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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.