresentados na terceiracoluna da tabela.3. Para uma mesma variação de cerca de 25 km/h, a distância necessária para frear émuito diferente, no primeiro caso aumenta apenas 11,7 metros e no segundo casoaumenta 33,5 metros.4. A distância percorrida freando aumenta quatro vezes quando duplicamos a
velocidade, por exemplo, passando de 20 m/s para 40 m/s (o dobro) a distânciaaumentou de 24 m para 96 m (quatro vezes), também ao passar de 25 m/s para 50m/s (dobro), a distância freando passa de 37,5 para 150 (quatro vezes). Isso aconteceporque a energia cinética varia com o quadrado da velocidade e a distância freando éproporcional à energia que deve ser dissipada.5. Nesse item, em continuidade ao anterior, permite-se a conclusão de que a distância
percorrida freando aumenta ao quadrado, enquanto a velocidade aumentalinearmente. Assim, ao dobrar a velocidade, a distância percorrida freando aumentaquatro vezes; ao triplicar a velocidade, a distância é nove vezes maior.6. Os dados da revista indicam que o modelo adotado nessa atividade apresentaresultados muito próximos dos dados reais de equipamentos profissionais demedidas.
VOCÊ APRENDEU?Página 20
A regra dos dois segundos é na verdade uma regra que estabelece a distância entre osdois veículos: a distância percorrida durante dois segundos a uma determinadavelocidade. Essa distância varia linearmente com a velocidade enquanto a distâncianecessária para a frenagem varia com o quadrado da velocidade, por isso a regra dosdois segundos funciona bem em baixas velocidades, mas não é adequada para altas
12
velocidades. Determinar o limite de validade dessa regra é importante para a segurançano trânsito e para isso devemos comparar, para cada velocidade, a distância percorridadurante dois segundos e a distância total necessária para a frenagem (veja a tabelapresente nessa Situação de Aprendizagem). A regra só é válida enquanto a distânciapercorrida durante dois segundo for maior que a distância necessária para frear, com osvalores apresentados para as variáveis relevantes nessa Situação de Aprendizagem.Você poderá verificar que a regra funciona para a velocidade de 80 km/h, mas já não éadequada para a velocidade de 90 km/h. O limite pode ser estabelecido igualando-se asduas equações: D = 2v e D = 0,6v + v2/1,6g, obtendo-se uma velocidade limite deaproximadamente 22,4 m/s, ou seja, cerca de 81 km/h. Cabe destacar que o limite develocidade de 80 km/h foi adotado no Brasil para todas as rodovias durante muitosanos; hoje os limites são mais flexíveis e dependem do tipo de veículo e das condiçõesda estrada, mas não ultrapassam 120 km/h.
PESQUISA INDIVIDUALPágina 21
Quando a força é variável é necessário empregar o cálculo integral para determinar otrabalho realizado pela força num determinado deslocamento, o que corresponde adeterminar a área sob a curva que relaciona a força com o deslocamento. Assim, emcasos em que sabemos determinar geometricamente a área sob essa curva podemosdeterminar também no ensino médio o trabalho realizado. Por exemplo, a força elásticaé uma força variável que depende linearmente da deformação (elongação da mola),assim o trabalho realizado pela força elástica pode ser determinado pela área limitada
pela reta que relaciona a força elástica e a deformação (elongação), no gráfico que édenominado curva característica da mola. Como para a força nula a deformação tambémé nula a área sob o gráfico pode ser obtida pela área de um triângulo, já para determinaro trabalho necessário para passar de uma situação com uma força não nula (diferente dezero) para outra configuração também não nula, com outra deformação ou elongação,precisamos determinar a área que corresponde à figura de um trapézio. Dessa forma13 podemos determinar o trabalho realizado sempre que soubermos determinar a área sob ográfico que relaciona a força com o deslocamento.
LIÇÃO DE CASAPágina 22
1. A força elástica varia linearmente de zero até F = 1,5 N = 0,5 (N/m) . 3 (m).Portanto, o trabalho que corresponde à área sob o triângulo pode ser calculadoutilizando a área do triângulo: A = (base. Altura)/2, assim o trabalho realizado éobtido por A = [3 (m) . 1,5 (N)]/2 = 2,25 Joules. Outra forma de determiná-lo é pelaexpressão Eel = k x2/2 = 0,5 (N/m) . (3 m)2/2 = 2,25 Joules2. O trabalho da força variável corresponde à área sob a curva que pode serdeterminada separando a figura em dois triângulos e um retângulo ou diretamentepela área do trapézio A = [(base maior + base menor)/2]. altura.
Assim a energia armazenada é E = 92,5 J =[(2,5 + 1,2) (m)/2].50 (N).
14SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MECÂNICASPágina 24
1. O item compara o trabalho animal e o trabalho mecânico e, nessa comparação, temosque a potência equivalente à de um carro 1.0 corresponde a cerca de 56 cavalos. Jápara se equiparar a uma Ferrari seriam necessários cerca de 500 cavalos. A questãoimportante a se discutir aqui é que o trabalho mecânico é realizado por máquinas queconseguem concentrar grande potência em pequenos motores que equipam osveículos.2. O item concretiza a inviabilidade de se obter por trabalho animal potências como asobtidas por trabalho mecânico nas máquinas modernas. Uma máquina de 6 MWcorresponderia a cerca de 8 000 cavalos, e a de 9MW a 12 000 cavalos. Nestemomento, é interessante que se esclareça o motivo de se utilizar o conceito depotência e não o de energia ao comparar o trabalho realizado por diferentes máquinase animais. É importante ressaltar que é preciso comparar o tempo necessário para seobter a energia, uma vez que mesmo um pequeno motor pode fornecer grandeenergia se funcionar por um longo período de tempo, mas, se for preciso que essaenergia seja obtida rapidamente, é necessária uma potência maior, por isso o conceito
adequado é o de potência.3. Uma máquina de 6 MW que utilizasse 8 000 cavalos e para cada cavalo uma área de4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50 cavalosteria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio de 146metros, sendo ao todo cerca de 60 círculos concêntricos e com área deaproximadamente 67 000 m2.Já para uma máquina de 9 MW que utilizasse 12 000 cavalos e para cada cavalo uma
área de 4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50cavalos teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raiode 178 metros, ao todo seriam cerca de 75 círculos concêntricos e com área deaproximadamente 100 000 m2.
15
4.• Vantagens/ Problemas:
O primeiro grupo discutirá, por um lado, como a ampliação da força humanapelas máquinas permite a manutenção de aglomerações urbanas, como grandescidades, metrópoles etc. Ele pode trazer também questões como a evolução dossistemas de produção, fábricas automatizadas, industrialização dos alimentos,além da questão da dimensão das usinas hidrelétricas, que permitem abastecergrandes regiões do país com energia elétrica. Por outro lado, discutirá osimpactos ambientais e os problemas urbanos trazidos pela grande produtividadedessas máquinas e seus desdobramentos. Alguns exemplos são: os problemasresultantes da construção de grandes centrais hidrelétricas, como o alagamentode grandes regiões; das aglomerações humanas, como o descarte do lixo; e docrescimento desorganizado dos centros urbanos, como a captação e o tratamentode água.
• Conquistas / Problemas:
O segundo grupo discutirá, por um lado, realizações humanas que só sãopossíveis pela evolução de máquinas e equipamentos, como a conquista doespaço (foguetes, estação espacial), dos mares (submarinos nucleares), ostransportes aéreos, as usinas nucleares, a exploração de grandes quantidades deminérios em gigantescas escavações, a exploração de petróleo em plataformassubmarinas etc. Por outro lado, discutirão a poluição espacial, os restos defoguetes, pequenas peças que se desprendem e permanecem em órbita, ossatélites artificiais obsoletos etc.; os riscos de acidentes com material radioativo,como ocorreu em Goiânia, ou com o naufrágio de submarinos nucleares; aexploração desenfreada dos recursos naturais, como os minérios e o petróleo,trazendo desmatamento, assoreamento e outros prejuízos ambientais.
• Vantagens / Desvantagens:
O terceiro grupo deve discutir, por um lado, as vantagens da substituição dotrabalho humano pelo trabalho mecânico nos diversos casos, por exemplo, nouso de robôs para a realização de atividades perigosas ou insalubres. Por outrolado, discutirá os problemas sociais ligados à substituição do trabalho humano16pelo trabalho mecânico, tendo como consequências as ondas de desemprego naindústria e nos campos.
LIÇÃO DE CASAPágina 29
A redação deve articular partes das letras dessas músicas com as discussõesestabelecidas nos três grupos.
17 VALIANDOSITUAÇOESE EQUILÍBRIO ESTÁTICOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 31
3. Os diagramas devem ser semelhantes a esses:Fmão FelDinamômetro SuporteFel PesoPeso do dinamômetro
4. O gráfico deve ser semelhante a esse:F(N) Curva característica de calibração do dinamômetroElongação x (m)Na curva de calibração a força em função da massa deve ser relacionada com aelongação da mola. A equação deve corresponder à Lei de Hooke: F = k . x.5. Resposta pessoal, depende do peso do estojo6. Resposta pessoal, depende do atrito do caderno com a superfície.7. O diagrama de forças é imprescindível para a discussão do “peso aparente” que oobjeto passará a ter ao ser imerso na água, que será indicado pelo dinamômetro. Osurgimento da força de empuxo precisa ser evidenciado para se contrapor à ideia deque os objetos são mais leves dentro da água. O peso do objeto não varia. Adiscussão sobre o equilíbrio em fluidos deve ser sistematizada, utilizando análise pordiagramas de forças, leis de Newton, do movimento e a concepção de empuxo. Oestudo do empuxo pode ser explorado a partir do peso do líquido deslocado (noentanto, o entendimento físico do empuxo necessita do aprofundamento do conceitode pressão e de seu gradiente num líquido sob ação do campo gravitacional).
18LIÇÃO DE CASAPágina 35
1. O peso do caminhão é a soma das medidas nas balanças, portanto a resposta corretaestá presente na alternativa e) 60 000 N.
2.a) A constante elástica pode ser obtida pela Lei de Hooke, sendo nesse casodeterminado o valor de k = 10 N/m.
b) A massa é de 0,5 kg (correspondente ao peso de 5 N).
c) Pode-se calcular o trabalho pela diferença da energia potencial elástica nas duasconfigurações: E = 1,25 J – 0,45 J = 0,8 J.
6O TORQUE EM SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 37
1. A balança permanece em equilíbrio. Trata-se do equilíbrio do torque utilizandoforças iguais a distâncias iguais, produzindo torques cuja resultante é zero.
2. Continua em equilíbrio, em todos os casos. O importante é que o aluno perceba queem qualquer distância adotada, desde que sejam massas iguais e distâncias iguais,ocorrerá uma situação de equilíbrio de rotação.
3. A balança pende para o lado em que a distância é maior. Trata-se de situação em quenão há equilíbrio. Como as forças peso são iguais, mas as distâncias são diferentes,os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,aquele cuja distância ao centro for maior.
4. A balança pende para o lado em que a massa é maior. Trata-se de situação em quenão há equilíbrio. Como as distâncias são iguais, mas as forças peso são diferentes,os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,aquele cuja força peso é maior.
5. A balança fica em equilíbrio, o aumento da massa foi balanceado pela diminuição dadistância, permanecendo em equilíbrio. Trata-se de situação em equilíbrio de rotação,com forças peso e distâncias cujo torque resultante é nulo. Nelas, os alunos sãodirecionados a relacionar a massa com a distância. Essa relação será fundamentalpara o entendimento da concepção de momento de uma força a ser explorado nodiagrama de forças.
6. A balança fica em equilíbrio, o produto da massa pela distância de um lado é igual àsoma dos mesmos produtos do outro lado. Assim as massas balanceadas pelasdistâncias em ambos os lados são iguais, permanecendo em equilíbrio.
7. O essencial é a construção dos diagramas de força, com a indicação das distâncias.Você deverá explorar o conceito de momento de uma força, mostrando que os20produtos da força por distância são iguais nos dois lados da balança nos casos em quehá equilíbrio, e são diferentes nos casos em que não há equilíbrio.
8. Nesse item o essencial é que os alunos apresentem o conceito de momento de umaforça, explicitando que, em situações de equilíbrio, a soma de todos os momentos emcada um dos dois lados da balança é igual. O relatório deve ser entendido como umexercício da habilidade de organizar e apresentar os procedimentos científicos naforma de linguagem escrita. Neste momento, não deve ser avaliado com o rigor queum relatório científico deve ter em relação à precisão de medidas, propagação deerros ou normas. Devemos observar se o objetivo está claro para o aluno, se oprocedimento realizado está devidamente caracterizado com explicações quepossibilitem ao leitor a reprodução do experimento, se os dados são apresentados deforma organizada e se o aluno consegue determinar uma regra que promovaequilíbrio de rotação na balança de braços. Caso você entenda que não há temposuficiente para a elaboração do relatório durante a aula, o aluno poderá realizá-locomo atividade extraclasse. Nesse caso, estipule o prazo de entrega numa daspróximas aulas, a seu critério, sem prejuízo à atividade.Aprendendo a Aprender
Página 40
1. Quanto mais distante da dobradiça mais fácil fechar a porta e quanto mais próximamais difícil fechar. Quanto maior a força mais fácil fechar a porta. Quanto maisperpendicular à porta mais fácil, quanto mais paralelo à porta mais difícil.
2. Não, pois nesses casos a força necessária para abri-la ou fechá-la seria maior, omelhor lugar é próximo à extremidade oposta à dobradiça, onde seria mais fácil abrirou fechar a porta.
21LIÇÃO DE CASAPágina 42
1. Alternativa b. Nessa situação temos o peso da massa M (PM) aplicado à distância de0,4 m do apoio e o peso da barra (Pb) aplicado a 0,5 m do apoio. Assim, se PM . 0,4fosse maior que Pb . 0,5, a barra se desequilibraria e cairia dos apoios. Dessa forma aresposta que apresenta a maior massa que manteria a barra em equilíbrio correspondeà alternativa (b) 10 kg.2. Como no avião há duas rodas traseiras e apenas uma roda dianteira, para que ocorraequilíbrio de rotação em relação ao CG os momentos de ambos os lados devem seriguais. Para isso a igualdade MD . 16 = 2 . MT . 4 deve ser satisfeita, ou seja, MT =2. MD, o que corresponde à resposta apresentada na alternativa c) MD = 18 e MT =36.
2 AMPLIAÇÃO DE FORÇAS: AUMENTANDO O DESLOCAMENTONA REALIZAÇÃO DE TRABALHOPágina 44
1. Utilizo uma chave de fenda, que tem um eixo mais grosso na empunhadura e maisfino na ponta em que fica o parafuso.
2. Se a moto for pequena é possível se a pessoa for muito forte, no entanto,se a moto for grande não conseguirá sozinha, só com a ajuda da rampa.3. Sim, pois a rampa diminui a força que é necessária para levar a moto para cima, poisela vai subindo devagar, inclinada, aumentando a distância e facilitando levar a motopara cima. Dessa forma, consegue-se realizar tarefas que antes não seriam possíveis,amplificando nossa força.4. Assim a pessoa usa uma força menor, mas tem de aumentar o número de vezes quepuxa as correntes da talha. Para diminuir a força é preciso aumentar o número devezes que puxa a corrente.5. Sim, usando roldanas móveis a força necessária para mover algo diminui . Paraerguer um motor deum carro utilizando uma talha com roldanas móveis, váriosmetros de corrente devem ser puxados para que o motor suba apenas algunscentímetros. Ou seja, a amplificação da força é obtida à custa de uma troca: aplica-seuma força menor ( do que a que seria necessária sem o uso da talha ) por umadistância maior.6. Como a distância do cabo até o apoio é maior que a distância da ponta do alicate atéo apoio, a força aplicada no cabo é menor que a força na ponta, assim fazemos umaforça menor no cabo do que a força que é feita na ponta do alicate.7. As imagens apresentadas devem ser classificadas nas seguintes categorias:I – Planos inclinados: figura do elefante; a escada.II – Alavancas: gangorra; alicate; tesoura; carrinho de mão.III – Rodas e eixos: chave de fenda e torneira; figura do poço; volante dedireção; maçaneta da porta.IV – Roldanas: figura do equipamento de ginástica.
23Aprendendo a AprenderPágina 46
1. Para aumentar a força aplicada em sua extremidade, como uma alavanca.2. Para a pessoa realizar uma força menor para girar a chave, como numa chave defenda, o percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o
realizado pelo eixo, assim a força aplicada é menor na parte externa da chave.3. Para a pessoa realizar uma força menor na empunhadura para girar a chave, opercurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o realizado
pelo eixo, assim a força aplicada pela pessoa é menor que a força aplicada aoparafuso, ou seja, amplifica nossa força.
DPs Física conteúdos p/ estudar efazer pesquisa
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 1ª SÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
O Universo, sua origem e compreensão humana:
• Teorias e modelos propostos para origem, evolução e constituição do Universo, evolução dos modelos sobre Universo (matéria, radiação e interações) As etapas da evolução estelar ( formação, gigante vermelha, anã branca, supernova, buraco negro); algumas especificidades do modelo cosmológico atual
• Noções referenciais e forças inerciais; elementos da exploração espacial: estações de sondas, telescópios, ônibus espacial, satélites artificial, foguete espacial.
Estimativas das ordens de grandeza de medidas astronômicas para situar a vida em geral, e vida humana em particular, temporal e espacialmente no Universo;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Linha do tempo sobre as idéias (dos cientistas e filósofos) a respeito do Universo:
Desde os gregos – modelo geocêntrico até Gamov – A teoria do Big Bang
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 2ªSÉRIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Luz e cor
• As diferenças entre cor luz e cor pigmento;
• Decomposição da luz branca como luz composta policromática;
• As três cores primárias (vermelho, verde e azul) no sistema de percepção de cores no olho humano e em equipamentos.
• Interação física entre luz e matéria.
• Emissão e absorção de diferentes cores de luz;
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Ondas eletromagnéticas
• Evolução histórica dos modelos de representação da luz (luz como ondas eletromagnéticas).
•Transmissões eletromagnéticas
• Produção, propagação e detecção das ondas eletromagnéticas
• Princípio de funcionamento dos principais equipamentos de comunicação com base na propagação de ondas eletromagnéticas (rádio, telefonia celular, fibras ópticas);
• Evolução histórica dos meios e da velocidade de transmissão de informação e seus impactos sociais, econômicos ou culturais.
EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO
PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 3ª SERIE - ENSINO MÉDIO
PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro
ESTUDAR PARA PROVA:-
Partículas elementares:
- A concepção da matéria em diferentes períodos históricos;
- Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;
- Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa energia).
PESQUISA PARA ENTREGAR:-
Eletrônica e informática
- Meios de comunicação analógicos e digitais;
- Transistores e sistemas digitais;
- Elementos básicos da microeletrônica no processamento e no armazenamento de informações (processadores, discos magnéticos, cds etc.);
- Impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea.
domingo, 25 de outubro de 2009
gabarito volume 3 3ª serie
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
1
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
OBJETOS QUE COMPÕEM O NOSSO MUNDO: SEMELHANÇAS E
DIFERENÇAS
Problematizando e classificando
Página 4
As respostas e orientações relativas a todas as perguntas propostas nos roteiros de
atividades são apresentadas no Caderno do Professor. Novas respostas serão inseridas
no caso de existirem novas questões ou questões modificadas!
Leitura e Análise de Texto
Página 5
1. Vimos que, se o núcleo de um átomo de hidrogênio fosse do tamanho da cabeça de
um alfinete (1 mm), então o elétron estaria, aproximadamente, a uns 70 metros de
distância. Assim, podemos escrever a seguinte relação de proporção:
distância do vizinho
tamanho da casa
m
x m
70
1 10 3
.
Então, sabendo o tamanho da casa (“núcleo do átomo de hidrogênio”), pode-se obter
a distância do vizinho (“o elétron”).
VOCÊ APRENDEU?
Página 7
1. A transparência e opacidade são características que dependem da organização
espacial dos átomos que compõem os materiais.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
2
2. A classificação se vincula com informações comuns a todos os átomos de um
determinado material, por exemplo, número de elétrons, número de prótons e de
nêutrons, etc.
3. O estado físico de um corpo está associado com o potencial de ligação entre seus
átomos e moléculas. Usando a água como exemplo, tem-se que no estado sólido
(gelo), o potencial de ligação é representado como se as moléculas fossem ligadas
por uma mola: elas podem vibrar em conjunto, cada qual em uma posição de
equilíbrio. No estado líquido, esse potencial é mais fraco, mas ainda suficiente para
manter as moléculas ligadas umas às outras, a maior liberdade de movimentação
explica a fluidez da água. No estado gasoso (vapor), o potencial de ligação entre as
moléculas pode ser considerado nulo e por isso uma molécula pode se movimentar
de forma independente da outra.
4. Basta lembrar que uma cabeça de alfinete tem 1mm = 10-3m e que na espessura de
uma folha de papel A4 (75 g/cm3), há, aproximadamente, 1.000.000 de átomos.
Logo, se um átomo fosse do tamanho de uma cabeça de alfinete, a espessura da folha
de papel teria: 1.000.000x103m 1.000m 1km .
LIÇÃO DE CASA
Página 7
1. O quanto um determinado objeto conduz bem o calor depende das ligações em sua
estrutura atômica ou molecular. A condução de calor ocorre por meio de colisões
atômicas e eletrônicas.
Os metais possuem os elétrons externos mais “fracamente” ligados, que são livres
para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por essa razão eles
são excelentes condutores de calor e de eletricidade. Lã, madeira, papel, cortiça e
isopor, por outro lado, são maus condutores de calor. Os elétrons mais externos dos
átomos desses materiais estão firmemente ligados. Os maus condutores são
denominados isolantes.
2. Aqui, basta calcular a massa de uma colherzinha de café e usar o valor da densidade
de uma barra de ferro (7,86 g/cm3) para obter o seu volume. Sabendo que em um
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
3
volume de V= 1,183 x 10–29m3 existe um átomo de ferro, o número de átomos de
ferro presentes na colherzinha será obtido dividindo-se o volume da colher por
1,183 x 10–29m3.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
4
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2
COMO PODEMOS “VER” UM ÁTOMO?
VOCÊ APRENDEU?
Página 12
1. No modelo atômico de Rutherford, o átomo não é maciço, mas formado por uma
região central, denominada núcleo, muito pequeno em relação ao diâmetro atômico.
Esse núcleo concentra praticamente toda a massa do átomo e é dotado de carga
elétrica positiva, onde estão os prótons. Na região ao redor do núcleo, denominada de
eletrosfera, estão girando em órbitas circulares os elétrons (partículas muito mais
leves que os prótons), neutralizando a carga nuclear.
2. Porque o núcleo é muito menor que o átomo. Existem “grandes vazios” entre os
núcleos dos átomos que constituem a folha, assim, na experiência de Rutherford, a
maioria das partículas atravessa a folha sem sofrer desvio.
LIÇÃO DE CASA
Página 12
1. A ideia é pesquisar os modelos de Dalton, Thomsom e Rutherford, destacando suas
principais diferenças e o que cada um propõe em relação às cargas elétricas.
2. As partículas alfas possuem carga elétrica positiva, assim, quando elas passam perto
do núcleo (que também tem carga positiva) sofrem repulsão elétrica, o que causa
desvio de trajetória.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
5
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3
DADOS QUÂNTICOS
Leitura e Análise de Texto
Página 14
• Basta utilizar a expressão dos níveis de energia do hidrogênio 2
13,60
n
E eV n
NIVEL 1: eV E eV 13,60
1
13,60
1 2 ;
NIVEL 2: eV E eV 6,8
2
13,60
2 2 ;
NIVEL 3: eV E eV 4,53
3
13,60
3 2 ;
NIVEL 4: eV E eV 3,4
4
13,60
4 2 ;
NIVEL 5: eV E eV 2,72
5
13,60
5 2 .
VOCÊ APRENDEU?
Página 17
1. O problema era que, segundo a eletrodinâmica clássica, toda partícula carregada em
movimento deveria emitir energia. Desta forma, o elétron do modelo atômico,
proposto por Rutherford, deveria ir perdendo energia, diminuindo sua velocidade e
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
6
indo em direção ao núcleo, em um movimento espiralado. No entanto, isso não
acontecia.
2. Porque as quantidades de energias absorvidas e emitidas por um átomo, de acordo
com o modelo de Bohr, são bem determinadas, específicas e “quantizadas”.
3. É necessário que o elétron absorva determinada quantidade de energia, cujo valor
deve corresponder exatamente à diferença de energia entre o nível mais energético e
o menos energético.
LIÇÃO DE CASA
Página 17
1.
a) Ao realizar esse “salto”, o elétron emitiu energia. Para calcular o valor dessa
energia, basta utilizar os valores obtidos anteriormente:
E E E 4,53eV ( 13,60eV) 9,07eV 3 1 .
b) Sabendo que 1eV 1,6x1019 J , temos que 9,07eV 1,45x1018 J . Lembrando
que E h f , onde h 6,626 1034 J s (constante de Planck) e f é a frequência do
fóton, tem-se: 15 1
34
18
2,18 10
6,626 10
1,45 10
s
J s
f J ( ou Hz).
2. A ideia é utilizar a simulação como objeto de aprendizagem virtual.
3. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica
atingida por radiação eletromagnética. Nos metais, os elétrons mais externos (os que
absorvem a energia da radiação eletromagnética) estão ligados de maneira mais
“fraca”, ou seja, facilitando a ocorrência do efeito fotoelétrico. Logo, o efeito
fotoelétrico acontece, preferencialmente, em superfícies metálicas.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
7
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4
IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAIS
Leitura e Análise de Texto
Página 19
1. A importância se deve à possibilidade de se determinar a composição material do Sol
e das estrelas fixas com o mesmo grau de certeza com que podemos constatar com
nossos reagentes a presença de óxido de enxofre e cloro. Por esse método (análise
das linhas escuras de um espectro) também é possível determinar a composição da
matéria terrestre, distinguindo as partes componentes, com a mesma facilidade com
que se distingue a matéria contida no Sol.
2. Pela possibilidade de determinar um grande número de substâncias em uma amostra,
através da mera observação (análise do espectro).
Leitura e Análise de Texto
Página 20
1. Chama-se “espectro” a faixa de comprimentos de onda de uma determinada radiação.
A luz visível, por exemplo, possui um espectro que vai do vermelho (656 109m) até
o violeta (410 109m) .
2. Com o uso dos espectros, é possível saber precisamente a composição de um corpo
por meio da análise espectral de sua radiação. Assim, é possível estudar a
composição de objetos distantes e “inacessíveis”, como o sol.
3. Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio
causa a presença de linhas escuras (absorção). O número e a posição destas linhas
(espectro de absorção) dependem dos elementos químicos presentes no gás.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
8
LIÇÃO DE CASA
Página 21
1. Oxigênio e Carbono.
2. No espectro de emissão, um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes
(de emissão). Já no espectro de absorção, se um espectro contínuo passar por um gás
à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (absorção).
As figuras no texto “Leis de Kirchhoff” ilustram os dois processos.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
9
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5
UM EQUIPAMENTO ASTRONÔMICO
Leitura e Análise de Texto
Página 24
1. Podemos obter o espectro da luz visível fazendo a luz do sol ou de uma lâmpada
comum (de filamento incandescente) passar através de um prisma, assim ela será
decomposta em várias cores. A essas cores (popularmente conhecidas como arcoíris),
damos o nome de espectro da luz visível.
2. Se fizermos a luz proveniente de uma lâmpada de gás atravessar um prisma, não
obteremos um espectro completo. Apenas algumas linhas estarão presentes,
correspondendo somente a algumas frequências das ondas de luz visível. Essas linhas
formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Logo, espectros de linhas e
espectros atômicos representam a mesma coisa.
LIÇÃO DE CASA
Página 26
1. A cor de uma lâmpada depende do tipo gás que se encontra no seu interior. A luz
apresentará cor característica para cada elemento químico.
2. Um espectroscópio é um aparelho que serve para estudar a luz proveniente de vários
objetos.
3. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons, ao serem excitados por uma fonte
externa de energia, saltam para um nível de energia maior e, ao retornarem aos níveis
de menor energia, liberam energia na forma de luz (fótons). Utilizando uma chapa
fotográfica, podemos registrar o espectro dessa luz. Como houve emissão de energia
pelo átomo, esse espectro recebe o nome de espectro de emissão.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
10
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6
ASTRÔNOMO AMADOR
Leitura e Análise de Texto
Página 28
A frequência do fóton emitido será:
eV eV f Hz
h
E E
h
E h f f E 15
15
4 1 2,48 10
4,1 10
3,4 ( 13,60 )
.
VOCÊ APRENDEU?
Página 30
1. Por meio das linhas presentes nos espectros de emissão das estrelas, é possível
conhecer os elementos que as constituem.
2. Podemos saber com precisão que o Sol é composto de hidrogênio e hélio por meio da
análise das linhas espectrais de emissão da luz emitida por ele.
3. Em geral, o espectro constitui-se de diferentes séries de linhas para um determinado
elemento. Logo, os espectros funcionam como uma “impressão digital”, fornecendo
informações sobre a composição química de determinado corpo.
LIÇÃO DE CASA
Página 30
1. O objetivo é que o aluno possa justificar o fato das raias, utilizando a série de
Balmer.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
11
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7
O PODEROSO LASER
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 31
1. A luz emitida por um laser é monocromática. Já a luz emitida por uma lanterna é
policromática.
PESQUISA EM GRUPO
Página 34
• Um elétron é estimulado quando um fóton, cuja energia é suficiente para
proporcionar um salto quântico entre os níveis de energia permitido, é absorvido por
ele.
VOCÊ APRENDEU?
Página 35
• Um feixe de laser é coerente, monocromático e colimado. Essas são suas principais
características.
LIÇÃO DE CASA
Página 35
1. Sabemos que a energia de um fóton é dada por E = h x f, logo, a energia de n fótons
será E = n(fótons) x h x f.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
12
fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzverde J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
2,7 10
6,63 10 5,5 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 5,5 10
fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzvermelha J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
3,3 10
6,63 10 4,57 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 4,57 10
fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzaul J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
2,18 10
6,63 10 6,91 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 6,91 10
2. Explorar a animação sobre laser.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
13
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8
FORMAÇÃO NUCLEAR
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 37
1. Do ponto de vista da Física, a mola representa a repulsão elétrica, que só ocorre com
cargas de mesmo sinal. Por isso, colocamos uma mola apenas entre dois prótons e
não entre um próton e um nêutron.
2. Espera-se que seja dito que foi no arranjo onde existe a ligação entre nêutron e
próton, onde não há uma mola (“repulsão elétrica”) para dificultar a união do núcleo.
3. Espera-se que seja dito que a importância do nêutron esteja relacionada com a
estabilidade nuclear. No núcleo, os nêutrons “isolam” os prótons, diminuindo a
repulsão elétrica entre eles e tornando o núcleo mais estável.
Leitura e Análise de Texto
Página 39
1. Sim, existe. A estabilidade do núcleo se deve a uma força de atração chamada força
forte. Esta força une as partículas presentes no núcleo, agindo entre prótons, entre
nêutrons ou entre prótons e nêutrons.
2. A diferença entre a interação nuclear e as interações gravitacionais, elétricas e
magnéticas é que a interação nuclear é muito mais intensa que as demais (como seu
próprio nome diz), mas tem curto alcance, agindo somente nas partículas que
constituem o núcleo do átomo. Já as outras interações possuem um longo alcance, no
entanto, sua intensidade diminui com o quadrado da distância.
3. O raio r do núcleo depende do número de massa A e pode ser determinado
aproximadamente por meio da seguinte expressão:
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
14
r (1.21015) 3 A .
Assim, tem-se,
Raio do núcleo do hidrogênio (A=1): r (1,2 1015 ) 3 1 1,2 1015m;
Raio do núcleo do bismuto (A= 209): r (1,2 1015 ) 3 209 7,12 1015m.
Leitura e Análise de Texto
Página 40
1. Para que um núcleo seja estável, é preciso que a repulsão elétrica entre os prótons
seja compensada pela atração entre os núcleons devido à interação nuclear forte,
assim, elementos com número de nêutrons e número de prótons iguais são mais
estáveis. Um átomo é instável quando o número de prótons supera em muito o
número de nêutrons ou vice-versa. Isso torna o núcleo instável e suscetível de emitir
partículas e energia por decaimento radioativo, até que o núcleo adquira estabilidade.
2.
Estáveis Instáveis
1. Platina (Pt): Z=78 1. Rádio (Ra): Z = 88
2. Enxofre (S): Z=16 2. Tório (Th): Z = 90
3. Alumínio (Al): Z=13 3. Urânio (U): Z = 92
4. Oxigênio (O): Z=8 4. Polônio (Po): Z=84
5. Ouro ( Au): Z = 79 5. Plutônio (Pu): Z=94
3. É mais fácil remover um elétron, pois esse está unido ao núcleo por meio de uma
interação elétrica (força de atração elétrica). Já o próton, está unido ao núcleo
atômico por meio da interação forte (força forte), que tem pouco alcance, mas é
muito mais forte do que a força elétrica. Assim, é mais fácil remover elétrons do que
prótons.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
15
VOCÊ APRENDEU?
Página 42
1. Porque existe uma força de atração entre o núcleons que mantém essas partículas
unidas. Essa força de atração chama-se força forte.
2. O nêutron ajuda a equilibrar o balanço entre a força forte, que é atrativa, e a força
elétrica, repulsiva, pois ele é sensível somente à força forte.
LIÇÃO DE CASA
Página 42
Em 26 de dezembro de 1898, Pierre e Marie Curie anunciaram a descoberta do
elemento rádio. Tempos depois, com a contribuição de outros cientistas, como
Becquerel, Thomson e Ernest Rutherford, foi percebido que o rádio emitia radiação,
enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas com cargas positivas,
que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética
de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Assim, os elementos
que exibem esse comportamento passaram a ser chamados de radiativos e ao processo
de emissão de partículas e energia por esses elementos, de radioatividade. Ambos os
termos derivaram do nome do elemento rádio.
Todos os elementos mais pesados, como se verifica, são inerentemente instáveis e se
acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio altera a si mesmo
repetidamente, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após
milhares de anos. Agora chamamos este processo de "decaimento radioativo” e temos
um conhecimento detalhado de cadeias de decaimento. Por exemplo:
Urânio Tório Rádio Radônio Polônio Chumbo
A mudança, a transmutação, é o que causa a radiação.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
16
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9
DECAIMENTOS NUCLEARES: UMA FAMÍLIA MUITO
ESTRANHA
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 43
1. Alternativa e. Como no decaimento alfa, o elemento perde duas unidades no número
atômico, que define o elemento, e quatro unidades no número de massa, o núcleo
resultante é o Tório 234.
2. Alternativa b. A diminuição do número atômico ocorre quando um próton se
transforma em nêutron e emite um pósitron β+.
3. Em muitos casos é necessária uma determinada quantidade de emissões para que o
núcleo se estabilize. Essas emissões são chamadas de Famílias Radioativas ou Série
de Decaimentos. Existem na natureza três séries naturais, nas quais os elementos
radioativos, Urânio ou Tório, se estabilizam em algum isótopo de chumbo.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
17
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 10
DESVENDANDO O QUE HÁ POR DENTRO DA “CAIXA-PRETA”
Leitura e Análise de Texto
Página 46
1. O número de prótons dentro do núcleo determina o elemento. Por exemplo, um
carbono sempre terá 6 prótons e um nitrogênio sempre terá 7 prótons. Agora o
número de nêutrons dentro do núcleo pode variar. Então o carbono pode ter 6, 7 e
possivelmente 8 nêutrons, mas sempre 6 prótons. Um isótopo é qualquer uma das
diferentes formas de um elemento, cada uma tendo um número diferente de nêutrons.
Neste caso o Carbono-14 (6 prótons e 8 nêutrons) é um isótopo do Carbono-12 (6
prótons e 6 nêutrons), que é o carbono mais comum. Alguns isótopos são instáveis e
eles podem, espontaneamente, se transformar num outro tipo de átomo por meio de
um decaimento radioativo, o que os torna radioativos. No caso do Carbono-14, como
este processo acontece num índice conhecido, os geologistas tentam usá-lo como um
relógio para dizer quanto tempo atrás uma rocha ou um fóssil foi formado. O
Carbono-14, então, pode ser usado para datar os fósseis e também as rochas para
determinar a idade da Terra.
2. Os “traçadores” radioativos são substâncias radioativas que podem ser ingeridas ou
injetadas na corrente sanguínea. Elas correm no sangue e se alojam nas estruturas
que serão analisadas. Por meio desses traçadores, diversas anormalidades podem ser
detectadas.
3.
I. Isótopo radioativo fósforo-32: tumores cancerígenos.
II. Iodo radioativo: a glândula tireóide.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
18
VOCÊ APRENDEU?
Página 48
1. As afirmações corretas são as que representam a relação entre a energia de uma
radiação eletromagnética, sua frequência e seu comprimento de onda:
E E E h f h c final inicial , o que indica a alternativa d como correta.
2. Sabemos que a fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável e que a meiavida
do material (tempo necessário para que a taxa de emissão se reduza à metade) é
de 6 meses, assim, chamando E de emissão e T de nível tolerável, queremos saber o
tempo mínimo (t), em anos, necessário para que E=T:
t t
t t
E T T T T
4
100 1
2
100 1
2
100 1
2
100 1 2
2
2
1 , assim, para que
E=T, basta fazer:
t anos
t t t t
t
3,321
3,321
log 4
100 4 2 log 4 2 log 4 2
4
1
100
1
LIÇÃO DE CASA
Página 48
1. No processo de obtenção de imagem por tomografia computadorizada, isótopos de
elementos comuns que emitem pósitrons como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio
são injetados no paciente. Quando um pósitron encontra um elétron, eles se
aniquilam, produzindo dois fótons de raios γ. Esses fótons são detectados por uma
rede circular de detectores e uma imagem da região que está sendo analisada é
construída por um computador.
2. Pesquisa sobre aplicações do laser na Medicina.
1
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
OBJETOS QUE COMPÕEM O NOSSO MUNDO: SEMELHANÇAS E
DIFERENÇAS
Problematizando e classificando
Página 4
As respostas e orientações relativas a todas as perguntas propostas nos roteiros de
atividades são apresentadas no Caderno do Professor. Novas respostas serão inseridas
no caso de existirem novas questões ou questões modificadas!
Leitura e Análise de Texto
Página 5
1. Vimos que, se o núcleo de um átomo de hidrogênio fosse do tamanho da cabeça de
um alfinete (1 mm), então o elétron estaria, aproximadamente, a uns 70 metros de
distância. Assim, podemos escrever a seguinte relação de proporção:
distância do vizinho
tamanho da casa
m
x m
70
1 10 3
.
Então, sabendo o tamanho da casa (“núcleo do átomo de hidrogênio”), pode-se obter
a distância do vizinho (“o elétron”).
VOCÊ APRENDEU?
Página 7
1. A transparência e opacidade são características que dependem da organização
espacial dos átomos que compõem os materiais.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
2
2. A classificação se vincula com informações comuns a todos os átomos de um
determinado material, por exemplo, número de elétrons, número de prótons e de
nêutrons, etc.
3. O estado físico de um corpo está associado com o potencial de ligação entre seus
átomos e moléculas. Usando a água como exemplo, tem-se que no estado sólido
(gelo), o potencial de ligação é representado como se as moléculas fossem ligadas
por uma mola: elas podem vibrar em conjunto, cada qual em uma posição de
equilíbrio. No estado líquido, esse potencial é mais fraco, mas ainda suficiente para
manter as moléculas ligadas umas às outras, a maior liberdade de movimentação
explica a fluidez da água. No estado gasoso (vapor), o potencial de ligação entre as
moléculas pode ser considerado nulo e por isso uma molécula pode se movimentar
de forma independente da outra.
4. Basta lembrar que uma cabeça de alfinete tem 1mm = 10-3m e que na espessura de
uma folha de papel A4 (75 g/cm3), há, aproximadamente, 1.000.000 de átomos.
Logo, se um átomo fosse do tamanho de uma cabeça de alfinete, a espessura da folha
de papel teria: 1.000.000x103m 1.000m 1km .
LIÇÃO DE CASA
Página 7
1. O quanto um determinado objeto conduz bem o calor depende das ligações em sua
estrutura atômica ou molecular. A condução de calor ocorre por meio de colisões
atômicas e eletrônicas.
Os metais possuem os elétrons externos mais “fracamente” ligados, que são livres
para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por essa razão eles
são excelentes condutores de calor e de eletricidade. Lã, madeira, papel, cortiça e
isopor, por outro lado, são maus condutores de calor. Os elétrons mais externos dos
átomos desses materiais estão firmemente ligados. Os maus condutores são
denominados isolantes.
2. Aqui, basta calcular a massa de uma colherzinha de café e usar o valor da densidade
de uma barra de ferro (7,86 g/cm3) para obter o seu volume. Sabendo que em um
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
3
volume de V= 1,183 x 10–29m3 existe um átomo de ferro, o número de átomos de
ferro presentes na colherzinha será obtido dividindo-se o volume da colher por
1,183 x 10–29m3.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
4
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2
COMO PODEMOS “VER” UM ÁTOMO?
VOCÊ APRENDEU?
Página 12
1. No modelo atômico de Rutherford, o átomo não é maciço, mas formado por uma
região central, denominada núcleo, muito pequeno em relação ao diâmetro atômico.
Esse núcleo concentra praticamente toda a massa do átomo e é dotado de carga
elétrica positiva, onde estão os prótons. Na região ao redor do núcleo, denominada de
eletrosfera, estão girando em órbitas circulares os elétrons (partículas muito mais
leves que os prótons), neutralizando a carga nuclear.
2. Porque o núcleo é muito menor que o átomo. Existem “grandes vazios” entre os
núcleos dos átomos que constituem a folha, assim, na experiência de Rutherford, a
maioria das partículas atravessa a folha sem sofrer desvio.
LIÇÃO DE CASA
Página 12
1. A ideia é pesquisar os modelos de Dalton, Thomsom e Rutherford, destacando suas
principais diferenças e o que cada um propõe em relação às cargas elétricas.
2. As partículas alfas possuem carga elétrica positiva, assim, quando elas passam perto
do núcleo (que também tem carga positiva) sofrem repulsão elétrica, o que causa
desvio de trajetória.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3
DADOS QUÂNTICOS
Leitura e Análise de Texto
Página 14
• Basta utilizar a expressão dos níveis de energia do hidrogênio 2
13,60
n
E eV n
NIVEL 1: eV E eV 13,60
1
13,60
1 2 ;
NIVEL 2: eV E eV 6,8
2
13,60
2 2 ;
NIVEL 3: eV E eV 4,53
3
13,60
3 2 ;
NIVEL 4: eV E eV 3,4
4
13,60
4 2 ;
NIVEL 5: eV E eV 2,72
5
13,60
5 2 .
VOCÊ APRENDEU?
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1. O problema era que, segundo a eletrodinâmica clássica, toda partícula carregada em
movimento deveria emitir energia. Desta forma, o elétron do modelo atômico,
proposto por Rutherford, deveria ir perdendo energia, diminuindo sua velocidade e
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
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indo em direção ao núcleo, em um movimento espiralado. No entanto, isso não
acontecia.
2. Porque as quantidades de energias absorvidas e emitidas por um átomo, de acordo
com o modelo de Bohr, são bem determinadas, específicas e “quantizadas”.
3. É necessário que o elétron absorva determinada quantidade de energia, cujo valor
deve corresponder exatamente à diferença de energia entre o nível mais energético e
o menos energético.
LIÇÃO DE CASA
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1.
a) Ao realizar esse “salto”, o elétron emitiu energia. Para calcular o valor dessa
energia, basta utilizar os valores obtidos anteriormente:
E E E 4,53eV ( 13,60eV) 9,07eV 3 1 .
b) Sabendo que 1eV 1,6x1019 J , temos que 9,07eV 1,45x1018 J . Lembrando
que E h f , onde h 6,626 1034 J s (constante de Planck) e f é a frequência do
fóton, tem-se: 15 1
34
18
2,18 10
6,626 10
1,45 10
s
J s
f J ( ou Hz).
2. A ideia é utilizar a simulação como objeto de aprendizagem virtual.
3. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica
atingida por radiação eletromagnética. Nos metais, os elétrons mais externos (os que
absorvem a energia da radiação eletromagnética) estão ligados de maneira mais
“fraca”, ou seja, facilitando a ocorrência do efeito fotoelétrico. Logo, o efeito
fotoelétrico acontece, preferencialmente, em superfícies metálicas.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4
IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAIS
Leitura e Análise de Texto
Página 19
1. A importância se deve à possibilidade de se determinar a composição material do Sol
e das estrelas fixas com o mesmo grau de certeza com que podemos constatar com
nossos reagentes a presença de óxido de enxofre e cloro. Por esse método (análise
das linhas escuras de um espectro) também é possível determinar a composição da
matéria terrestre, distinguindo as partes componentes, com a mesma facilidade com
que se distingue a matéria contida no Sol.
2. Pela possibilidade de determinar um grande número de substâncias em uma amostra,
através da mera observação (análise do espectro).
Leitura e Análise de Texto
Página 20
1. Chama-se “espectro” a faixa de comprimentos de onda de uma determinada radiação.
A luz visível, por exemplo, possui um espectro que vai do vermelho (656 109m) até
o violeta (410 109m) .
2. Com o uso dos espectros, é possível saber precisamente a composição de um corpo
por meio da análise espectral de sua radiação. Assim, é possível estudar a
composição de objetos distantes e “inacessíveis”, como o sol.
3. Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio
causa a presença de linhas escuras (absorção). O número e a posição destas linhas
(espectro de absorção) dependem dos elementos químicos presentes no gás.
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8
LIÇÃO DE CASA
Página 21
1. Oxigênio e Carbono.
2. No espectro de emissão, um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes
(de emissão). Já no espectro de absorção, se um espectro contínuo passar por um gás
à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (absorção).
As figuras no texto “Leis de Kirchhoff” ilustram os dois processos.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5
UM EQUIPAMENTO ASTRONÔMICO
Leitura e Análise de Texto
Página 24
1. Podemos obter o espectro da luz visível fazendo a luz do sol ou de uma lâmpada
comum (de filamento incandescente) passar através de um prisma, assim ela será
decomposta em várias cores. A essas cores (popularmente conhecidas como arcoíris),
damos o nome de espectro da luz visível.
2. Se fizermos a luz proveniente de uma lâmpada de gás atravessar um prisma, não
obteremos um espectro completo. Apenas algumas linhas estarão presentes,
correspondendo somente a algumas frequências das ondas de luz visível. Essas linhas
formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Logo, espectros de linhas e
espectros atômicos representam a mesma coisa.
LIÇÃO DE CASA
Página 26
1. A cor de uma lâmpada depende do tipo gás que se encontra no seu interior. A luz
apresentará cor característica para cada elemento químico.
2. Um espectroscópio é um aparelho que serve para estudar a luz proveniente de vários
objetos.
3. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons, ao serem excitados por uma fonte
externa de energia, saltam para um nível de energia maior e, ao retornarem aos níveis
de menor energia, liberam energia na forma de luz (fótons). Utilizando uma chapa
fotográfica, podemos registrar o espectro dessa luz. Como houve emissão de energia
pelo átomo, esse espectro recebe o nome de espectro de emissão.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
10
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6
ASTRÔNOMO AMADOR
Leitura e Análise de Texto
Página 28
A frequência do fóton emitido será:
eV eV f Hz
h
E E
h
E h f f E 15
15
4 1 2,48 10
4,1 10
3,4 ( 13,60 )
.
VOCÊ APRENDEU?
Página 30
1. Por meio das linhas presentes nos espectros de emissão das estrelas, é possível
conhecer os elementos que as constituem.
2. Podemos saber com precisão que o Sol é composto de hidrogênio e hélio por meio da
análise das linhas espectrais de emissão da luz emitida por ele.
3. Em geral, o espectro constitui-se de diferentes séries de linhas para um determinado
elemento. Logo, os espectros funcionam como uma “impressão digital”, fornecendo
informações sobre a composição química de determinado corpo.
LIÇÃO DE CASA
Página 30
1. O objetivo é que o aluno possa justificar o fato das raias, utilizando a série de
Balmer.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
11
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7
O PODEROSO LASER
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 31
1. A luz emitida por um laser é monocromática. Já a luz emitida por uma lanterna é
policromática.
PESQUISA EM GRUPO
Página 34
• Um elétron é estimulado quando um fóton, cuja energia é suficiente para
proporcionar um salto quântico entre os níveis de energia permitido, é absorvido por
ele.
VOCÊ APRENDEU?
Página 35
• Um feixe de laser é coerente, monocromático e colimado. Essas são suas principais
características.
LIÇÃO DE CASA
Página 35
1. Sabemos que a energia de um fóton é dada por E = h x f, logo, a energia de n fótons
será E = n(fótons) x h x f.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
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fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzverde J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
2,7 10
6,63 10 5,5 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 5,5 10
fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzvermelha J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
3,3 10
6,63 10 4,57 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 4,57 10
fótons
J s Hz
n fótons J
E n fótons h f luzaul J n fótons J s Hz
18
34 14
34 14
2,18 10
6,63 10 6,91 10
( ) 1
( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 6,91 10
2. Explorar a animação sobre laser.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
13
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8
FORMAÇÃO NUCLEAR
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 37
1. Do ponto de vista da Física, a mola representa a repulsão elétrica, que só ocorre com
cargas de mesmo sinal. Por isso, colocamos uma mola apenas entre dois prótons e
não entre um próton e um nêutron.
2. Espera-se que seja dito que foi no arranjo onde existe a ligação entre nêutron e
próton, onde não há uma mola (“repulsão elétrica”) para dificultar a união do núcleo.
3. Espera-se que seja dito que a importância do nêutron esteja relacionada com a
estabilidade nuclear. No núcleo, os nêutrons “isolam” os prótons, diminuindo a
repulsão elétrica entre eles e tornando o núcleo mais estável.
Leitura e Análise de Texto
Página 39
1. Sim, existe. A estabilidade do núcleo se deve a uma força de atração chamada força
forte. Esta força une as partículas presentes no núcleo, agindo entre prótons, entre
nêutrons ou entre prótons e nêutrons.
2. A diferença entre a interação nuclear e as interações gravitacionais, elétricas e
magnéticas é que a interação nuclear é muito mais intensa que as demais (como seu
próprio nome diz), mas tem curto alcance, agindo somente nas partículas que
constituem o núcleo do átomo. Já as outras interações possuem um longo alcance, no
entanto, sua intensidade diminui com o quadrado da distância.
3. O raio r do núcleo depende do número de massa A e pode ser determinado
aproximadamente por meio da seguinte expressão:
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
14
r (1.21015) 3 A .
Assim, tem-se,
Raio do núcleo do hidrogênio (A=1): r (1,2 1015 ) 3 1 1,2 1015m;
Raio do núcleo do bismuto (A= 209): r (1,2 1015 ) 3 209 7,12 1015m.
Leitura e Análise de Texto
Página 40
1. Para que um núcleo seja estável, é preciso que a repulsão elétrica entre os prótons
seja compensada pela atração entre os núcleons devido à interação nuclear forte,
assim, elementos com número de nêutrons e número de prótons iguais são mais
estáveis. Um átomo é instável quando o número de prótons supera em muito o
número de nêutrons ou vice-versa. Isso torna o núcleo instável e suscetível de emitir
partículas e energia por decaimento radioativo, até que o núcleo adquira estabilidade.
2.
Estáveis Instáveis
1. Platina (Pt): Z=78 1. Rádio (Ra): Z = 88
2. Enxofre (S): Z=16 2. Tório (Th): Z = 90
3. Alumínio (Al): Z=13 3. Urânio (U): Z = 92
4. Oxigênio (O): Z=8 4. Polônio (Po): Z=84
5. Ouro ( Au): Z = 79 5. Plutônio (Pu): Z=94
3. É mais fácil remover um elétron, pois esse está unido ao núcleo por meio de uma
interação elétrica (força de atração elétrica). Já o próton, está unido ao núcleo
atômico por meio da interação forte (força forte), que tem pouco alcance, mas é
muito mais forte do que a força elétrica. Assim, é mais fácil remover elétrons do que
prótons.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
15
VOCÊ APRENDEU?
Página 42
1. Porque existe uma força de atração entre o núcleons que mantém essas partículas
unidas. Essa força de atração chama-se força forte.
2. O nêutron ajuda a equilibrar o balanço entre a força forte, que é atrativa, e a força
elétrica, repulsiva, pois ele é sensível somente à força forte.
LIÇÃO DE CASA
Página 42
Em 26 de dezembro de 1898, Pierre e Marie Curie anunciaram a descoberta do
elemento rádio. Tempos depois, com a contribuição de outros cientistas, como
Becquerel, Thomson e Ernest Rutherford, foi percebido que o rádio emitia radiação,
enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas com cargas positivas,
que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética
de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Assim, os elementos
que exibem esse comportamento passaram a ser chamados de radiativos e ao processo
de emissão de partículas e energia por esses elementos, de radioatividade. Ambos os
termos derivaram do nome do elemento rádio.
Todos os elementos mais pesados, como se verifica, são inerentemente instáveis e se
acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio altera a si mesmo
repetidamente, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após
milhares de anos. Agora chamamos este processo de "decaimento radioativo” e temos
um conhecimento detalhado de cadeias de decaimento. Por exemplo:
Urânio Tório Rádio Radônio Polônio Chumbo
A mudança, a transmutação, é o que causa a radiação.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9
DECAIMENTOS NUCLEARES: UMA FAMÍLIA MUITO
ESTRANHA
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 43
1. Alternativa e. Como no decaimento alfa, o elemento perde duas unidades no número
atômico, que define o elemento, e quatro unidades no número de massa, o núcleo
resultante é o Tório 234.
2. Alternativa b. A diminuição do número atômico ocorre quando um próton se
transforma em nêutron e emite um pósitron β+.
3. Em muitos casos é necessária uma determinada quantidade de emissões para que o
núcleo se estabilize. Essas emissões são chamadas de Famílias Radioativas ou Série
de Decaimentos. Existem na natureza três séries naturais, nas quais os elementos
radioativos, Urânio ou Tório, se estabilizam em algum isótopo de chumbo.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 10
DESVENDANDO O QUE HÁ POR DENTRO DA “CAIXA-PRETA”
Leitura e Análise de Texto
Página 46
1. O número de prótons dentro do núcleo determina o elemento. Por exemplo, um
carbono sempre terá 6 prótons e um nitrogênio sempre terá 7 prótons. Agora o
número de nêutrons dentro do núcleo pode variar. Então o carbono pode ter 6, 7 e
possivelmente 8 nêutrons, mas sempre 6 prótons. Um isótopo é qualquer uma das
diferentes formas de um elemento, cada uma tendo um número diferente de nêutrons.
Neste caso o Carbono-14 (6 prótons e 8 nêutrons) é um isótopo do Carbono-12 (6
prótons e 6 nêutrons), que é o carbono mais comum. Alguns isótopos são instáveis e
eles podem, espontaneamente, se transformar num outro tipo de átomo por meio de
um decaimento radioativo, o que os torna radioativos. No caso do Carbono-14, como
este processo acontece num índice conhecido, os geologistas tentam usá-lo como um
relógio para dizer quanto tempo atrás uma rocha ou um fóssil foi formado. O
Carbono-14, então, pode ser usado para datar os fósseis e também as rochas para
determinar a idade da Terra.
2. Os “traçadores” radioativos são substâncias radioativas que podem ser ingeridas ou
injetadas na corrente sanguínea. Elas correm no sangue e se alojam nas estruturas
que serão analisadas. Por meio desses traçadores, diversas anormalidades podem ser
detectadas.
3.
I. Isótopo radioativo fósforo-32: tumores cancerígenos.
II. Iodo radioativo: a glândula tireóide.
GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3
18
VOCÊ APRENDEU?
Página 48
1. As afirmações corretas são as que representam a relação entre a energia de uma
radiação eletromagnética, sua frequência e seu comprimento de onda:
E E E h f h c final inicial , o que indica a alternativa d como correta.
2. Sabemos que a fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável e que a meiavida
do material (tempo necessário para que a taxa de emissão se reduza à metade) é
de 6 meses, assim, chamando E de emissão e T de nível tolerável, queremos saber o
tempo mínimo (t), em anos, necessário para que E=T:
t t
t t
E T T T T
4
100 1
2
100 1
2
100 1
2
100 1 2
2
2
1 , assim, para que
E=T, basta fazer:
t anos
t t t t
t
3,321
3,321
log 4
100 4 2 log 4 2 log 4 2
4
1
100
1
LIÇÃO DE CASA
Página 48
1. No processo de obtenção de imagem por tomografia computadorizada, isótopos de
elementos comuns que emitem pósitrons como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio
são injetados no paciente. Quando um pósitron encontra um elétron, eles se
aniquilam, produzindo dois fótons de raios γ. Esses fótons são detectados por uma
rede circular de detectores e uma imagem da região que está sendo analisada é
construída por um computador.
2. Pesquisa sobre aplicações do laser na Medicina.
quinta-feira, 24 de setembro de 2009
calendario das avaliaçoes
22/09/09
1ªF
2ªA
24/09/09
2ª D
25/09/09
1ª A
1ªD
29/09/09
1ªB
2ªC
30/09/09
1ª C
1ªE
3ªA
3ªB
2/10/09
2ªB
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