tag:blogger.com,1999:blog-61627071021666611302024-03-08T13:49:03.556-08:00AULAS DE FÍSICAaulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.comBlogger16125tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-53459446451317665492009-11-13T12:47:00.000-08:002009-11-13T12:52:54.955-08:00Resumo :- Resistores.......a) Gerador elétrico<br />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.<br />• Químicos: aqueles que transformam energia química em energia elétrica. Exemplos: pilha e bateria.<br />• Mecânicos: aqueles que transformam energia mecânica em elétrica. Exemplo: dínamo de motor de automóvel.<br /><br /> i<br /> + -<br /><br /><br /><br />b) Receptor elétrico<br />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.<br /><br /> i<br /> + -<br /><br /><br /><br />c) Resistor elétrico<br />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.<br /><br /><br /><br /><br />RESISTORES<br />"Resistores são elementos de circuito que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica."<br /><br />Lei de Ohm<br /> R i <br /><br /> U<br />U = R.i<br /><br />U = (ddp) diferença de potencial (V)<br />R = resistência elétrica ( )<br />i = corrente elétrica (A)<br /><br />No SI, a unidade de resistência elétrica é o ohm ( )<br /><br />Curva característica de um resistor ôhmico<br /><br /> U<br /> <br /> U3<br /> U2<br /> U1<br /><br /><br /> 0 i1 i2 i3 i<br /><br /> (constante)<br /><br />ENERGIA CONSUMIDA<br /><br />E = P. t<br /><br />E = energia (J, KWh)<br />P = potência (W)<br />t = tempo (s)<br /><br />No SI a unidade de energia é o joule (J), mas também é muito utilizado o kWh.<br />1kWh é a energia consumida, com potência de 1kW, durante 1 hora.<br /><br />ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES<br /><br />Associação de resistores em série<br />"Vários resistores estão associados em série quando são ligados um em seguida do outro, de modo a serem percorridos pela mesma corrente."<br /> i R1 R2 R3<br /> <br /><br /> U1 U2 U3 <br /><br /> i Req<br /><br /> <br /> U<br /><br />Req = resistência equivalente ( )<br />U = ddp da associação (V)<br /><br />U = U1 + U2 + U3<br />i = i1 = i2 = i3<br />Req = R1 + R2 + R3<br /><br /><br />Exercícios<br />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.<br /><br /> R1=2 R2=4 R3=6<br />A B<br /><br /> U=36V<br /><br />Leituras no Amperímetro e no Voltímetro<br /><br />- Amperímetro ideal: não tem resistência interna (é ligado em série).<br />- Voltímetro ideal: tem resistência interna infinitamente grande (é ligado em paralelo).<br /><br /><br />Gerador elétrico<br />"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."<br /><br /> i - + r<br /><br /> E<br /><br /> U<br /><br />U = E - r.i<br /><br /><br />Circuitos elétricos<br /><br /><br /><br /> = soma de todas as forças eletromotrizes do circuito.<br />= soma de as resistências do mesmo circuito.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-84479376067440028902009-11-13T12:34:00.000-08:002009-11-13T12:35:17.732-08:00DPs Física 4º bimestre conteúdos p/ estudar efazer pesquisaEE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<br />PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 1ª SÉRIE - ENSINO MÉDIO<br />PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<br /><br />ESTUDAR PARA PROVA:-<br />O Universo, sua origem e compreensão humana:<br />• 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 <br />• Noções referenciais e forças inerciais; elementos da exploração espacial: estações de sondas, telescópios, ônibus espacial, satélites artificial, foguete espacial.<br />Estimativas das ordens de grandeza de medidas astronômicas para situar a vida em geral, e vida humana em particular, temporal e espacialmente no Universo;<br /><br />PESQUISA PARA ENTREGAR:-<br />Linha do tempo sobre as idéias (dos cientistas e filósofos) a respeito do Universo:<br />Desde os gregos – modelo geocêntrico até Gamov – A teoria do Big Bang <br /><br /><br /><br />EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<br />PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 2ªSÉRIE - ENSINO MÉDIO<br />PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<br /><br />ESTUDAR PARA PROVA:-<br />Luz e cor<br />• As diferenças entre cor luz e cor pigmento;<br />• Decomposição da luz branca como luz composta policromática;<br />• As três cores primárias (vermelho, verde e azul) no sistema de percepção de cores no olho humano e em equipamentos.<br />• Interação física entre luz e matéria. <br />• Emissão e absorção de diferentes cores de luz;<br /><br /><br />PESQUISA PARA ENTREGAR:-<br />Ondas eletromagnéticas<br />• Evolução histórica dos modelos de representação da luz (luz como ondas eletromagnéticas).<br />•Transmissões eletromagnéticas <br />• Produção, propagação e detecção das ondas eletromagnéticas<br />• Princípio de funcionamento dos principais equipamentos de comunicação com base na propagação de ondas eletromagnéticas (rádio, telefonia celular, fibras ópticas);<br />• Evolução histórica dos meios e da velocidade de transmissão de informação e seus impactos sociais, econômicos ou culturais.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<br />PLANO DE FÍSICA 4º Bimestre/ 2009 DP 3ª SERIE - ENSINO MÉDIO<br />PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<br /><br />ESTUDAR PARA PROVA:-<br />Partículas elementares:<br />- A concepção da matéria em diferentes períodos históricos;<br />- Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;<br />- Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa energia).<br /><br />PESQUISA PARA ENTREGAR:-<br />Eletrônica e informática <br />- Meios de comunicação analógicos e digitais; <br />- Transistores e sistemas digitais;<br />- Elementos básicos da microeletrônica no processamento e no armazenamento de informações (processadores, discos magnéticos, cds etc.);<br />- Impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-43459260265105977942009-11-13T12:28:00.000-08:002009-11-13T12:29:18.422-08:00gabarito 2ª serie volume 3GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 <br />ISSO É BARULHO OU MÚSICA? <br />Roteiro 1 - Isso é barulho ou música? Página 4 <br />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. <br />A sugestão é instigá-los a pensar que existem distinções entre os sons; e que eles podem ser classificados com base em diferenciações. <br />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. <br />Toda essa discussão, que será esclarecida ao longo das aulas, deve ser iniciada agora. <br />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 <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 6 <br />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. <br />Comece então a “afinar” a turma. Assim, as categorias “Sons desagradáveis” e “Sons”. <br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 3 <br />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. <br />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. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 UMA ENTREVISTA MUSICAL PESQUISA DE CAMPO Página 6 <br />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. <br />Leitura e Análise de Texto Página 7 <br />1. É uma onda mecânica que se propaga por meio da vibração do meio em que atravessa. <br />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. <br />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. <br />Aprendendo a Aprender Página 8 <br />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 <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 9 <br />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. <br />4. Temos: 4) . = 0,5 m, f= 680 Hz. V = ..f = 0,5 x 680 = 340 m/s. <br />LIÇÃO DE CASA Página 10 <br />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: <br />Dó 4: 261,63 Hz; <br />Dó 4 sustenido (ou Ré 4 bemol): 277,18 Hz; <br />Ré 4: 293,66 Hz; <br />Ré 4 sustenido (ou Mi 4 bemol): 311,13 Hz; <br />Mi 4: 329,63 Hz; <br />Fá 4: 349,23 Hz; <br />Fá 4 sustenido (ou Sol 4 bemol): 369,99 Hz; <br />Sol 4: 392 Hz; <br />Sol 4 sustenido (ou Lá 4 bemol): 415,3 Hz; <br />Lá 4: 440 Hz; <br />Lá 4 sustenido (ou Si 4 bemol): 466,16 Hz; <br />Si 4: 493.88 Hz. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 UMA AULA DO BARULHO Leitura e Análise de Texto Página 11 <br />A questão 1 trabalha a competência de leitura e a utilização da linguagem gráfica. <br />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. <br />Leitura e Análise de Imagem Página 13 <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 14 <br />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). <br />LIÇÃO DE CASA Página 15 <br />1. a) Comprimento de Onda . metro (m). Frequência . hertz (Hz) . Hz = s -1. <br />Velocidade de Propagação . m/s. Amplitude . m. Período . segundo (s). <br />b) Feminino: agudo . soprano, médio . meso-soprano, grave . contralto. <br />Masculino: agudo . tenor, médio . barítono, grave . baixo. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 FAZENDO UM SOM Página 15 <br />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. <br />Leitura e Análise de Texto Página 18 <br />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. <br />4. n equivale ao número de picos e vales que teremos na corda <br />VOCÊ APRENDEU? Página 22 <br />1. Todos produzem o som a partir da vibração de um ou mais componentes do instrumento. <br />2. O conjunto de harmônicos que compõe a nota em cada instrumento é diferente, pois <br />depende de característica intrínsecas dos mesmos. Portanto o som será diferente, ou seja, a diferença está no timbre. <br />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. <br />4. O corpo é utilizado como uma caixa de ressonância, permitindo assim amplificar o som. <br />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. <br />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). <br />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 <br />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 . <br />LIÇÃO DE CASA Página 23 <br />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.<br />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. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5 UMA ENTREVISTA DO BARULHO VOCÊ APRENDEU? Página 26 <br />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. <br />LIÇÃO DE CASA Página 26 <br />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. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6 VENDO O MUNDO Roteiro 6 – Vendo o Mundo Página 27 <br />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). <br />PRODUTORES OU REFLETORES REFRATORES ABSORVEDORES FONTES DE LUZ <br />Lâmpada Espelho Lente Filme fotográfico Sol Lua Atmosfera Objetos escuros Fogo Objetos Vidro Plantas <br />Flash Tela de cinema Água Atmosfera Vela Vidro Óculos <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 28 <br />1. O olho é um sistema sensível à luz proveniente de objetos, luminosos ou iluminados. <br />Ou seja, caso não haja nenhuma fonte emitindo luz, não há nada que nossos olhos possam captar. <br />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. <br />LIÇÃO DE CASA Página 29 <br />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. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7 A CÂMARA ESCURA Roteiro 7 – A câmara escura Página 29 <br />Neste roteiro o objetivo das questões é orientar para as relações de proporcionalidade Oi descritas em . <br />. Bem como uma melhor compreensão do funcionamento dos do di olhos e máquinas fotográficas. <br />Aprendendo a Aprender Página 31 <br />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. <br />2. Essa demonstração pode também ser feita em sala de aula, para tornar mais claro aos alunos a sua compreensão. <br />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. <br />LIÇÃO DE CASA Página 34 <br />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. <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8 REFLETINDO ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO Página 35 <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 39 <br />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. <br />À distância da imagem até o espelho também será a mesma do homem até o espelho, 15 metros. <br />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 <br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9 REFRATANDO Leitura e Análise de Texto Página 42 <br />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. <br />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. <br />Construindo e analisando imagens formadas pelas lentes Página 47 <br />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. <br />VOCÊ APRENDEU? Página 48 <br />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. <br />LIÇÃO DE CASA Página 48 1. 1 1 1 e oi , onde A é o aumento. <br />.. A .. fdd dd oi oi 2. Verificar se os alunos entenderam a diferença de funcionamento de cada um desses objetos.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-10192010721675844562009-11-13T12:25:00.000-08:002009-11-13T12:27:06.284-08:00<span style="font-weight:bold;">GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 2</span><br />1 FORMAS DE ENERGIA ENVOLVIDAS EM MOVIMENTOS DO COTIDIANO Página 3<br />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.<br />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.<br />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.<br />2<br />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<br />os alunos identifiquem.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 5<br />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<br />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.<br />3. Ao retirar o parafuso, a lata não volta, isso porque sem parafuso não haverá torção noelástico, não ocorrendo armazenamento da energia potencial elástica.<br />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.<br />3<br />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.<br />Leitura e Análise de TextoPágina 7<br />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).<br />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.<br />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<br />oscilação das moléculas de água contida nos alimentos, que em seguida étransformada em energia térmica, aquecendo todo o alimento.<br />4Aprendendo a AprenderPágina 9<br />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<br />sistema de reaproveitamento conseguiria armazenar mais energia, pois tem maiorenergia cinética para uma mesma velocidade.<br />LIÇÃO DE CASAPágina 10<br /> <br />1.E = m g h.<br />E = 7(kg). 10 (m/s2) . 1,5 (m).<br />E = 105 Joules.<br />2.Ec = (m v2)/2.<br />Ec = 850 (kg) . [30 (m/s)]2/2.<br />Ec = 382 500 Joules.<br />3.Ec = (m v2)/2.<br />Ec = 45 000 (kg) . [5 (m/s)]2/2.<br />Ec = 562 500 Joules.<br /> <br />5PESQUISA INDIVIDUALPágina 11<br />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 –<br />“Imagem quântica no filme e na TV”) .<br />6SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DO COTIDIANOPágina11<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />e)E = m g h<br />E = 490 (kg) 10 (m/s2) 5 (m)<br />E = 24 500 Joules.<br />Como o sistema pode ser considerado conservativo a energia cinética ao atingiraestaca também é Ec = 24 500 Joules.<br />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.<br />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.<br /> E = F . S<br />24 500 (J) = F (N) . 3x10-2 (m)<br />F = 816.666 N<br />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.<br />LIÇÃO DE CASAPágina 15<br />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).<br />2. Para completar a tabela.Para a queda de 320 metros:Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 320 (m) = 3,2 Joules.<br />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.<br />9<br />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.<br />10SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3RISCOS DA ALTA VELOCIDADE EM VEÍCULOSPágina 17<br />Uma referência para a tabela é a seguinte:<br /> <br />Velocidade<br />Distância<br />percorrida até<br />reagir<br />Distância percorrida<br />freando<br />Distância total<br />percorrida<br /> <br />20 km/h (5,5 m/s) 3,3 1,8 5,1<br />36 km/h (10m/s) 6,0 6,0 12,0<br />45 km/h (12,5 m/s) 7,5 9,3 16,8<br />72 km/h (20 m/s) 12,0 24,0 36,0<br />80 km/h (22,2 m/s) 13,3 29,6 42,9<br />90 km/h ( 25 m/s) 15,0 37,5 52,5<br />108,0 km/h (30,0 m/s) 18,0 54,0 72,0<br />120,0 km/h (33,3 m/s) 20,0 66,5 86,5<br />144,0 km/h (40,0 m/s) 24,0 96,0 120,0<br />180,0 km/h (50,0 m/s) 30,0 150,0 180,0<br /> <br />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.<br />11<br />E F distância c atrito . logo,mv ( m.g.0,8)distância20 .2 <br />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<br />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<br />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.<br />VOCÊ APRENDEU?Página 20<br />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<br />12<br />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.<br />PESQUISA INDIVIDUALPágina 21<br />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<br />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.<br />LIÇÃO DE CASAPágina 22<br />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.<br />Assim a energia armazenada é E = 92,5 J =[(2,5 + 1,2) (m)/2].50 (N).<br />14SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MECÂNICASPágina 24<br />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<br />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<br />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.<br />15<br />4.• Vantagens/ Problemas:<br />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.<br />• Conquistas / Problemas:<br />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.<br />• Vantagens / Desvantagens:<br />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.<br />LIÇÃO DE CASAPágina 29<br />A redação deve articular partes das letras dessas músicas com as discussõesestabelecidas nos três grupos.<br />17 VALIANDOSITUAÇOESE EQUILÍBRIO ESTÁTICOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 31<br />3. Os diagramas devem ser semelhantes a esses:Fmão FelDinamômetro SuporteFel PesoPeso do dinamômetro<br />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).<br />18LIÇÃO DE CASAPágina 35<br />1. O peso do caminhão é a soma das medidas nas balanças, portanto a resposta corretaestá presente na alternativa e) 60 000 N.<br />2.a) A constante elástica pode ser obtida pela Lei de Hooke, sendo nesse casodeterminado o valor de k = 10 N/m.<br />b) A massa é de 0,5 kg (correspondente ao peso de 5 N).<br />c) Pode-se calcular o trabalho pela diferença da energia potencial elástica nas duasconfigurações: E = 1,25 J – 0,45 J = 0,8 J.<br />6O TORQUE EM SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIOROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 37<br />1. A balança permanece em equilíbrio. Trata-se do equilíbrio do torque utilizandoforças iguais a distâncias iguais, produzindo torques cuja resultante é zero.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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.<br />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<br />Página 40<br />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.<br />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.<br />21LIÇÃO DE CASAPágina 42<br />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.<br />2 AMPLIAÇÃO DE FORÇAS: AUMENTANDO O DESLOCAMENTONA REALIZAÇÃO DE TRABALHOPágina 44<br />1. Utilizo uma chave de fenda, que tem um eixo mais grosso na empunhadura e maisfino na ponta em que fica o parafuso.<br />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.<br />23Aprendendo a AprenderPágina 46<br />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<br />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<br />pelo eixo, assim a força aplicada pela pessoa é menor que a força aplicada aoparafuso, ou seja, amplifica nossa força.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-44584553854976943252009-11-13T12:19:00.000-08:002009-11-13T12:22:41.314-08:00DPs Física conteúdos p/ estudar efazer pesquisa<meta equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"><meta name="ProgId" content="Word.Document"><meta name="Generator" content="Microsoft Word 10"><meta name="Originator" content="Microsoft Word 10"><link rel="File-List" href="file:///C:%5CDOCUME%7E1%5CNeide%5CCONFIG%7E1%5CTemp%5Cmsohtml1%5C01%5Cclip_filelist.xml"><!--[if gte mso 9]><xml> <w:worddocument> <w:view>Normal</w:View> <w:zoom>0</w:Zoom> <w:hyphenationzone>21</w:HyphenationZone> <w:compatibility> <w:breakwrappedtables/> <w:snaptogridincell/> <w:wraptextwithpunct/> <w:useasianbreakrules/> </w:Compatibility> <w:browserlevel>MicrosoftInternetExplorer4</w:BrowserLevel> </w:WordDocument> </xml><![endif]--><style> <!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:Tahoma; panose-1:2 11 6 4 3 5 4 4 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:swiss; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:1627421319 -2147483648 8 0 66047 0;} @font-face {font-family:"Comic Sans MS"; panose-1:3 15 7 2 3 3 2 2 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:script; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:647 0 0 0 159 0;} @font-face {font-family:FrutigerLTStd-Light; panose-1:0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:swiss; mso-font-format:other; mso-font-pitch:auto; mso-font-signature:3 0 0 0 1 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:""; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman";} @page Section1 {size:21.0cm 842.0pt; margin:2.0cm 2.0cm 2.0cm 2.0cm; mso-header-margin:35.45pt; mso-footer-margin:35.45pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} --> </style><!--[if gte mso 10]> <style> /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Tabela normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman";} </style> <![endif]--> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PLANO DE FÍSICA<span style=""> </span>4º Bimestre/ 2009<span style=""> </span>DP 1ª SÉRIE<span style=""> </span><span style=""> </span>-<span style=""> </span>ENSINO MÉDIO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">ESTUDAR PARA PROVA:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style="text-align: justify;"><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">O Universo, sua origem e compreensão<span style=""> </span>humana:<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• 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 <span style=""> </span><o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Noções referenciais e forças inerciais; elementos da exploração espacial: estações de sondas, telescópios, ônibus espacial, satélites artificial, foguete espacial.<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style="text-align: justify;"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">Estimativas das ordens de grandeza de medidas astronômicas para situar a vida em geral, e vida humana em particular, temporal e espacialmente no Universo;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">PESQUISA PARA ENTREGAR:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">Linha do tempo sobre as idéias (dos cientistas e filósofos) a respeito do Universo:<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">Desde os gregos – modelo geocêntrico até Gamov – A teoria do Big Bang <o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PLANO DE FÍSICA<span style=""> </span><span style=""> </span>4º Bimestre/ 2009<span style=""> </span>DP 2ªSÉRIE<span style=""> </span>-<span style=""> </span>ENSINO MÉDIO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">ESTUDAR PARA PROVA:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">Luz e cor<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• As diferenças entre cor luz e cor pigmento;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Decomposição da luz branca como luz composta policromática;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• As três cores primárias (vermelho, verde e azul) no sistema de percepção de cores no olho humano e em equipamentos.<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Interação física entre luz e matéria. <o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Emissão e absorção de diferentes cores de luz;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">PESQUISA PARA ENTREGAR:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">Ondas eletromagnéticas<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Evolução histórica dos modelos de representação da luz (luz como ondas eletromagnéticas).<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">•Transmissões eletromagnéticas <o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Produção, propagação e detecção das ondas eletromagnéticas<b style=""><o:p></o:p></b></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Princípio de funcionamento dos principais equipamentos de comunicação com base na propagação de ondas eletromagnéticas (rádio, telefonia celular, fibras ópticas);<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">• Evolução histórica dos meios e da velocidade de transmissão de informação e seus impactos sociais, econômicos ou culturais.<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> <p class="MsoNormal"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> <p class="MsoNormal"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> <p class="MsoNormal"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">EE. PROF: LAUDO FERREIRA DE CAMARGO, MINISTRO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PLANO DE FÍSICA<span style=""> </span><span style=""> </span>4º Bimestre/ 2009<span style=""> </span>DP 3ª SERIE<span style=""> </span>-<span style=""> </span>ENSINO MÉDIO<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">PROFª.: Neide Barbosa Pinheiro<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;"><o:p> </o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS"; color: black;">ESTUDAR PARA PROVA:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">Partículas elementares:<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- A concepção da matéria em diferentes períodos históricos;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa energia).<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">PESQUISA PARA ENTREGAR:-<o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><b style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">Eletrônica e informática <o:p></o:p></span></b></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Meios de comunicação analógicos e digitais; <o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Transistores e sistemas digitais;<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Elementos básicos da microeletrônica no processamento e no armazenamento de informações (processadores, discos magnéticos, cds etc.);<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal" style=""><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";">- Impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea.<o:p></o:p></span></p> <p class="MsoNormal"><span style="font-size: 10pt; font-family: "Comic Sans MS";"><o:p> </o:p></span></p> aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-28103334671261719752009-10-25T05:27:00.000-07:002009-10-25T05:38:36.049-07:00gabarito volume 3 3ª serieGABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />1<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1<br />OBJETOS QUE COMPÕEM O NOSSO MUNDO: SEMELHANÇAS E<br />DIFERENÇAS<br />Problematizando e classificando<br />Página 4<br />As respostas e orientações relativas a todas as perguntas propostas nos roteiros de<br />atividades são apresentadas no Caderno do Professor. Novas respostas serão inseridas<br />no caso de existirem novas questões ou questões modificadas!<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 5<br />1. Vimos que, se o núcleo de um átomo de hidrogênio fosse do tamanho da cabeça de<br />um alfinete (1 mm), então o elétron estaria, aproximadamente, a uns 70 metros de<br />distância. Assim, podemos escrever a seguinte relação de proporção:<br />distância do vizinho<br />tamanho da casa<br />m<br />x m <br /><br />70<br />1 10 3<br />.<br />Então, sabendo o tamanho da casa (“núcleo do átomo de hidrogênio”), pode-se obter<br />a distância do vizinho (“o elétron”).<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 7<br />1. A transparência e opacidade são características que dependem da organização<br />espacial dos átomos que compõem os materiais.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />2<br />2. A classificação se vincula com informações comuns a todos os átomos de um<br />determinado material, por exemplo, número de elétrons, número de prótons e de<br />nêutrons, etc.<br />3. O estado físico de um corpo está associado com o potencial de ligação entre seus<br />átomos e moléculas. Usando a água como exemplo, tem-se que no estado sólido<br />(gelo), o potencial de ligação é representado como se as moléculas fossem ligadas<br />por uma mola: elas podem vibrar em conjunto, cada qual em uma posição de<br />equilíbrio. No estado líquido, esse potencial é mais fraco, mas ainda suficiente para<br />manter as moléculas ligadas umas às outras, a maior liberdade de movimentação<br />explica a fluidez da água. No estado gasoso (vapor), o potencial de ligação entre as<br />moléculas pode ser considerado nulo e por isso uma molécula pode se movimentar<br />de forma independente da outra.<br />4. Basta lembrar que uma cabeça de alfinete tem 1mm = 10-3m e que na espessura de<br />uma folha de papel A4 (75 g/cm3), há, aproximadamente, 1.000.000 de átomos.<br />Logo, se um átomo fosse do tamanho de uma cabeça de alfinete, a espessura da folha<br />de papel teria: 1.000.000x103m 1.000m 1km .<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 7<br />1. O quanto um determinado objeto conduz bem o calor depende das ligações em sua<br />estrutura atômica ou molecular. A condução de calor ocorre por meio de colisões<br />atômicas e eletrônicas.<br />Os metais possuem os elétrons externos mais “fracamente” ligados, que são livres<br />para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por essa razão eles<br />são excelentes condutores de calor e de eletricidade. Lã, madeira, papel, cortiça e<br />isopor, por outro lado, são maus condutores de calor. Os elétrons mais externos dos<br />átomos desses materiais estão firmemente ligados. Os maus condutores são<br />denominados isolantes.<br />2. Aqui, basta calcular a massa de uma colherzinha de café e usar o valor da densidade<br />de uma barra de ferro (7,86 g/cm3) para obter o seu volume. Sabendo que em um<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />3<br />volume de V= 1,183 x 10–29m3 existe um átomo de ferro, o número de átomos de<br />ferro presentes na colherzinha será obtido dividindo-se o volume da colher por<br />1,183 x 10–29m3.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />4<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />COMO PODEMOS “VER” UM ÁTOMO?<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 12<br />1. No modelo atômico de Rutherford, o átomo não é maciço, mas formado por uma<br />região central, denominada núcleo, muito pequeno em relação ao diâmetro atômico.<br />Esse núcleo concentra praticamente toda a massa do átomo e é dotado de carga<br />elétrica positiva, onde estão os prótons. Na região ao redor do núcleo, denominada de<br />eletrosfera, estão girando em órbitas circulares os elétrons (partículas muito mais<br />leves que os prótons), neutralizando a carga nuclear.<br />2. Porque o núcleo é muito menor que o átomo. Existem “grandes vazios” entre os<br />núcleos dos átomos que constituem a folha, assim, na experiência de Rutherford, a<br />maioria das partículas atravessa a folha sem sofrer desvio.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 12<br />1. A ideia é pesquisar os modelos de Dalton, Thomsom e Rutherford, destacando suas<br />principais diferenças e o que cada um propõe em relação às cargas elétricas.<br />2. As partículas alfas possuem carga elétrica positiva, assim, quando elas passam perto<br />do núcleo (que também tem carga positiva) sofrem repulsão elétrica, o que causa<br />desvio de trajetória.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />5<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />DADOS QUÂNTICOS<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 14<br />• Basta utilizar a expressão dos níveis de energia do hidrogênio 2<br />13,60<br />n<br />E eV n <br />NIVEL 1: eV E eV 13,60<br />1<br />13,60<br />1 2 ;<br />NIVEL 2: eV E eV 6,8<br />2<br />13,60<br />2 2 ;<br />NIVEL 3: eV E eV 4,53<br />3<br />13,60<br />3 2 ;<br />NIVEL 4: eV E eV 3,4<br />4<br />13,60<br />4 2 ;<br />NIVEL 5: eV E eV 2,72<br />5<br />13,60<br />5 2 .<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 17<br />1. O problema era que, segundo a eletrodinâmica clássica, toda partícula carregada em<br />movimento deveria emitir energia. Desta forma, o elétron do modelo atômico,<br />proposto por Rutherford, deveria ir perdendo energia, diminuindo sua velocidade e<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />6<br />indo em direção ao núcleo, em um movimento espiralado. No entanto, isso não<br />acontecia.<br />2. Porque as quantidades de energias absorvidas e emitidas por um átomo, de acordo<br />com o modelo de Bohr, são bem determinadas, específicas e “quantizadas”.<br />3. É necessário que o elétron absorva determinada quantidade de energia, cujo valor<br />deve corresponder exatamente à diferença de energia entre o nível mais energético e<br />o menos energético.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 17<br />1.<br />a) Ao realizar esse “salto”, o elétron emitiu energia. Para calcular o valor dessa<br />energia, basta utilizar os valores obtidos anteriormente:<br />E E E 4,53eV ( 13,60eV) 9,07eV 3 1 .<br />b) Sabendo que 1eV 1,6x1019 J , temos que 9,07eV 1,45x1018 J . Lembrando<br />que E h f , onde h 6,626 1034 J s (constante de Planck) e f é a frequência do<br />fóton, tem-se: 15 1<br />34<br />18<br />2,18 10<br />6,626 10<br />1,45 10 <br /><br /><br /> <br /> <br /><br /> s<br />J s<br />f J ( ou Hz).<br />2. A ideia é utilizar a simulação como objeto de aprendizagem virtual.<br />3. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica<br />atingida por radiação eletromagnética. Nos metais, os elétrons mais externos (os que<br />absorvem a energia da radiação eletromagnética) estão ligados de maneira mais<br />“fraca”, ou seja, facilitando a ocorrência do efeito fotoelétrico. Logo, o efeito<br />fotoelétrico acontece, preferencialmente, em superfícies metálicas.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />7<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAIS<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 19<br />1. A importância se deve à possibilidade de se determinar a composição material do Sol<br />e das estrelas fixas com o mesmo grau de certeza com que podemos constatar com<br />nossos reagentes a presença de óxido de enxofre e cloro. Por esse método (análise<br />das linhas escuras de um espectro) também é possível determinar a composição da<br />matéria terrestre, distinguindo as partes componentes, com a mesma facilidade com<br />que se distingue a matéria contida no Sol.<br />2. Pela possibilidade de determinar um grande número de substâncias em uma amostra,<br />através da mera observação (análise do espectro).<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 20<br />1. Chama-se “espectro” a faixa de comprimentos de onda de uma determinada radiação.<br />A luz visível, por exemplo, possui um espectro que vai do vermelho (656 109m) até<br />o violeta (410 109m) .<br />2. Com o uso dos espectros, é possível saber precisamente a composição de um corpo<br />por meio da análise espectral de sua radiação. Assim, é possível estudar a<br />composição de objetos distantes e “inacessíveis”, como o sol.<br />3. Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio<br />causa a presença de linhas escuras (absorção). O número e a posição destas linhas<br />(espectro de absorção) dependem dos elementos químicos presentes no gás.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />8<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 21<br />1. Oxigênio e Carbono.<br />2. No espectro de emissão, um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes<br />(de emissão). Já no espectro de absorção, se um espectro contínuo passar por um gás<br />à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (absorção).<br />As figuras no texto “Leis de Kirchhoff” ilustram os dois processos.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />9<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />UM EQUIPAMENTO ASTRONÔMICO<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 24<br />1. Podemos obter o espectro da luz visível fazendo a luz do sol ou de uma lâmpada<br />comum (de filamento incandescente) passar através de um prisma, assim ela será<br />decomposta em várias cores. A essas cores (popularmente conhecidas como arcoíris),<br />damos o nome de espectro da luz visível.<br />2. Se fizermos a luz proveniente de uma lâmpada de gás atravessar um prisma, não<br />obteremos um espectro completo. Apenas algumas linhas estarão presentes,<br />correspondendo somente a algumas frequências das ondas de luz visível. Essas linhas<br />formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Logo, espectros de linhas e<br />espectros atômicos representam a mesma coisa.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 26<br />1. A cor de uma lâmpada depende do tipo gás que se encontra no seu interior. A luz<br />apresentará cor característica para cada elemento químico.<br />2. Um espectroscópio é um aparelho que serve para estudar a luz proveniente de vários<br />objetos.<br />3. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons, ao serem excitados por uma fonte<br />externa de energia, saltam para um nível de energia maior e, ao retornarem aos níveis<br />de menor energia, liberam energia na forma de luz (fótons). Utilizando uma chapa<br />fotográfica, podemos registrar o espectro dessa luz. Como houve emissão de energia<br />pelo átomo, esse espectro recebe o nome de espectro de emissão.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />10<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />ASTRÔNOMO AMADOR<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 28<br />A frequência do fóton emitido será:<br />eV eV f Hz<br />h<br />E E<br />h<br />E h f f E 15<br />15<br />4 1 2,48 10<br />4,1 10<br />3,4 ( 13,60 ) <br /><br /> <br /><br /><br /><br /><br /> .<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 30<br />1. Por meio das linhas presentes nos espectros de emissão das estrelas, é possível<br />conhecer os elementos que as constituem.<br />2. Podemos saber com precisão que o Sol é composto de hidrogênio e hélio por meio da<br />análise das linhas espectrais de emissão da luz emitida por ele.<br />3. Em geral, o espectro constitui-se de diferentes séries de linhas para um determinado<br />elemento. Logo, os espectros funcionam como uma “impressão digital”, fornecendo<br />informações sobre a composição química de determinado corpo.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 30<br />1. O objetivo é que o aluno possa justificar o fato das raias, utilizando a série de<br />Balmer.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />11<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7<br />O PODEROSO LASER<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 31<br />1. A luz emitida por um laser é monocromática. Já a luz emitida por uma lanterna é<br />policromática.<br />PESQUISA EM GRUPO<br />Página 34<br />• Um elétron é estimulado quando um fóton, cuja energia é suficiente para<br />proporcionar um salto quântico entre os níveis de energia permitido, é absorvido por<br />ele.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 35<br />• Um feixe de laser é coerente, monocromático e colimado. Essas são suas principais<br />características.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 35<br />1. Sabemos que a energia de um fóton é dada por E = h x f, logo, a energia de n fótons<br />será E = n(fótons) x h x f.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />12<br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzverde J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />2,7 10<br />6,63 10 5,5 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 5,5 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzvermelha J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />3,3 10<br />6,63 10 4,57 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 4,57 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />fótons<br />J s Hz<br />n fótons J<br />E n fótons h f luzaul J n fótons J s Hz<br />18<br />34 14<br />34 14<br />2,18 10<br />6,63 10 6,91 10<br />( ) 1<br />( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 6,91 10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />2. Explorar a animação sobre laser.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />13<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8<br />FORMAÇÃO NUCLEAR<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 37<br />1. Do ponto de vista da Física, a mola representa a repulsão elétrica, que só ocorre com<br />cargas de mesmo sinal. Por isso, colocamos uma mola apenas entre dois prótons e<br />não entre um próton e um nêutron.<br />2. Espera-se que seja dito que foi no arranjo onde existe a ligação entre nêutron e<br />próton, onde não há uma mola (“repulsão elétrica”) para dificultar a união do núcleo.<br />3. Espera-se que seja dito que a importância do nêutron esteja relacionada com a<br />estabilidade nuclear. No núcleo, os nêutrons “isolam” os prótons, diminuindo a<br />repulsão elétrica entre eles e tornando o núcleo mais estável.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 39<br />1. Sim, existe. A estabilidade do núcleo se deve a uma força de atração chamada força<br />forte. Esta força une as partículas presentes no núcleo, agindo entre prótons, entre<br />nêutrons ou entre prótons e nêutrons.<br />2. A diferença entre a interação nuclear e as interações gravitacionais, elétricas e<br />magnéticas é que a interação nuclear é muito mais intensa que as demais (como seu<br />próprio nome diz), mas tem curto alcance, agindo somente nas partículas que<br />constituem o núcleo do átomo. Já as outras interações possuem um longo alcance, no<br />entanto, sua intensidade diminui com o quadrado da distância.<br />3. O raio r do núcleo depende do número de massa A e pode ser determinado<br />aproximadamente por meio da seguinte expressão:<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />14<br />r (1.21015) 3 A .<br />Assim, tem-se,<br />Raio do núcleo do hidrogênio (A=1): r (1,2 1015 ) 3 1 1,2 1015m;<br />Raio do núcleo do bismuto (A= 209): r (1,2 1015 ) 3 209 7,12 1015m.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 40<br />1. Para que um núcleo seja estável, é preciso que a repulsão elétrica entre os prótons<br />seja compensada pela atração entre os núcleons devido à interação nuclear forte,<br />assim, elementos com número de nêutrons e número de prótons iguais são mais<br />estáveis. Um átomo é instável quando o número de prótons supera em muito o<br />número de nêutrons ou vice-versa. Isso torna o núcleo instável e suscetível de emitir<br />partículas e energia por decaimento radioativo, até que o núcleo adquira estabilidade.<br />2.<br />Estáveis Instáveis<br />1. Platina (Pt): Z=78 1. Rádio (Ra): Z = 88<br />2. Enxofre (S): Z=16 2. Tório (Th): Z = 90<br />3. Alumínio (Al): Z=13 3. Urânio (U): Z = 92<br />4. Oxigênio (O): Z=8 4. Polônio (Po): Z=84<br />5. Ouro ( Au): Z = 79 5. Plutônio (Pu): Z=94<br />3. É mais fácil remover um elétron, pois esse está unido ao núcleo por meio de uma<br />interação elétrica (força de atração elétrica). Já o próton, está unido ao núcleo<br />atômico por meio da interação forte (força forte), que tem pouco alcance, mas é<br />muito mais forte do que a força elétrica. Assim, é mais fácil remover elétrons do que<br />prótons.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />15<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 42<br />1. Porque existe uma força de atração entre o núcleons que mantém essas partículas<br />unidas. Essa força de atração chama-se força forte.<br />2. O nêutron ajuda a equilibrar o balanço entre a força forte, que é atrativa, e a força<br />elétrica, repulsiva, pois ele é sensível somente à força forte.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 42<br />Em 26 de dezembro de 1898, Pierre e Marie Curie anunciaram a descoberta do<br />elemento rádio. Tempos depois, com a contribuição de outros cientistas, como<br />Becquerel, Thomson e Ernest Rutherford, foi percebido que o rádio emitia radiação,<br />enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas com cargas positivas,<br />que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética<br />de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Assim, os elementos<br />que exibem esse comportamento passaram a ser chamados de radiativos e ao processo<br />de emissão de partículas e energia por esses elementos, de radioatividade. Ambos os<br />termos derivaram do nome do elemento rádio.<br />Todos os elementos mais pesados, como se verifica, são inerentemente instáveis e se<br />acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio altera a si mesmo<br />repetidamente, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após<br />milhares de anos. Agora chamamos este processo de "decaimento radioativo” e temos<br />um conhecimento detalhado de cadeias de decaimento. Por exemplo:<br />Urânio Tório Rádio Radônio Polônio Chumbo<br />A mudança, a transmutação, é o que causa a radiação.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />16<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9<br />DECAIMENTOS NUCLEARES: UMA FAMÍLIA MUITO<br />ESTRANHA<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 43<br />1. Alternativa e. Como no decaimento alfa, o elemento perde duas unidades no número<br />atômico, que define o elemento, e quatro unidades no número de massa, o núcleo<br />resultante é o Tório 234.<br />2. Alternativa b. A diminuição do número atômico ocorre quando um próton se<br />transforma em nêutron e emite um pósitron β+.<br />3. Em muitos casos é necessária uma determinada quantidade de emissões para que o<br />núcleo se estabilize. Essas emissões são chamadas de Famílias Radioativas ou Série<br />de Decaimentos. Existem na natureza três séries naturais, nas quais os elementos<br />radioativos, Urânio ou Tório, se estabilizam em algum isótopo de chumbo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />17<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 10<br />DESVENDANDO O QUE HÁ POR DENTRO DA “CAIXA-PRETA”<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 46<br />1. O número de prótons dentro do núcleo determina o elemento. Por exemplo, um<br />carbono sempre terá 6 prótons e um nitrogênio sempre terá 7 prótons. Agora o<br />número de nêutrons dentro do núcleo pode variar. Então o carbono pode ter 6, 7 e<br />possivelmente 8 nêutrons, mas sempre 6 prótons. Um isótopo é qualquer uma das<br />diferentes formas de um elemento, cada uma tendo um número diferente de nêutrons.<br />Neste caso o Carbono-14 (6 prótons e 8 nêutrons) é um isótopo do Carbono-12 (6<br />prótons e 6 nêutrons), que é o carbono mais comum. Alguns isótopos são instáveis e<br />eles podem, espontaneamente, se transformar num outro tipo de átomo por meio de<br />um decaimento radioativo, o que os torna radioativos. No caso do Carbono-14, como<br />este processo acontece num índice conhecido, os geologistas tentam usá-lo como um<br />relógio para dizer quanto tempo atrás uma rocha ou um fóssil foi formado. O<br />Carbono-14, então, pode ser usado para datar os fósseis e também as rochas para<br />determinar a idade da Terra.<br />2. Os “traçadores” radioativos são substâncias radioativas que podem ser ingeridas ou<br />injetadas na corrente sanguínea. Elas correm no sangue e se alojam nas estruturas<br />que serão analisadas. Por meio desses traçadores, diversas anormalidades podem ser<br />detectadas.<br />3.<br />I. Isótopo radioativo fósforo-32: tumores cancerígenos.<br />II. Iodo radioativo: a glândula tireóide.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 3<br />18<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 48<br />1. As afirmações corretas são as que representam a relação entre a energia de uma<br />radiação eletromagnética, sua frequência e seu comprimento de onda:<br /><br />E E E h f h c final inicial , o que indica a alternativa d como correta.<br />2. Sabemos que a fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável e que a meiavida<br />do material (tempo necessário para que a taxa de emissão se reduza à metade) é<br />de 6 meses, assim, chamando E de emissão e T de nível tolerável, queremos saber o<br />tempo mínimo (t), em anos, necessário para que E=T:<br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br /><br /> t t<br />t t<br />E T T T T<br />4<br />100 1<br />2<br />100 1<br />2<br />100 1<br />2<br />100 1 2<br />2<br />2<br />1 , assim, para que<br />E=T, basta fazer:<br />t anos<br />t t t t<br />t<br />3,321<br />3,321<br />log 4<br />100 4 2 log 4 2 log 4 2<br />4<br />1<br />100<br />1<br /> <br /> <br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 48<br />1. No processo de obtenção de imagem por tomografia computadorizada, isótopos de<br />elementos comuns que emitem pósitrons como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio<br />são injetados no paciente. Quando um pósitron encontra um elétron, eles se<br />aniquilam, produzindo dois fótons de raios γ. Esses fótons são detectados por uma<br />rede circular de detectores e uma imagem da região que está sendo analisada é<br />construída por um computador.<br />2. Pesquisa sobre aplicações do laser na Medicina.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-6304165098207299832009-09-24T07:13:00.000-07:002009-09-24T07:27:47.700-07:00calendario das avaliaçoes<p align="justify">22/09/09</p><p align="justify"></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ªF</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">2ªA</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;"></span></p><p align="justify">24/09/09</p><p align="justify"></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">2ª D</span></p><p align="justify"></p><p align="justify">25/09/09</p><p align="justify"></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ª A</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ªD</span></p><p align="justify"></p><p align="justify">29/09/09</p><p align="justify"></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ªB</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">2ªC</span></p><p align="justify"></p><p align="justify">30/09/09</p><p align="justify"></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ª C</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">1ªE</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">3ªA</span></p><p align="justify"><span style="color:#000099;">3ªB</span></p><p align="justify"></p><p align="justify">2/10/09</p><p align="justify"></p><p align="justify">2ªB</p>aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-39148199595862597552009-09-17T19:00:00.000-07:002009-09-17T19:09:33.975-07:00ATIVIDADE EM DUPLA PARA ENTREGAR DIA 01/10/09<ul><li><div align="left"><br />E.E. “____________________________________”<br />Nome: _______________________________ Nº _____ 3º ano ____<br />_______________________________ Nº______<br />Profª Neide Data: ____/___/___<br /><br /><strong>Atividade de Física<br /></strong><br />1) Dependendo da estrutura eletrônica dos átomos e das moléculas que constituem os diferentes materiais, a condutividade varia. Depois da década de 1960, foram sintetizados polímeros orgânicos com propriedades condutoras. O desenvolvimento desses materiais tem enorme aplicação tecnológica, uma vez que poderão substituir os metais nos sistemas de transmissão de energia e eletricidade.<br />Baseado nesse texto julgue os itens a seguir, (verdadeiro ou falso):<br /><br />I. ( ) Só os metais conduzem calor e eletricidade.<br />II. ( ) A condutividade é uma grandeza que permite classificar se um material é bom condutor de eletricidade ou não.<br />III. ( ) Todos os metais serão substituídos por polímeros orgânicos na condução de eletricidade.<br />IV. ( ) A condução da eletricidade depende da estrutura eletrônica dos átomos e das moléculas.<br /><br />2) Em relação a corrente elétrica, assinale certo ou errado:<br /><br />I. ( ) Os metais são bons condutores elétricos porque tem, no seu interior, um grande número de elétrons livres que podem deslocar de um ponto para o outro.<br />II. ( ) Quando submetidos à ação de um campo elétrico, os elétrons de um condutor migram para os pontos de maior potencial, configurando, dessa forma, uma corrente elétrica.<br />III.( ) Toda corrente elétrica e constituída pelo movimento de elétrons.<br />IV.( ) O filamento de uma lâmpada incandescente é um condutor metálico que, devido à passagem de corrente elétrica, atinge alta temperatura e emite radiação visível.<br /><br />3) A intensidade de corrente elétrica em uma lâmpada comum de 60 watts é 0.50A. Considere que essa lâmpada permaneça acesa durante meia hora, nessas condições determine:<br />a) O módulo da quantidade de carga que atravessa o filamento da lâmpada acesa.<br /><br />b) O número de elétrons correspondente ao item (a), sabendo que a carga do elétron vale<br />1,6 x 10ˉ19 °C.<br /><br />4) Um forno de microondas funciona ligado à rede elétrica de 220v. Em potência máxima, a intensidade de corrente elétrica é 12A.<br />a) Qual é a potência máxima do forno?<br /><br />b) Se o forno funcionar, em potência máxima, durante 2 min, o seu consumo de energia elétrica, em joules e em kwh.<br /><br />c) Coloca-se um copo de 200ml de água a 20ºC no forno, em potência máxima, durante 10s. Qual é a temperatura atingida pela água, considerando 1cal=4j e a água=1cal/gºC.<br /><br />5) O fusível é um dispositivo de proteção de aparelhos elétricos, constituído por um material que funde, devido ao efeito joule, interrompendo a passagem de corrente elétrica quando ultrapassa um determinado valor. Por exemplo, um fusível de 30A. Se isso acontecer, o fusível queima, interrompendo a passagem de corrente elétrica. Nessas condições, responda as questões:<br />a) De quantos ampères deve ser o fusível de proteção de um aparelho de 120V-600watts?<br /><br /><br /><br /><br /><br />b) Uma rede de energia elétrica de 120V possui um fusível de 20A. Quantas lâmpadas de 60w podem ser ligadas simultaneamente nessa rede sem queimar o fusível?<br /><br />6) Pedro mora em uma “república”. Na tabela abaixo estão listados os aparelhos elétricos na casa e as horas de uso, em média de cada aparelho.<br />a)Complete a tabela.<br /><br />b)Qual o aparelho de maior consumo de energia e suas intensidade elétrica?]<br /><br />c)Considerando que o preço do kwh seja R$0,17, qual é o gasto mensal de energia elétrica da “república”?<br /></div></li><li><div align="left"><strong>Levarei a tabela para que possam copiar. Não consegui postar.</strong></div></li></ul><p align="left"><strong></strong></p>aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-53844812840681994852009-09-16T14:42:00.000-07:002009-09-16T14:49:15.714-07:00Calculos para montar um Sistema SolarROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 12<br />1. O professor deve checar se a medida foi feita corretamente. Pequenos erros são<br />aceitáveis.<br />2. Verificar se o desenho corresponde à medida efetuada.<br />3. Deixar o aluno livre para decidir o grau de achatamento.<br />4. Deixar o aluno livre para decidir a rugosidade a ser representada.<br />Página 14<br />1. Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ------------------------------------ 8,85 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 8,85 x 80 / 12756 = 0,056 mm.<br />2. Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ---------------------------------- 10,911 km<br />80 mm --------------------------- 12.756 km<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />7<br />x = 10,911 x 80 / 12756 = 0,068 mm.<br />3.<br />(Achatamento da Terra) = (Diâmetro Equatorial) – (Diâmetro Polar)<br />(Achatamento da Terra) = 12.756 - 12.713 = 43 km.<br />Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ------------------------------------ 43 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 43 x 80 / 12756 = 0,270 mm.<br />4. Em geral o aluno terá exagerado tanto o achatamento quanto as dimensões do relevo.<br />Isso é esperado e é este ponto que você, professor, deve usar para a discussão.<br />5. O aluno, em geral, perceberá que imaginava a Terra muito mais áspera ou rugosa do<br />que, de fato, ela é. Nesse caso, deverá sugerir uma fruta mais esférica e de casca mais<br />lisa do que a anteriormente imaginada.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 14<br />1. É fundamental deixar a escolha livre. Geralmente os estudantes escolhem uma bola<br />bem menor do que a proporcionalmente correta.<br />2. Checar a medida.<br />3. Exemplo com bola de 80 milímetros representando a Terra:<br />x ---------------------------------- 3.476 km<br />80 mm --------------------------- 12.756 km<br />x = 3476 x 80 / 12756 = 21,8 mm.<br />4. Checar a coerência da comparação.<br />5. Checar o desenho em sua proporção. Erros pequenos são aceitáveis.<br />6. É fundamental deixar a escolha livre. Geralmente os estudantes escolhem uma<br />distância muito menor do que a proporcionalmente correta.<br />7. Exemplo com bola de 80 milímetros representando a Terra:<br />x --------------------------------- 384.405 km<br />80 mm -------------------------- 12.756 km<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />8<br />x = 384405 x 80 / 12756 = 2411 mm, ou aproximadamente 2,41 metros.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 15<br />1. O aluno deve concluir que a superfície da Terra é proporcionalmente muito mais lisa<br />do que a da casca de uma laranja, dadas as proporções entre as imperfeições na<br />superfície e o diâmetro do planeta.<br />2. Sim. A maior distância, sobre a superfície da Terra, entre dois pontos quaisquer é de<br />cerca de 20 mil quilômetros, e a Lua se situa a quase 400 mil quilômetros do nosso<br />planeta.<br />3. Não. A maior profundidade é de aproximadamente 11 quilômetros, e o raio da Terra<br />é de cerca de 6.400 quilômetros. No ponto mais fundo do oceano, teríamos<br />percorrido apenas 0,17% do trajeto até o centro da Terra.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 16<br />1. O professor deve checar as informações. Além disso, você, professor, deve verificar<br />o nível de compreensão que o aluno obteve em relação ao livro escolhido. A coesão e<br />coerência do texto redigido pelo aluno também devem ser verificadas.<br />2. O professor deve checar esses resumos, levando em consideração a coesão e<br />coerência do texto do aluno, e se a relação da história com os conceitos de Física foi<br />feita corretamente pelo aluno.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-61681960734098046382009-09-15T19:32:00.000-07:002009-09-15T19:34:52.204-07:00Apostila de Fisica - 3ªserieELETRICIDADE<br /><br />Carga elétrica<br /><br />A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons e os nêutrons; na eletrosfera: os elétrons.<br />Às partículas eletrizadas (elétrons e prótons) chamamos "carga elétrica" .<br /><br />Prótons(+)<br />Nêutrons(0)<br /> <br /> (-)Elétrons<br /><br /><br /><br /><br /><br />Condutores de eletricidade<br />São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas, devido a presença de "elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc.<br />Isolantes de eletricidade<br />São os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira seca, etc.<br /><br /><br />Princípios da eletrostática<br /><br />"Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem."<br /> <br />+<br />+<br /><br /><br />--<br />+<br />-<br />-<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />"Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante."<br /><br />Corpo neutro -> Nº prótons = Nº elétrons<br />Corpo positivo -> O corpo perdeu elétrons<br />Corpo negativo -> O corpo ganhou elétrons<br /><br />Medida da carga elétrica<br /><br />q = - n.e (se houver excesso de elétrons)<br />q = + n.e (se houver falta de elétrons)<br /><br />e = 1,6.10-19 C<br /><br />q = quantidade de carga (C)<br />n = número de cargas<br />e = carga elementar (C)<br /><br />unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C)<br /><br />É usual o emprego dos submúltiplos:<br />1 microcoulomb = 1 C = 10-6C<br />1 milecoulomb = 1mC = 10-3C<br /><br />Exercícios<br />1. Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera?<br />2. Na eletrosfera de um átomo de nitrogênio temos 10 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera?<br />3. Um corpo tem uma carga igual a -32. 10-6 C. Quantos elétrons há em excesso nele?<br />4. É dado um corpo eletrizado com carga + 6,4.10-6C. Determine o número de elétrons em falta no corpo.<br />5. Quantos elétrons em excesso tem um corpo eletrizado com carga de -16.10-9 C?<br /><br />Questões<br />6. Qual o erro na afirmação: "Uma caneta é considerada neutra eletricamente, pois não possui nem cargas positivas nem cargas negativas"?<br />7. O que acontece quando se acrescentam elétrons em um ponto de um isolante? E de um condutor?<br />8. Que tipo de carga elétrica se movimenta em um fio metálico?<br />9. O que são elétrons livres? Eles existem nos materiais condutores ou nos isolantes?<br />10. Quantos tipos de carga elétrica existem na natureza? Como se denominam?<br />11. Em que condições temos atração entre duas cargas elétricas? E em que condições elas se repelem?<br />12. O que é ligação terra?<br />PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO<br /><br />Eletrização por atrito<br />Quando dois corpos são atritados, pode ocorrer a passagem de elétrons de um corpo para outro.<br /><br /> plástico<br />--------__--<br />lã <br /><br /> + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _<br /> perde elétrons recebe elétrons<br /><br /><br />Eletrização por contato<br />Quando colocamos dois corpos condutores em contato, um eletrizado e o outro neutro, pode ocorrer a passagem de elétrons de um para o outro, fazendo com que o corpo neutro se eletrize.<br /><br /> Antes durante depois<br /><br />- -<br />- - -<br />--<br /><br />- - -<br /><br />- - - - <br /><br /><br /><br /><br />Eletrização por indução<br /> A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles.<br /><br />+ -<br />+ -<br /> <br />- - - - - - - - - <br /><br /> <br /><br /><br />Ligação com a Terra<br />"Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega."<br /><br />++++<br />- - - - -<br /> -<br /> <br /> - <br /><br /><br /><br /><br />Pêndulo eletrostático<br />O pêndulo eletrostático é constituído de uma esfera leve e pequena. Aproximando-se um corpo eletrizado da esfera neutra, ocorrerá o fenômeno da indução eletrostática na esfera e ela será atraída pelo corpo eletrizado.<br /><br /><br /><br /><br />_ _ _ _ _ _<br />= <br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo A, com carga QA = 8 C, é colocado em contato com um corpo B, inicialmente neutro. Em seguida, são afastados um do outro. Sabendo que a carga do corpo B, após o contato, é de 5 C, calcule a nova carga do corpo A.<br />2. Duas esferas metálicas idênticas, de cargas 4. 10-6C e 6.10-6C, foram colocadas em contato. Determine a carga de cada uma após o contato.<br /><br />Questões<br />3. Para evitar a formação de centelhas elétricas, os caminhões transportadores de gasolina costumam andar com uma corrente metálica arrastando-se pelo chão. Explique.<br />4. Segurando na mão uma esfera eletrizada de metal, é possível torná-la eletrizada? Por quê? Como se deve proceder para eletrizar essa esfera?<br />5. Um pedaço de borracha é atritado em uma certa região de sua superfície, adquirindo uma carga negativa naquela região. Esta carga se distribuirá na superfície de borracha? Por que?<br />6. Por que, em dias úmidos, um corpo eletrizado perde sua carga com relativa rapidez?<br />7. Que partícula é transferida de um corpo para o outro no processo de eletrização por atrito?<br /><br />LEI DE COULOMB<br />"As cargas elétricas exercem forças entre si. Essas forças obedecem ao princípio da ação e reação, ou seja, têm a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos."<br /><br /> Q1 Q2<br />+<br />+ <br /><br /> d <br /><br /><br />F= força de interação entre as cargas (N)<br />Q = carga (C)<br />d = distância entre as cargas (m)<br />K = constante eletrostática (N.m2/C2)<br />Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br /><br /><br />Exercícios<br />1. Dois corpos foram eletrizados positivamente. Um dos corpos ficou com uma carga de 10-5 C e o outro com uma carga de 10-7C. Determine a força de repulsão que aparecerá entre eles, se forem colocados a uma distância de 10-3 m um do outro. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br />2. Duas cargas de 8.10-4C e 2.10-3C estão separadas por 6 m, no vácuo. Calcule o valor da força de repulsão entre elas.<br />3. Duas cargas elétricas Q1 = 10.10-6C e Q2 = -2.10-6C estão situadas no vácuo e separadas por uma distância de 0,2 m. Qual é o valor da força de atração entre elas?<br />4. Uma carga de 10-12 C é colocada a uma distância de 10-5 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 27.10-4 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br />5. Uma carga de 10-9 C é colocada a uma distância de 2.10-2 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 9.10-5 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br />6. A que distância no vácuo devem ser colocadas duas cargas positivas e iguais a 10-4C, para que a força elétrica de repulsão entre elas tenha intensidade 10 N?<br />7. Colocam-se no vácuo duas cargas elétricas iguais a uma distância de 2 m uma da outra. A intensidade da força de repulsão entre elas é de 3,6.102 N. Determine o valor das cargas.<br />8. Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situadas no vácuo a 2 m de distância, Sabendo que a força de repulsão mútua tem intensidade 0,1 N, calcule Q.<br /><br />Questões<br />9. É possível uma carga elétrica ser atraída por três outras cargas fixas e permanecer em equilíbrio? Faça um esquema justificando a resposta.<br />10. Descreva o método utilizado por Coulomb para medir a força elétrica.<br />11. A força de interação elétrica obedece ao princípio da ação e reação?<br /><br />Exercícios complementares<br />12. A distância entre um elétron e o próton no átomo de hidrogênio é da ordem de 5,3.10-11m. Determine a a força de atração eletrostática entre as partículas.<br />13. Uma pequena esfera recebe uma carga de 40 C e outra esfera, de diâmetro igual, recebe uma carga -10 C. As esferas são colocadas em contato e afastadas de 5.10-2 m. Determine a força de interação entre elas.<br />14. Duas cargas puntiformes Q1 = 10-6 C e Q2 = 4.10-6 C estão fixas nos pontos A e B e separadas pela distância de 0,3 m no vácuo. Determine a força elétrica resultante sobre uma terceira carga Q3 = 2.10-6 C, colocada no ponto médio do segmento AB.<br /><br /> Q1 Q3 Q2<br />+<br />+<br />+ <br /><br /> d d<br /> A B<br /><br /><br />CAMPO ELÉTRICO<br />"Existe uma região de influência da carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estará sob a ação de uma força de origem elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico."<br />+<br />-<br /><br /><br /> <br /><br /> <br /><br />O campo elétrico é uma grandeza vetorial.<br />A unidade de E no SI é N/C.<br /><br /><br />E = Intensidade do campo elétrico (N/C)<br />F = Força (N)<br />q = carga de prova (C)<br /><br />Orientação do campo elétrico<br /><br /> Q +q <br />+ <br /> <br /> <br /><br /> Q -q <br />+ <br /><br /> <br /><br /><br /> Q +q<br />- <br /><br /> <br /><br /> Q -q<br />- <br /><br /> <br />Exercícios<br />1. Calcule o valor do campo elétrico num ponto do espaço, sabendo que uma força de 8N atua sobre uma carga de 2C situada nesse ponto.<br />2. Devido ao campo elétrico gerado por uma carga Q, a carga q = +2.10-5 fica submetida à força elétrica F = 4.10-2 N. Determine o valor desse campo elétrico.<br />3. O corpo eletrizado Q, positivo, produz num ponto P o campo elétrico , de intensidade 2.105 N/C. Calcule a intensidade da força produzida numa carga positiva q = 4.10-6 C colocada em P.<br />4. Em um ponto do espaço, o vetor campo elétrico tem intensidade 3,6.103 N/C. Uma carga puntiforme de 1.10-5 C colocada nesse ponto sofre a ação de uma força elétrica. Calcule a intensidade da força.<br />5. Uma carga de prova q = -3.10-6 C, colocada na presença de um campo elétrico , fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 9N, horizontal, da direita para a esquerda. Determine a intensidade do vetor campo elétrico e sua orientação.<br />6. Num ponto de um campo elétrico, o vetor campo elétrico tem direção vertical, sentido para baixo e intensidade 5.103 N/C. Coloca-se, neste ponto, uma pequena esfera de peso 2.10-3 N e eletrizada com carga desconhecida. Sabendo que a pequena esfera fica em equilíbrio, determine: a) A intensidade, a direção e o sentido da força elétrica que atua na carga; b) O valor da carga.<br />7. Sobre uma carga de 2C, situada num ponto P, age uma força de 6N. No mesmo ponto, se substituirmos a carga de por uma outra de 3C, qual será o valor da força sobre ela?<br />8. Sobre uma carga de 4C, situada num ponto P, atua uma força de 8N. Se substituirmos a carga de 4C por uma outra de 5C, qual será a intensidade da força sobre essa carga quando colocada no ponto P?<br /><br />Questões<br />9. O que acontece com um corpo eletrizado quando colocado numa região onde existe um campo elétrico?<br /><br />Campo elétrico de uma carga puntiforme<br />"O vetor campo elétrico em um ponto P independe da carga de prova nele colocada."<br /><br /> Q <br />+ P<br /> d <br /> <br /><br />Q = carga que gera o campo (C)<br />d = distância da carga ao ponto P<br />K = constante eletrostática (N.m2/C2)<br />Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br /><br />Exercícios<br />1. Calcule o campo elétrico criado por uma carga Q = 2.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 3.10-2 m de Q.<br />2. Calcule o campo elétrico gerado por uma carga Q = - 4.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 0,6m de Q. Faça também um esquema representando a carga Q e o vetor campo elétrico.<br />3. Uma carga Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela o campo elétrico tem intensidade E = 14,4.106 N/C. Sendo o meio o vácuo, determine Q.<br />4. Considere uma carga Q, fixa, de -5.10-6 C, no vácuo. a) Determine o campo elétrico criado por essa carga num ponto A localizado a 0,2 m da carga; b) Determine a força elétrica que atua sobre uma carga q = 4.10-6 C, colocada no ponto A.<br />5. O diagrama representa a intensidade do campo elétrico, originado por uma carga Q, fixa, no vácuo, em função da distância à carga. Determine: a) o valor da carga Q, que origina o campo; b) o valor do campo elétrico situado num ponto P, a 0,5 m da carga Q.<br /><br /> E (N/C)<br /><br /> 5,4.106<br /><br /><br /> 0,1 d(m)<br />ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA<br />"Energia potencial corresponde a capacidade da força elétrica realizar trabalho."<br /><br /> Q q<br />+<br />+ <br /><br /> d<br /><br /><br />EP = Energia potencial elétrica (J)<br />Q = carga elétrica (C)<br />q = carga de prova (C)<br />d = distância entre as cargas (m)<br />K = constante eletrostática (N.m2/C2)<br />Kvácuo = 9.109 N.m2/C2<br /><br />A energia potencial é uma grandeza escalar.<br />No SI, a energia é medida em Joule ( J ).<br /><br />Exercícios<br />6. No campo elétrico produzido por uma carga pontual Q = 3.10-2 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = 3.10-7 C, colocada a 12.10-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo.<br />7. No campo produzido por uma carga pontual Q = 5.10-3 C, qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = - 4.10-8 C, situada a 9.10-2 m de Q? Considere as cargas no vácuo.<br /><br />Questões<br />8. Do ponto de vista energético, qual a semelhança entre dois blocos unidos por uma mola, comprimida entre eles, e dois objetos próximos, eletrizados com cargas de mesmo sinal?<br />9. Quando uma carga elétrica se aproxima de outra de sinal contrário, a sua energia potencial elétrica aumenta ou diminui?<br />10. Quando uma carga elétrica se afasta de outra devido à repulsão mútua, a energia potencial elétrica aumenta ou diminui? Quanto vale a energia potencial no infinito?<br /><br /><br />POTENCIAL ELÉTRICO<br />"Com relação a um campo elétrico, interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto P desse campo."<br /><br /> Q <br />+ P<br /> d <br /> <br /><br /> <br /><br />O potencial elétrico, V, é uma grandeza escalar.<br />No SI, o potencial é medido em volt (V)<br /><br />Exercícios<br />1. A energia potencial elétrica de uma carga q, situada no ponto P de um campo elétrico, vale 40 J. Calcule o potencial elétrico no ponto P, quando q = 5 C.<br />2. A energia potencial elétrica de uma carga q, situada no ponto P de um campo elétrico vale -20 J. Calcule o potencial elétrico no ponto P, quando q = 0,05 C.<br />3. Uma carga Q tem um potencial de 12 V em um ponto P. Qual é a energia potencial elétrica de uma carga q = 5 C, colocada no ponto P?<br />4. No campo elétrico produzido por uma carga pontual Q = 4.10-7 C, calcule o potencial elétrico em um ponto P, situado a 2m de Q. O meio é o vácuo.<br />5. Determine a energia potencial elétrica que uma carga de 5 C adquire a 0,1m de uma carga de 0,2 C, localizada no vácuo.<br />6. No campo elétrico criado por uma carga elétrica Q= 3 C, determine: a) o potencial elétrico num ponto P situado a 0,3 m da carga Q; b) a energia potencial elétrica que uma carga q= 2 C adquire no ponto P. O meio é o vácuo.<br /><br /><br />POTENCIAL PRODUZIDO POR VÁRIAS CARGAS<br />"Para obtermos o potencial produzido por várias cargas num mesmo ponto P, calculamos inicialmente o potencial que cada uma produziria se estivesse sozinha, a seguir somamos os potenciais calculados."<br /><br /> P <br />+ d1<br /> Q1 d3 <br />+<br />- d2 Q2<br /> Q3<br /><br /> <br /> , , etc<br /><br />VP = V! + V2 + V3<br /><br />Exercícios<br />7. Calcule o potencial do ponto P da figura abaixo. Dados: Q1 = 10.10-6 C; Q2= -30.10-6C; Q3 = 5.10-6C. O meio é o vácuo<br /><br /> P <br />+ 1m<br /> Q1 1m <br />+ 2m Q2<br /> Q3<br />-<br /> <br />8. As cargas da figura abaixo estão alinhadas sobre uma reta. Determine o potencial elétrico do ponto P.<br /><br />Q1 = 2.10-3C Q2 = -5.10-3C Q3=6.10-3C<br />-<br />+<br />+<br /> P <br /> 1m 1m 1m<br /><br /><br /><br /><br />RELAÇÃO ENTRE TRABALHO E DIFERENÇA DE POTENCIAL (DDP)<br />"O trabalho realizado pela força elétrica, no deslocamento de uma carga q de um ponto A até um ponto B, pode ser calculado a partir dos potenciais dos pontos A e B."<br /><br /> Q A B <br />+ <br /> q<br /> <br />= q (VA - VB) = q.U<br /><br />U = diferença de potencial (ddp), medido em volts.<br />U = VA - VB<br /><br />Exercícios<br />1. Determinar o trabalho realizado pela força elétrica para transportar uma carga q = 6.10-6 C de um ponto A até um ponto B, cujos potenciais são, respectivamente, 60V e 40V.<br />2. Uma partícula eletrizada com carga q=7,5 C encontra-se num campo elétrico. A partícula é deslocada de um ponto A (VA=30V) até um ponto B (VB=18V). Qual o trabalho da força elétrica?<br />3. Num campo elétrico, transporta-se uma carga q de 2.10-6C de ponto X até um ponto Y. O trabalho da força elétrica é de -6.10-5J. Determine a ddp entre os pontos X e Y.<br />4. No campo elétrico de carga Q=3 C são dados dois pontos, A e B, conforme a figura abaixo. Determine: a) os potenciais elétricos de A e de B; b) o trabalho da força elétrica que atua sobre uma carga elétrica q = 1 C, no deslocamento de A para B. O meio é o vácuo.<br /><br /> +Q A B <br />+ <br /> q<br /> <br /> 0,3m<br /> 0,6m<br /><br />CORRENTE ELÉTRICA<br />"As cargas elétricas em movimento ordenado constituem a corrente elétrica. As cargas elétricas que constituem a corrente elétrica são os elétrons livres, no caso do sólido, e os íons, no caso dos fluídos."<br /><br /><br /><br /><br />Intensidade da corrente elétrica<br /><br />q = n.e<br /><br />i = corrente elétrica (A)<br />q = carga elétrica (C)<br />t = tempo (s)<br />n = número de cargas<br />e = carga elementar (C)<br />e = 1,6.10-19 C<br /><br />Unidade de corrente elétrica no SI é ampère (A)<br /><br />Tipos de corrente<br />- Corrente contínua<br />É aquela cujo sentido se mantém constante.<br />Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, etc.<br />- Corrente alternada<br />É aquela cujo sentido varia alternadamente.<br />Ex: corrente usada nas residências.<br /><br />Propriedade gráfica<br />"No gráfico da corrente em função do tempo, a área sob a curva, é numericamente igual a quantidade de carga que atravessa o condutor."<br /><br /> i (A)<br /><br /> i<br /> A A = q<br /><br /> 0 t1 t2 t (s)<br />Exercícios<br />1. Por uma secção transversal de um fio de cobre passam 20C de carga em 2 segundos. Qual é a corrente elétrica?<br />2. Em cada minuto, a secção transversal de um condutor metálico é atravessada por uma quantidade de carga elétrica de 12C. Qual a corrente elétrica que percorre o condutor?<br />3. O filamento de uma lâmpada é percorrido por uma corrente de 2A. Calcule a carga elétrica que passa pelo filamento em 20 segundos.<br />4. Um condutor metálico é percorrido por uma corrente de 10.10-3A. Qual o intervalo de tempo necessário para que uma quantidade de carga elétrica igual a 3C atravesse uma secção transversal do condutor?<br />5. Pela secção transversal de um condutor metálico passam 6.1020 elétrons durante 2s. Qual a corrente elétrica que atravessa o condutor? É dada a carga elétrica elementar: e = 1,6.10-19 C.<br />6. Um condutor metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua de 8A. Determine o número de elétrons que atravessam uma secção transversal do condutor em 5s. É dada a carga elétrica elementar: e = 1,6.10-19 C.<br />7. Um condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 20A. Calcule o número de elétrons que passam por uma secção transversal do condutor em 1s (e = 1,6.10-19 C).<br />8. O gráfico abaixo ilustra a variação da corrente elétrica em um fio condutor, em função do tempo. Qual é a carga elétrica que passa por uma secção transversal desse condutor, em 5s?<br /><br /> i (A)<br /> 30<br /><br /><br /><br /> 0 5 t (s)<br /><br />9. O gráfico abaixo representa a corrente elétrica em um fio condutor, em função do tempo. Qual é a carga elétrica que passa por uma secção transversal desse condutor, em 3s?<br /><br /> i (A)<br /> 6<br /><br /><br /> 0 1 2 3 t (s)<br /><br />10. No gráfico tem-se a intensidade da corrente elétrica através de um condutor em função do tempo. Determine a carga que passa por uma secção transversal do condutor em 8s.<br /><br /> i (A)<br /> 6<br /><br /><br /> 0 4 8 t (s)<br /><br /><br />Questões<br />1. Por que alguns elétrons recebem a denominação de elétrons livres?<br />2. O que diferencia a corrente elétrica produzida por uma pilha da corrente elétrica produzida numa usina hidrelétrica?<br />3. Diga, com suas palavras, o que é uma corrente elétrica.<br />4. O que é necessário para ser estabelecida uma corrente elétrica num fio condutor?<br />5. Em que é usada a fita isolante? Por quê?<br /><br />Exercícios complementares<br />11. A corrente elétrica de um aquecedor elétrico é 7,5 A. Qual a quantidade de carga elétrica que passa pelo aquecedor em 30 segundos?<br />12. Um fio é atravessado por 2.1020 elétrons em 20s. Qual a intensidade da corrente elétrica nesse fio?<br />13. Uma lâmpada de lanterna é atravessada por uma carga de 90 C no intervalo de tempo de 1 minuto. Qual a intensidade da corrente, em ampère?<br /><br />EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA<br /><br />Na passagem de uma corrente por um condutor observam-se alguns efeitos, que veremos a seguir.<br /><br />a) Efeito térmico ou efeito Joule<br />Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica.<br />Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas etc.<br /><br />b) Efeito luminoso<br />Em determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos. são aplicações desse efeito. Neles há a transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.<br /><br />c) Efeito magnético<br />Um condutor percorrido por uma corrente elétrica cria, na região próxima a ele, um campo magnético. Este é um dos efeitos mais importantes, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformadores, relés etc.<br /><br />d) Efeito químico<br />Uma solução eletrolítica sofre decomposição, quando é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Esse efeito é utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromagem, niquelação etc.<br /><br />Questões<br />1. Por meio de qual processo se obtém luz numa lâmpada de filamento?<br />2. Cite um exemplo onde o aquecimento de um fio condutor é inconveniente. Cite um exemplo onde o aquecimento é desejável.<br />3. Qual a propriedade da corrente elétrica que permitiu a construção dos primeiros instrumentos de medida?<br />4. Compare as lâmpadas incandescentes e as lâmpadas fluorescentes e estabeleça as vantagens e desvantagens de cada um dos tipos.<br />ELEMENTOS DE UM CIRCUITO ELÉTRICO<br /><br />Para se estabelecer uma corrente elétrica são necessários, basicamente: um gerador de energia elétrica, um condutor em circuito fechado e um elemento para utilizar a energia produzida pelo gerador. A esse conjunto denominamos circuito elétrico.<br /> lâmpada i<br /> <br /><br /><br /><br /><br /><br /> Chave fonte<br /><br />a) Gerador elétrico<br />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.<br />· Químicos: aqueles que transformam energia química em energia elétrica. Exemplos: pilha e bateria.<br />· Mecânicos: aqueles que transformam energia mecânica em elétrica. Exemplo: dínamo de motor de automóvel.<br /><br /> i<br /> + -<br /><br /><br /><br />b) Receptor elétrico<br />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.<br /><br /> i<br /> + -<br /><br /><br /><br />c) Resistor elétrico<br />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.<br /><br /><br /><br /><br />d) Dispositivos de manobra<br />São elementos que servem para acionar ou desligar um circuito elétrico. Por exemplo, as chaves e os interruptores.<br /><br /><br /><br />e) Dispositivos de segurança<br />São dispositivos que, ao serem atravessados por uma corrente de intensidade maior que a prevista, interrompem a passagem da corrente elétrica, preservando da destruição os demais elementos do circuito. Os mais comuns são os fusíveis e os disjuntores.<br /><br /><br /><br /><br /><br />f) Dispositivos de controle<br />São utilizados nos circuitos elétricos para medir a intensidade da corrente elétrica<br />e a ddp existentes entre dois pontos, ou, simplesmente, para detectá-las. Os mais comuns são o amperímetro e o voltímetro<br />· Amperímetro: aparelho que serve para medir a intensidade da corrente elétrica. <br />A<br /><br /><br /><br />· Voltímetro: aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico.<br />V<br /><br /><br /><br /><br /><br />RESISTORES<br />"Resistores são elementos de circuito que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica."<br /><br />Lei de Ohm<br /> R i <br /><br /> U<br />U = R.i<br /><br />U = (ddp) diferença de potencial (V)<br />R = resistência elétrica ( )<br />i = corrente elétrica (A)<br /><br />No SI, a unidade de resistência elétrica é o ohm ( )<br /><br />Curva característica de um resistor ôhmico<br /><br /> U<br /> <br /> U3<br /> U2<br /> U1<br /><br /><br /> 0 i1 i2 i3 i<br /><br /> (constante)<br /><br />Exercícios<br />1. Um chuveiro elétrico é submetido a uma ddp de 220V, sendo percorrido por uma corrente elétrica de 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro?<br />2. Determine a ddp que deve ser aplicada a um resistor de resistência 6 para ser atravessado por uma corrente elétrica de 2A.<br />3. Uma lâmpada incandescente é submetida a uma ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada.<br />4. Nos extremos de um resistor de 200 , aplica-se uma ddp de 100V. Qual a corrente elétrica que percorre o resistor?<br />5. Um resistor ôhmico, quando submetido a uma ddp de 20V, é percorrido por uma corrente elétrica de 4 A. Para que o resistor seja percorrido por uma corrente elétrica de 3A, que ddp deve ser aplicada a ele?<br />6. A curva característica de um resistor ôhmico é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica.<br /> <br /> U (V)<br /> <br /> 25<br /> 10 <br /><br /><br /> 0 2 5 i (A)<br /><br />7. A curva característica de um resistor ôhmico é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica R e o valor de i2.<br /> <br /> U (V)<br /> <br /> 100<br /> 40 <br /><br /><br /> 0 4 i2 i (A)<br /><br />8. A curva característica de um resistor é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica R e o valor de U2 e i2.<br /><br /> U (V)<br /> U2<br /> <br /> 8<br /> 3<br /><br /><br /> 0 i1 4 7 i (A)<br /><br /><br />POTÊNCIA DISSIPADA NO RESISTOR<br />P = U.i P = R.i2 <br /><br />Unidade de potência no SI: W (watt)<br /><br />Exercícios<br />9. Quando uma lâmpada é ligada a uma tensão de 120V, a corrente que flui pelo filamento da lâmpada vale 1A. Qual a potência da lâmpada?<br />10. Calcule a corrente que percorre o filamento de uma lâmpada de 120V e 60W.<br />11. Em um resistor, de resistência igual a 10 , passa uma corrente com intensidade de 2A. Calcule a potência dissipada no resistor.<br />12. De acordo com o fabricante, um determinado resistor de 100 pode dissipar, no máximo, potência de 1 W. Qual é a corrente máxima que pode atravessar esse resistor?<br />13. Num certo carro, o acendedor de cigarros tem potência de 48W. A ddp no sistema elétrico desse carro é 12V. Qual é a resistência elétrica do acendedor de cigarros?<br />14. Sob tensão de 10V, um determinado resistor dissipa 5W de potência. Qual é a resistência desse resistor?<br /><br />Questões<br />15. Uma lâmpada de filamento apresenta o valor escrito sobre o vidro (40W, 60W, 100W). Qual o significado desse valor?<br />16. que acontecerá se ligarmos uma lâmpada com as inscrições (60W-110V) na tensão 220V. Por quê?<br />17. O que seria um condutor elétrico ideal? Você acha que os fios da instalação de sua casa podem ser considerados condutores ideais?<br />18. Como você explica o aquecimento de fios metálicos, quando uma corrente elétrica passa por eles?<br />19. Indique a principal transformação de energia que ocorre com o funcionamento de: um chuveiro; um liquidificador; uma lâmpada incandescente.<br />ENERGIA CONSUMIDA<br /><br />E = P. t<br /><br />E = energia (J, KWh)<br />P = potência (W)<br />t = tempo (s)<br /><br />No SI a unidade de energia é o joule (J), mas também é muito utilizado o kWh.<br />1kWh é a energia consumida, com potência de 1kW, durante 1 hora.<br /><br />Exercícios<br />1. Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia?<br />2. Qual é o consumo de energia, em kWh de uma lâmpada de 60W que fica acesa 5h por dia durante os 30 dias do mês?<br />3. Em um ferro elétrico, lê-se a inscrição 600W-120V. Isso significa que, quando o ferro elétrico estiver ligado a uma tensão de 120V, a potência desenvolvida será de 600W. Calcule a energia elétrica (em kWh) consumida em 2h.<br />4. Uma torradeira dissipa uma potência de 3000W. Ela é utilizada durante 0,5h. Pede-se: a) a energia elétrica consumida em kWh; b) o custo da operação, considerando o preço do kWh igual a R$ 0,12.<br />5. Uma lâmpada de 100W permanece acesa durante 20h. a) Determine a energia elétrica consumida em kWh; b) Determine o custo que essa lâmpada representa considerando o preço do kWh igual a R$ 0,12.<br />6. Um ferro elétrico consome uma potência de 1100W quando ligado a uma tensão de 110V. a) Qual a energia consumida (em kWh) em 2 horas; b) Qual é o custo da operação para 2 horas, sabendo que o preço do kWh é de R$ 0,12?<br />7. Um fio de resistência elétrica igual a 50 é submetido a uma ddp de 20V. Qual a energia dissipada no fio em 1 minuto?<br /><br /><br />ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES<br /><br />Associação de resistores em série<br />"Vários resistores estão associados em série quando são ligados um em seguida do outro, de modo a serem percorridos pela mesma corrente."<br /> i R1 R2 R3<br /> <br /><br /> U1 U2 U3 <br /><br /> i Req<br /><br /> <br /> U<br /><br />Req = resistência equivalente ( )<br />U = ddp da associação (V)<br /><br />U = U1 + U2 + U3<br />i = i1 = i2 = i3<br />Req = R1 + R2 + R3<br /><br /><br />Exercícios<br />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.<br /><br /> R1=2 R2=4 R3=6<br /> A B<br /><br /> U=36V<br /><br />2. Na associação representada abaixo, a resistência do resistor equivalente entre os pontos A e B vale 28 . Calcule o valor da resistência R1.<br /><br /><br /> R1 10<br /> 4 6<br /><br /> A B<br /><br />3. Um fogão elétrico, contém duas resistências iguais de 50 . Determine a resistência equivalente da associação quando essas resistências forem associadas em série.<br />4. A intensidade da corrente que atravessa os resistores da figura abaixo vale 0,5 A. Calcule: a) a resistência equivalente; b) a ddp em cada resistor; c) a ddp total.<br /> <br /> R1= 6 R2=2<br /> <br /> R3=4<br /> <br />5. Associam-se em série dois resistores, sendo R1=10 e R2=15 . A ddp entre os extremos da associação é de 100V. Determine: a) a resistência equivalente da associação; b) a corrente que atravessa os resistores; c) a ddp em cada resistor.<br />6. Duas resistências R1 = 1 e R2 = 2 estão ligadas em série a uma bateria de 12 V. Calcule: a) a resistência equivalente; b) a corrente total do circuito.<br /><br />Associação de resistores em paralelo<br />"Vários resistores estão associados em paralelo quando são ligados pelos terminais de modo que fiquem submetidos à mesma ddp."<br /> i1 R1<br /><br /> i i2 R2<br /> <br /> i3 R3<br /><br /><br /> U<br /><br /> i Req<br /><br /><br /> U<br />Req= resistência equivalente ( )<br />U = ddp da associação (V)<br />U = U1 = U2 = U3<br />i = i1 + i2 + i3<br />Exercícios<br />7. Duas resistências R1 = 2 e R2 = 3 estão ligadas em paralelo a uma bateria de 12 V. Calcule: a) a resistência equivalente da associação; b) as correntes i1 e i2; c) a corrente total do circuito.<br />8. Calcule o resistor equivalente da associação representada pela figura abaixo.<br /><br /> R1=2<br /><br /> R2=3<br /> <br /> R3=6<br /><br /><br />9. Um fogão elétrico, contém duas resistências iguais de 50 . Determine a resistência equivalente da associação quando essas resistências forem associadas em paralelo.<br />10. Calcule o valor da resistência R1, sabendo que a resistência equivalente da associação vale 4 .<br /> R1<br /> <br /><br /><br /> <br /> R2=12<br /><br />11. Na associação da figura, a corrente que passa por R1 é 3A. Calcule: a) a resistência equivalente; b) a corrente que passa por R2.<br /><br /> i1 R1= 8<br /> <br /><br /><br /> <br /> i2 R2=12<br /><br />12. No circuito esquematizado abaixo determine a resistência equivalente entre A e B.<br /> <br /> A 15<br /> 10 <br /> B<br /> <br /><br />Associação mista de resistores<br /><br />Exercícios<br />1. Determine a resistência equivalente das associações esquematizadas a seguir.<br />a)<br /> R1=6<br /> R3=10<br /> <br /><br /> <br /> R2=12<br /><br /><br />b)<br /> R1=2<br /><br /> R2=5 R4=5<br /> <br /> R3=10<br /><br /><br /><br />c)<br /> 3 3<br /> <br /><br /><br /> <br /> 3<br /><br />d)<br /> 2<br /> <br /> 15<br /> 10 <br /> <br /> <br /> 2<br /><br />e)<br /> 1 2<br /> <br /> <br /> 10 6<br /> <br /> <br /> 4 2<br /><br /><br />Leituras no Amperímetro e no Voltímetro<br /><br />- Amperímetro ideal: não tem resistência interna (é ligado em série).<br />- Voltímetro ideal: tem resistência interna infinitamente grande (é ligado em paralelo).<br /><br /><br />Gerador elétrico<br />"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."<br /><br /> i - + r<br /><br /> E<br /><br /> U<br /><br />U = E - r.i<br /><br /><br />Circuitos elétricos<br /><br /><br /> = soma de todas as forças eletromotrizes do circuito.<br />= soma de as resistências do mesmo circuito.<br /><br /><br />Exercícios<br />2. Determine a intensidade da corrente que circula em cada um dos circuitos abaixo.<br /> <br />a)<br /> 20V 2<br /><br /> i<br /><br />30 7<br /><br /><br /><br /> 1 40V<br />b) 50V 2<br /><br /> <br /><br />3 15<br /><br /><br /><br /> 5 i<br /><br /><br />3. Quais as leituras do amperímetro e do voltímetro no circuito abaixo?<br /><br />A<br /><br /> 2<br />V 3<br /> 50V<br /> 1 4<br /><br /><br /> <br /><br />4. No circuito da figura, calcule a leitura do voltímetro ideal V.<br /><br /> R =2 E=24V<br /> <br /><br /><br /> <br /> R2=10<br />V<br /><br /><br /><br />5. Determine o valor da resistência desconhecida em cada um dos circuitos abaixo.<br /><br /> a) 100V r<br /><br /> <br /><br />10 10<br /><br /><br /><br /> 20 i = 2A<br />a) 6 20V <br /><br /> <br /><br /> R 7<br /><br /><br /> i=0,5A<br /> 30V 4 <br /><br />6. Calcule o valor de cada uma das correntes nos circuitos abaixo.<br /><br />a)<br /> i 24V<br /> <br /><br /> <br /> <br /> i1 6<br /><br /><br /> i2 3<br /><br /><br />b)<br /> i 72V<br /> <br /><br /> <br /> <br /> i1 12<br /><br /><br /> i2 6<br /><br /><br />Questões<br />7. Por que nas instalações elétricas residenciais as ligações são todas feitas em paralelo?<br />8. Explique a função de um fusível em um circuito elétrico.<br />9. Num prédio havia muito problema com queima de fusíveis. Um eletricista de esquina deu uma solução bem econômica: trocou todos os fusíveis, colocando fusíveis que suportam maior corrente. O que você acha dessa solução?<br />10. Cite três exemplos de geradores de eletricidade.<br />CAMPO MAGNÉTICO<br />"Campo magnético é toda região ao redor de um imã ou de um condutor percorrido por corrente elétrica."<br /><br />N S<br /><br /><br />- Pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes constrários se atraem.<br />- Se seccionarmos um imã ao meio, surgirão novos pólos norte e sul em cada um dos pedaços, constituindo cada um deles um novo imã.<br /><br />Campo magnético criado por um condutor retilíneo<br />"Segure o condutor com a mão direita de modo que o polegar aponte no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor campo magnético, no ponto considerado. (Regra da mão direita) "<br /><br /><br /> i i<br /> <br /><br /> <br /><br /> r<br /><br /><br /><br />B = intensidade do vetor campo magnético em um ponto (T)<br />= permeabilidade magnética do meio (T.m/A)<br />= 4 .10-7 T.m/A (no vácuo)<br />r = distância do ponto ao fio (m)<br /><br />A unidade de no SI é o tesla (T).<br /><br />Exercícios<br />1. Um fio retilíneo e longo é percorrido por uma corrente elétrica contínua i = 2A. Determine o campo magnético num ponto distante 0,5m do fio. Adote = 4 .10-7 T.m/A<br />2. Um condutor reto e extenso é percorrido por uma corrente de intensidade 2A. Calcular a intensidade do vetor campo magnético num ponto P localizado a 0,1 m do condutor. O meio é o vácuo.<br />3. A 0,4 m de um fio longo e retilíneo o campo magnético tem intensidade 4.10-6 T. Qual é a corrente que percorre o fio? Adote = 4 .10-7 T.m/A.<br />4. Dada a figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P.<br /><br /> i1<br /><br /><br /> 0,1m P 0,2m i2<br /><br /><br />Dados:<br />= 4 .10-7 T.m/A.<br />i1 = 4 A<br />i2 = 10 A<br /><br />5. Dada a figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P.<br /><br /> <br /> i2<br /><br /> i1 0,6m P 0,2m <br /><br /><br />Dados:<br />= 4 .10-7 T.m/A.<br />i1 = 3A<br />i2 = 5 A<br /><br />Questões<br />6. Como podemos verificar experimentalmente se existe um campo magnético em um certo ponto do espaço?<br />7. O que acontece se colocarmos um imã sobre uma fita magnética?<br />8. Sabe-se que a Lua, ao contrário da Terra, não possui um campo magnético. Sendo assim, poderia um astronauta se orientar em nosso satélite usando uma bússola comum? Explique.<br /><br />Campo magnético no centro de uma espira circular<br /><br /><br /> i i<br /><br /><br /><br /><br />R = raio da espira<br /><br />Exercícios<br />1. A espira da figura tem raio 0,2 m e é percorrida por uma corrente de 5A no sentido horário. Determine a intensidade e a orientação do vetor campo magnético no centro da espira. Adote = 4 .10-7 T.m/A.<br /><br /> i <br /><br /><br /><br />2. Uma espira circular de raio R=0,2 m é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i=8A, conforme a figura. Dê as características do vetor campo magnético no centro da espira. Dado: = 4 .10-7 T.m/A.<br /><br /> i <br /><br /><br /><br /><br />3. Duas espiras circulares concêntricas e coplanares de raios 0,4 m e 0,8 m são percorridas por correntes de intensidades 1A e 4A , respectivamente, conforme mostra a figura. Determine a intensidade do vetor campo magnético resultante no centro das espiras. Dado: = 4 .10-7 T.m/A.<br /><br /> 1A <br /><br /><br /> 1 4A<br /><br /><br /><br />Campo magnético no interior de um solenóide<br />"Um condutor enrolado em forma de espiras é denominado solenóide."<br /><br /> i <br /> <br /> <br /> i <br /><br /> l<br /><br />N = número de espiras<br />l = comprimento do solenóide<br /><br />Exercícios<br />4. Um solenóide de 1 metro de comprimento contém 500 espiras e é percorrido por uma corrente de 2A. Determinar a intensidade do vetor campo magnético no interior do solenóide. Dado: = 4 .10-7 T.m/A.<br />5. Considere um solenóide de 0,16m de comprimento com 50 espiras. Sabendo que o solenóide é percorrido por uma corrente de 20A, determine a intensidade do campo magnético no seu interior.<br />6. Um solenóide de 1 metro de comprimento contém 1000 espiras e é percorrido por uma corrente de i. Sabendo que o vetor campo magnético no seu interior vale 8 . 10-4 T, determine i. O solenóide está no vácuo.<br />7. No interior de um solenóide de comprimento 0,16m, registra-se um campo magnético de intensidade 5 .10-4 T, quando ele é percorrido por uma corrente de 8A. Quantas espiras tem esse solenóide? Adote = 4 .10-7 T.m/A<br /><br />Questões<br />9. Explique o princípio de funcionamento de uma campainha.<br />10. O que é um eletroímã? Como funciona?<br />11. Um aluno estava usando uma bússola para orientar-se no interior da sala de laboratório. Num certo momento, a agulha mudou repentinamente de posição. Como se explicaria esse movimento da agulha?<br /><br />Força magnética<br />"Uma carga elétrica q lançada dentro de um campo magnético B, com uma velocidade v, sofre a ação de uma força F.<br /><br /> q<br /><br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />F = qvB sen <br /><br />O sentido da força é dado pela regra da mão esquerda.<br /><br /> (polegar)<br /><br /> (indicador)<br /><br /> <br /> (médio)<br /><br />- A força magnética sobre cargas elétricas assume valor máximo quando elas são lançadas perpendicularmente à direção do campo magnético.<br /><br /> q<br /><br /> <br /> <br /> <br /><br /><br />F = qvB<br /><br />- Cargas elétricas em repouso ou lançadas na mesma direção do campo magnético não sofrem a ação da força magnética.<br /><br />Exercícios<br />1. Uma partícula de carga 6.10-8 C é lançada perpendicularmente a um campo magnético uniforme de intensidade 4.10-2 T, com velocidade 103 m/s. Determinar a intensidade da força magnética que atua sobre ela.<br />2. Uma carga elétrica puntiforme de 20.10-6 C, é lançada com velocidade de 4m/s, numa direção perpendicular a um campo magnético, e fica sujeita a uma força de intensidade 8.10-5 N. Qual a intensidade do campo magnético?<br />3. Uma carga elétrica de 10-15 C é lançada perpendicularmente a um campo magnético de 10-2 T, ficando sob a ação de uma força de 10-15 N. Determine a velocidade com que a carga foi lançada no campo.<br />4. Uma partícula elétrica de carga q=4.10-6 C desloca-se com velocidade 2.102 m/s, formando um ângulo =45o com um campo magnético uniforme de intensidade 16.104 T, conforme indica a figura. Determine a força magnética que atua sobre a partícula.<br /><br /> <br /> <br /> q <br /><br />5. Represente a força magnética que atua sobre a carga q, lançada com velocidade v num campo magnético B, nos seguintes casos:<br /><br />+ <br /> q<br />_<br /> q <br /><br /><br /> <br />_<br />+ q q<br /><br /> <br /> <br /><br /><br />Questões<br />6. Um campo magnético atua em uma carga em repouso?<br />7. Colocado no campo magnético de um imã, um fio percorrido por uma corrente sofre a ação de uma força magnética, em determinado sentido. Quais as alternativas possíveis para inverter o sentido dessa força?aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-58540470812564492732009-09-15T19:29:00.000-07:002009-09-15T19:31:58.538-07:00Apostila de Fisica 1ªserieINTRODUÇÃO<br />A física não significa destruição, é o homem que a usa de forma indevida, graças à física temos as lâmpadas, computadores, pontes, entre infinitas outras. “O homem, desde a Antigüidade mais remota, busca compreender como e por que os fenômenos naturais ocorrem. Física é a ciência que tem como objeto estudar os fenômenos que ocorrem na natureza. Ela começou com o movimento das estrelas, que os homens observaram durante milhares e milhares de noites. Procurando encontrar explicações para nascer e pôr do Sol, o barulho do trovão, a beleza do arco-íris e outros tantos fenômenos, pouco a pouco foi acumulando conhecimento e produzindo mudanças no mundo a sua volta. Muitos desses fenômenos são estudados em Física”.<br />As leis fundamentais da Física são essenciais para todas as ciências básicas tais como Astronomia, Biologia, Química e Geologia. Ela também e essencial para todas as ciências aplicadas e a engenharia, os quais transformaram o mundo das carroças aos aviões a jato, da vela ao laser, do pombo correia a maquina de fax e do ábaco aos chips de um computador.<br />Hoje, a Física como o modo de olhar e estudar o mundo são parte integrante da nossa cultura atual.<br /><br />Grandezas físicas<br />Tudo o que ocorre na natureza, ou seja, qualquer acontecimento, como trovão, relâmpago, colisão de dois carros, etc, são considerados fenômenos físicos. Ao estudar os fenômenos físicos os cientistas procuram descobrir regras gerais, as chamadas leis ou princípios da Física. Para estabelecer as leis da Física é necessária a observação dos fenômenos, que implica em efetuar medidas daquilo que chamamos de grandeza física. Exemplos de grandezas físicas: comprimento, força, velocidade, etc.<br />As grandezas físicas implicam unidades de medidas, que são estabelecidas pelo Sistema Internacional de Unidades, conhecido pela sigla SI.<br />O SI tem como unidades fundamentais o metro (comprimento), o quilograma (massa), o segundo (tempo).<br />Grandeza<br />Unidade<br />Símbolo<br />Comprimento<br />metro<br />m<br />Massa<br />quilograma<br />kg<br />Tempo<br />segundo<br />s<br />Os símbolos são escritos com letra minúscula, a não ser que se trate de nome de pessoa, e não se flexionam quando escritos no plural.<br />Exemplo:<br />a) Transformar 5.200 cm em metros. b) Transformar 6 min em segundos.<br />5.200 : 100= 52m. 6 x 60 = 360 s.<br />OBS: Para transformar km/h em m/s, dividi-se por 3,6 e para se transformar m/s em km/h multiplica-se por 3,6.<br /><br />Conversão de Unidades<br />1m = 100 cm 1cm = 0,01 m<br />1m = 1000 mm 1 mm = 0,001 m<br />1 km = 1000 m 1 m = 0,001 km<br />1 kg = 1000 g 1 g = 0,001 kg<br />1 h = 60 min 1 min = 1/60 h<br />1 min = 60 s 1 s = 1/60 min<br />1 h = 3600 s 1 s = 1/3600 h<br /><br />Exercícios<br />1) Faça as seguintes transformações:<br />a) 2 h em segundo. b) 270 segundos em minuto.<br />c) 3.200 cm em metros. d) 90 km/h em m/s.<br /><br />2) Responda:<br />a) Como começou a física? b) Dê exemplos de grandeza física. c) Quais são os SI.<br />3) Complete as lacunas:<br />a) 2m + 400cm ______________________cm b) 120mm __________________ m<br /><br />4) Uma pessoa 1,70m de altura, Qual essa altura em cm?<br /><br />5) Os lados de um retângulo medem 20cm e 8cm. Qual é a área desse retângulo, em mm?<br /><br /><br /><br />CINEMÁTICA<br />A cinemática é à parte da Mecânica que estuda os movimentos dos corpos, sem levar em conta como esses movimentos foram ocasionados ou como podem ser modificados.<br />Por exemplo, se um carro está em movimento, compete à Cinemática estudar de que forma isto acontece. Pode ser que, em termos de valores numéricos, sua velocidade esteja aumentando, diminuindo, ou mantendo-se constante.<br />Na Cinemática, em geral, não levamos em conta as dimensões do corpo, quando comparadas às demais dimensões envolvidas num dado fenômeno.<br />Este corpo é então denominado um ponto material.<br />Assim, um automóvel será um ponto material em relação à Terra; esta, por sua vez será um ponto material em relação ao Universo.<br />É importante realçar que a noção de movimento, bem como a de repouso, depende do referencial adotado.<br /><br />Conceito Escalar<br />Movimento: Um corpo está em movimento quando, à medida que o tempo passa, sua posição varia em relação a um referencial; caso contrário o corpo está em repouso.<br /><br />Referencial: ou sistema de referencia é o conjunto de todos os pontos em relação aos quais o movimento de um corpo acontece.<br />No caso de uma motocicleta disputando uma corrida, o referencial poderá ser o público assistente.<br />No estudo do movimento da motocicleta, qualquer uma das outras motocicleta participante da mesma corrida serve como referencial.<br />Percebe-se, então, que todos os movimentos são relativos a alguma coisa e que, por isso, é fundamental especificar o sistema de referência.<br /><br />Trajetória: A linha descrita pelo móvel durante o movimento chama-se trajetória.<br />Essa trajetória pode ser retilínea ou curvilínea (circular, elíptica etc.); é importante considerá-la no estudo cinemático do movimento.<br />Numa corrida de cavalos, a trajetória é a pista do hipódromo.<br /><br />Questões<br />1) Um ônibus está andando a velocidade de 40 km/h. Seus passageiros estão em movimento ou repouso? Por que?<br /><br />2) Uma pessoa, em um carro, observa um poste na calçada de uma rua, ao passar por ele. O poste está em repouso ou em movimento? Explique.<br /><br />3) Considere o livro que você está lendo.<br />a) Ele está em repouso em relação a você? b) E em relação a um observador no Sol?<br /><br />4) Quando escrevemos no caderno, a caneta que usamos está em:<br />a) Movimento em relação a que? b) Repouso em relação a que?<br /><br />5) Sobre o chão de um elevador coloca-se um trenzinho de brinquedo, em movimento circular. O elevador sobe com velocidade constante. Que tipo de trajetória descreve o trenzinho, em relação:<br />a) Ao elevador? b) Ao solo?<br /><br /><br /><br />Deslocamento<br />Denominamos deslocamento escalar de um móvel a variação de sua posição (d). Usando a letra grega D (delta) para representar variação.<br />Representaremos a grandeza física posição pela letra s ou d minúscula. Essa grandeza indica a posição ocupada por um móvel ao longo de uma trajetória.<br />s = - 10 m<br />s = - 20 m<br />= deslocamento (m)<br />s2 = posição final (m)<br />s1 = posição inicial (m)<br /><br />Exercícios<br />1) Um carro parte do km 12 de uma rodovia e desloca-se sempre no mesmo sentido até o km 90. Determine o deslocamento do carro.<br /><br /><br /><br />2) Um automóvel deslocou-se do km 20 até o km 65 de uma rodovia, sempre no mesmo sentido. Determine o deslocamento do automóvel.<br /><br /><br /><br />3) Um caminhão fez uma viagem a partir do km 120 de uma rodovia até o km 30 da mesma. Qual foi o deslocamento do caminhão?<br /><br /><br /><br />4) Um carro vai do km 40 ao km 70. Determine:<br />a) a posição inicial e a posição final. b) O deslocamento entre as duas posições.<br /><br /><br /><br />5) Um carro retorna do km 100 ao km 85. Determine:<br />a) a posição inicial e a posição final. b) O deslocamento entre as duas posições.<br /><br /><br /><br /><br /><br />VELOCIDADE MÉDIA<br />Todos nós sabemos o que é velocidade. Sabemos que um carro com velocidade de 140 km/h é mais rápido que um carro com velocidade de 60km/h. sabemos também que a velocidade de 60km/h significa que, a cada hora, o carro percorre a distancia de 60km.<br />Velocidade é a grandeza em física que indica a rapidez com que a posição de um certo móvel varia com o passar do tempo.<br />A velocidade de um corpo caindo aumenta na medida em que ele se aproxima do solo. O pendulo de um relógio realiza movimento de vaivém com a velocidade que ora aumenta, ora diminui.<br />Uma folha de papel cai mais lentamente no ar do que no vácuo por causa da resistência do ar.<br />Por definição temos:<br /><br /><br /><br />vm = velocidade média (unidade: m/s, km/h)<br />= deslocamento (m)<br />= tempo (s, h).<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Exemplo:<br />Qual a velocidade media de um corpo que percorre 0,4 m em 2 s?<br />Vm = 0,2 m/sVm = d = 0,4<br />t 2<br /><br />Exercícios<br />1) Quando o brasileiro Joaquim Cruz ganhou a medalha de ouro nas Olimpíadas de Los Angeles, correu 800m em 100s. Qual foi sua velocidade média?<br /><br /><br />2) Um nadador percorre uma piscina de 50m de comprimento em 25s. Determine a velocidade média desse nadador.<br /><br /><br />3) Suponha que um trem-bala gaste 3 horas para percorrer a distância de 750 km. Qual a velocidade média deste trem?<br /><br /><br />4) Um automóvel passou pelo marco 30 km de uma estrada às 12 horas. A seguir, passou pelo marco 150 km da mesma estrada às 14 horas. Qual a velocidade média desse automóvel entre as passagens pelos dois marcos?<br /><br /><br />5) Um motorista de uma transportadora recebeu seu caminhão e sua respectiva carga no km 340 de uma rodovia às 13 horas, entrou a carga no km 120 da mesma rodovia às 16 horas. Qual foi a velocidade média desenvolvida pelo caminhão?<br /><br />6) No verão brasileiro, andorinhas migram do hemisfério norte para o hemisfério sul numa velocidade média de 25 km/h. Se elas voam 12 horas por dia, qual à distância percorrida por elas num dia?<br />TRANSFORMAÇÃO DA VELOCIDADE<br />“Para transformar uma velocidade em km/h para m/s, devemos dividir a velocidade por 3,6. Para transformar uma velocidade em m/s para km/h, devemos multiplicar a velocidade por 3,6”.<br />Exemplo:<br />Velocímetro de um carro indica 72 km/h. Expresse a velocidade deste carro em m/s.<br />72 km/h : 3,6 = 20 m/s<br /><br />Exercícios<br />1) Uma velocidade de 36 km/h corresponde a quantos metros por segundo? E 15 m/s correspondem a quantos quilômetros por hora?<br /><br />2) transforme:<br />a) 20 m/s em km/h. b) 36 km/h em m/s. c) 15 m/s em km/h.<br /><br /><br />Exercícios complementares para resolver e entregar.<br />1) Uma tartaruga consegue percorrer a distância de 4m em 200s. Qual sua velocidade média em m/s?<br /><br />2) Um atleta percorre uma pista passando pelo ponto de posição 20 m no instante 7s e pelo ponto de posição 12 m no instante 9s. Calcule a velocidade média do atleta no intervalo de tempo dado.<br /><br /><br />3) Se você pegasse carona em um foguete, que viaja com velocidade média de aproximadamente 60000 km/s, quanto tempo você gastaria para chegar à Lua? (A distância da Terra à Lua é de 184000 km, aproximadamente).<br /><br /><br />4) Um navio está em alto-mar e navega com velocidade constante de 35 km/h entre 8h e 18h. Qual à distância que ele percorre nesse intervalo de tempo?<br /><br /><br />5) A velocidade média de um homem andando normalmente é de 4 km/h. Em quanto tempo ele anda do km 12 ao km 18 de uma estrada?<br /><br /><br />6) Uma pessoa, andando normalmente, desenvolve uma velocidade média da ordem de 1 m/s. Que distância, aproximadamente, essa pessoa percorrerá, andando durante 120 segundos?<br /><br /><br />7) Um foguete é lançado à Lua com velocidade constante de 17500 km/h, gastando 22 horas na viagem. Calcule, com esses dados, à distância da Terra à Lua em quilômetros.<br /><br /><br />8) Um trem viaja com velocidade constante de 50 km/h. Quantas horas ele gasta para percorrer 200 km?<br /><br /><br />9) Uma motocicleta percorre uma distância de 150 m com velocidade média de 25 m/s. Qual o tempo gasto para percorrer essa distância?<br /><br />10) Uma pessoa caminha com a velocidade media de 30m/s durante 1min. Qual o deslocamento escalar do móvel.<br />MOVIMENTO UNIFORME<br />Dizemos que um corpo está em movimento uniforme quando a sua velocidade não variar, isto é, for mantida constante com o decorrer do tempo, qualquer que seja a forma de sua trajetória.<br />Você certamente já andou em uma escala rolante, não é mesmo? Então, deve ter notado que ela o levou de um ponto a outro, sempre com a mesma velocidade.<br />Se você passou por isso realizou movimento uniforme, ou seja, se moveu com velocidade constante durante um certo intervalo de tempo.<br />Situações como essa, em que os movimentos são realizados sempre com a mesma velocidade, são bastante simples.<br />s = posição em um instante qualquer (m)<br />s0 = posição inicial (m)<br />v = velocidade (m/s, km/h)<br />t = tempo (s, h)<br />v t<br /><br />V = d<br />t s0 s<br />s = s0 + vt<br /><br />Exemplo:<br />Uma bicicleta movimenta-se sobre uma trajetória retilínea segundo a função horária s=10+2t (no SI). Pede-se:<br />a) sua posição inicial; b) sua velocidade.<br />S = 10 + 2t V = 2 m/s<br />So = 10 m<br />Exercícios<br />1) A posição de um móvel varia com o tempo, obedecendo à função horária s = 30 + 10t, no S.I. Determine a posição inicial e a velocidade do móvel.<br /><br /><br /><br />2) Uma partícula move-se em linha reta, obedecendo à função horária s = -5 + 20t, no S.I. Determine:<br />a) a posição inicial da partícula; b) a velocidade da partícula; c) a posição da partícula no instante t = 5 s.<br /><br /><br /><br />3) Um móvel movimenta-se de acordo com a função horária s = 20 + 4 t, sendo a posição medida em metros e o tempo, em segundos. Determine sua posição depois de 10 segundos.<br /><br /><br /><br />4) Um ponto material movimenta-se sobre uma trajetória retilínea segundo a função horária s = 10 + 2t (no SI). Determine o instante em que o ponto material passa pela posição 36 m?<br /><br /><br /><br />5) Se em 20 s um trem percorre 600 m em UM, qual é a sua velocidade nesse intervalo de tempo?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Aceleração Média<br />Nos movimentos variados, a velocidade pode variar rapidamente ou lentamente. A rapidez com que a velocidade varia chama-se aceleração.<br />A aceleração serve para sabermos se a mudança da velocidade é rápida ou lenta. Assim:<br />Ø Quanto maior a aceleração, mais rapidamente um móvel muda, (varia) a sua velocidade (DV).<br />Ø Quanto menor a aceleração, mais lentamente um móvel muda, (varia) a sua velocidade (DV).<br />Assim podemos dizer que a aceleração é a medida da variação (mudança) da velocidade (DV) durante um intervalo de tempo (Dt).<br />a = aceleração (m/s2)<br />= variação da velocidade (m/s)<br />= variação do tempo (s)<br />Por definição, temos que aceleração média é:<br /><br /><br />Exercícios<br />1) Entre 0 e 3s, a velocidade de um helicóptero em MUV varia de 4 m/s para 21 m/s. Qual a sua aceleração?<br /><br /><br /><br />2) Durante as experiências no laboratório, um grupo de alunos verificou que, entre os instantes 2s e 10s, a velocidade de um carrinho varia de 3 m/s a 19 m/s. Calcule o valor da aceleração desse movimento.<br /><br /><br /><br />3) Em 4s, a velocidade de um carro passa de 8 m/s para 18 m/s. Qual a sua aceleração?<br /><br /><br /><br />4) Em 2 horas, a velocidade de um carro aumenta de 20 km/h a 120 km/h. Qual a aceleração nesse intervalo de tempo?<br /><br /><br /><br />5) Um rapaz estava dirigindo uma motocicleta a uma velocidade de 20 m/s quando acionou os freios e parou em 4s. Determine a aceleração imprimida pelos freios à motocicleta.<br /><br /><br /><br /><br />FUNÇÃO HORÁRIA DA VELOCIDADE DO M.U.V<br />No movimento uniformemente variado, a velocidade muda ao longo do tempo. Para representa-la, podemos usar uma tabela, ou um grafico, ou entao escrever uma formula matematica.<br />v = velocidade em um instante qualquer (m/s)<br />vo = velocidade inicial (m/s)<br />a = aceleração (m/s2)<br />t = tempo (s)<br />Esta é afunçao horaria da velocidade no movimento uniformente variado.<br /><br /><br />v = vo + a.t<br /><br />Exercícios<br />1) Um carro em movimento adquire velocidade que obedece à expressão v=10-2t (no SI). Pede-se:<br />a) a velocidade inicial; b) a aceleração; c) a velocidade no instante 6s.<br /><br /><br /><br />2) Um automóvel em movimento retilíneo adquire velocidade que obedece à função v=15-3t (no SI). Determine:<br />a) a velocidade inicial; b) a aceleração; c) a velocidade no instante 4s.<br /><br /><br /><br />3) É dada a seguinte função horária da velocidade de uma partícula em movimento uniformemente variado: v=15+20t (no SI). Determine o instante em que a velocidade vale 215 m/s.<br /><br /><br /><br />4) Um automóvel parte do estacionamento e é acelerado à razão de 5m/s2. Calcule a sua velocidade 30s após a sua partida.<br /><br /><br /><br />5) Um automóvel parte do repouso com aceleração constante de 2 m/s2. Depois de quanto ele atinge a velocidade de 40 m/s?<br /><br /><br /><br /><br />Exercícios complementares para resolver e entregar<br />1) Qual a diferença entre velocidade e aceleração?<br /><br />2) Um veículo parte do repouso e adquire aceleração de 2 m/s2. Calcule a sua velocidade no instante t = 5s.<br /><br />3) Um carro parte do repouso com aceleração de 6 m/s2. Quanto tempo ele gasta para atingir 30 m/s?<br /><br />4) Explique o que é aceleração.<br /><br />5) Que significa dizer que um corpo tem aceleração de 10 m/s2?<br /><br />6) Dê um exemplo que caracterize o movimento retilíneo uniformemente variado?<br /><br />7) Qual a diferença entre movimento acelerado e retardado?<br /><br />8) Qual a diferença entre o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado?<br /><br />9) Um trem de carga viaja com velocidade de 20 m/s quando, repentinamente, é freado e só consegue parar 70s depois. Calcular a aceleração.<br /><br />10) Um automóvel tem velocidade de 25 m/s e freia com aceleração de -5m/s2. Depois de quanto tempo ele pára?<br /><br /><br /><br />FUNÇÃO HORÁRIA DAS POSIÇÕES DO M.U.V.<br />s = posição em um instante qualquer (m)<br />so = posição no instante inicial (m)<br />vo = velocidade inicial (m/s)<br />t = tempo (s)<br />a = aceleração (m/s2)<br /><br /><br />s = so + vot + at2<br /><br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1) Um móvel descreve um MUV numa trajetória retilínea e sua posição varia no tempo de acordo com a expressão: s = 9 + 3t - 2t2. (SI) Determine: a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração.<br /><br /><br />2) É dado um movimento cuja função horária é: s = 13 - 2t + 4t2. (SI) Determine: a posição inicial, a velocidade inicial e a aceleração.<br /><br /><br />3) A função horária de um móvel que se desloca numa trajetória retilínea é s=20+4t+5t2, onde s é medido em metros e t em segundos. Determine a posição do móvel no instante t=5s.<br /><br /><br />4) Um móvel parte do repouso da origem das posições com movimento uniformemente variado e aceleração igual a 2 m/s2. Determine sua posição após 6 s.<br /><br /><br />5) Um móvel parte com velocidade de 10 m/s e aceleração de 6 m/s2 da posição 20 metros de uma trajetória retilínea. Determine sua posição no instante 12 segundos.<br /><br /><br /><br />6) Um ponto material parte do repouso com aceleração constante e 10 s após encontra-se a 40 m da posição inicial. Determine a aceleração do ponto material.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />EQUAÇÃO DE TORRICELLI<br />A equação de Torricelli é uma equação que relaciona a variação da velocidade ( V) com o deslocamento ( S). Note que nesta equação não utilizamos a grandeza física tempo.<br />v = velocidade em um instante qualquer (m/s)<br />vo = velocidade inicial (m/s)<br />a = aceleração (m/s2)<br />s = distância percorrida (m)<br /><br /><br />v2 = vo2 + 2.a. s<br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1) Um automóvel possui num certo instante velocidade de 10 m/s. A partir desse instante o motorista imprime ao veículo uma aceleração de 3 m/s2. Qual a velocidade que o automóvel adquire após percorrer 50 m?<br /><br /><br />2) Um automóvel parte do repouso e percorre 256 m de uma rodovia com uma aceleração igual a 8 m/se. Determine sua velocidade no final do percurso.<br /><br /><br />3) Um veículo tem velocidade inicial de 4 m/s, variando uniformemente para 10 m/s após um percurso de 7 m. Determine a aceleração do veículo.<br /><br /><br />4) A velocidade de um corpo em MUV varia de 6 m/s a 9 m/s, num trajeto de 3 m. Calcule a aceleração do corpo.<br /><br /><br />5) Um carro de corrida inicialmente em repouso é sujeito a aceleração de 5 m/s2. Determine a distância percorrida pelo carro até atingir a velocidade de 10 m/s.<br /><br /><br />6) Um trem trafega com velocidade de 15 m/s. Em determinado instante, os freios produzem um retardamento de -1,5 m/s2. Quantos metros o trem percorre durante a freagem, até parar?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />s = so + vot + a.t2<br /><br />v2 = vo2 + 2.a. s<br />EXERCÍCIOS ENVOLVENDO AS EQUAÇÕES DO MUV<br />v = vo + a.t<br /><br /><br />1) Um carro de corrida, que estava parado, arranca com movimento retilíneo uniformemente acelerado. O valor da sua aceleração é de 4 m/s2. Quanto tempo o carro gasta para atingir a velocidade de 12 m/s?<br /><br /><br />2) Ao pousar, um avião toca a pista de aterrissagem com uma velocidade de 70 m/s. Suponha que seu movimento, a partir desse instante, seja retilíneo uniformemente retardado, com aceleração a = - 5 m/s2. Qual será a velocidade do avião 10 s após ele tocar o solo?<br /><br /><br />3) Um carro, com movimento retilíneo uniformemente acelerado, de aceleração a = 1,5 m/s2, partiu do repouso. Qual a distância que o carro percorre em 4 s?<br /><br /><br />4) Uma moto com velocidade inicial de 20 m/s freia com aceleração igual a -2 m/s2. Escreva a função horária da velocidade para esta moto.<br /><br /><br />5) Uma ave voa, a partir do repouso, com aceleração de 8 m/s2. Qual é a velocidade atingida em 20 s?<br /><br /><br />6) Para decolar numa pista de 2 km, a partir do repouso, um avião precisa atingir a velocidade de 360 km/h. Qual a aceleração do avião?<br /><br /><br />7) Um veículo tem velocidade inicial de 4 m/s, variando para 10 m/s após um percurso de 7m. Determine a aceleração do veículo.<br /><br /><br /><br />PRIMEIRA LEI DE NEWTON OU LEI DA INÉRCIA<br />“Inércia é a propriedade comum a todos os corpos materiais, mediante a qual eles tendem a manter o seu estado de movimento ou de repouso”.<br />"Um corpo livre da ação de forças permanece em repouso (se já estiver em repouso) ou em movimento retilíneo uniforme (se já estiver em movimento)”.<br /><br />Questões<br />1) Explique a função do cinto de segurança de um carro, utilizando o conceito de inércia.<br /><br />2) Por que uma pessoa, ao descer de um ônibus em movimento, precisa acompanhar o movimento do ônibus para não cair?<br /><br />3) Um foguete está com os motores ligados e movimenta-se no espaço, longe de qualquer planeta. Em certo momento, os motores são desligados. O que irá ocorrer? Por qual lei da física isso se explica?<br /><br />SEGUNDA LEI DE NEWTON<br />F = força (N)<br />m = massa (kg)<br />a = aceleração (m/s2)<br />Unidade de força no SI: Newton (N)<br /><br /><br />F = m.a<br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1)Um corpo com massa de 0,6 kg foi empurrado por uma força que lhe comunicou uma aceleração de 3 m/s2. Qual o valor da força?<br /><br />2) Um caminhão com massa de 4000kg está parado diante de um sinal luminoso. Quando o sinal fica verde, o caminhão parte em movimento acelerado e sua aceleração é de 2 m/s2. Qual o valor da força aplicada pelo motor?<br /><br />3) Sobre um corpo de 2 kg atua uma força horizontal de 8 N. Qual a aceleração que ele adquire?<br /><br />4) Uma força horizontal de 200 N age corpo que adquire a aceleração de 2 m/s2. Qual é a sua massa?<br /><br />5) Partindo do repouso, um corpo de massa 3 kg atinge a velocidade de 20 m/s em 5s. Descubra a força que agiu sobre ele nesse tempo.<br /><br />6) A velocidade de um corpo de massa 1 kg aumentou de 20 m/s para 40 m/s em 5s. Qual a força que atuou sobre esse corpo?<br /><br />7) Uma força de12 N é aplicada em um corpo de massa 2 kg. A) Qual é a aceleração produzida por essa força? B) Se a velocidade do corpo era 3 m/s quando se iniciou a ação da força, qual será o seu valor 5 s depois?<br /><br />8) Sobre um plano horizontal perfeitamente polido está apoiado, em repouso, um corpo de massa m=2 kg. Uma força horizontal de 20 N, passa a agir sobre o corpo. Qual a velocidade desse corpo após 10 s?<br /><br />9) Um corpo de massa 2 kg passa da velocidade de 7 m/s à velocidade de 13 m/s num percurso de 52 m. Calcule a força que foi aplicada sobre o corpo nesse percurso.<br /><br />10) Um automóvel, a 20 m/s, percorre 50 m até parar, quando freado. Qual a força que age no automóvel durante a frenagem? Considere a massa do automóvel igual a 1000 kg.<br /><br />11) Sob a ação de uma força constante, um corpo de massa 7 kg percorre 32 m em 4 s, a partir do repouso. Determine o valor da força aplicada no corpo.<br /><br /><br />PESO E MASSA DE UM CORPO<br />Massa: quantidade de matéria (nunca muda)<br />Peso: força da gravidade (depende do planeta)<br />P = peso (N)<br />m = massa (kg)<br />g = aceleração da gravidade (m/s2)<br /><br />P = m.g<br /><br /><br />Exercícios<br />1) Calcule a força com que a Terra puxa um corpo de 20kg de massa quando ele está em sua superfície. (Dado: g=10 m/s2)<br /><br />2) Na Terra, a aceleração da gravidade é em média 9,8 m/s2, e na Lua 1,6 m/s2. Para um corpo de massa 5 kg, determine:<br />a) o peso desse corpo na Terra. b) a massa e o peso desse corpo na Lua.<br /><br />3) Um astronauta com o traje completo tem uma massa de 120 kg. Determine a sua massa e o seu peso quando for levado para a Lua, onde a gravidade é aproximadamente 1,6 m/s2.<br /><br />4) Na Terra, num local em que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2, um corpo pesa 98N. Esse corpo é, então levado para a Lua, onde a aceleração da gravidade vale 1,6m/s2?. Determine sua massa e o seu peso na Lua.<br /><br />5) Em Júpiter, a aceleração da gravidade vale 26 m/s2, enquanto na Terra é de 10 m/s2. Qual seria, em Júpiter, o peso de um astronauta que na Terra corresponde a 800 N?<br /><br />6) Qual é o peso, na Lua, de um astronauta que na Terra tem peso 784 N? Considere gT = 9,8 m/s2 e gL = 1,6 m/s2.<br /><br />DEFORMAÇÃO ELÁSTICA<br /><br /><br /><br /><br /><br />x<br />F = k.x<br />F = força elástica (N)<br />k = constante elástica da mola (N/cm)<br />x = deformação da mola (cm)<br /><br />Exercícios<br />1) Uma mola tem constante elástica de 10 N/cm. Determine a força que deve ser aplicada para que a mola sofra uma deformação de 5cm.<br /><br />2) A constante elástica de uma mola é de 30 N/cm. Determine a deformação sofrida pela mola ao se aplicar nela uma força de 120 N.<br /><br />3) Uma mola de suspensão de carro sofre deformação de 5 cm sob ação de uma força de 2000 N. Qual a constante elástica dessa mola?<br />4) Uma mola é submetida à ação de uma força de tração. O gráfico abaixo indica a intensidade da força tensora em função da deformação x. Determine:<br />a) a constante elástica da mola; b) a deformação x quando F=270N.<br />F(N)<br />18 .........................<br /><br /><br /><br />0 6 x (cm)<br />5) Aplicando-se uma força de 100 N numa mola ela sofre uma deformação de 2 cm. Qual a força que deforma a mola de 10 cm?<br /><br /><br />TERCEIRA LEI DE NEWTON OU LEI DA AÇÃO E REAÇÃO<br />“A toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários”.<br /><br />Exercícios<br />1) Dois blocos de massas mA = 2 kg e mB = 3 kg, apoiados sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa, são empurrados por uma força F de 20 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força que o corpo A exerce no corpo B.<br />B<br />A<br /><br />2) Os corpos A e B encontram-se apoiados sobre uma superfície horizontal plana perfeitamente lisa. Uma força F de 40 N é aplicada em A conforme indica a figura. Dados: mA= 2 kg e mB= 8 kg. Determine:<br />a) aceleração dos corpos A e B; b) a força que A exerce em B.<br />B<br />A<br /><br />3) Os blocos da figura têm massas mA= 20kg e mB= 10kg. Despreze os atritos. Sabendo-se que F=300N, pede-se: a) Qual a aceleração do sistema? b) Qual a força que A aplica em B?<br />A<br />B<br /><br />4) Dois corpos A e B, de massas mA= 6 kg e mB= 4 kg estão interligados por um fio ideal. A superfície de apoio é horizontal e perfeitamente lisa. Aplica-se em B uma força horizontal de 20 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força de tração no fio.<br />A<br />B<br /><br /><br />5) Dois corpos A e B, de massas mA= 10 kg e mB= 5 kg estão interligados por um fio ideal. A superfície de apoio é horizontal e perfeitamente lisa. Aplica-se em B uma força horizontal de 30 N, conforme indica a figura abaixo. Determine:<br />a) a aceleração do conjunto; b) a força de tração no fio.<br />A<br />B<br /><br /><br />6) Dois corpos A e B de massas respectivamente iguais à 5 kg e 3 kg, interligados por um fio de massa desprezível, são puxadas sobre um plano horizontal liso por uma força horizontal F. A aceleração do conjunto é de 6 m/s2. Determine: a) a força F; b) a força de tração no fio.<br />A<br />B<br /><br /><br />7)Na situação do esquema abaixo, não há atrito entre os blocos e o plano, mA=2kg e mB=8kg. Sabe-se que o fio que une A com B suporta, sem romper-se uma tração de 32N. Calcule a força admissível à força F, para que o fio não se rompa.<br />B<br />A<br /><br /><br /><br /><br />FORÇA DE ATRITO<br />"Quando um corpo é arrastado sobre uma superfície rugosa, surge uma força de atrito de sentido contrário ao sentido do movimento."<br />F<br />fat<br />fat = força de atrito (N)<br />= coeficiente de atrito<br />N = normal (N)<br />Sobre um corpo no qual aplicamos uma força F, temos:<br />F - fat = m.a<br /><br /><br />fat = .N<br /><br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1) Um bloco de massa 8 kg é puxado por uma força horizontal de 20N. Sabendo que a força de atrito entre o bloco e a superfície é de 2N, calcule a aceleração a que fica sujeito o bloco. Dado: g = 10 m/s2.<br /><br />2) Um bloco de massa 10 kg movimenta-se numa mesa horizontal sob a ação de uma força horizontal de 30 N. A força de atrito entre o bloco e a mesa vale 20 N. Determine a aceleração do corpo.<br /><br />3) Um corpo de massa m = 5 kg é puxado horizontalmente sobre uma mesa por uma força F = 15 N. O coeficiente de atrito entre o corpo e a mesa é = 0,2. Determine a aceleração do corpo. Considere g = 10 m/s3.<br /><br />4) Um bloco de massa 2 kg é deslocado horizontalmente por uma força F = 10 N, sobre um plano horizontal. A aceleração do bloco é 0,5 m/s2. Calcule a força de atrito.<br /><br />5) Um sólido de massa 5 kg é puxado sobre um plano horizontal por uma força horizontal de 25 N. O coeficiente de atrito entre o sólido e o plano é 0,2.<br />a) Qual a força de atrito? b) Qual é a aceleração do corpo? Dado: g = 10 m/s2.<br /><br />6)Um corpo de massa igual a 5 kg, repousa sobre um plano horizontal. O coeficiente de atrito entre o corpo e o plano é 0,1. Que força horizontal deve ser aplicada para se obter uma aceleração de 3 m/s2?<br /><br />7)Um corpo de massa 6 kg é lançado com velocidade inicial de 8 m/s. Determine a distância que o corpo percorrerá até parar, sabendo que o coeficiente de atrito entre o corpo e a superfície é 0,1. Adote g = 10 m/s2.<br /><br />8)Um pequeno bloco de massa 20 kg, em movimento com a velocidade de 20 m/s, atinge uma superfície áspera onde a força de atrito vale 8 N. Determine a distância percorrida pelo bloco até parar.<br /><br />9) Um carro de massa 900 kg e velocidade de 30 m/s freiam bruscamente e pára em 3 s. Calcule a força de atrito.<br />10)Uma força horizontal de 10 N arrasta um corpo de massa 2,5 kg, que estava inicialmente em repouso, deslocando-o 3 m, em uma superfície horizontal. A velocidade final do corpo é 2 m/s. Qual a força de atrito entre o corpo e a superfície?<br /><br /><br />TRABALHO DE UMA FORÇA PARALELA AO DESLOCAMENTO<br />"Quando aplicamos uma força sobre um corpo, provocando um deslocamento, estamos gastando energia, estamos realizando um trabalho."<br /><br /><br />ß---------- d ------------à<br />= trabalho (J)<br />F = força (N)<br />d = distância (m)<br />Unidade de trabalho no SI é: J (Joule)<br /><br /><br />= F.d<br /><br /><br />TRABALHO MOTOR ( >0) : A força tem o sentido do movimento.<br />TRABALHO RESISTENTE ( <0) s =" 10" cos =" ângulo" 37o =" 0,8." f =" 600" 30o =" 0,9" h =" trabalho" p =" peso" h =" altura" p =" m.g" g =" aceleração">0) : A força tem o sentido do movimento.<br />( <0) : A força tem sentido contrario ao sentido do movimento.<br /><br />Exercícios<br />1) Para elevar um livro que pesa 5 N, do chão até uma altura de 2m, qual o valor do trabalho necessário?<br /><br />2) Uma pessoa realizou um trabalho de 9 J para levantar verticalmente uma caixa que pesa 4 N. Quantos metros atingiu a altura da caixa?<br /><br />3) Um bloco de massa 2 kg é tirado do solo e colocado a uma altura de 5 m. Determine o trabalho da força peso.<br /><br />4) Uma pedra de massa 0,5 kg é libertada da altura de 20 m em relação ao solo. Determine o trabalho da força peso para trazê-la até o solo.<br /><br />5) Você pega do chão um pacote de açúcar de 5 kg e coloca-o em uma prateleira a 2m de altura. Enquanto você levanta o pacote, a força que você aplica sobre ele realiza um trabalho. A força peso que age sobre o pacote também realiza um trabalho. Considerando g = 10 m/s2, determine:<br />a) quanto vale o peso desse pacote de açúcar?<br />b) calcule o trabalho realizado pela força peso durante a subida do pacote. Lembre que esse trabalho é negativo.<br /><br />6) Um corpo de peso P = 200 N é levantado até a altura de 2 m por uma força F = 250 N. Calcule o trabalho realizado:<br />a) pela força F; b) pelo peso P.<br /><br /><br />POTÊNCIA<br />"A potência relaciona o trabalho realizado por uma força, com o tempo gasto para realizar esse trabalho."<br />Pot = potência (W)<br />= trabalho (J)<br />= tempo (s)<br />Unidade de potência: W (watt)<br /><br />Pot =<br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1)Calcule a potência de um motor, sabendo que ele é capaz de produzir um trabalho de 180 J em 20 s.<br /><br />2)Uma máquina a vapor realiza um trabalho de 20000 J em 50 s. Qual é sua potência?<br /><br />3)Em quanto tempo um motor de potência igual a 1500 W realiza um trabalho de 4500 J?<br /><br />4)Um motor de potência 55000 W aciona um carro durante 30 minutos. Qual é o trabalho desenvolvido pelo motor do carro?<br /><br />5)Uma máquina eleva um peso de 400 N a uma altura de 5 m, em 10 s. Qual a potência da máquina?<br /><br />6)Um elevador de peso 4000 N sobe com velocidade constante, percorrendo 30 m em 6 s. Calcule a potência da força que movimenta o elevador.<br /><br />7)Um corpo de massa 2 kg está inicialmente em repouso. Num dado instante passa a atuar sobre ele uma força F = 10 N. Sabendo que ele gasta 5s para percorrer 10 metros, calcule:<br />a) o trabalho da força F; b) sua potência.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />GRÁFICOS DO MOVIMENTO UNIFORME (construção)<br />No movimento uniforme, a velocidade não varia com o tempo. A tabela representa a velocidade de um móvel nos diversos instantes de tempo. Trançando o gráfico da velocidade em função do tempo com esses valores, obtém-se reta paral4la ao eixo dos tempos.<br />Exemplo:<br />t(s)<br />V (m/s)<br />1<br />8<br />2<br />8<br />3<br />8<br />4<br />8<br />5<br />8<br /><br />v O gráfico v x t do UM é uma reta paralela ao eixo dos tempos.<br />t<br />0<br /><br />Qual a utilização do gráfico v x t?<br />O retângulo da figura tem base t e altura v. Área do retângulo: A = (base) . (altura) Como: d = v.t concluímos que:<br />(numericamente)<br />A = d<br /><br />Isto quer dizer que o numero que mede a “área” do retângulo compreendido entre o gráfico v x t e o eixo dos tempos são iguais ao numero que mede a distancia percorrida por um móvel.<br />v<br />A = d<br />v<br /><br />t<br />0<br />t<br /><br />Exercícios<br />1) Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 10+10.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.<br /><br />2 Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 4+2.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.<br /><br />3) Um ponto material movimenta-se segundo a função s = 20 - 4t (SI). Faça o gráfico dessa função no intervalo de tempo, 0 a 5s.<br /><br />4) Um móvel movimenta-se sobre uma trajetória obedecendo à função horária s = 20.t no S.I. Construa o gráfico dessa função entre 0 e 4s.<br /><br />5)aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com5tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-63071257213161447422009-09-15T19:27:00.000-07:002009-09-15T19:28:09.586-07:00Historia da FisicaHistória da Física: resumo<br /> A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. Suas formulações são em geral compactantes expressas em linguagem matemática.<br /> A introdução da investigação experimental e a aplicação do método matemático contribuíram para a distinção entre Física, filosofia e religião, que , originalmente, tinham como objetivo comum compreender a origem e a constituição do Universo.<br /> A Física estuda a matéria nos níveis molecular, atômico, nuclear e subnuclear. Estuda os níveis de organização ou seja os estados sólido , líquido, gasoso e plasmático da matéria. Pesquisa também as quatro forças fundamentais: a da gravidade ( força de atração exercida por todas as partículas do Universo), a eletromagnética ( que liga os elétrons aos núcleos), a interação forte (que mantêm a coesão do núcleo e a interação fraca (responsável pela desintegração de certas partículas - a da radiatividade).<br /><br /> Física teórica e experimental - A Física experimental investiga as propriedades da matéria e de suas transformações, por meio de transformações e medidas, geralmente realizada em condições laboratoriais universalmente repetíveis . A Física teórica sistematiza os resultados experimentais, estabelece relações entre conceitos e grandezas Físicas e permite prever fenômenos inéditos.<br /><br />FATOS HISTÓRICOS<br /> A Física se desenvolve em função da necessidade do homem de conhecer o mundo natural e controlar e reproduzir as forças da natureza em seu benefício.<br />Física na Antigüidade<br />É na Grécia Antiga que são feitos os primeiros estudos "científicos" sobre os fenômenos da natureza. Surgem os "filósofos naturais" interessados em racionalizar o mundo sem recorrer à intervenção divina.<br /><br />Atomistas Gregos<br /><br /> A primeira teoria atômica começa na Grécia, no século V a.C. Leucipo, de Mileto, e seu aluno Demócrito, de Abdera (460 a.C. - 370 a.C.) , formulam as primeiras hipóteses sobre os componentes essenciais da matéria. Segundo eles, o Universo é formado de átomos e vácuo. Os átomos são infinitos e não podem ser cortados ou divididos. São sólidos mas de tamanho tão reduzido que não podem ser vistos. Estão sempre se movimentando no vácuo.<br /><br />Física Aristotélica<br /><br />É com Aristóteles que a Física e as demais ciências ganham o maior impulso na Antigüidade . Suas principais contribuições para a Física são as idéias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade" ) e o geocentrismo . A lógica aristotélica irá dominar os estudos da Física até o final da Idade Média.<br /><br /> Aristóteles - (384 a.C. - 322 a.C. ) Nasce em Estagira, antiga Macedônia (hoje, Província da Grécia) . Aos 17 anos muda-se para Atenas e passa a estudar na Academia de Platão, onde fica por 20 anos . Em 343 a.C. torna-se tutor de Alexandre, o grande, na Macedônia. Quando Alexandre assume o trono, em 335 a.C. , volta a Atenas e começa a organizar sua própria escola, localizada em um bosque dedicado a Apolo Liceu - por isso, chamada de Liceu . Até hoje, se conhece apenas um trabalho original de Aristóteles (sobre a Constituição de Atenas) . Mas as obras divulgadas por meio de discípulos tratam de praticamente todas as áreas do conhecimento : lógica, ética, política, teologia, metaFísica, poética, retórica, Física, psicologia, antropologia, biologia. Seus estudos mais importantes foram reunidos no livro Órganom .<br /><br /> Geocentrismo - Aristóteles descreve o cosmo como um enorme (porém finito) círculo onde existem nove esferas concêntricas girando em torno da Terra, que se mantêm imóvel no centro delas.<br /><br /> Gravidade - Aristóteles considera que os corpos caem para chegar ao seu lugar natural. Na antiguidade, consideram-se elementos primários a terra, a água, ar e fogo. Quanto mais pesado um corpo (mais terra) mais rápido cai no chão. A água se espalha pelo chão porque seu lugar natural é a superfície da Terra. O lugar natural do ar é uma espécie de capa em torno da Terra. O fogo fica em uma esfera acima de nossas cabeças e por isso as chamas queimam para cima.<br /><br />Primórdios da Hidrostática<br /><br /> A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Diz a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka !" ( Achei, achei !) . No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro.<br /><br /> Princípio de Arquimedes - A partir dessas experiências Arquimedes formula o princípio que leva o seu nome: todo corpo mergulhado em um fluído recebe um impulso de baixo para cima ( empuxo ) igual ao peso do volume do fluído deslocado. Por isso os corpos mais densos do que a água afundam e os mais leves flutuam. Um navio, por exemplo, recebe um empuxo igual ao peso do volume de água que ele desloca. Se o empuxo é superior ao peso do navio ele flutua.<br /><br /> Arquimedes - (287 a.C. - 212 a.C.) - nasce em Siracusa, na Sicília . Freqüenta a Biblioteca de Alexandria e lá começa seus estudos de matemática. Torna-se conhecido pelos estudos de hidrostática e por suas invenções, como o parafuso sem ponta para elevar água. também ganha fama ao salvar Siracusa do ataque dos romanos com engenhosos artefatos bélicos. Constrói um espelho gigante que refletia os raios solares e queimava a distância os navios inimigos. É também atribuído a Arquimedes o princípio da alavanca . Com base neste princípio, foram construídas catapultas que também ajudaram a resistir aos romanos. Depois de mais de três anos, a cidade é invadida é Arquimedes e assassinado por um soldado romano.<br /><br />Yin e Yang<br /> Os chineses também iniciaram na Antiguidade estudos relacionados à Física. Não se ocupam de teorias atômicas ou estrutura da matéria. Procuram explicar o Universo como resultado do equilíbrio das forças opostas Yin e Yang . Estas palavras significam o lado sombreado e ensolarado de uma montanha e simbolizam forças opostas que se manifestam em todos os fenômenos naturais e aspectos da vida. Quando Yin diminui, Yang aumenta e vice-versa .<br /> A noção de simetria dinâmica de opostos inaugurada pela noção de Yin e Yang será retomada no inicio do século XX com a teoria quântica (ver Princípio da incerteza neste capítulo) .<br /><br />REVOLUÇÃO COPERNICANA<br />Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo. No livro Commentariolus diz pela primeira vez que a Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Enfrenta a oposição da Igreja Católica, que adotara o sistema aristotélico como dogma e faz da Física um campo de estudo específico.<br /> Para muitos historiadores, a revolução copernicana se consolida apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas dos planetas de Joannes Kepler ( 1571- 1630).<br /><br /> Heliocentrismo - "O centro da Terra não é o centro do mundo ( Universo) e sim o Sol ". Este é o princípio do heliocentrismo (que tem o Sol do grego hélio - como centro), formulado por Nicolau Copérnico e marco da concepção moderna de Universo. Segundo o heliocentrismo, todos os planetas, entre eles a Terra, giram em torno do Sol descrevendo órbitas circulares.<br /><br /> Nicolau Copérnico - ( 1473 - 1543) nasce em Torum, na Polônia. Estuda matemática, os clássicos gregos, direito canônico ( em Bolonha, na Itália) e medicina (em Pádua, Itália) e só depois se dedica exclusivamente à área que realmente lhe interessava: a astronomia. Em 1513 constrói um observatório e começa a estudar o movimento dos corpos celestes. A partir dessas observações, escreve Das revoluções dos corpos celestes com os princípios do heliocentrismo. Copérnico revoluciona a idéia que o homem tinha de si mesmo (visto como imagem de Deus e por isso centro de tudo) e dá novo impulso a todas as ciências ao colocar a observação e a experiência acima da autoridade e dos dogmas.<br /><br />Física CLÁSSICA<br /><br /> O século XVII lança as bases para a Física da era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para seus país, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na óptica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton ( 1642-1727), cientista inglês, o grande nome dessa época: são dele a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal.<br /><br /> Isaac Newton - (1642- 1727) nasce em Woolsthorpe, Inglaterra, no mesmo ano da morte de Galileu. (começa a estudar na Universidade de Cambridge com 18 anos e aos 26 já se torna catedrático. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural. Dois anos depois é eleito membro do Parlamento como representante da Universidade de Cambridge. Já em sua época é reconhecido como grande cientista que revoluciona a Física e a matemática. Preside a Royal Society ( academia de ciência) por 24 anos. Nos últimos anos de vida dedica-se exclusivamente a estudos teológicos.<br /><br /> Cálculo diferencial - por volta de 1664, quando a universidade é fechada por causa da peste bubônica, Newton volta à sua cidade natal. Em casa, desenvolve o teorema do binômio e o método matemático das fluxões. Newton considera cada grandeza finita resultado de um fluxo contínuo, o que torna possível calcular áreas limitadas por curvas e o volume de figuras sólidas. Este método dá origem ao cálculo diferencial e integral .<br /><br /> Decomposição da luz - Newton pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca se decompõe nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta.<br /><br /> Leis da mecânica - A mecânica clássica se baseia em três leis.<br />Primeira lei - É a da inércia. Diz que um objeto parado e um objeto em movimento tendem a se manter como estão a não ser que uma força externa atue sobre eles.<br />Segunda lei - Diz que a força é proporcional à massa do objeto e sua aceleração. A mesma força irá mover um objeto com massa duas vezes maior com metade da aceleração.<br />Terceira lei - Diz que para toda ação há uma reação equivalente e contrária. Este é o princípio da propulsão de foguetes: quando os gases "queimados"(resultantes da combustão do motor) escapam pela parte final do foguete, fazem pressão em direção oposta, impulsionando-o para a frente.<br /><br /> Gravitação universal - observando uma maçã que cai de uma árvore do jardim de sua casa, ocorre a Newton a idéia de explicar o movimento dos planetas como uma queda. A força de atração exercida pelo solo sobre a maçã poderia ser a mesma que faz a Lua "cair" continuamente sobre a Terra.<br /><br /> Principia - Durante os 20 anos seguintes , Newton desenvolve os cálculos que demonstram a hipótese da gravitação universal e detalha estudos sobre a luz, a mecânica e o teorema do binômio. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural, conhecida como Principia, obra-prima científica que consolida com grande precisão matemática suas principais descobertas. Newton prova que a Física pode explicar tanto fenômenos terrestres quanto celestes e por isso é universal.<br /><br />Física APLICADA<br /><br /> No século XVIII, embora haja universidades e academias nos grandes centros, mais uma vez é por motivos práticos que a Física se desenvolve. A revolução industrial marca nova fase da Física. As áreas de estudos se especializam e a ligação com o modo de produção torna-se cada vez mais estreita.<br />Termodinâmica<br /><br /> Estuda as relações entre calor e trabalho. Baseia-se em dois princípios: o da conservação de energia e o de entropia. Estes princípios são a base de máquinas a vapor, turbinas, motores de combustão interna, motores a jato e máquinas frigoríficas.<br /> A partir de uma máquina concebida para retirar a água que inundava as minas de carvão, o inglês Thomas Newcomen cria em 1698 a máquina a vapor, mais tarde aperfeiçoada pelo escocês James Watt. É em torno do desempenho dessas máquinas que o engenheiro francês Sadi Carnot estabelece uma das mais importantes sistematizações da termodinâmica, delimitando a transformação de energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho).<br /><br /> Primeiro princípio - É o da conservação da energia. Diz que a soma das trocas de energia em um sistema isolado é nula. Se, por exemplo, uma bateria é usada para aquecer água, a energia da bateria é convertida em calor mas a energia total do sistema, antes e depois de o processo começar, é a mesma.<br /><br /> Segundo princípio - Em qualquer transformação que se produza em um sistema isolado, a entropia do sistema aumenta ou permanece constante. Não há portanto qualquer sistema térmico perfeito no qual todo o calor é transformado em trabalho. Existe sempre uma determinada perda de energia.<br /><br /> Entropia - tendência natural da energia se dispersar e da ordem evoluir invariavelmente para a desordem. O conceito foi sistematizado pelo austríaco Ludwig Boltzmann ( 1844-1906) e explica o desequilíbrio natural entre trabalho e calor.<br /> Zero absoluto - 0 Kelvin (equivalente a -273,15º C ou -459,6º F) ou "zero absoluto" não existe em estado natural. A esta temperatura a atividade molecular (atômica) é nula.<br /><br /> Lord Kelvin - (1824- 1907) é como ficou conhecido o físico irlandês William Thomson, barão Kelvin of Largs. Filho de matemático, forma-se em Cambridge e depois se dedica à ciência experimental. Em 1832 descobre que a descompressão dos gases provoca esfriamento e cria uma escala de temperaturas absolutas.<br /><br />ELETROMAGNETISMO<br /> Em 1820, o dinamarquês Hans Oersted relaciona fenômenos elétricos aos magnéticos ao observar como a corrente elétrica alterava o movimento da agulha de uma bússola. Michel Faraday inverte a experiência de Oersted e verifica que os magnetos exercem ação mecânica sobre os condutores percoridos pela corrente elétrica e descobre a indução eletromagnética, que terá grande aplicação nas novas redes de distribuição de energia.<br /><br /> Indução eletromagnética - Um campo magnético (variável) gerado por uma corrente elétrica (também variável) pode induzir uma corrente elétrica em um circuito. A energia elétrica também pode ser obtida a partir de uma ação mecânica: girando em torno de um eixo, um enrolamento de fio colocado entre dois imãs provoca uma diferença de potencial (princípio do dínamo).<br /><br /> Michael Faraday - (1791-1867) é um caso raro entre os grandes nomes da ciência. Nasce em Newington, Inglaterra. Começa a trabalhar aos 14 anos como aprendiz de encadernador. Aproxima-se das ciências como autodidata e depois torna-se assistente do químico Humphy Davy. Apesar de poucos conhecimentos teóricos, o espírito de experimentação de Faraday o leva a importantes descobertas para a química e Física. Consegue liquefazer praticamen descobertas para a química e Física. Consegue liquefazer praticamente todos os gases conhecidos. Isola o benzeno. Elabora a teoria da eletrólise, a indução eletromagnética e esclarece a noção de energia eletrostática.<br /><br /> Raios catódicos - São feixes de partículas produzidos por um eletrodo negativo (cátodo) de um tubo contendo gás comprimido. São resultado da ionização do gás e provocam luminosidade. Os raios catódicos são identificados no final do século passado por Willian Crookes. O tubo de raios catódicos é usado em osciloscópios e televisões.<br /><br /> Raios X - Em 1895 Wilhelm Konrad von Röntgen descobre acidentalmente os raios X quando estudava válvulas de raios catódicos. Verificou que algo acontecia fora da válvula e fazia brilhar no escuro focos fluorescentes. Eram raios capazes de impressionar chapas fotográficas através de papel preto. Produziam fotografias que revelavam moedas nos bolsos e os ossos das mãos. Estes raios desconhecidos são chamadas simplesmente de "x" .<br /><br /> Wilhelm Konrad von Röntgen - (1845-1923) nasce em Lennep, Alemanha, e estuda Física na Holanda e na Suíça . Realiza estudos sobre elasticidade, capilaridade, calores específicos de gases, condução de calor em cristais e absorção do calor por diferentes gases. Pela descoberta dos raios X recebe em 1901 o primeiro prêmio Nobel de Física da História.<br /><br /> Radiatividade - É a desintegração espontânea do núcleo atômico de alguns elementos (urânio, polônio e rádio), resultando em emissão de radiação. Descoberta pelo francês Henri Becquerel ( 1852 - 1909) poucos meses depois da descoberta dos raios X. Becquerel verifica que, além de luminosidade, as radiações emitidas pelo urânio são capazes de penetrar a matéria.<br /> Dois anos depois, Pierre Curie e sua mulher, a polonesa Marie Curie, encontram fontes radiativas muito mais fortes que o urânio. Isolam o rádio e o polônio e verificam que o rádio era tão potente que podia provocar ferimentos sérios e até fatais nas pessoas que dele se aproximavam.<br /><br /> Tipos de radiação - Existem três tipos de radiação; alfa, beta e gama. Á radiação alfa é uma partícula formada por um átomo de hélio com carga positiva. Radiação beta é também uma partícula, de carga negativa, o elétron. A radiação gama é uma onda eletromagnética. As substâncias radiativas emitem continuamente calor e têm a capacidade de ionizar o ar e torná-lo condutor de corrente elétrica. São penetrantes e ao atravessarem uma substância chocam-se com suas moléculas.<br /><br />Estrutura do Átomo<br /><br /> Em 1803 , John Dalton começa a apresentar sua teoria de que a cada elemento químico corresponde um tipo de átomo . Mas é só em 1897, com a descoberta do elétron, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisível como se acreditava desde a Antiguidade.<br /><br /> Descoberta do elétron - Em 1897 Joseph John Thomson, ao estudar os raios X e raios catódicos, identifica partículas de massa muito pequena, cerca de 1.800 vezes menores que a do átomo mais leve. Conclui que o átomo não é indivisível mas composto por partículas menores.<br /><br /> Modelo pudim - Thomson diz que os átomos são formados por uma nuvem de eletricidade positiva na qual flutuam, como ameixas em volta de um pudim, partículas de carga negativa - os elétrons.<br /><br /> Modelo planetário - Em 1911 Ernest Rutherford bombardeia uma lâmina de ouro com partículas em alta velocidade. Observa que algumas partículas atravessam o anteparo e outras ricocheteiam. Descobre que existem espaços vazios no átomo, por isso algumas partículas passaram pela lâmina. Verifica também que há algo consistente contra o que outras partículas se chocaram e refletiram. Conclui que o átomo possui um núcleo (de carga positiva) em volta do qual orbitam elétrons, como planetas girando em torno do Sol. O modelo planetário é aperfeiçoado por Niels Bohr com fundamentos da Física quântica.<br /><br /> Prótons - 1919 Rutherford desintegra o núcleo de nitrogênio e detecta partículas nucleares de carga positiva. Elas seriam chamadas de prótons. Segundo Rutherford, o núcleo é responsável pela maior massa do átomo. Anuncia a hipótese de existência do nêutron, confirmada apenas 13 anos depois.<br /><br /> Nêutrons - 1932 James Chadwick membro da equipe, de Rutherford, descobre os nêutrons, partículas nucleares com a mesma massa do próton mas com carga elétrica neutra.<br /><br /> Ernest Rutherford - (1871 - 1937) nasce em Nelson, na Nova Zelândia, onde começa a estudar Física. Suas maiores contribuições foram as pesquisas sobre radiatividade e teoria nuclear. Em 1908 cria um método para calcular a energia liberada nas transformações radiativas e recebe o prêmio Nobel de química. Em 1919 realiza a primeira transmutação induzida e transforma um núcleo de nitrogênio em oxigênio através do bombardeamento com partículas alfa. A partir daí dedica-se a realizar transmutações de vários tipos de elementos. Em 1931 torna-se o primeiro barão Rutherford de Nelson<br /><br />ERA QUÂNTICA<br /><br /> A grande revolução que leva a Física à modernidade e a teoria quântica, que começa a se definir no fim do século XIX . É a inauguração de uma nova "lógica" resultante das várias pesquisas sobre a estrutura do átomo, radiatividade e ondulatória.<br /> Max Planck é quem define o conceito fundamental da nova teoria - o quanta. Mas a teoria geral é de autoria de um grupo internacional de físicos, entre os quais: Niels Bohr (Dinamarca), Louis De Broglie (França), Erwin, Shrödinger e Wolfgang , Pauli (Áustria), Werner Heisenberg (Alemanha), e Paul Dirac (Inglaterra).<br /><br /> Quanta - Em 1900 o físico alemão Max Planck afirma que as trocas de energia não acontecem de forma continua e sim em doses, ou pacotes de energia, que ele chama de quanta. A introdução do conceito de descontinuidade subverte o princípio do filósofo alemão Wilhelm Leibniz (1646-1716), "natura non facit saltus"( a natureza não dá saltos), que dominava todos os ramos da ciência na época.<br /><br /> Max Planck - (1858-1947) nasce em Kiel, Alemanha. Filho de juristas, chega a oscilar entre a carreira musical e os estudos científicos. Decide-se pela Física e se dedica à carreira acadêmica até o fim da vida. Em 14 de dezembro de 1900, durante uma reunião da Sociedade Alemã de Física, apresenta a noção de "quanta elementar de ação". Em sua autobiografia Planck diz que na época não previa os efeitos revolucionários dos quanta. Em 1918 recebe o prêmio Nobel de Física.<br /><br /> Modelo quântico do átomo - Surge em 1913, elaborado por Niels Bohr (1885-1962). Segundo ele, os elétrons estão distribuídos em níveis de energia característicos de cada átomo. Ao absorver um quanta de energia, um elétron pode pular para outro nível e depois voltar a seu nível original, emitindo um quanta idêntico.<br />Dualidade Quântica<br /> A grande marca da mecânica quântica é a introdução do conceito de dualidade e depois, com Werner Heisenberg, do princípio de incerteza. Para a mecânica quântica, o universo é essencialmente não-deterministico. O que a teoria oferece é um conjunto de prováveis respostas. No lugar do modelo planetário de átomo, com elétrons orbitando em volta de um núcleo, a quântica propõe um gráfico que indica zonas onde eles têm maior ou menor probabilidade de existir. Toda matéria passa a ser entendida segundo uma ótica dual: pode se comportar como onda ou como partícula. É o rompimento definitivo com a mecânica clássica, que previa um universo determinístico.<br /><br /> Princípio da incerteza - Em 1927 Werner Heisenberg formula um método para interpretar a dualidade da quântica, o princípio da incerteza. Segundo ele, pares de variáveis interdependentes como tempo e energia, velocidade e posição, não podem ser medidos com precisão absoluta. Quanto mais precisa for a medida de uma variável, mais imprecisa será a segunda. "Deus não joga dados", dizia Albert Einstein, negando os princípios na nova mecânica.<br /><br />RELATIVIDADE<br /> A teoria da relatividade surge em duas etapas e altera profundamente as noções de espaço e tempo. Enquanto a mecânica quântica é resultado do trabalho de vários físicos e matemáticos, a relatividade é fruto exclusivo das pesquisas de Albert Einstein.<br /><br /> Relatividade Restrita - Em 1905 ele formula a Teoria da Relatividade Restrita (ou especial), segundo a qual a distância e o tempo podem ter diferentes medidas segundo diferentes observadores. Não existe portanto tempo e espaço absolutos como afirmara Newton no Principia, mas grandezas relativas ao sistema de referência segundo o qual elas são descritas.<br /> Raios simultâneos - Einstein dá o exemplo dos raios e o trem. Dois indivíduos observam dois raios que atingem simultaneamente as extremidades de um trem (que anda em velocidade constante em linha reta) e chamuscam o chão. Um homem está dentro do trem, exatamente na metade dele. O segundo indivíduo está fora, bem no meio do trecho entre as marcas do raio. Para o observador que está no chão, os raios caem simultaneamente. Mas o homem no trem dirá que os raios caíram em momentos sucessivos, porque ele, ao mesmo tempo que se desloca em direção ao relâmpago da frente, se afasta do relâmpago que cai na parte traseira. Este último relâmpago deve percorrer uma distância maior do que o primeiro para chegar até o observador. Como a velocidade da luz é constante, o relâmpago da frente "chega" antes que o de trás.<br /><br />Relatividade Geral<br /> Dez anos depois, Einstein estende a noção de tempo-espaço à força da gravidade. A Teoria Geral da Relatividade (1916), classificada pelo próprio Einstein como "bonita esteticamente", é também uma teoria da gravidade capaz de explicar a força de atração pela geometria tempo-espaço .<br /><br /> A fórmula relativa - A "revolução" de Einstein Torna popular a fórmula Física E= mc2 (energia é igual a massa vezes o quadrado da velocidade da luz). A equivalência entre massa e energia (uma pequena quantidade de massa pode ser transformada em uma grande quantidade de energia) permite explicar a combustão das estrelas e dar ao homem maior conhecimento sobre a matéria. É a expressão teórica das enormes reservas de energia armazenadas no átomo na qual se baseiam os artefatos nucleares.<br /><br /> Bomba atômica - Artefato nuclear explosivo que atinge seu efeito destrutivo através da energia liberada na quebra de átomos pesados (urânio 235 ou plutônio 239). Armas atômicas foram superadas pelas bombas termonucleares, que têm maior poder destrutivo. As bombas termonucleares (bomba H e bomba de nêutrons) agem por meio de ondas de pressão ou ondas térmicas. Produzem essencialmente radiação, mortal para os seres vivos, sem destruir bens materiais. São bombas de fusão detonadas por uma bomba atômica e podem ter o tamanho de um paralelepídedo.<br /><br /> Velocidade relativa - A relatividade também revoluciona a noção de velocidade. Ao demostrar que todas as velocidades são relativas, explica que, apesar do movimento, nenhuma partícula poderia se deslocar a uma velocidade superior à da luz ( 299.792.458 metros por segundo). À medida que se aproximasse dessa velocidade, a energia e a massa da partícula também aumentariam, tomando cada vez mais difícil a aceleração.<br /><br /> Geometria espaço-tempo - Enquanto Newton descrevera a gravitação como uma queda, para Einstein é uma questão espacial. Quando um corpo está livre, isto é, sem influência de qualquer força, seus movimentos apenas exprimem a qualidade de espaço-tempo. A presença de um corpo em determinado local causa uma distorção no espaço próximo.<br /><br /> Espaço curvo - Um raio de luz proveniente de uma estrela distante parece sofrer uma alteração de trajetória ao passar perto do Sol. Isto não é causado por qualquer força de atração, diz Einstein. Em função da enorme massa do Sol, o espaço a sua volta está deformado. É como se ele estivesse " afundado". O raio apenas acompanha esta curvatura, mas segue sua rota natural. E se a matéria encurva o espaço, é possível admitir que todo o Universo é curvo. A confirmação experimental do espaço curvo só acontece em 1987, com a observação de galáxias muito distantes.<br /><br /> Albert Einstein ( 1879-1955) nasce um Ulm, Alemanha, em 1879. Chega a ser considerado deficiente mental porque até 4 anos não fala fluentemente. Durante o secundário, é considerado pelos professores um estudante medíocre. Mas, fora da escola, Einstein mostra desde jovem interesse pela matemática. Começa seus estudos de matemática e Física na Alemanha e depois assume nacionalidade suíça. Em 1921 recebe o prêmio Nobel. No apogeu do nazismo vai para os EUA e se naturaliza norte-americano. Depois da 2a guerra, passa a defender o controle internacional de armas nucleares. Morre em Princeton, EUA.<br /><br />PARTÍCULAS SUBATÔMICAS<br /><br /> A história das partículas que compõem o átomo é bastante recente. Só em 1932 confirma-se que os átomos são formados por nêutrons, prótons e elétrons. Em seguida são encontradas partículas ainda menores como o pósitron, o neutrino e o méson - uma partícula internuclear de vida curtíssima (um décimo milésimo milionésimo de segundo).<br /><br /> Quarks e léptons - Hoje já se conhecem 12 tipos de partículas elementares. Elas são classificadas em duas famílias: quarks e léptons. Estes são os tijolos da matéria. Há seis gerações de partículas quark e seis de léptons. A primeira geração de quarks é a dos upe down (alto e baixo), que formam, por exemplo, os nêutrons e os prótons.<br /><br /> Os quarks de segunda e terceira geração, os charm e strange (charme e estranho) e os bottom e top (base e topo), existiram em abundância no início do Universo. Hoje, são partículas muito raras e só recentemente foram identificadas. O quark top foi detectado pela primeira vez em abril do ano passado. Os mésons também são formados por quarks . A família dos leptons reúne gerações de partículas mais leves. Entre eles, os mais conhecidos são o elétron e o neutrino.<br /><br /> O tamanho do átomo - O diâmetro de um átomo é de aproximadamente 10-10 m, ou um centésimo milionésimo de centímetro. Se uma laranja fosse ampliada até ter o tamanho da Terra, seus átomos teriam o tamanho de cerejas. Uma proporção semelhante é a que existe entre o átomo e o núcleo dele. Se um átomo pudesse ser ampliado e ter o tamanho de uma sala de aula, ainda assim o núcleo não seria visível a olho nu.<br /><br /> Estudo do núcleo - Apesar de todo avanço tecnológico, nunca foi possível ver o interior do átomo. Para descobrir características e propriedades das partículas, os físicos usam métodos indiretos de observação. Bombardeiam núcleos atômicos e depois verificam os "estragos". Registram as ocorrências e fazem curvas de comportamento. Depois fazem abstrações matemáticas (modelos) que serão testados para confirmação.<br /><br /> Aceleradores de partículas - Os aceleradores são os aparelhos desenvolvidos para "olhar " o núcleo atômico. São eles que fornecem altas doses de energia para que partículas possam romper o campo de força que envolve o núcleo e atingi-lo. Essas partículas podem ser elétrons, prótons, antiprótons. Em grandes anéis circulares ou túneis, as partículas são aceleradas em direção oposta e produzem milhares de colisões por segundo. Um detector registra o rastro das partículas que resultam de cada choque e um computador seleciona as colisões a serem analisadas.<br /><br />TENDÊNCIAS ATUAIS<br /><br /> A fusão nuclear controlada e a Física dos primeiros instantes do Universo são atualmente os campos mais desafiantes da fisica.<br /><br /> Fusão Nuclear Controlada - A fusão nuclear é um processo de produção de energia a partir do núcleo do átomo. Este fenômeno ocorre naturalmente no interior do Sol e da estrelas. Núcleos leves como o do hidrogênio e seus isótopos - o deutério e o trítio -se fundem e criam elementos de um núcleo mais pesado, como o hélio. Neste processo, há uma enorme liberação de energia. Até hoje, só foi possível produzir energia nuclear pela fissão (quebra) do núcleo dos átomos. Esta "quebra"resulta em energia, mas libera resíduos radiativos e por isso não pode ser considerada uma fonte segura.<br /><br /> Combustível nuclear - Um dos desafios da Física atual é reproduzir o processo de fusão de maneira controlada e obter combustível nuclear. Será uma alternativa mais econômica e limpa. Pode ser obtida a partir de matéria-prima abundante (água) e sem efeitos poluidores (como o monóxido de carbono, resultante da queima de combustíveis, ou a radiação).<br /><br /> Deutério - O combustível para a fusão, o deutério, é um isótopo de hidrogênio abundante na água. Na fusão nuclear, uma única gota de deutério (obtida a partir de 4 litros de água comum) produziria energia equivalente à queima de 1.200 litros de petróleo.<br /><br /> Teoria do Campo Unificado - Neste campo, as teorias sobre a evolução do Universo a partir do seu momento inicial, o Big Bang (Grande Explosão), se encontra com as teorias das partículas elementares. A hipótese aceita hoje em dia é que, logo após o Big Bag, teria se formado uma espécie de "sopa" superquente de partículas básicas das quais se constitui toda a matéria e que, ao se resfriarem, teriam dado origem à matéria em seu estado atual. O grande desafio é estabelecer uma teoria do campo unificado que descreva a ação das forças fundamentais (gravitacionais, eletromagnéticas e nucleares) num único conjunto de equações ou a partir de um princípio geral, que seria a "força" presente no início dos tempos.<br /><br />ESPECIALIZAÇÕES DA Física<br /> Cosmologia e astroFísica - Tratam da natureza do universo físico, sua origem, evolução e possíveis extensões espaço-temporais.<br /> Física atômica, molecular e de polímeros - Dedicam-se à descrição da estrutura e das propriedades de sistemas de muitos elétrons, como os átomos complexos, ou como moléculas e compostos orgânicos.<br /> Física da matéria condensada e do estado sólido - Ocupa-se das propriedades gerais dos materiais, como cristais, vidros ou cerâmicas. Tem como subespecializações a Física de semicondutores e a Física de superfícies.<br /> Física nuclear - Estuda a estrutura nuclear e os mecanismos de reação, emissão de radiatividade natural, de fissão e fusão nuclear.<br /> Física dos plasmas - Estuda a matéria a centenas de milhares de graus ou mesmo a milhões de graus de temperatura, estado em que a estrutura atômica regular é desfeita em íons e elétrons ou em que ocorrem fusões nucleares, como no Sol e nas demais estrelas.<br /> Física das partículas elementares - Trata dos constituintes fundamentais da matéria.<br /> Física das radiações - Estuda os efeitos produzidos pela absorção da energia da radiação eletromagnética em geral ou da radiação ionizante em particular.<br /> Gravitação e relatividade geral - Tratam das propriedades geométricas do espaço/tempo, como decorrentes das concentrações de massa no Universo.<br /> Mecânica dos fluídos - Estuda as propriedades gerais e as leis de movimento dos gases e dos líquidos.<br /> Óptica - Estuda propriedades e efeitos de fontes de luz (como os raios laser), de transmissores de luz (como as fibras ópticas) e de fenômenos e instrumentos ópticos (como o arco-íris e os microscópios).<br /><br /><a href="http://www.fisica.net/"></a>aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-74114770028663020482009-09-15T19:23:00.000-07:002009-09-15T19:25:08.939-07:00gabarito da revista volume 3 - 1ªserieGABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />1<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1<br />UM PASSEIO PELA GALÁXIA<br />Página 3<br />1. Sugerimos como possibilidades:<br />• “O guia dos mochileiros da galáxia”, de Douglas Adams;<br />• “Encontro com Rama”, de Arthur C. Clarke;<br />• “O Robô de Júpiter”, de Isaac Asimov.<br />Estes livros são obras de ficção ainda publicadas. Ao longo do Caderno, o Professor<br />conta com sugestões de diversas outras obras. As questões de acompanhamento da<br />leitura nesse Caderno do Aluno são gerais o suficiente para se encaixar em diversos<br />títulos, de ficção e de não ficção, deixando a possibilidade de escolha mais ampla e<br />até a opção de que os alunos leiam diferentes obras.<br />2. Espera-se que o aluno escreva livremente sobre suas impressões iniciais, como forma<br />de incentivar a disposição da leitura.<br />3. Professor, é importante que você comente algo sobre o autor do livro na primeira<br />aula e verifique aqui se o aluno incorporou, ao menos, as informações principais.<br />4. O aluno deve falar aqui sobre conceitos astronômicos, viagens espaciais, planetas,<br />galáxias, estrelas, relacionando com o título ou com o tema do livro.<br />5. Alguns livros possuem versão cinematográfica e a exibição de um trecho pode ajudar<br />no processo de leitura. Uma sugestão, de qualquer forma, é a exibição de um vídeo<br />motivador. Para “O robô de Júpiter”, por exemplo, a exibição de um vídeo sobre os<br />planetas pode auxiliar na compreensão dos alunos..<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 4<br />1. O aluno deve levar os materiais encontrados: figuras, reportagens, histórias em<br />quadrinhos. Professor, você deve verificar se os materiais têm realmente relação com<br />o espaço e, caso essa relação lhe pareça muito vaga, questione o aluno sobre qual<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />2<br />relação ele imaginou. Isso é uma forma de avaliação diagnóstica das concepções<br />prévias dos estudantes.<br />2.<br />a) Professor, você precisa reunir essas informações para checar a pesquisa do<br />estudante.<br />b) Professor, você precisa reunir essas informações para checar a pesquisa do<br />estudante.<br />c) Professor, você precisa reunir essas informações para checar a pesquisa do<br />estudante.<br />d) Essa é uma questão mais aberta. É possível que o estudante não encontre<br />opiniões sobre o livro, mas isso não compromete a lição.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />3<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />O QUE TEM LÁ EM CIMA?<br />Página 6<br />1.<br />Apresentamos alguns exemplos.<br />Nave Lua Estrela cadente<br />Planeta Raios Sol<br />ET Meteoritos Bombas<br />Cometa Foguete Nuvens<br />Asteroide Estrelas Constelações<br />Disco voador Galáxia Nebulosas<br />Satélite Alien Buracos negros<br />2. Aqui se espera que o aluno tente usar seu próprio vocabulário para descrever os<br />objetos trazidos. Professor, neste momento você ainda está em uma fase de avaliação<br />diagnósticas do nível de conhecimento dos estudantes. Como neste exercício é<br />trabalhada a habilidade de escrita, você pode avaliar a clareza e a correção do texto.<br />3. O aluno deve apresentar os exemplos e justificar. Por exemplo: foguetes são reais<br />porque já foram lançados vários para o espaço, como noticiado em jornais e TV.<br />E.Ts parecem ser fantasiosos porque só os vemos em filmes e em depoimentos sem<br />base científica, sem apresentar nenhuma prova.<br />4. As possibilidades de resposta são bastante variadas. Professor, você deve verificar a<br />coerência conceitual e realizar as correções necessárias.<br />5. Professor, você deve verificar as correções.<br />6. Professor, você deve checar se o grupo propôs:<br />• personagens;<br />• roteiro;<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />4<br />• fenômenos, coerentes com o conteúdo da matéria.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 9<br />1. Os planetas orbitam o Sol (assim como outros corpos tais como cometas, asteroides,<br />planetas anões). Os satélites por sua vez são corpos que orbitam planetas (ou planetas<br />anões). Espera-se aqui que o aluno perceba pelo menos a diferença de que os<br />planetas orbitam o Sol diretamente e os satélites orbitam os planetas.<br />2. Não. Há também os cometas, os asteroides e os planetas anões.<br />3. As estrelas. O Sol é uma estrela, pois é um astro que produz luz e calor por meio de<br />reações de fusão nuclear que ocorrem em seu interior. Nesse momento, não é<br />necessário que o aluno compreenda o que é fusão nuclear. Apenas se devem evitar<br />analogias com a queima de combustíveis para não reforçar concepções espontâneas.<br />4. Uma galáxia é um imenso agrupamento de estrelas que orbitam em torno de um<br />centro comum. Geralmente é composta por milhões de estrelas individuais.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 9<br />1. Checar linguagem, personagens e coerência da história.<br />2.<br />a) O professor deve consultar o livro sugerido aos alunos. Se o professor achar<br />interessante, pode pedir para os alunos escreverem sobre as imagens da capa do livro<br />também nessa questão.<br />b) Aqui a relação pode ser bastante superficial, mas o aluno deve conseguir<br />estabelecer alguma relação.<br />c) Nem todos os livros apresentam “prefácio”, “textos nas orelhas” ou a<br />“introdução”. Professor, você deve checar anteriormente quais tipos de textos<br />(prefácio, introdução, agradecimentos, etc.) que aparecem antes do início da história.<br />Além de verificar no início e no final do livro, é importante verificar qual é a edição<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />5<br />do livro que o aluno está utilizando, porque muitas vezes entre uma edição e outra,<br />textos iniciais e finais podem ser adicionados, modificados ou retirados pela editora. .<br />d) Procurando bem no livro (no início, no final), em geral, é possível encontrar essa<br />informação, que frequentemente também pode ser obtida na internet. A segunda<br />pergunta é mais aberta, serve para diagnosticar a visão do aluno.<br />e) Vale a pena sempre exigir um ritmo de leitura, então esse cálculo é importante.<br />Mas, o professor deve ter me mente que nem todos os alunos conseguirão cumprir o<br />ritmo. Como observado no Caderno do Professor, isso não prejudica o valor da<br />atividade. As atividades com o livro estão planejadas levando em conta essas<br />diferenças de ritmo de leitura.<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 10<br />1. Monte Everest, cerca de 8.850 metros. O valor tem pequenas variações de acordo<br />com a fonte de pesquisa consultada.<br />2. Fossa das Ilhas Marianas (Oceano Pacífico), 10.911 metros, aproximadamente. O<br />valor tem pequenas variações de acordo com a fonte de pesquisa consultada.<br />3. Aproximadamente 12.756 quilômetros. O valor tem pequenas variações de acordo<br />com a fonte de pesquisa consultada.<br />4. Diâmetro polar: aproximadamente 12.713 quilômetros. Diâmetro equatorial:<br />aproximadamente 12.756 quilômetros. Os valores sofrem pequenas variações de<br />acordo com a fonte de pesquisa consultada.<br />5. Esse valor varia ao longo da órbita da Lua ao redor da Terra (e também ao longo do<br />tempo). O valor médio é de aproximadamente 384.405 quilômetros, podendo haver<br />pequenas variações de acordo com a fonte de pesquisa.<br />6. O diâmetro da Lua é de aproximadamente 3.476 quilômetros, valor que sofre leves<br />variações de acordo com a fonte de pesquisa.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />6<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />A TERRA É UMA BOLINHA<br />Página 11<br />1. O aluno pode mencionar fotografias aéreas ou espaciais, viagens de avião e navio<br />que permitem constatar o fato, ou citar argumentos históricos como o fato de os<br />mastros dos navios desaparecerem por último no horizonte, quando eles se afastam<br />da costa, o formato da sombra da Terra na Lua vista nos eclipses lunares. Qualquer<br />uma dessas respostas além de outras do gênero são válidas.<br />2. Do ponto de vista da textura e da esfericidade da superfície, uma das melhores frutas<br />para representar a Terra é a jabuticaba: bem lisa e esférica. Alguns alunos podem<br />pensar em outros aspectos, tais como as camadas internas da Terra, que não são o<br />foco da pergunta. Cabe a sua orientação, Professor.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 12<br />1. O professor deve checar se a medida foi feita corretamente. Pequenos erros são<br />aceitáveis.<br />2. Verificar se o desenho corresponde à medida efetuada.<br />3. Deixar o aluno livre para decidir o grau de achatamento.<br />4. Deixar o aluno livre para decidir a rugosidade a ser representada.<br />Página 14<br />1. Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ------------------------------------ 8,85 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 8,85 x 80 / 12756 = 0,056 mm.<br />2. Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ---------------------------------- 10,911 km<br />80 mm --------------------------- 12.756 km<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />7<br />x = 10,911 x 80 / 12756 = 0,068 mm.<br />3.<br />(Achatamento da Terra) = (Diâmetro Equatorial) – (Diâmetro Polar)<br />(Achatamento da Terra) = 12.756 - 12.713 = 43 km.<br />Exemplo com bola de 80 mm:<br />x ------------------------------------ 43 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 43 x 80 / 12756 = 0,270 mm.<br />4. Em geral o aluno terá exagerado tanto o achatamento quanto as dimensões do relevo.<br />Isso é esperado e é este ponto que você, professor, deve usar para a discussão.<br />5. O aluno, em geral, perceberá que imaginava a Terra muito mais áspera ou rugosa do<br />que, de fato, ela é. Nesse caso, deverá sugerir uma fruta mais esférica e de casca mais<br />lisa do que a anteriormente imaginada.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 14<br />1. É fundamental deixar a escolha livre. Geralmente os estudantes escolhem uma bola<br />bem menor do que a proporcionalmente correta.<br />2. Checar a medida.<br />3. Exemplo com bola de 80 milímetros representando a Terra:<br />x ---------------------------------- 3.476 km<br />80 mm --------------------------- 12.756 km<br />x = 3476 x 80 / 12756 = 21,8 mm.<br />4. Checar a coerência da comparação.<br />5. Checar o desenho em sua proporção. Erros pequenos são aceitáveis.<br />6. É fundamental deixar a escolha livre. Geralmente os estudantes escolhem uma<br />distância muito menor do que a proporcionalmente correta.<br />7. Exemplo com bola de 80 milímetros representando a Terra:<br />x --------------------------------- 384.405 km<br />80 mm -------------------------- 12.756 km<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />8<br />x = 384405 x 80 / 12756 = 2411 mm, ou aproximadamente 2,41 metros.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 15<br />1. O aluno deve concluir que a superfície da Terra é proporcionalmente muito mais lisa<br />do que a da casca de uma laranja, dadas as proporções entre as imperfeições na<br />superfície e o diâmetro do planeta.<br />2. Sim. A maior distância, sobre a superfície da Terra, entre dois pontos quaisquer é de<br />cerca de 20 mil quilômetros, e a Lua se situa a quase 400 mil quilômetros do nosso<br />planeta.<br />3. Não. A maior profundidade é de aproximadamente 11 quilômetros, e o raio da Terra<br />é de cerca de 6.400 quilômetros. No ponto mais fundo do oceano, teríamos<br />percorrido apenas 0,17% do trajeto até o centro da Terra.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 16<br />1. O professor deve checar as informações. Além disso, você, professor, deve verificar<br />o nível de compreensão que o aluno obteve em relação ao livro escolhido. A coesão e<br />coerência do texto redigido pelo aluno também devem ser verificadas.<br />2. O professor deve checar esses resumos, levando em consideração a coesão e<br />coerência do texto do aluno, e se a relação da história com os conceitos de Física foi<br />feita corretamente pelo aluno.<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 16<br />1. Valores disponíveis no Caderno do Professor. Lembrar que pode haver variações de<br />acordo com a fonte de pesquisa.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />9<br />2. Os planetas anões são corpos que orbitam diretamente o Sol, eles são esféricos, mas<br />não agregaram massa suficiente para remover os fragmentos de matéria a seu redor.<br />Os planetas anões são conhecidos e oficialmente catalogados pela União<br />Astronômica Internacional [IAU, sigla em inglês para International Astronomical<br />Union], e seus diâmetros e distâncias médias ao Sol estão listados no Caderno do<br />Professor. Essa é uma questão difícil e pode haver muita variação de informação, por<br />se tratar de um assunto na fronteira do conhecimento científico. Professor, você deve<br />levar em conta o empenho na pesquisa mais do que a precisão das informações<br />obtidas.<br />3. Aproximadamente 1.391.000 quilômetros, podendo haver variações de acordo com a<br />fonte pesquisada.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />10<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />O SISTEMA SOLAR<br />Página 18<br />1. Maior: Júpiter. Menor: Mercúrio.<br />2. Tempo necessário para o planeta realizar uma revolução completa em torno do Sol.<br />A Terra tem o período orbital de cerca de 365,25 dias.<br />3. Quanto maior a distância média do planeta ao Sol, maior seu período orbital. Esperase<br />que o aluno explique a diferença pela distância maior a ser percorrida, mas há<br />outro fator: a aceleração centrípeta, devida à força gravitacional, que também decai<br />com a distância. Cabe ao professor decidir se é o caso de aprofundar esse aspecto ao<br />discutir essa questão.<br />4. Não é diretamente proporcional, porque não obedece à regra de três. Compare Júpiter<br />e Saturno com os alunos. Saturno tem pouco menos que o dobro da distância média<br />ao Sol, mas quase o triplo de período orbital médio.<br />A tabela ( presente no Caderno do Aluno) a seguir apresenta alguns dados adicionais<br />sobre os planetas do Sistema Solar. Usando seus dados, procure responder às<br />questões que se seguem.<br />5. Os planetas jovianos possuem maior massa. Professor, checar aqui a correta<br />interpretação das potências de dez.<br />6. Maior massa: Júpiter. Menor massa: Mercúrio.<br />7.<br />N = MJúpiter/MMercúrio = 1,9 x1027/3,3 x1023 = 5758.<br />A massa de Júpiter corresponde a aproximadamente 5758 vezes a de Mercúrio.<br />N = MJúpiter/MTerra = 1,9 x1027/6,0 x1024 = 317.<br />A massa de Júpiter corresponde a aproximadamente 317 vezes a da Terra.<br />8. Não, ao se analisar as tabelas das páginas 17 e 20 do Caderno do Aluno, é possível<br />perceber que os planetas jovianos são maiores e proporcionalmente menos densos do<br />que os telúricos.<br />9.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />11<br />N = MTerra/MMercúrio = 6,0 x1024 /3,3 x1023 = 18.<br />A massa de Júpiter corresponde a aproximadamente 18 vezes a da Terra.<br />10. Mais denso: A Terra. Menos denso: Saturno.<br />11. Os telúricos são mais densos, pois possuem proporcionalmente mais material sólido<br />(rochas e metais) do que os jovianos, que são compostos predominantemente de<br />gases, sobretudo, o hidrogênio e o hélio.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 21<br />1. Deixar livre, de acordo com a imaginação dos alunos.<br />2. Deixar livre, de acordo com a imaginação dos alunos.<br />3. Faça agora o cálculo exato com o diâmetro da bola que os alunos escolheram e os<br />dados que obtiveram na pesquisa.<br />Distância média da Terra ao Sol:<br />x ------------------------------------- 149.600.000 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 149600000 . 80 / 12756 = 938225 mm, ou cerca de 938 metros.<br />4. Exemplo da determinação dos dados de Mercúrio, com uma bola de 80 mm<br />representando a Terra:<br />Diâmetro de Mercúrio<br />x ------------------------------------ 4.878 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 4878 . 80 / 12756 = 30,6 mm.<br />Distância média de Mercúrio ao Sol<br />x ------------------------------------ 57.900.000 km<br />80 mm ----------------------------- 12.756 km<br />x = 57900000 . 80 / 12756 = 363123 mm, ou cerca de 363 metros.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />12<br />A tabela abaixo mostra os resultados para a Terra representada como uma bola de<br />80 mm.<br />Dimensões do modelo de sistema solar<br />ASTRO Diâmetro da bola<br />(mm)<br />Distância ao centro (Sol)<br />(m ou km)<br />Sol 8724 zero<br />Mercúrio 31 363 m<br />Vênus 76 679 m<br />Terra 80 938 m<br />Marte 43 1429 m<br />Júpiter 897 4,9 km<br />Saturno 756 8,9 km<br />Urano 321 18,0 km<br />Netuno 311 28,1 km<br />5. No exemplo acima é possível. Júpiter necessitaria de uma bola com cerca de 90<br />centímetros de diâmetro, que é difícil de encontrar, mas não impossível.<br />6. Não é impossível, mas é difícil, uma vez que, ou a bola representando o Sol deverá<br />ser muito grande (no exemplo, mais de 8 metros de diâmetro), ou as dos planetas<br />deverão ser muito pequenas, dificultando a montagem de uma maquete prática. Se<br />considerarmos as proporções das órbitas, a maquete do exemplo teria que ter mais de<br />28 quilômetros de raio. Mesmo reduzindo a proporção a um fator de 10, a maquete<br />ocuparia um círculo de 2,8 quilômetros, desconsiderando, obviamente, os planetas<br />anões. Nesse caso, Mercúrio teria apenas 3 milímetros de diâmetro.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />13<br />Desafios!<br />Página 23<br />• Sabemos que v = d /Δt. A distância percorrida é o perímetro da órbita, dado por<br />d = 2.π.R, onde R é a distância média da Terra ao Sol, expressa em metros. O<br />intervalo de tempo é o período orbital da Terra (1 ano = 365 dias e um quarto,<br />aproximadamente), expresso em segundos.<br />Dessa forma, temos:<br />d = 2.π.R = 2 . 3,14 . 1,496 x 1011 = 9,4 x 1011 m.<br />Δt = 365,25 . 24 . 60 . 60 = 3,16 x 107s.<br />v = d /Δt = 9,4 x 1011 / 3,16 x 107, ou seja, v é aproximadamente 29.785 m/s.<br />• Considerando que o período orbital de Netuno é de aproximadamente 164,8 anos<br />terrestres, basta lembrar que um ano terrestre tem 365 dias e um quarto. Assim, o ano<br />netuniano terá<br />N = 164,8 . 365,25 = 60193,2 dias terrestres<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 24<br />1. Telúricos: planetas similares ao planeta Terra, constituídos principalmente de rochas<br />e metais, com dimensões pequenas comparadas aos jovianos, sem anéis e com<br />poucos satélites ou nenhum. Em nosso sistema solar, os planetas telúricos estão<br />situados em órbitas mais próximas ao sol.<br />Jovianos: planetas similares a Júpiter, constituídos principalmente de Hidrogênio e<br />Hélio. Com dimensões maiores do que os planetas telúricos, possuem anéis e grande<br />quantidade de satélites de variadas dimensões. Situam-se, no nosso sistema solar, na<br />região após o cinturão de asteroides.<br />2. Não. Mercúrio e Vênus não possuem satélites conhecidos.<br />3. Planetas anões: corpos esféricos de massas inferiores aos planetas, que possuem<br />fragmentos de matéria de menores dimensões em suas proximidades.<br />Cometas: constituídos principalmente de gelo e rocha, eventualmente aproximam-se<br />do Sol em suas órbitas, produzindo uma cauda gerada pela sublimação das<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />14<br />substâncias voláteis neles presentes. Possuem dimensões menores do que os planetas<br />anões.<br />Asteroides: constituídos principalmente de rochas e metais, giram em torno do Sol<br />em diversas configurações orbitais. São menores do que os planetas anões.<br />Fragmentos, ou mesmo asteroides e cometas inteiros, podem atingir os planetas.<br />4.<br />Planeta<br />anão<br />Diâmetro<br />Equatorial<br />(km)<br />Distância<br />média ao<br />Sol (Gm)<br />Diâmetro<br />da bola<br />(mm)<br />Distância<br />ao centro<br />(Sol)<br />(km)<br />Ceres 975 415 6,1 2,6<br />Plutão 2390 5905 15,0 37<br />Haumea 1960 6480 12,3 40,6<br />Makemake 1500 6847 9,4 42,9<br />Eris 2600 10121 16,3 63,5<br />Os cálculos foram realizados de forma similar aos referentes ao modelo do sistema<br />solar com os planetas.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 24<br />1. Determinamos alguns possíveis locais aproximados para a capital de São Paulo,<br />considerando ainda a Terra representada por uma bola de 80 milímetros. Caso seja<br />difícil para os alunos obterem informações sobre sua própria cidade ou bairro, podese<br />usar um mapa do município de São Paulo. Os locais foram escolhidos para<br />mostrar que os planetas não precisam estar em uma linha reta. O Sol foi escolhido na<br />posição do marco zero, na Praça da Sé. É interessante notar que o desenho no piso<br />sob o marco zero tem um formato de estrela de oito pontas (rosa dos ventos), inscrita<br />em um círculo com cerca de 15 metros de diâmetro.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />15<br />ASTRO Diâmetro da bola<br />(mm)<br />Possível local em São Paulo,<br />Capital.<br />Sol 8724 Marco Zero (Praça da Sé)<br />Mercúrio 31 Final da Rua Direita<br />Vênus 76 Câmara Municipal<br />Terra 80 Início da rua da Consolação<br />Marte 43 Rua do Gasômetro (Brás)<br />Júpiter 897 Parque Ibirapuera<br />Saturno 756 Cidade Universitária<br />Urano 321 Parque do Carmo (Itaquera)<br />Netuno 311 Centro de Rio Grande da Serra<br />2.<br />a) Checar o resumo, bem como o coerência e coesão do texto do aluno, além da<br />compreensão da história.<br />b) Resposta pessoal, mas é importante verificar se o aluno está compreendendo a<br />história do livro, se está tendo interesse por ela e se os conceitos dados em aula estão<br />fazendo alguma ligação com a história contada.<br />c) Verificar se a frase foi transcrita.<br />d) Checar os significados pesquisados.<br />PESQUISA EM GRUPO<br />Página 25<br />1.<br />• Constelações são agrupamentos de estrelas vistas no céu noturno em posições<br />próximas umas das outras, formando padrões convencionalmente aceitos.<br />Atualmente o céu é dividido oficialmente, para efeitos de localização, em áreas<br />correspondentes a 88 constelações.<br />• A principal utilidade é, historicamente, a localização dos viajantes no período<br />noturno. Elas servem também para guiar a observação amadora do céu noturno.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />16<br />• As doze constelações do zodíaco usadas na astrologia (Peixes, Aquário, etc) e<br />algumas outras como o Cruzeiro do Sul, Órion, Centauro, Ursa Maior. A resposta<br />esperada é bastante variável.<br />• É a região do céu percorrida anualmente pelo Sol, do ponto de vista de um<br />observador terrestre. Há treze constelações no zodíaco, que são as usadas na<br />astrologia mais a constelação do Serpentário: Capricórnio, Aquário, Peixes, Carneiro,<br />Touro, Gêmeos,Caranguejo, Leão, Virgem, Balança, Escorpião, Serpentário e<br />Sagitário.<br />2. Resposta bastante variável, de acordo com as fontes de pesquisa.<br />3. As dez mais brilhantes são razoavelmente bem estabelecidas. A partir dessa<br />quantidade há variações grandes em relação a medidas de magnitude aparente das<br />estrelas. As primeiras cinco são pela ordem: Sírius (Constelação do Cão Maior),<br />Canopus (Carina), Arcturus (Boieiro), Alfa do Centauro e Vega (Lira).<br />4. Checar.<br />5. Checar.<br />6. Checar.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />17<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />UM PULINHO A ALFA DO CENTAURO<br />Página 25<br />a) Vamos usar v = d /Δt. A distância percorrida é o valor médio de 384.405 quilômetros<br />entre a Terra e a Lua. O ideal é descontar os raios da Terra e da Lua, já que essa<br />distância é contada centro a centro, e no caso desse exercício estamos partindo de<br />uma superfície até a outra. Se o aluno não levar isso em consideração, não há<br />problema, pois não é este o objetivo do exercício.<br />Dessa forma, temos:<br />d = 384.405 – 6.378 – 1.737 = 376.290 km.<br />v = 1000 km/h.<br />v = d /Δt → v = d /Δt = d / v = 376290 / 1000 = 376,29 horas.<br />Esse valor corresponde a 15 dias e 16 horas, aproximadamente.<br />b) O cálculo é similar, usando v = d /Δt. A distância percorrida é o valor médio de<br />149.597.870 quilômetros entre a Terra e a Sol. Podemos descontar os raios da Terra e<br />do Sol, como no exercício anterior, lembrando que se o aluno não levar isso em conta<br />não há problema.<br />Dessa forma, temos:<br />d = 149.597.870 – 695.500 – 6.378 = 148.895.992 km.<br />v = 1000 km/h<br />v = d /Δt → v = d /Δt = d / v = 148895992 / 1000 = 148896 horas = 6204 dias.<br />Esse valor corresponde a quase 17 anos.<br />c) Dessa vez teríamos:<br />d = 149.597.870 – 695.500 – 6.378 = 148.895.992 km.<br />v = 300.000 km/s.<br />v = d /Δt → v = d /Δt = d / v = 148895992 / 300000 = 496,32 s.<br />Esse valor corresponde a cerca de 8 minutos e 16 segundos.<br />d) Neste exercício podemos usar a distância média do Sol a Plutão:<br />d = 5.900.000.000 km.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />18<br />v = 300.000 km/s.<br />v = d /Δt → v = d /Δt = d / v = 5900000000 / 300000 = 19667 s.<br />Esse valor corresponde a cerca de 5 horas e 28 minutos.<br />e) Novamente usamos v = d /Δt, isolando d = v. Δt.<br />Δt = 365,25 . 24 . 60 . 60 = 31.557.600 s.<br />v = 300.000 km/s.<br />d = 300000 . 31557600 = 9.467.280.000.000 km.<br />Portanto, um ano-luz vale aproximadamente 9,46 x 1015 metros.<br />f) Basta multiplicar o valor de 9,46 x 1012 km por 4,4 e teremos aproximadamente 4,2<br />x 10 13km.<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 30<br />1. Preencha os dados na tabela abaixo, incluindo o nome da estrela, sua designação em<br />letra grega (α, β, γ, etc) e sua distância até nós, em anos-luz. Na primeira linha,<br />coloque a estrela mais brilhante da constelação, seguindo sucessivamente até a<br />menos brilhante.<br />Página 32<br />Professor, você deve checar se as informações estão corretas e se o desenho obtido<br />corresponde à constelação em questão.<br />1. A posição em que veríamos a configuração vista da Terra seria a partir de cima do<br />móbile, como se houvesse uma câmera no centro da base do móbile apontando para o<br />chão.<br />2. Verificar os desenhos da constelação feitos nos cadernos dos alunos.<br />3. Perguntar aos alunos se eles observaram no céu a constelação escolhida e qual foi a<br />impressão que tiveram.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />19<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 32<br />1. Não é correto. Apenas as posições em que as vemos no céu são próximas. Vide, por<br />exemplo, a tabela da constelação de Gêmeos. Pollux e Castor estão mais próximas do<br />Sol do que Alhena, que por sua vez está muito mais perto de nós do que de Mebsuta.<br />Se a proximidade fosse o critério, deveríamos fazer parte da constelação de Gêmeos?<br />Também não, pois há muitas estrelas muito mais próximas em outras constelações.<br />2. Elas podem ser usadas porque os padrões que formam são praticamente fixos e seus<br />movimentos no céu ao longo de uma noite e ao longo do ano são bem conhecidos.<br />Sem esse conhecimento, a localização se torna impraticável.<br />3. É possível porque os agrupamentos de estrelas escolhidos para formar as<br />constelações são totalmente arbitrários, assim como a escolha dos padrões de<br />desenho que as estrelas formam.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 32<br />1.<br />a) Valores calculados e arredondados.<br />Distância<br />média ao<br />Sol (km)<br />Distância no<br />desenho<br />(cm)<br />Mercúrio 57900 0,6<br />Vênus 108200 1,1<br />Terra 149600 1,5<br />Marte 227900 2,3<br />Júpiter 778400 7,8<br />Saturno 1423600 14,2<br />Urano 2867000 28,7<br />Netuno 4488000 44,9<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />20<br />Observação: Não caberia na página, pois Netuno deveria estar a quase 45 centímetros<br />do centro do desenho.<br />b) Caberiam todos os planetas no círculo central, geralmente superior a dois metros<br />de diâmetro. Possivelmente todos os planetas telúricos caberiam na linha<br />demarcatória, geralmente com 8 centímetros de espessura. Se a linha tiver um<br />pequeno círculo demarcatório central, como as quadras de futebol de salão,<br />possivelmente Júpiter também estaria inserido nele, já que muitas vezes o raio desse<br />círculo excede 8 centímetros.<br />c) Usando a simplificação de que 1 ano-luz vale 10 trilhões de quilômetros (1013<br />km) o cálculo é simples.<br />Estrela Nome<br />Popular da<br />Estrela<br />Distância<br />em anosluz<br />Distância<br />ao Sol<br />(km)<br />Distância<br />no<br />desenho<br />( km)<br />Alfa* Acrux 321 3,21x1015 321.000<br />Beta Mimosa 352 3,52x1015 352.000<br />Gama Gacrux 88 8,8 x1014 88.000<br />Delta 364 3,64x1015 364.000<br />Épsilon Intrometida 228 2,28x1015 228.000<br />As distâncias resultantes no suposto desenho são imensas, as estrelas não poderiam<br />ser desenhadas.<br />2.<br />a) O professor deve checar as frases.<br />b) O professor deve checar as relações.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />21<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />AS AVENTURAS DE SELENE<br />Página 34<br />1. Deixar a cargo da imaginação do aluno e dos questionamentos que os colegas<br />eventualmente façam.<br />2. As respostas podem ser relacionadas à poluição, à dificuldade de se obter<br />combustível, ao espaço reduzido. O importante é que o aluno reflita sobre as<br />condições diferentes na Lua. A locomoção por meios naturais exigiria menos esforço<br />do que na Terra e ajudaria a exercitar as pessoas, o que é necessário em um ambiente<br />de baixa gravidade. As fontes de energia seriam limitadas e o transporte por meio de<br />automóveis representaria um consumo excessivo desnecessário.<br />3. Dentro das cidades fechadas deveria haver uma atmosfera ambiente. Esse ar seria útil<br />também na sustentação das asas-deltas.<br />4. A distância entre a superfície da Terra e da Lua é de mais de 300 mil quilômetros, o<br />que exigiria mais de 600 mil quilômetros de percurso dos sinais eletromagnéticos<br />que se propagam na velocidade da luz. Percorrer essa distância consumiria de ida e<br />volta mais de dois segundos.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 36<br />1. A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos. É importante observar a coerência<br />da história.<br />2. A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos.<br />3.<br />a) A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos. Exemplos: arrastar e erguer<br />móveis pesados, levar muitos objetos em mochilas enormes, pular muros muito altos.<br />b) A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos. Vôlei exigiria quadras com<br />tetos muito altos. O lançamento no basquete poderia ser feito de muito longe, assim<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />22<br />com os chutes no futebol. As quadras e os campos teriam que ser maiores. Manobras<br />radicais de esqueite e bicicleta seriam feitas de alturas muito maiores. As quedas de<br />bicicleta e esqueite seriam menos perigosas.<br />c) A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos. Poderia haver estantes muito<br />altas; prateleiras simples poderiam suportar muito peso; pontes poderiam ser<br />improvisadas com materiais impensáveis na Terra; os edifícios poderiam ser mais<br />ousados e precisariam de menos material de construção.<br />d) A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos. Frear veículos poderia ser<br />complicado. O impacto de objetos pesados se manteria.<br />e) A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos.<br />4. A resposta fica a cargo da imaginação dos alunos.<br />Página 37<br />1.<br />a) Depende. Quanto maior a altura, maior o tempo. Espera-se que o aluno responda<br />isso.<br />b) Não depende. Mas pode-se imaginar que muitos alunos pensem que há<br />dependência. Cabe ao professor o esclarecimento.<br />c) Depende. Na Lua, com a gravidade menor, o tempo será menor.<br />2.<br />a) Aplicando diretamente a fórmula, tqueda= 0,5 s.<br />b) Aplicando diretamente a fórmula, tqueda=1,0 s.<br />3. Espera-se que o aluno fale da velocidade inicial e da gravidade. Alguns podem<br />mencionar outros fatores. Cabe ao professor o esclarecimento, a partir da fórmula a<br />seguir.<br />4.<br />a) Aplicando diretamente a fórmula, hmáx = 0,8 m ou 80 cm.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />23<br />b) Aplicando diretamente a fórmula, hmáx = 5 m.<br />5.<br />Aplicando diretamente a fórmula:<br />Na Terra: vfinal = 10 m/s.<br />Na Lua: vfinal = 4 m/s.<br />6. Aplicando diretamente a fórmula:<br />Na Terra: vfinal = 4 m/s.<br />Na Lua: vfinal = 4 m/s.<br />A velocidade final é a mesma.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 40<br />1.<br />Aplicando-se diretamente , teremos:<br />Na Terra: t queda = 4 s.<br />Na Lua: t queda = 10 s.<br />2.<br />Aplicando-se diretamente , teremos:<br />Na Terra: hmáx = 12,8 m.<br />Na Lua: hmáx = 80 m.<br />3.<br />Aplicando-se diretamente , teremos:<br />Na Terra: vfinal = 30 m/s.<br />Na Lua: vfinal = 12 m/s.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 1a série – Volume 3<br />24<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 40<br />1. Checar as associações, se o aluno conseguiu fazer uma ponte entre a história de<br />Selena e o livro escolhido por ele, por meio de um texto coerente e coeso.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com1tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-60432314834984227042009-09-15T19:18:00.000-07:002009-09-15T19:23:36.365-07:00gabarito da revista volume 1 - 3ª serieGABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />1<br />Reconhecendo a eletricidade no dia-a-dia<br />Página 3<br />As respostas a essas questões dependerão de cada turma. Elas devem ficar em aberto. Há<br />possíveis respostas no Caderno do Professor.<br />Ordenando os aparelhos elétricos<br />Página 5<br />As respostas a essas questões dependerão de cada turma. Elas devem ficar em aberto. Há<br />possíveis respostas no Caderno do Professor.<br />Refletindo sobre a eletricidade<br />Página 5<br />1. Resposta pessoal.<br />2. Resposta pessoal.<br />3. A transformação de energia elétrica em térmica, mecânica, luminosa e outras.<br />4. Resposta pessoal.<br />5.<br />a) Cafeteira elétrica: resistores.<br />b) Rádio: comunicadores.<br />c) Bateria de celular: fonte.<br />d) Aspirador de pó: motores.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 6<br />Tato, audição, paladar, olfato. Todos os sentidos do ser humano utilizam impulsos elétricos<br />para serem percebidos, desde o receptor até chegar ao cérebro.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1<br />RECONHECENDO A ELETRICIDADE NO DIA-A-DIA<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />2<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 7<br />1. Apesar de pessoal, seguem algumas sugestões de resposta:<br />Resistivos: lâmpadas incandescentes, chuveiro elétrico, ferro de passar e fornos elétricos, etc.<br />Motores: aspirador de pó, barbeador elétrico, secador de cabelos, ventilador, lavadora de<br />roupas, etc.<br />Comunicadores: telefone, computador, televisão, rádio, celular, etc.<br />Fontes: bateria de relógio, pilha de controle remoto, tomadas, etc.<br />2.<br />a) Resistivos: resistência elétrica.<br />b) Motores: motores elétricos.<br />c) Comunicadores: elementos de comunicação e informação.<br />d) Fontes: fornecer energia elétrica.<br />Para Saber Mais<br />Página 7<br />Resposta pessoal.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 8<br />1. Resposta pessoal.<br />2. Motores a combustão, nos sentidos do ser humano, fogão com acendimento<br />automático e na natureza.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />3<br />Buscando as especificações dos aparelhos<br />Página 9<br />1. Para fornecer os dados das principais grandezas, especificando: seu rendimento, suas<br />condições de uso correto e requisitos para o dimensionamento da rede elétrica.<br />2. Caso alguma especificação não seja obedecida, as condições de funcionamento do<br />equipamento ficarão comprometidas. Por exemplo, se a fiação especificada em um<br />chuveiro não for correta, poderá ocorrer um superaquecimento dela e iniciar um<br />curto-circuito.<br />3. Em geral os símbolos representam as unidades de medida das grandezas físicas.<br />4. Corrente elétrica – ampère (A); tensão – Volt (V); potência –watt (W); frequência –<br />Hertz (Hz)<br />5. Potência elétrica, pois mede a quantidade de energia consumida por unidade de<br />tempo.<br />6. Sim, normalmente os resistores são os equipamentos com as maiores potências e,<br />dependendo do tempo que ficam ligados, consomem grande quantidade de energia.<br />7. Não necessariamente. O consumo de energia está relacionado diretamente com a<br />potência do equipamento e o tempo que permanece ligado, por isso não se pode<br />afirmar que são os maiores consumidores de energia.<br />Verificando e comparando as especificações dos aparelhos<br />Página 10<br />1. Tensão: 220 V; potência: 4 400W; corrente: 25 A<br />2. E = P·t → Lâmpada: E = 60·24 → E = 1 440 Wh;<br />Chuveiro: E= 5 400·<br />4<br />1<br />→ E = 1 350 Wh; logo, neste caso, a lâmpada consome mais<br />energia.<br />3. 25 W – potência elétrica; 127 V – tensão; 60 Hz – frequência da corrente alternada;<br />321 mA – corrente elétrica.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />ENTENDENDO AS ESPECIFICAÇÕES DOS APARELHOS<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />4<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 11<br />1. Resposta pessoal, mas espera-se que fique evidente que os aparelhos de alta potência<br />como: chuveiros elétricos, geladeiras e ferro de passar roupa, que funcionam por<br />períodos razoavelmente longos, representam boa parte do consumo de energia<br />elétrica em uma residência.<br />2. Resposta pessoal.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />5<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 12<br />Respostas com base nas observações dos alunos.<br />Página 14<br />Respostas com base nas observações dos alunos.<br />Página 15<br />1. Tensão, corrente, resistência e potência elétrica.<br />2. Sim, pela primeira lei de Ohm: resistência (R) = tensão (V)/corrente (i)<br />Potência (P) = tensão (V) · corrente (i)<br />3. A lâmpada de 127 V foi projetada para determinada corrente. Caso seja colocada em<br />220 V, sua corrente irá aumentar, o que acarretará sua queima.<br />4.<br />i A i A i A<br />U<br />i P chuveiro ferro ador 7,1<br />127<br />9,5 ; 900<br />127<br />43,3 ; 1200<br />127<br />5500<br />sec <br />i A total 59,9<br />O disjuntor desarmou porque a corrente do circuito da casa (59,9 A), deve ter superado a<br />corrente suportada pelo disjuntor.<br />Rch = 2, 93 Ω; Rferro = 13, 44 Ω; Rsecador = 17,92 → i = 59,9 A<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />MONTANDO UM CIRCUITO ELÉTRICO<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />6<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 16<br />1. Corrente: é o fluxo ordenado de cargas elétricas.<br />Tensão: está associada ao conceito físico da diferença de potencial elétrico.<br />Resistência: está associado à dificuldade que as cargas encontram para deslocar-se no<br />interior de um condutor.<br />2.<br />i A i A<br />U<br />i P liquidificador batedeira 1,18<br />127<br />0,79 ; 150<br />127<br /> 100 <br />i A total 1,97<br />3.<br />(150 + P) = 110·15<br />(150 + P) = 1 650<br />P = 1 650 – 150 → P = 1 500 W<br />4. Ah é uma unidade de medida chamada ampére-hora e, portanto o mAh é o mili<br />ampére-hora, ou a milésima parte do Ah. Ampére é a unidade de medida da corrente<br />elétrica, quando multiplicada pelo tempo, segundo a definição de corrente elétrica<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />t<br />i Q , resulta na carga elétrica. Ah é portanto, uma unidade de medida de carga<br />elétrica. é corrente vezes o tempo, que define a carga elétrica.<br />5. Resposta pessoal, mas espera-se que os alunos respondam:<br />O circuito série apresenta como principal desvantagem o fato de que se um elemento do<br />circuito parar de funcionar, todos os outros elementos do circuito também pararão. Já no<br />circuito paralelo, a principal desvantagem é que se muitos elementos forem anexados à ele, sua<br />corrente total ficará alta, e, se ele não for dimensionado para suportar altos valores de<br />correntes elétricas, poderá ocorrer sobreaquecimento do circuito e, em casos extremos, até<br />incêndio.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 17<br />1.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />7<br />Se uma das lâmpadas queimar, as outras param de funcionar. Caso seja acrescentada<br />uma quarta lâmpada, com o circuito funcionando novamente, a resistência<br />equivalente aumenta, diminuindo a corrente no circuito, o que leva a um brilho<br />menos intenso em todas as lâmpadas.<br />2.<br />Na ligação em paralelo, caso uma das lâmpadas queime, as outras funcionam<br />normalmente com o mesmo brilho, porém, a corrente total do circuito diminui. No<br />caso de acrescentar uma quarta lâmpada, elas brilharão com a mesma intensidade,<br />porém a corrente total do circuito aumentará.<br />3.<br />a) P = V·i → 60 = 120 · i → i = 0,5 A<br />b) V = R·i → 120 = R · 0,5 → R = 240 Ω<br />4. Pmáx = 110·30 = 3 300 W<br />Logo, pode-se ligar ao mesmo tempo o chuveiro, a lâmpada e a TV.<br />5. Corrente elétrica, tensão, potência e resistência.<br />6.<br />a) Corrente elétrica: Ampère (A).<br />b) Tensão elétrica: Volt (V).<br />c) Resistência elétrica: Ohm (Ω).<br />d) Carga elétrica (no caso das baterias): Ampére-hora (Ah) ou Coulomb (C).<br />7. Resposta pessoal, mas espera-se que os alunos destaquem as características<br />particulares de cada circuito No circuito série a corrente que circula por todos os seus<br />elementos é a mesma, já no circuito paralelo, cada elemento é atravessado por uma<br />corrente elétrica diferente, no entanto, a tensão oferecida à todos os elementos do<br />circuito é a mesma.<br />8. Em paralelo, pois todas têm a mesma tensão: 127 V.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />8<br />9. P =<br />t<br />E<br /><br /><br />. Potência é a medida da energia transformada por unidade de tempo.<br />10. U= R.i. A tensão é diretamente proporcional ao produto da resistência pela corrente.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />9<br />Choque elétrico<br />Página 20<br />Entrevista com eletricista. As respostas dependem do entrevistado.<br />8. O choque ocorre quando uma corrente elétrica percorre o corpo, devido a uma<br />tensão. Portanto, a causa inicial é a tensão, mas é a corrente que produz danos.<br />9. Pessoa molhada → i = 127/1 000 → i = 0,127 A (pode causar a morte).<br />Pessoa seca → i = 127/100 000 → i = 0,00127 A (pode causar dor).<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 21<br />1. Porque, com a pele molhada, a resistência do corpo diminui e a corrente se eleva,<br />podendo levar à morte se a duração for prolongada.<br />2. A tensão da rede elétrica e as condições da pele (seca ou molhada).<br />3. O choque acontece quando uma corrente elétrica atravessa o corpo. Se, o eletricista<br />fechou o circuito com o seu corpo, por exemplo, pegando o fio fase com uma mão e<br />o neutro com o outra, a bota não seria capaz de isolar este choque, já que o circuito<br />não se fechou pelo piso. Também é possível que o circuito tenha se fechado entre o<br />corpo e o piso, mesmo estando com uma bota de borracha. Isso pode ocorrer para<br />valores de tensão bastante elevados, onde a borracha perde sua capacidade de<br />isolação.<br />4. Consulte a Tabela da página 21.<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />CHOQUES ELÉTRICOS<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />10<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />DIMENSIONANDO O CIRCUITO DOMÉSTICO<br />Dimensionando o circuito elétrico<br />Página 24<br />1. Quanto maior o comprimento do fio, maior deverá ser sua bitola.<br />2. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno relacione o aumento do comprimento à<br />um aumento na resistência, e, o aumento da bitola, à uma diminuição da resistência .<br />3. A condição de funcionamento do equipamento poderá ser comprometida, bem como<br />a integridade da rede elétrica residencial.<br />4. Ficará mais fácil.<br />5. A resistência diminui, por isso é mais fácil o movimento.<br />6. A resistência elétrica é inversamente proporcional à bitola.<br />Para Saber Mais<br />Página 25<br />1. Resistência antes → R = ρ l/A<br />Resistência depois → R’ = ρ 2 l/A<br />Logo, R’ = 2 R, ou seja, a resistência com extensão é o dobro da resistência sem<br />extensão.<br />2. Dobrando a resistência, mantendo o mesmo valor da tensão, a corrente suportada<br />pela fiação irá diminuir pela metade.<br />3. A corrente que circula no fio é definida basicamente pela potência do<br />eletrodoméstico. Porém, como neste caso a resistência do fio tem valor considerável,<br />podemos pensar que se trata de um circuito onde o eletrodoméstico está ligado em<br />série com um resistor (no caso o próprio fio), dessa forma, como a resistência<br />equivalente do circuito aumentou, a corrente diminuirá, já que a tensão se manteve<br />constante. A instalação portanto não corre risco, já que a corrente total diminuirá,<br />porém o eletrodoméstico poderá apresentar um funcionamento irregular devido à<br />menor potência que irá operar.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />11<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 26<br />1. Comprimento e espessura do fio.<br />2. A corrente também se altera. Corrente e resistência são inversamente proporcionais.<br />3. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno seja capaz de avaliar que a bitola do fio<br />pode ser menor do que o tamanho exigido para determinados níveis de corrente<br />elétrica.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 27<br />1. PT = 2 750 W; i = 2 750/127 → i = 21,65 A. Logo, a fiação irá suportar o<br />funcionamento dos três equipamentos, pois a corrente total será menor do que a<br />suportada pelo fio.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />12<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />ENERGIA ELÉTRICA E A CONTA DE LUZ MENSAL<br />Energia elétrica e a conta de luz mensal<br />Página 29<br />1. 129 KWh<br />2. KWh<br />3. 18 novembro de 2008<br />4. 129/30 → 4,3 KWh/dia<br />5. 45,72<br />6. R$ 45,72/129 KWh. 0,35 reais por KWh<br />7. Resposta pessoal.<br />8. Resposta pessoal.<br />9. Resposta pessoal.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 30<br />1. Resposta pessoal.<br />2. Porque além do valor do kWh, há impostos cobrados pelos governos federal,<br />estadual e municipal, como taxa de iluminação pública.<br />3. E = 5,49 (kW)·30 (dias)·10/60 (h)<br />4. R$ 7,13<br />5. Resposta pessoal.<br />6. 1 J = 1 W·s → 1 kWh = 3 600 000 J<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 31<br />Repostas pessoais.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />13<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7<br />PERCEPÇÃO DOS CAMPOS E SUA NATUREZA<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 33<br />Essas questões dependem do desenvolvimento da atividade.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 34<br />1. Atrito: corpos ficam carregados com sinais contrários.<br />Contato: corpos ficam carregados com mesmos sinais.<br />Indução: corpos ficam carregados com sinais contrários.<br />2. A repulsão entre corpos eletrizados ocorre quando estes têm cargas de sinal<br />contrário. Já no caso do ímã, quando os polos são diferentes (norte e sul).<br />3. A força de indução entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto<br />das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas<br />2<br />1 2<br />d<br />Q Q<br />F k [N]<br />4. Não. O corpo neutro tem campo elétrico, no entanto, a igualdade de cargas positivas<br />e negativas faz com que a ação do campo seja nula.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 35<br />2. Não, o campo elétrico está sempre presente. O que houve foi um desequilíbrio entre<br />as cargas elétricas.<br />3. O corpo é considerado positivo quando tem falta de elétrons e considerado negativo<br />quando tem excesso de elétrons.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1<br />14<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8<br />ESTIMANDO GRANDEZAS<br />Estimando grandezas<br />Página 37<br />As respostas devem ser construídas durante a aula com o professor.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 37<br />1. i = 1 400/127 = 11,02 A; Q = 11,02·40·60 = 26 456,7 C<br />2. Basicamente, é o atrito.<br />3. Considerando uma nuvem de formato circular, podemos calcular da seguinte forma:<br />C= 8, 85 · 10-12 · 3,14 · (2 500)2 / 1 000 → C = 0,17 μF<br />4. Resposta pessoal.<br />5. Resposta pessoal.<br />6. Resposta pessoal.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 39<br />1. É um cálculo aproximado daquilo que se procura investigar. Muitas vezes utiliza-se<br />somente a ordem de grandeza para se realizar a estimativa.<br />2. A energia armazenada em um capacitor é devida ao campo elétrico que as cargas<br />elétricas das placas geram no interior do capacitor.<br />3. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno possa relacionar a descarga à um efeito<br />da capacitância entre o corpo e a maçaneta ou entre o corpo e a porta do carro.<br />4. Resposta pessoal.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-32804832495392980332009-09-15T19:05:00.000-07:002009-09-15T19:07:49.150-07:00gabarito da revista volume 2 - 2ª serieGABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />1<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1<br />O EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Página 3<br />1. Se tudo correr bem, após as cem vezes que o tubo girou, a temperatura final dos<br />chumbinhos deverá se elevar bastante e, muitas vezes, será possível chegar a um<br />valor razoável para o equivalente mecânico (4,18J/cal). Contudo, caso não seja<br />possível aproximar-se desse valor, é interessante trabalhar com os alunos eventuais<br />fontes de problemas, principalmente as relacionadas às trocas de calor. Neste caso,<br />discuta sobre a vedação feita, o material do tubo, a forma de medir a temperatura etc.<br />Peça para que eles proponham melhorias para aumentar a precisão da medida.<br />2. Espera-se que os alunos identifiquem e expliquem, neste processo, as transformações<br />de energia potencial gravitacional dos chumbinhos em energia cinética quando estes<br />caem através da extensão do tubo. Ao colidirem com a tampa do tubo, essa energia é<br />convertida em energia de vibração das moléculas, manifestando então um aumento<br />na temperatura. Tal fato corrobora para a compreensão do conceito de calor como<br />energia que transita de um corpo para outro Neste caso, a energia vinda dos músculos<br />do corpo que faz com que o tubo gire e ganhe energia mecânica.<br />Neste instante, tem-se um momento oportuno para discutir ou rediscutir o princípio<br />da conservação da energia.<br />3. Quanto maior o número de vezes que o cano girar, maior será a energia potencial<br />gravitacional transformada em energia térmica cedida aos chumbinhos. Há<br />necessidade de se girar tantas vezes para que o aumento da temperatura dos<br />chumbinhos seja significativa.<br />4. Como já dito anteriormente, neste processo ocorre uma transformação de energia<br />potencial gravitacional (mecânica), devido à queda dos chumbinhos, em energia<br />cinética representada pelo movimento dos mesmos na extensão do cano. Após a<br />colisão nas extremidades do tubo, parte dessa energia é transformada em energia<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />2<br />térmica manifestada com o aumento da temperatura. Ao final do processo, podemos<br />resumir dizendo que houve transformação de energia mecânica em energia térmica.<br />5. Quando se conhece o calor específico do material e sua massa, a quantidade de calor<br />produzido durante o impacto pode ser determinada pela mudança na temperatura por<br />meio da relação Q = m.c.Δt. Se considerarmos que toda a energia potencial (m.g.h) é<br />transformada em calor (hipótese a ser levantada), pode-se determinar a relação entre<br />trabalho e calor, chegando ao valor chamado de equivalente mecânico do calor.<br />Assim, considerando o calor específico do chumbinho igual a 0,031cal/g.ºC, tente<br />chegar a este valor, já que possui a massa do chumbinho, a variação de temperatura e<br />a altura h do tubo.<br />Atente aos possíveis fatores que implicam na precisão dos cálculos, principalmente<br />quanto a garantir que toda a energia potencial seja convertida em calor. Trabalhe<br />com os alunos a possibilidade de aperfeiçoar os experimentos a fim de obter dados<br />cada vez mais seguros.<br />Utilizando o calor específico em cal/g.ºC, a massa em gramas e a temperatura em ºC,<br />o resultado do cálculo vai ser obtido em calorias (cal). A energia mecânica (energia<br />potencial gravitacional) a ser convertida em calor é dada pela relação Ep= m.g.h.<br />Com a massa dada em Kg, a aceleração da gravidade (g) em m/s2 e a altura h em<br />metros (m), obtemos o valor de Ep em Joules (J).<br />6. A quantidade de calor trocado (cal) pode ser obtida por meio da relação Q = m.c. Δt,<br />em que m será a massa dos chumbinhos (em gramas), c o calor específico dos<br />chumbinhos (0,031cal/g.ºC) e Δt a variação de temperatura medida no termômetro<br />(em ºC). Assim, Q será dado em calorias (cal).<br />Dessa forma, podemos estabelecer a relação entre calorias e Joules, ou seja, Ep (J) =<br />Q (cal).<br />Discuta com os alunos sobre as hipóteses que estão sendo consideradas para se<br />chegar à equivalência destas duas expressões, ou seja, estamos admitindo que toda a<br />energia mecânica (potencial gravitacional) é convertida integralmente em energia<br />térmica capaz de aumentar a temperatura dos chumbinhos.<br />7. Na questão anterior, apenas foi obtida a relação entre energia mecânica e energia<br />térmica. Aqui, espera-se que os alunos de fato igualem as expressões Ep (J) = Q (cal)<br />obtendo o equivalente mecânico do calor.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />3<br />Para os cálculos deverá ser levado em consideração o número de vezes que os<br />chumbinhos caíram da altura h ao longo do tubo. Dessa forma, a expressão final fica:<br />Ep = Q<br />n.(m.g.h) = m.c. Δt<br />Onde n representa o número de vezes que os chumbinhos se chocaram com as<br />extremidades do tubo ao percorrer a altura h.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 7<br />1. Espera-se que os alunos possam estender a situação trabalhada e descrita<br />anteriormente com outras situações práticas e cotidianas em que acontecem<br />transformações de energia semelhantes.<br />Dessa maneira, pode ser citado, por exemplo, o aquecimento dos pneus de um ônibus<br />devido ao atrito entre a borracha e o asfalto, fato que pode ser percebido quando se<br />encosta a mão no pneu quando o ônibus está parado no ponto. Neste caso, parte da<br />energia mecânica é transformada em calor.<br />O aquecimento das peças de uma máquina elétrica, devido ao atrito entre elas, é<br />outro exemplo. Aqui, pode-se aproveitar para discutir a respeito da utilização de<br />óleos e graxas utilizadas nessas máquinas a fim de diminuir o atrito e o aquecimento<br />das peças.<br />2. De forma análoga a situação dos chumbinhos, a energia, neste caso, veio da pessoa,<br />ou seja, a pessoa transmite energia para o martelo na forma de energia potencial e<br />cinética (o martelo é erguido para depois ser golpeado contra o prego). Ao bater no<br />prego, parte dessa energia é transmitida na forma de energia cinética (o prego se<br />move, conseguindo penetrar na madeira), e parte na forma de calor, daí o<br />aquecimento. Parte dessa energia ainda se transforma em energia sonora (barulho da<br />martelada).<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />4<br />Curiosidade!<br />Página 8<br />1. O objeto suspenso tem energia potencial gravitacional. Quando abandonado, essa<br />energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Uma parte dessa<br />energia é usada para mover as pás (energia cinética das pás). A água, ao ser agitada<br />pelas pás, ganha energia cinética, isso faz com que aumente sua energia térmica e,<br />consequentemente, sua temperatura.<br />2. Para que o termômetro marque uma temperatura maior, o recipiente com água deve<br />ser isolado termicamente de maneira que a energia térmica gerada seja menos<br />dissipada para o ambiente.<br />3.<br />a) Supondo que o sistema seja conservativo, isto é, que toda a energia potencial do<br />objeto seja integralmente transferida para a água e usada para elevar sua temperatura,<br />temos:<br />ΔEp = 25 . m g h = 25 . 6 . 9,8 . 2 = 2 940 J<br />b) A água recebeu 2 940 J. Considerando que 1 cal = 4,18 J, neste caso, os 2940 J<br />correspondem aproximadamente a 703 cal.<br />4. Novamente, essa é outra questão com o intuito de o aluno relacionar uma situação já<br />abordada, com outra (realizada por James Joule 1840), onde foi medido o<br />equivalente mecânico do calor.<br />A semelhança entre os dois experimentos é que ao invés do corpo cair e aquecer a<br />água, como na experiência de Joule, os chumbinhos ao caírem dentro do tubo batem<br />nas extremidades do mesmo e se aquecem. No caso da experiência de Joule há um<br />maior número de transformações de energia, já no caso dos chumbinhos é somente a<br />energia potencial que se transforma em energia cinética. Quando ocorre o choque na<br />extremidade do tubo, é gerado aquecimento.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />5<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 9<br />1.<br />a) Ela deverá aumentar, pois parte da energia cinética se transforma em energia<br />térmica (calor) na colisão com a parede de aço.<br />b) Dados:<br />m= 0,01 kg<br />v = 400 m/s<br />A energia cinética da bala antes do choque é:<br />Ec = m.v ²/2 ou seja: Ec = (0,01. 4002) /2<br />Ec = 800 J, como 1 cal = 4,2 J, temos: Ec = 190,5 cal<br />c) Considerando que a energia cinética será totalmente usada no aquecimento do<br />projétil, teremos:<br />Q = m.c. Δt = 10 . 0,031. (t – 25)<br />190,5 = 0,31. (t – 25)<br />(t – 25) = 614,5<br />t = 639,5 º<br />Analise e discuta com seus alunos se essa temperatura seria mesmo alcançada.<br />Lembre-se que o chumbo se funde a 327, 4º C.<br />2.<br />M = 200 g (de água) e cágua = 1 cal/g º C<br />h = 0,5 m<br />to<br />= 25 ºC<br />tf = 100 ºC<br />Considerando que toda a energia potencial da queda seja usada no aquecimento da<br />água, a quantidade de energia necessária para aquecer a água até ferver será:<br />Q = m.c. Δt = 200 . 1. (100-25) = 15.000 cal<br />Se 1 cal = 4,2 J, teremos:<br />Q = 63.000 J<br />A energia potencial de uma “queda” dentro da garrafa será:<br />Ep = m.g.h = 0,2 Kg .10. 0,5 = 1 J<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />6<br />Se uma queda fornece 1 J, para conseguir 63 000 J, serão necessárias:<br />63 000 / 1 = 63 000 quedas.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 10<br />Professor, o objetivo principal deste texto é o de possibilitar ser um momento ou<br />mesmo uma oportunidade de trazer uma situação interessante que permita fazer com<br />que os alunos possam perceber a evolução das ideias e conceitos a respeito da natureza<br />do calor. Isso poderá contribuir significativamente para desmistificar a ciência como<br />algo pronto e acabado, apenas revelado a gênios. Assim, procure mostrar, dentro do<br />possível, que foram necessários vários séculos para que o calor fosse tratado<br />cientificamente como vibração, de modo que a compreensão da natureza do calor e da<br />temperatura, bem como a construção de teorias e modelos para esses conceitos, fazem<br />parte de um momento rico na história da ciência.<br />No caso de optar ou ser de interesse de parte dos alunos a respeito do assunto, você<br />poderá obter mais informações no caderno do professor relativo a esta situação de<br />aprendizagem.<br />1. Rumford se questionava a respeito de onde vem o calor produzido no aquecimento<br />do metal quando perfurava blocos de ferro durante a fabricação de canhões.<br />2. No século XVIII, o calor já era um velho conhecido do pensamento científico. Nessa<br />época, contudo, imaginava-se que o calor fosse uma substância, um fluido chamado<br />de calórico. Assim, ao colocar em contato dois corpos com temperaturas diferentes,<br />pensava-se que essa substância fluísse de um corpo para outro, explicando, assim,<br />por que o mais quente se resfria enquanto o mais frio se aquece.<br />A discordância do modelo do calórico, de acordo com o texto, se deu a partir dos<br />questionamentos que Rumford fez a respeito da origem do calor. Ele verificou que o<br />calor não poderia ser um fluido material, pois, mesmo com a grande intensidade de<br />calor produzido pelo atrito, eles não sofriam nenhuma perda de massa que, neste<br />caso, seriam arrancadas da massa sólida que foi atritada.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />7<br />Depois, verificou que nem mesmo o ar poderia ser fonte do calor produzido. Isso<br />pode ser verificado no 6º parágrafo do texto quando ele questiona: “ Foi fornecido<br />pelo ar? Este não poderia ter sido o caso, pois nos experimentos feitos com o<br />maquinário imersa em água, o acesso do ar proveniente da atmosfera fora<br />completamente vedado” . A seguir, no parágrafo 7º, ele questiona a origem do calor<br />como sendo possivelmente originário da massa de água que envolve o maquinário:<br />“(...) primeiro, porque a água recebia continuamente o calor do maquinário e não<br />poderia, ao mesmo tempo, estar dando e recebendo calor do mesmo corpo; e, em<br />segundo lugar, porque não houve nenhuma decomposição química de nenhuma parte<br />dessa água.”<br />Ao final ele conclui: “Desnecessário acrescentar que algo que todo corpo, ou sistema<br />de corpos isolados termicamente, é capaz de continuar a fornecer sem limitações não<br />pode ser uma substância material (...)”, a não ser, movimento.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />8<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2<br />A MÁQUINA DE HERON<br />ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO<br />Roteiro 2 – A Máquina de Heron<br />1. Espera-se que os alunos façam algumas hipóteses e formulem explicações sobre o<br />que observaram. É importante que percebam que o que faz a lâmpada girar é a<br />expansão do vapor de água após entrar em ebulição.<br />2. Quando a água entra em ebulição, o vapor de água sai com uma grande pressão e,<br />devido à disposição dos tubos, há o aparecimento de um torque que faz a máquina<br />girar.<br />3. A partir dos conceitos abordados na situação de aprendizagem anterior, espera-se que<br />os alunos possam relacionar a transformação de energia térmica (calor) em energia<br />mecânica (energia cinética) devido à rotação do bulbo da lâmpada.<br />4. Após a discussão a respeito do surgimento do movimento do bulbo da lâmpada<br />quando o vapor de água se expande, é importante que o conceito e a definição de<br />trabalho sejam aqui retomados.<br />Neste caso, consideramos como máquina (no caso, máquina térmica) todo<br />equipamento capaz de transformar energia térmica em trabalho útil.<br />O intuito da atividade foi apenas de apresentar a possibilidade de se utilizar a<br />expansão de um gás para movimentar algo. Ainda que lúdica e ilustrativa, parece que<br />a máquina de Heron não foi criada para ser nada além de uma curiosidade.<br />Para aproveitar a máquina de Heron é necessário aproveitar o movimento da esfera,<br />veja a figura da página 13. Uma forma de se fazer isso é usando-a para retirar água<br />de um poço. Para isso, seria necessário se prender uma corda na esfera que, ao ser<br />puxada, se enrolaria na esfera conforme esta girasse.<br />Outra possibilidade seria prender a esfera a um eixo que girasse solidário a ela, preso<br />a rodas. Assim, seria possível construir um “carro a vapor”. Esses exemplos são<br />apenas algumas possibilidades imagináveis.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />9<br />5. Oriente os alunos para que registrem todas as suas observações sobre o que<br />aconteceu no experimento, mesmo aquelas observações aparentemente mais óbvias.<br />Espera-se que os alunos possam associar a consequência do giro do bulbo da<br />lâmpada como sendo devido a transformação da energia térmica em trabalho útil.<br />A partir do conceito de trabalho, espera-se que os alunos possam ser capazes de<br />relatar quem realiza trabalho: o fogo, o vapor? O que esse trabalho produz? Quais as<br />variáveis importantes para se obter o valor do trabalho, ou seja, a que se relaciona?<br />São esses os elementos principais que se espera aparecer no relatório.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 16<br />A fonte de calor, ao fornecer energia térmica ao gás que está confinado, faz com que<br />a pressão no interior do cilindro aumente, possibilitando que o gás se expanda e realize<br />trabalho. Assim, com o movimento do pistão para cima, há uma variação do volume<br />que, neste caso, dizemos que o gás realizou trabalho devido à expansão.<br />Manifestações térmicas da energia<br />Página 17<br />Assim como o êmbolo da seringa sobe quando calor é fornecido pela água quente ao<br />gás no interior da seringa, de forma análoga, o mesmo acontece com o leite ao ser<br />fervido. Tanto no caso da seringa com água quanto no caso do leite ocorre o mesmo<br />fenômeno. Na seringa, a calor da água aumenta o agito das moléculas e,<br />consequentemente, a pressão no interior do tubo. Já com o leite, a fonte de calor (fogo)<br />ao agitar as moléculas provoca a expansão do líquido. Há uma força distribuída ao<br />longo de toda a superfície do leite, que é justamente a ideia de pressão, que pode ser<br />assim relacionada: P = F/A, em que F= força e A = área. Como na verdade houve<br />também um aumento do volume do leite, que é obtido ao se multiplicar o deslocamento<br />pela área (ΔV= Δd . A), pode-se escrever o trabalho como o produto da pressão pela<br />variação do volume (W = P. ΔV).<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />10<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 18<br />1. Neste caso, a energia química (queima) do combustível é transferida para a água na<br />forma de energia térmica. O vapor sai produzindo um torque capaz de mover a<br />esfera.<br />2. Na verdade, essa questão já pode ter sido respondida anteriormente, na questão 4 da<br />atividade inicial do bulbo da lâmpada que gira. Entretanto, aqui pode ser que os<br />conceitos estejam mais formalizados e um pouco mais sólidos na concepção dos<br />alunos. Por isso, vale a pena retomar e rediscutir a questão, principalmente no caso<br />de os alunos terem tido dificuldades anteriormente ou mesmo não terem respondido<br />claramente.<br />• Observação: ver resolução proposta na questão 4 da atividade que guia esta<br />situação de aprendizagem.<br />3. Tal como já foi discutido na questão anterior, pode-se usar tal dispositivo como<br />máquina. Para isso, bastaria aquecer o recipiente, pois aí o gás se expande e empurra<br />o pistão para cima, realizando trabalho.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 19<br />1. Solicite aos alunos que façam uma breve pesquisa a respeito das máquinas térmicas.<br />O objetivo consiste em fazer com que eles possam levantar eventuais curiosidades,<br />conhecer um pouco da história das maquinas térmicas, assunto que geralmente não é<br />abordado durante as aulas.<br />2. Ele se referia aos trens a vapor que surgiram neste período. As mudanças que<br />aconteceram nessa época fazem parte da chamada Revolução Industrial, período em<br />que as máquinas a vapor deram início a novas relações sociais e de trabalho.<br />Vale ressaltar que o assunto é aprofundado na próxima situação de aprendizagem.<br />3. Neste caso, o trabalho pode ser calculado pela expressão<br />W = P. Δ V = 1,0. 105. 0,03. 0,50 = 1,5 x 103 N.m<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />11<br />Se esse trabalho for usado para levantar o objeto, podemos escrever que:<br />W = m.g.h<br />1,5 x 103 = m. 10 . 0,5<br />m = 300 kg<br />Dessa forma, esse pistão consegue erguer um corpo de 300 kg a uma altura de 50 cm<br />do chão.<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 20<br />1. O objetivo principal da leitura é proporcionar que o aluno possa conhecer e<br />compreender a evolução das máquinas térmicas, principalmente a partir do século<br />XVIII. A leitura deverá fazer com que os alunos possam perceber e relacionar, por<br />exemplo, que a falta dos refrigeradores e motores dos carros fizeram, durante muito<br />tempo, com que o armazenamento e transporte dos alimentos fossem dificultados,<br />sendo feito por escravos. Até então, não podiam sequer imaginar uma máquina<br />realizando um trabalho para o homem. A partir do surgimento das máquinas a vapor,<br />profundas alterações marcaram principalmente o processo produtivo da sociedade.<br />Como exemplo podemos citar a introdução da mão de obra assalariada, o<br />deslocamento dessa mão de obra, antes essencialmente concentrada nos campos para<br />os centros urbanos e as indústrias nascentes, dentre outras mudanças.<br />2. No final do século XVII as florestas da Inglaterra já tinham sido praticamente<br />destruídas e sua madeira utilizada como combustível. A necessidade de se usar o<br />carvão de pedra como substituto da madeira levou os ingleses a desenvolverem a<br />atividade da mineração.<br />Um problema que surgiu com as escavações cada vez mais profundas foi o de<br />acúmulo de água no fundo das minas, o que poderia ser resolvido com a ajuda de<br />máquinas.<br />Uma máquina foi desenvolvida para acionar as bombas que retiravam água do<br />subsolo de cerca de 30 m, elevando-a até a superfície, pois as bombas antigas só<br />elevavam a água até 10,33 m.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />12<br />A partir das “bombas de fogo”, como eram chamadas, surgiram e foram<br />aperfeiçoadas outras máquinas térmicas, dentre elas os motores a explosão e os<br />refrigeradores. Podemos dizer que a revolução industrial ocorreu diretamente das<br />construções das “bombas de fogo” dando início a profundas mudanças no setor<br />industrial e produtivo nas sociedades.<br />Assim como já abordado anteriormente, as máquinas térmicas, em geral, têm seu<br />princípio de funcionamento baseado nas transformações da energia térmica em<br />energia mecânica (energia de movimento).<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />13<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3<br />REVOLUÇÃO INDUSTRIAL E AS MÁQUINAS TÉRMICAS<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 22<br />O objetivo principal da elaboração do texto é fazer com que os alunos consigam<br />organizar e sintetizar os resultados de suas pesquisas feitas anteriormente. Apesar de as<br />informações solicitadas serem relativamente de fácil acesso por meio de sites (inclusive<br />os sugeridos na seção “Para Saber Mais”) e livros, o importante é fazer com que os<br />alunos consigam descrevê-las de forma sucinta e organizada, além de perceber as<br />influências econômicas e sociais advindas com as máquinas térmicas.<br />Neste texto dissertativo, poderão aparecer diversas informações distintas.<br />Entretanto, espera-se que os alunos foquem o texto destacando principalmente as<br />consequências do processo de industrialização impulsionadas pela invenção das<br />máquinas térmicas.<br />Neste sentido, os alunos podem começar o texto abordando, por exemplo, a<br />respeito da substituição das ferramentas pelas máquinas, da energia humana pela<br />energia motriz e do modo de produção doméstico pelo sistema fabril que constituiu a<br />Revolução Industrial. O nome revolução se deu em função do enorme impacto sobre a<br />estrutura social e econômica da sociedade, num processo de transformação<br />acompanhado por uma grande evolução tecnológica.<br />A partir da invenção das máquinas térmicas, como as primeiras máquinas a<br />vapor, ocorreu uma grande revolução produtiva. Com a aplicação da força motriz às<br />máquinas fabris, a mecanização se difunde principalmente na indústria têxtil e na<br />mineração. As fábricas passam a produzir em série e surge a indústria pesada (aço e<br />máquinas). A invenção dos navios e das locomotivas a vapor acelera a circulação das<br />mercadorias e dos produtos.<br />A revolução industrial do século XVIII acontece inicialmente na Inglaterra. O<br />pioneirismo inglês se deve a vários fatores, como o acúmulo de capitais e grandes<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />14<br />reservas de carvão. Com seu poderio naval, abre mercados na África, Índia e nas<br />Américas para exportar produtos industrializados e importar matérias-primas. Sua<br />localização, na parte ocidental da Europa, facilita o acesso às mais importante rotas de<br />comércio internacional, o que permitiu conquistar novos mercados. Além disso, o país<br />possuía muitos portos e intenso comércio costeiro.<br />O novo sistema industrial transformou as relações sociais e criou duas novas<br />classes sociais, fundamentais para a operação do sistema. Os empresários (capitalistas),<br />proprietários dos capitais, prédios, máquinas, matérias-primas e bens produzidos pelo<br />trabalho e os operários, proletários ou trabalhadores assalariados, apenas com sua força<br />de trabalho que a vendem aos empresários para produzir mercadorias em troca de<br />salários.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 23<br />1. As primeiras máquinas do século XVIII apresentavam baixo rendimento, ou seja,<br />consumiam grande quantidade de combustível e realizavam pouco trabalho. Foi por<br />volta de 1770 que o inventor escocês James Watt apresentou um modelo de máquina<br />que substituiu as que até então existiam, pois era mais eficiente e apresentava<br />enormes vantagens.<br />A máquina proposta por Watt foi empregada inicialmente nos moinhos e no<br />acionamento de bombas d’água, mas posteriormente passou a ser empregada nas<br />locomotivas e nos barcos a vapor. Ela ainda passou a ser muito utilizada nas fábricas<br />como meio para acionar dispositivos industriais. Esse foi um dos fatores que<br />motivaram a Revolução Industrial.<br />2. Esta pergunta é muito aberta, ou seja, poderá haver vários tipos de respostas.<br />Entretanto, é importante informar que os alunos deverão descrever de forma<br />resumida a respeito das causas dessas mudanças. Peçam que descrevam duas ou três<br />mudanças apenas, para que sobre espaço para posteriormente explicarem.<br />Por exemplo, suponha que um dos alunos tenha escrito que houve uma mudança na<br />economia e nas relações de trabalho. Neste caso, é importante que ele perceba e<br />descreva o porquê dessas mudanças. Isso pode ser feito da seguinte forma:<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />15<br />Houve uma grande mudança na economia e nas relações de trabalho, pois a partir da<br />invenção das máquinas térmicas, a mecanização se difundiu nas indústrias em geral.<br />Dessa forma, as fábricas passam a produzir em série e surge a indústria pesada (aço e<br />máquinas). A invenção dos navios e das locomotivas a vapor acelera a circulação das<br />mercadorias e dos produtos, ampliando o comércio e a oferta de emprego.<br />Com o novo sistema industrial há uma transformação das relações sociais com a<br />criação de duas novas classes sociais, fundamentais para a operação do sistema. Os<br />empresários (capitalistas), proprietários dos capitais, e os operários, trabalhadores<br />assalariados.<br />3. Para responder esta questão, sugira aos alunos uma leitura no texto do GREF por<br />meio do site <www.if.usp.br>. Ele poderá fornecer bons subsídios para a<br />resposta dos alunos.<br />Espera-se que os alunos descrevam a respeito das máquinas a vapor de Thomas<br />Newcomen e a mais conhecida, a de James Watt.<br />Com a intensificação do comércio, devido ao crescimento industrial a partir da<br />invenção das máquinas térmicas, houve uma necessidade de produção em larga<br />escala de diferentes produtos e materiais, principalmente tecidos e carvão, gerando<br />uma grande motivação para o aperfeiçoamento das máquinas a vapor. Neste<br />contexto, surgem as máquinas a vapor de Thomas Newcomen e a do inventor James<br />Watt. Os aperfeiçoamentos dessas máquinas geraram um aumento na produtividade<br />e, principalmente, uma diversificação no seu uso, como a elevação de pesos e a<br />geração de movimento contínuo e não apenas o bombeamento de água. No século<br />XVIII, a partir das máquinas de Newcomen e Watt, elas foram também utilizadas nos<br />transportes. Isso fez surgir a locomotiva e os pequenos carros, ambos movidos a<br />vapor. A aplicação das máquinas transformaram, assim, toda a civilização ocidental e<br />impulsionaram ainda mais a industrialização da Inglaterra.<br />4.<br />a) Provavelmente, as máquinas térmicas mais citadas pelos alunos deverão ser os<br />motores dos carros, os refrigerados, e as locomotivas ou trens a vapor. Assuntos a<br />serem estudos nas próximas situações de aprendizagem.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />16<br />b) Aqui, espera-se que os alunos possam fazer uma reflexão da importância que a<br />existência dessas máquinas exercem não apenas no transporte das pessoas e em nossa<br />vida pessoal, mas também nas relações produtivas, culturais e sociais que nos afetam.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />17<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4<br />ENTREVISTA COM UM MECÂNICO<br />PESQUISA DE CAMPO<br />Página 25<br />Peça aos alunos que relatem como foi a entrevista e que explicitem as dúvidas que<br />surgiram a partir da conversa com o técnico. Reúna o máximo de informações que<br />relatarão a fim de subsidiar a formalização dos conceitos posteriormente. Incentive-os a<br />explicar com suas palavras como funciona um motor. Anote na lousa o que mais chamar<br />sua atenção para posteriormente ser trabalhado quando for aprofundado esse estudo.<br />Retomando o que foi relatado nas entrevistas com o mecânico, inicialmente é<br />interessante discutir como o motor consegue dar movimento ao carro. Para isso, na<br />oficina, ao verem um motor real, os alunos poderão entender as funções de cada parte<br />do motor. Assim, deverão constatar que este é constituído de um bloco de ferro ou<br />alumínio que possui câmaras de combustão. Nelas, ficam os cilindros, nos quais se<br />movem os pistões. Cada pistão tem um virabrequim ligado a ele por meio de uma biela,<br />peça capaz de transformar o movimento de vai-vem do pistão em rotação do<br />virabrequim. É justamente o virabrequim que, ao girar, transmite o movimento às rodas<br />do carro. Entender minimamente o papel de cada uma dessas peças é imprescindível<br />para a compreensão do que ocorre no momento da descrição de seu funcionamento.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 27<br />• O gráfico da P x V deve ser feito pelo professor na lousa. Sua intenção é<br />sintetizar e sistematizar as transformações termodinâmicas envolvidas nas etapas do<br />ciclo da turbina a vapor.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />18<br />• Assim como no ciclo da turbina a vapor, o gráfico P x V deve também ser feito<br />pelo professor na lousa. Sua intenção é sintetizar e sistematizar as transformações<br />termodinâmicas envolvidas nas etapas do ciclo do motor a quatro tempos.<br />• Aqui pode ser um dos momentos para a formalização do primeiro princípio da<br />termodinâmica. Para isso, sugerimos que use o apoio do livro didático de sua<br />preferência.<br />Da mesma forma que o motor de um carro, a turbina a vapor é uma máquina que<br />transforma energia interna do combustível em energia mecânica. Numa caldeira, por<br />meio da queima do combustível, ferve-se uma substância de operação, em geral a<br />água. Nesse processo, há uma mudança de estado de líquido para vapor e vice-versa.<br />O vapor sai da caldeira a alta pressão e é conduzido de forma a fazer girar as pás de<br />uma turbina, diminuindo a pressão e a temperatura desse vapor. Essa rotação ocorre<br />devido ao vapor transferir parte de sua energia cinética para as pás da turbina.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />19<br />Ao passar pelas pás, ainda que o vapor sofra uma queda em sua pressão e<br />temperatura, ele ainda sai da turbina como vapor a baixa pressão, o que exigiria<br />muito trabalho para conduzi-lo de volta à caldeira. Por isso, a necessidade de um<br />condensador. Assim, o vapor passa por uma serpentina trocando calor com o meio<br />externo (geralmente água), sendo então condensado. No estado líquido, ele pode ser<br />mais facilmente bombeado como água quente de volta à caldeira reiniciando, dessa<br />forma, um novo ciclo.<br />Faça agora o paralelo da máquina a vapor com o motor a combustão, trabalhando<br />principalmente a descrição dos quatro tempos de um motor a gasolina.<br />I – Devido ao giro do virabrequim, o pistão baixa no cilindro, abrindo a válvula<br />de admissão e injetando para dentro a mistura de gasolina e ar.<br />II – O pistão agora sobe, comprimindo a mistura.<br />III – Quando a compressão tem seu valor máximo, uma centelha elétrica<br />produzida pela vela de ignição promove a explosão instantânea, fazendo<br />com que os gases quentes se expandam, jogando o pistão para baixo e<br />produzindo trabalho.<br />IV – O pistão sobe descomprimindo os gases, a válvula de escape abre-se de<br />modo que os gases provenientes da queima são expelidos para o meio ambiente.<br />• Observação: é preciso ressaltar que esses diagramas é a representação teórica de<br />um ciclo real, uma idealização, já que, durante o funcionamento de um cilindro, os<br />processos não ocorrem de forma perfeita. Assim, no ciclo do motor a quatro tempos,<br />por exemplo, no trecho AB, em que se tem representado um processo isobárico, na<br />realidade há sim uma queda de pressão. Isso ocorre devido à velocidade de expansão<br />da mistura não acompanhar perfeitamente o movimento do pistão, acarretando queda<br />de pressão. Da mesma forma, no trecho BA, a expulsão do gás também não chega a<br />ser isobárica, pois o pistão não tem velocidade suficiente para acompanhar a saída do<br />gás. Entretanto, ainda assim, esse diagrama é útil para a compreensão do<br />funcionamento de um motor. É um momento oportuno para se discutir a idealização<br />de modelos, revelando sua importância no processo de construção da ciência.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />20<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 29<br />1. O impulso necessário para o início do ciclo é efetuado pelo motor de arranque. Um<br />pequeno motor elétrico alimentado pela bateria do carro, que dá início ao giro do<br />virabrequim.<br />Nos primeiros veículos este “impulso” era efetuado mecanicamente, através de uma<br />manivela encaixada no eixo do virabrequim; processo semelhante é usado ainda hoje<br />em muitas motocicletas, nas quais se aciona um pedal para dar a partida do motor.<br />2. O acelerador do carro está articulado com o carburador ou com a injeção eletrônica<br />de combustível, dispositivo que controla a quantidade de combustível que é admitida<br />na câmara de combustão. O carburador, ou a injeção, tem a função de misturar o ar<br />com o vapor do combustível na proporção de 12 a 15 partes de ar para 1 de<br />combustível (por unidade de massa) e controlar a quantidade desta mistura, através<br />de uma válvula que se abre quando o pedal do acelerador é pressionado ou solto,<br />liberando maior ou menor quantidade da mistura combustível.<br />3. Após a descrição do motor de 4 tempos, é bastante simples falar sobre os de 2<br />tempos, visto que suas semelhanças e diferenças são poucas. A diferença<br />fundamental encontra-se no fato de a aspiração e a compressão da mistura do<br />combustível ocorrerem enquanto o pistão sobe (primeiro tempo), e a explosão e a<br />exaustão ocorrem enquanto o pistão desce (segundo tempo). Esse motor é muito<br />utilizado em motocicletas, cortadores de grama, motosserras, dentre outros.<br />4. Um bom desempenho do motor se deve, entre outras coisas, ao instante em que a<br />faísca é produzida. O pistão deve estar em fase de compressão e próximo à posição<br />de menor volume do cilindro, pois, nessa situação, o aproveitamento da energia<br />liberada na explosão, para a realização do trabalho, é máximo. Nesse caso, diz-se que<br />o motor está “no ponto”.<br />Num motor adiantado, ele encontra-se desregulado e provoca a explosão da mistura<br />de ar e combustível antes do tempo ou do “ponto”. Desse modo, o movimento de<br />subida do pistão é parcialmente freado, resultando numa perda de potência.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />21<br />5. Usa-se a queima de carvão para aquecer uma caldeira onde a água vaporiza a alta<br />pressão. Neste caso, os trechos podem indicar:<br />• Trecho AB<br />Seria o momento em que se abre a válvula de escape e o vapor começa a sair,<br />provocando rápida diminuição da pressão, praticamente sem mudar o volume.<br />• Trecho BC<br />Momento em que o volume diminui, com uma pressão praticamente constante.<br />• Trecho CD<br />Finalmente os vapores restantes são expulsos por compressão, quando o pistão volta<br />e diminui de volume.<br />• Trecho DE<br />Poderá representar a etapa de queima do carvão para aquecer a caldeira onde a água<br />vaporiza a alta pressão (constante), aumentando seu volume.<br />• Trecho EA<br />A válvula de admissão do vapor se fecha, e o vapor se expande dentro do pistão,<br />empurrando-o o restante de seu percurso.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />22<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5<br />ENTREVISTA COM UM TÉCNICO EM REFRIGERAÇÃO<br />PESQUISA DE CAMPO<br />Página 32<br />Uma vez realizada a entrevista, peça que os alunos a relatem, apresentando as<br />informações obtidas e as dúvidas que surgiram a partir do papo com o técnico. Reúna o<br />máximo de informações que puder para subsidiar a formalização dos conceitos<br />posteriormente. Incentive-os a explicar com suas palavras como a geladeira funciona.<br />Anote na lousa o que mais chamar a atenção para que, num próximo momento, possa<br />ser trabalhado.<br />Verifique se o relatório possui informações a respeito de o fato da geladeira<br />necessitar de uma substância de operação que, ao invés da água, é um gás chamado<br />freon. Além disso, a geladeira ainda possui partes que funcionam a altas temperaturas<br />(fonte quente) e a baixas temperaturas (fonte fria). O mais importante é relatarem que a<br />geladeira não usa calor, mas sim o bombeia de uma temperatura mais baixa para uma<br />mais alta, ou seja, o fluxo de calor não é espontâneo, como na turbina a vapor. Na<br />geladeira, a troca de calor se dá no sentido oposto, do mais frio para o mais quente, já<br />que espontaneamente o calor é transferido do quente para o frio. Portanto, para se<br />bombear calor na direção contrária, é preciso realizar um trabalho externo sobre o gás<br />freon, de modo que ele perca calor no condensador e evapore no congelador.<br />Provavelmente, o técnico poderá citar outros nomes ou expressões que<br />eventualmente fazem parte do jargão da área técnica. Entretanto, procure focar e se<br />prender mais às informações essenciais que possibilitam serem exploradas<br />posteriormente.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />23<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 34<br />A geladeira funciona em ciclos utilizando um fluído (freon 12) em um circuito<br />fechado. Tem como partes essenciais o compressor (1), o condensador (2), uma válvula<br />descompressora (3) e o evaporador (congelador) (4).<br />O motor compressor comprime o freon, aumentando a pressão e temperatura,<br />fazendo-o circular através de uma tubulação. Ao passar por uma serpentina permeada<br />por lâminas no condensador, o freon perde calor para o exterior se liquefazendo. O<br />condensador fica atrás da geladeira. Ele é a parte quente que você já deve ter observado.<br />Ao sair do condensador, o freon liquefeito ainda a alta pressão chega a um<br />estreitamento da tubulação (tubo capilar) onde ocorre uma diminuição da pressão. O<br />capilar é a válvula de descompressão.<br />Quando o freon líquido e a baixa pressão chega à serpentina do evaporador, de<br />diâmetro bem maior que o capilar, se vaporiza retirando calor da região próxima<br />(interior do congelador). O gás freon a baixa pressão e temperatura é então aspirado<br />para o compressor onde se inicia um novo ciclo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />24<br />O congelador é a parte mais fria e por isso sempre está localizado na parte superior<br />da geladeira, havendo assim condições de trocar calor com todo o seu interior. O ar<br />quente sobe, se resfria na região do congelador e depois desce, estabelecendo a<br />convecção do ar. É por esse motivo que muitas geladeiras são geralmente vazadas.<br />Tal como na turbina a vapor e no motor a combustão, a geladeira trabalha com uma<br />substância de operação, tem partes que funcionam a altas temperaturas (fonte quente) e<br />a baixas temperaturas (fonte fria).<br />Enquanto na turbina e no motor o calor flui espontaneamente da fonte quente para a<br />fria, na geladeira o fluxo de calor não é espontâneo. A troca de calor se dá do mais frio<br />(interior da geladeira) para o mais quente (meio ambiente). Para que isso ocorra, é<br />necessário trabalho externo sobre o freon para que ele perca calor no condensador e se<br />evapore no congelador.<br />Em cada ciclo, a quantidade de calor cedida para o meio ambiente através do<br />condensador é igual à quantidade de calor retirada do interior da geladeira, mais o<br />trabalho realizado pelo compressor.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 36<br />1. Conforme já descrito. Anteriormente, a geladeira funciona em ciclos, utilizando<br />como substância de operação um fluido que se vaporiza a baixa pressão e com alto<br />calor latente de vaporização. O gás freon é comprimido pelo compressor, sofrendo<br />assim um aumento de pressão e temperatura. Em seguida, o gás, ao passar pelo<br />condensador (grade quente que fica na parte de trás da geladeira), perde calor para o<br />meio externo e liquefaz-se. Ainda em alta pressão, o freon no estado líquido sai do<br />condensador e chega até uma válvula de descompressão, que nada mais é que um<br />estreitamento da tubulação, sofrendo então uma queda em sua pressão. O freon<br />liquefeito, agora de baixa pressão, chega até o evaporador (corriqueiramente<br />chamado de congelador). Com um diâmetro bem maior que o capilar, o freon então<br />se vaporiza e retira calor da região interna do congelador. Daí, um novo ciclo se<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />25<br />inicia quando o gás, em forma gasosa e a baixa pressão e temperatura, é aspirado<br />para o compressor.<br />2. A geladeira e o freezer são equivalentes quanto ao funcionamento. O freezer possui<br />um evaporador grande o suficiente para manter a temperatura interna da ordem de -<br />200º C. Por isso o motor (motor compressor) é mais potente, comprimindo maior<br />quantidade de freon 12 que a geladeira comum. Consequentemente, o condensador<br />do freezer troca maior quantidade de calor com o ambiente.<br />3. Os refrigeradores e os condicionadores de ar têm em comum o fato de trabalharem<br />em ciclos, num “circuito fechado”, sem gastar a substância refrigerante ao longo do<br />tempo. Os condicionadores de ar também são constituídos por um compressor, um<br />evaporador e um condensador, mas utilizam o freon 22, cuja temperatura de<br />ebulição. De (- 40,80º C à pressão atmosférica), permite a sua condensação sob<br />pressões menores sem haver necessidade de compressões tão potentes.<br />Nos condicionadores, o ar que provém do ambiente (contendo pó e umidade), após<br />passar por um filtro que retém suas impurezas, entra em contato com a serpentina do<br />evaporador, sendo resfriado e devolvido ao ambiente impulsionado por um<br />ventilador.<br />4. É menor que 800 cal.<br />De acordo com o esquema acima, podemos dizer que a quantidade de calor retirado<br />da fonte fria Q1 (interior da geladeira), é a diferença entre a quantidade de calor<br />jogado para a fonte quente (Q2) e o trabalho (W) recebido pelo compressor para<br />fazer o ciclo que, neste caso, não é espontâneo, como já abordado.<br />Q1 = Q2 – W ( 2ª Lei da Termodinâmica)<br />Como o calor rejeitado para o ambiente vale Q2 = 800 cal, pela expressão, teremos:<br />Q1 = 800 – W. Dessa forma, verifica-se que Q1 < 800 cal.<br />5. A ideia não vai funcionar, pois como a porta da geladeira está aberta e o radiador<br />também se encontra na sala, todo o calor retirado do ambiente, adicionado ao<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />26<br />trabalho realizado para retirar esse calor, será devolvido para a sala por meio do<br />radiador. Isso vai fazer com que a geladeira rejeite, ao final, maior quantidade de<br />calor do que absorveu.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 38<br />O objetivo da questão é fazer com que os alunos façam uma pesquisa (pode ser na<br />internet ou mesmo em livros didáticos, enciclopédias, etc.) afim de já iniciar o que será<br />discutido na próxima situação de aprendizagem, momento em que serão abordados a<br />potência e o rendimento das máquinas térmicas.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />27<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6<br />PESQUISANDO A POTÊNCIA E O RENDIMENTO<br />PESQUISA INDIVIDUAL<br />Página 39<br />Esta pesquisa tem como objetivo iniciar a abordagem e discussão a respeito da<br />potência e do rendimento das máquinas térmicas a partir do que os alunos trouxeram de<br />informações da entrevista. As principais informações devem ser colocadas na lousa ou<br />destacadas pelo professor para que posteriormente possam ser retomadas à medida que<br />os conceitos de potência e rendimento das máquinas térmicas forem abordados.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 40<br />1. A potência desses motores é diretamente determinada pela quantidade de<br />combustível aspirada pelo carburador ou injeção eletrônica de combustível,<br />comprimida e detonada pela faísca da vela, responsável pela explosão da mistura. É<br />essa explosão da mistura ar e combustível no interior do cilindro a responsável pelo<br />movimento do carro.<br />Os carros 1.0 têm o volume dos cilindros de 1 litro e são menos potentes porque o<br />volume da mistura ar e combustível, a ser detonada no cilindro do motor, é menor do<br />que num carro 1.6, que tem volume de 1,6 litros. Com isso, os motores 1.0<br />consomem menos combustível do que um carro 1.6.<br />A quantidade máxima de combustível ou mistura admitida em cada cilindro do<br />motor, multiplicada pelo número de cilindros que compõem o motor a explosão, é<br />denominada cilindrada, expressa em cm3 ou pol3.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />28<br />• Observação: Vale lembrar que não é apenas o volume dos cilindros que<br />determina a potência de um carro. As características dos motores, como o regime de<br />rotação, posicionamento dos cilindros, entre outras, também determinam a potência.<br />O melhor contra exemplo são os motores 1.0 turbo, que forçam a entrada da mistura<br />por meio de turbinas, postas em movimento pelos gases exalados do próprio motor.<br />2. Há vários procedimentos que contribuem para aumentar o rendimento dos motores.<br />Apesar de estar sendo solicitado somente dois fatores, vamos aqui destacar mais<br />alguns:<br />• Uma forma seria aumentar o fluxo de ar no interior do cilindro, pois quanto mais<br />ar é injetado em seu interior, maior será a explosão da mistura;<br />• Resfriar o ar que entra – comprimir o ar aumenta sua temperatura. O ideal é ter o<br />ar mais frio possível dentro do cilindro, pois quanto mais quente o ar, menos ele se<br />expande quando a combustão acontece;<br />• Procurar as peças mais leves – peças mais leves ajudam a melhorar o<br />desempenho do motor. Cada vez que o pistão muda a direção, ele usa mais energia<br />para frear a entrada em uma direção e começar outra. Quanto mais leve o pistão,<br />menos energia ele consome. Peças mais leves também permitem que o motor gire<br />mais rápido, dando a ele mais potência;<br />• Aumentar a proporção de compressão – quanto mais alta a proporção de<br />compressão, maior a força produzida. Quanto mais comprimida a mistura<br />ar/combustível, mais facilmente ocorrerá a explosão da mistura;<br />• Aumentar a atividade do cilindro – prender mais ar (consequentemente mais<br />combustível) em um cilindro, assim como aumentar seu tamanho, poderá levar a um<br />aumento na força obtida;<br />• Aumentar o deslocamento – mais deslocamento significa mais força, pois mais<br />gás é queimado durante cada revolução do motor.<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 42<br />1. Ela diminuiria.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />29<br />Pela expressão do rendimento η =<br />quente<br />quente frio<br />T<br />T T , quanto menor for a<br />temperatura da fonte quente (Tquente) menor será o rendimento ().<br />2. O ar condicionado retira calor do ambiente (fonte fria) e o rejeita para o exterior da<br />sala (fonte quente) à custa da realização de trabalho. Já no caso do refrigerador, ele<br />faz a mesma coisa, porém, ele libera calor para o mesmo ambiente. Isso faz com que<br />todo o calor retirado seja colocado novamente no mesmo ambiente, fazendo com que<br />a temperatura não varie significativamente.<br />Para o refrigerador funcionar de forma semelhante ao ar condicionado, deveríamos<br />colocar o condensador (radiador) em um ambiente externo para liberar o calor em<br />outro ambiente.<br />3. O refrigerador é um aparelho que reduz a temperatura dos materiais colocados em seu<br />interior e mantém neste ambiente uma temperatura inferior à de suas vizinhanças. O<br />refrigerador retira calor de uma fonte fria e, após a realização de trabalho pelo motor,<br />rejeita uma quantidade de calor para o ambiente (fonte quente). Como o calor sempre<br />passa espontaneamente da fonte quente para a fonte fria, nesse caso, o processo não é<br />espontâneo. Daí a necessidade de se realizar trabalho sobre o refrigerador.<br />Quanto maior for a temperatura da sala onde o refrigerador se encontra, maior deverá<br />ser o trabalho realizado para retirar calor de seu interior (fonte fria) e rejeitar para o<br />ambiente por meio do radiador (fonte quente), ou seja, mais trabalho o motor deverá<br />realizar para resfriar o interior (fonte fria). Dessa maneira, o motor do refrigerador<br />vai consumir mais energia para a realização desse trabalho.<br />4. Neste caso, temos uma máquina térmica que retira calor de uma fonte quente para a<br />realização de trabalho. Uma parte do calor fornecido pela fonte quente é rejeitada<br />para uma fonte fria. Essa é a 1ª Lei da Termodinâmica (que nada mais é que o<br />princípio da conservação da energia) e pode ser escrita da seguinte forma:<br />W = Qquente - Qfrio<br />Dessa forma, podemos escrever que:<br />43.000 = 176.000 - Qfrio<br />Qfrio = 133.000J<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />30<br />Então, 133.000J equivale à quantidade de energia rejeitada para a fonte fria que não<br />foi utilizada para realizar trabalho. Essa energia foi cedida ao ambiente. Como ela<br />não foi aproveitada de forma útil, dizemos que ela foi perdida.<br />O rendimento é dado por:<br /> = W/Qquente<br /> = 43.000/176.000<br /> = 0,244 ou = 24,4%<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />31<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7<br />UMA PERGUNTA INTRIGANTE: POR QUE TEMOS DE<br />ECONOMIZAR ENERGIA, JÁ QUE A FÍSICAA DIZ QUE ELA<br />NÃO SE PERDE<br />Roteiro 7<br />Página 44<br />Espera-se que o conteúdo principal a ser abordado no texto deva focar a respeito da<br />necessidade de se economizar energia devido ao fato de que nem toda a energia<br />produzida é transformada integralmente em trabalho. Uma parte se transforma em calor,<br />ou outra forma de energia, que não há como ser reaproveitada. Neste caso, dizemos que<br />houve uma perda da capacidade de sua utilização de forma útil. Por isso, é necessário<br />que haja um consumo racional de energia, visto que suas reservas são limitadas.<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 46<br />O intuito é relacionar a resposta com a segunda Lei da Termodinâmica e,<br />consequentemente, com o conceito de entropia. Os alunos devem perceber o que foi<br />estudado no tema anterior, ou seja, parte da energia utilizada para realizar um trabalho<br />sempre é transformada em calor. Dessa forma, a parcela de energia transformada em<br />calor é “perdida”, no sentido de que não pode ser reutilizada para gerar mais trabalho.<br />Um motor, por exemplo, esquenta ao ser utilizado e, para produzir mais trabalho, é<br />preciso injetar mais combustível. Assim, na realidade, não ocorre uma perda efetiva de<br />energia. O que acontece é que ao ser convertida em calor há uma degradação dessa<br />energia de forma que não podemos mais utilizá-la para gerar trabalho útil.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />32<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 47<br />1. Um dos enunciados da segunda lei da termodinâmica diz que: “O calor não flui<br />espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente”. Essa afirmação pode ser<br />facilmente observada no dia a dia, quando, por exemplo, deixamos uma taça de<br />sorvete fora da geladeira por certo tempo. Sabemos que o sorvete vai derreter, pois o<br />calor passa do ar para ele, excedendo sua temperatura de fusão. Da mesma forma, o<br />calor de uma xícara de café é transferido para o ar, esfriando o café. Não há sentido<br />acreditar que o contrário pudesse acontecer, ou seja, que o café se tornasse mais<br />quente enquanto o ar ao seu redor esfriasse. Observe que essa lei não diz que o calor<br />não pode passar do corpo mais frio para o mais quente, afinal é isso o que ocorre em<br />um refrigerador. O que ela afirma é que isso não acontece espontaneamente.<br />2. Inicialmente, o aluno precisará entender o significado físico dos termos ordem e<br />desordem. Para a Física, um sistema ordenado é aquele no qual uma determinada<br />quantidade de objetos, que podem ser átomos ou tijolos, está disposta de forma<br />regular e previsível. Assim, os átomos de um cristal ou os tijolos fixados em uma<br />parede são sistemas altamente ordenados. Já um sistema desordenado fisicamente é<br />aquele no qual os objetos estão dispostos de forma irregular, como os átomos de um<br />gás ou os tijolos espatifados depois de uma demolição. Então, de acordo com esse<br />princípio da termodinâmica, é possível citar como exemplo o que acontece com as<br />moléculas de gás que escapam de um vidro de perfume: elas se movem inicialmente<br />num estado relativamente ordenado, quando ainda estão confinadas no pequeno<br />vidro, para um estado altamente desordenado quando se abre a tampa do vidro.<br />3.<br />a) Irreversível, pois não há como juntar novamente os cacos de vidro da garrafa<br />e refazê-la.<br />b) Irreversível, pois não há como desfazer a mistura e voltar com os produtosque se<br />tinha antes da mistura.<br />c) Irreversível, pois apesar de o gelo poder se transformar em água e esta água<br />novamente se transformar em gelo, parte da água do gelo se mistura com o<br />refrigerante de forma a não ser possível seu retorno novamente ao gelo.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />33<br />d) Irreversível, porque a lenha depois de queimada não poderá retornar a madeira<br />original que se tinha antes da queima.<br />e) Irreversível, pois não há como obter o pneu da mesma forma que antes de ser<br />perfurado.<br />f) Reversível, pois a água do gelo poderá se transformar novamente em gelo.<br />• Observação : em todos os exemplos, ser reversível seria como "passar o filme"<br />do fenômeno ao contrário e não a sensação de impossibilidade.<br />4. A primeira Lei da Termodinâmica se restringe apenas à conservação da energia,<br />possibilitando todas as conversões de energia, uma vez que não estabelece um<br />sentido único para as suas transformações. Já a segunda lei estabelece um “sentido<br />preferencial” para a energia, uma vez que o calor flui espontaneamente somente do<br />corpo quente para o corpo frio. A segunda lei considera ainda que a energia não<br />aproveitada no processo (energia degradada) não pode ser reaproveitada pelo<br />sistema.<br />LIÇÃO DE CASA<br />Página 49<br />1. De acordo com a primeira Lei da Termodinâmica, a energia não pode ser criada, nem<br />destruída, apenas transformada. Por isso, é impossível que uma máquina seja capaz<br />de realizar trabalho sem que uma energia seja transformada e cedida ao sistema.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />34<br />SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8<br />O BALANÇO ENERGÉTICO DO BRASIL E OS CICLOS DE<br />ENERGIA NA TERRA<br />Aprendendo a Aprender<br />Página 52<br />Fonte de energia Fonte<br />primária<br />Fonte<br />secundária<br />Renovável Não<br />renovável<br />Petróleo x - - x<br />Água x - x<br />Urânio x - - x<br />Lenha - x x -<br />Vento x - x -<br />Álcool - x x -<br />Sol x - x -<br />Carvão mineral x - x -<br />Gás natural x - - x<br />Biodiesel - x x -<br />Ondas do mar - x x -<br />Bagaço da cana - x x -<br />Fontes primárias: as fontes primárias de energia apresentam-se disponíveis aos seres<br />vivos na forma ou estado que o ciclo da natureza oferece e determina. Elas são<br />utilizadas na forma como provém da natureza.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />35<br />Fontes secundárias: são fontes derivadas das fontes primárias, representando apenas<br />transformações ou conversões da energia.<br />Fontes Renováveis e não Renováveis: as fontes classificadas como não renováveis são<br />aquelas cuja escala de tempo envolvida no processo de reposição natural é da ordem<br />de milhares ou milhões de anos, além de requerer condições favoráveis, como<br />pressão e temperatura. Quanto à reposição artificial dessas fontes, quando não é<br />impossível, é absolutamente inviável, já que na maioria das vezes envolve um gasto<br />energético igual ou superior à quantidade de energia a ser obtida.<br />Já as fontes renováveis são aquelas cuja reposição pode ser feita facilmente, envolvendo<br />escalas de tempo da ordem de alguns anos, como, por exemplo, a biomassa.<br />Leitura e Análise de Texto<br />Página 54<br />• O carbono é o componente primário de toda matéria orgânica. Ele pode ser<br />encontrado em grandes concentrações na atmosfera terrestre, nas rochas, no solo e<br />nos sedimentos. O ciclo de carbono possui várias fases, sendo as duas principais a<br />fotossíntese e a respiração. A fotossíntese é o processo em que as plantas absorvem a<br />energia solar e CO2 da atmosfera, produzindo oxigênio e carboidratos (açúcares,<br />como a glicose), elementos fundamentais para o crescimento das plantas. Já a<br />respiração é a fase na qual essa glicose é decomposta para liberar a energia usada<br />pelo organismo. Os animais e as plantas utilizam os carboidratos na respiração,<br />utilizando a energia contida na glicose e emitindo CO2.<br />Juntamente com a decomposição orgânica (forma de respiração das bactérias e<br />fungos), a respiração devolve o carbono (depositado nos ecossistemas terrestres e<br />marinhos) para a atmosfera. É por meio de processos como fotossíntese, respiração e<br />decomposição que os átomos de carbono circulam, seja pela atmosfera, pelos<br />vegetais, pelos animais e pelos oceanos. Desse modo, podemos perceber que tanto na<br />fotossíntese como na respiração, fundamentais no ciclo do carbono, estão envolvidos<br />os primeiros e os principais processos de transformação de energia no ambiente<br />terrestre.<br />GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2<br />36<br />VOCÊ APRENDEU?<br />Página 55<br />1. O carbono passa por várias fases. Ele pode ser incorporado aos seres vivos<br />(participando de estruturas ou de processos bioquímicos fundamentais para a vida),<br />pode retornar à atmosfera na forma de gás carbônico pela respiração e também pela<br />decomposição dos seres vivos após sua morte (em que ocorre liberação do carbono<br />remanescente). Entretanto, em certas condições, a matéria orgânica pode ficar livre<br />da ação de decompositores e vir a sofrer lentas e gradativas transformações químicas.<br />Dessa maneira, se originam os depósitos de carvão e petróleo.<br />2. Sim, pois direta ou indiretamente todos os tipos de energia utilizados pelas máquinas<br />em geral provêm da radiação solar.<br />A gasolina, o óleo diesel e outros derivados do petróleo são formados por fósseis de<br />vegetais e animais, assim como os alimentos, carvão vegetal e a lenha, produzidos<br />pelas plantas, são resultados de transformações da energia proveniente do sol.<br />A hidroeletricidade, como a energia dos ventos e as combustões de todos dos tipos,<br />também dependem da radiação solar, seja para a evaporação da água, para a<br />circulação do ar ou para a fotossíntese, responsável pela formação dos combustíveis.<br />3. Participa de certo modo, pois toda substância orgânica tem carbono em suas<br />moléculas e o álcool é produzido a partir da cana-de-açúcar, um vegetal. A vantagem<br />é que o álcool é considerado energia renovável, pois se pode plantar e colher a cana,<br />o que não pode ser feito com a energia produzida a partir do petróleo.aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com0tag:blogger.com,1999:blog-6162707102166661130.post-5998983344561121892009-09-09T17:08:00.000-07:002009-09-15T19:15:27.336-07:00APOSTILA DE FISICA -2ª SÉRIE<div> <br />ESCALAS TERMOMÉTRICAS<br />1º Ponto fixo (ponto de gelo)<br />2º Ponto fixo (ponto de vapor)<br /><br /> ------ ponto de vapor<br /><br /><br /><br /><br /> ------ ponto de gelo<br /><br /><br />Escala Celsius<br /><br /> ------ 100o C<br /><br /><br /><br /><br /> ------ 0o C<br /><br /><br /><br />Escala Fahrenheit<br /><br /> ------ 212o F<br /><br /><br /><br /><br /> ------ 32o F<br /><br /><br />Relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit<br /><br /> - 100o C - 212o F<br /><br /><br /> - tC - tF<br /><br /><br /> - 0o C - 32o F<br /><br />Exercícios<br />1. No Rio de Janeiro, a temperatura ambiente chegou a atingir, no verão de 1998, o valor de 49o C. Qual seria o valor dessa temperatura, se lida num termômetro na escala Fahrenheit?<br />2. A temperatura média do corpo humano é 36o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit.<br />3. Lê-se no jornal que a temperatura em certa cidade da Russia atingiu, no inverno, o valor de 14o F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius?<br />4. Um termômetro graduado na escala Fahrenheit, acusou, para a temperatura ambiente em um bairro de Belo Horizonte, 77o F. Expresse essa temperatura na escala Celsius.<br />5. Dois termômetros graduados, um na escala Fahrenheit e outro na escala Celsius, registram o mesmo valor numérico para a temperatura quando mergulhados num líquido. Determine a temperatura desse líquido.<br /><br />Questões<br />6. Descreva, resumidamente, como se deve proceder para graduar um termômetro na escala Celsius.<br />7. Quando medimos a temperatura de uma pessoa, devemos manter o termômetro em contato com ela durante um certo tempo. Por quê?<br />8. Desejando-se medir a temperatura de um pequeno inseto, colocou-se um grande número deles em um recipiente. Introduzindo-se entre os insetos um termômetro, verificou-se que, depois de um certo tempo, o termômetro indicava 30o C. A) Para determinar a temperatura de cada inseto seria necessário conhecer o número deles no recipiente? B) Então, qual era a temperatura de um dos insetos?<br />9. Cite algumas grandezas que podem ser usadas como grandezas termométricas.<br />10. O que é um termômetro? Em que se baseia um termômetro?<br />11. Você acha seguro comparar a temperatura de dois corpos através do tato? Explique sua resposta com um exemplo.<br />Relação entre as escalas Celsius e Kelvin<br /><br /> - 100o C - 373 K<br /><br /><br /> - tC - T<br /><br /><br /> - 0o C - 273 K<br /><br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo se encontra à temperatura de 27o C. Determine o valor dessa temperatura na escala Kelvin.<br />2. Um doente está com febre de 42o C. Qual sua temperatura expressa na escala Kelvin?<br />3. Uma pessoa tirou sua temperatura com um termômetro graduado na escala Kelvin e encontrou 312 K. Qual o valor de sua temperatura na escala Celsius?<br />4. Um gás solidifica-se na temperatura de 25 K. Qual o valor desse ponto de solidificação na escala Celsius?<br />5. Uma forma de aumentar a temperatura de um corpo é através do contato com outro que esteja mais quente. Existe outra forma? Dê um exemplo.<br /><br />Questões<br />6. O que você entende por "zero absoluto"? Qual o valor desta temperatura na escala Celsius?<br />7. Como você poderia medir a temperatura de um lápis, de um grão de areia e de um fio de cabelo?<br /><br />Exercícios complementares<br />8. Um líquido está a uma temperatura de 59o F. Qual é esta temperatura na escala Kelvin?<br />9. A temperatura de ebulição de uma substância é 88 K. Quanto vale esta temperatura na escala Fahrenheit?<br /><br />ESTUDO DO CALOR<br />Quantidade de calor<br />Q = m.c. t<br />Q = quantidade de calor (cal )<br />m = massa (g)<br />c = calor específico ( cal/ g. oC)<br />t = variação da temperatura (oC)<br />t = t - t0<br /><br />Exercícios<br />10. Uma peça de ferro de 50 g tem temperatura de 10o C. Qual é o calor necessário para aquecê-la até 80o C? (calor específico do ferro: c = 0,11 cal/ g. oC )<br />11. Uma pessoa bebe 500 g de água a 10o C. Admitindo que a temperatura dessa pessoa é de 36o C, qual a quantidade de calor que essa pessoa transfere para a água? O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />12. Determine a quantidade de calor que 200 g de água deve perder para que sua temperatura diminua de 30o C para 15o C. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />13. Um corpo de massa 50 gramas recebe 300 calorias e sua temperatura sobe de 10o C até 30o C. Determine o calor específico da substância que o constitui.<br />14. Mil gramas de glicerina, de calor específico 0,6 cal/ g. oC, inicialmente a 0o C, recebe 12000 calorias de uma fonte. Determine a temperatura final da glicerina.<br />15. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 calorias. Para produzir um aquecimento de 20o C para 50o C em 50 gramas de um líquido, são necessários 15 minutos. Determine o calor específico do líquido.<br /><br />Questões<br />16. Por que a água é utilizada para a refrigeração dos motores de automóveis?<br />17. Sabe-se que os desertos são muito quentes durante o dia e bastante frios à noite. Então, que conclusão você pode tirar a respeito do calor específico da areia?<br />18. Do ponto de vista microscópico, qual a diferença entre um corpo quente e um frio?<br /><br />Trocas de calor<br />"Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, até estabelecer-se o equilíbrio térmico, é nula a soma das quantidades de calor trocadas por eles."<br /> termômetro<br /><br /><br /> A<br /><br /> B<br /><br /><br /><br /> calorímetro<br /><br /><br />QA + QB = 0<br />Qrecebido > 0<br />Qcedido < 0<br /><br />Exercícios<br />1. Um corpo de massa 200 g a 50o C, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água a 90o C. O equilíbrio térmico se estabelece a 60o C. Sendo 1 cal/g. o C o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido.<br />2. Um objeto de massa 80 g a 920o C é colocado dentro de 400 g de água a 20o C. A temperatura de equilíbrio é 30o C, e o objeto e a água trocam calor somente entre si. Calcule o calor específico do objeto. O calor específico da água é 1 cal/ g. oC.<br />3. O alumínio tem calor específico 0,20 cal/g. o C e a água 1 cal/g. o C. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80o C, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20o C. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico.<br /><br />Questões<br />4. Diga, com suas palavras, o que você entende por "estado de equilíbrio térmico".<br />5. Quando dois corpos são colocados em contato, qual a condição necessária para que haja fluxo de calor entre eles?<br /><br />Calor latente<br />"Quando uma substância está mudando de estado, ela absorve ou perde calor sem que sua temperatura varie. A quantidade de calor absorvida ou perdida é chamada calor latente."<br />Q = m.L<br />Q = quantidade de calor (cal)<br />m = massa (g)<br />L = calor latente da substância (cal/g)<br /><br />Exercícios<br />6. Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 300 g de gelo a 0o C em água a 0o C, sabendo que o calor latente de fusão da água é LF = 80 cal/g.<br />7. Determine a quantidade de calor que se deve fornecer para transformar 70 g de água a 100o C em vapor de água a 100o C. Dado: calor latente de vaporização da água LV = 540 cal/g.<br />8. Uma substância de massa 200 g absorve 5000 cal durante a sua ebulição. Calcule o calor latente de vaporização.<br /><br />Questões<br />9. Uma pessoa está cozinhando batatas em uma panela aberta com "fogo baixo". Quando a água entra em ebulição, desejando abreviar o tempo necessário para o cozimento, essa pessoa passa a chama para "fogo alto". Ela conseguirá cozinhar as batatas mais depressa? Explique.<br />10. Onde se demora mais para cozinhar feijão: numa panela aberta no Rio de Janeiro (nível do mar) ou em La Paz (4.000 m de altitude).<br />11. Em um certo local, observa-se que a água, em uma panela aberta, entra em ebulição a 80o C. Esse local está abaixo ou acima do nível do mar? Explique.<br />12. Para cozer um determinado alimento, devemos mergulhá-lo em certa quantidade de água pura e submetê-lo por algum tempo à temperatura de 120o C. Que providência devemos tomar para cozê-lo?<br />13. Para esfriar um refrigerante, você usaria gelo a 0o C ou água a 0o C?<br /><br /><br />Mudança de estado<br />Exercícios<br />1. Qual a quantidade de calor que 50 g de gelo a -20o C precisam receber para se transformar em água a 40o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.<br />2. Têm-se 20 g de gelo a -10o C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20o C? Dado: cgelo = 0,5 cal/g. oC; cágua = 1 cal/g. oC; é LF = 80 cal/g.<br />3. Quanto de calor será necessário para levar 100 g de água a 50o C para vapor d' água a 100o C? LV = 540 cal/g.<br />4. Que quantidade de calor se exige para que 200 g de gelo a -40o C se transformem em vapor d'água a 100o C? LV = 540 cal/g.<br />5. O gráfico representa a temperatura de uma amostra de massa 20g de determinada substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão da substância; b) o calor latente de fusão da substância.<br /><br />t (oC)<br />60 ..............................................<br /><br />40 ............<br /> <br /> 20 <br /><br /> 0 20 50 90 Q (cal)<br /><br />6. O gráfico abaixo representa a temperatura de uma amostra de 100g de determinado metal, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão do metal; b) o calor latente de fusão do metal.<br /><br />t (oC)<br />360 ..............................................<br /><br />330 ............<br /> <br /> 300 <br /><br /> 0 600 1200 1800 Q (cal)<br /><br />DILATAÇÃO TÉRMICA<br /><br />Dilatação linear<br /><br /> L0<br /> <br /> t0 L<br /> t<br /><br /> L <br /><br />L = L - L0<br />t = t - t0<br /><br />L = .L0. t<br /> L = Lo (1 + . t )<br /><br />L = variação no comprimento<br /> = coeficiente de dilatação linear (oC-1)<br />t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />7. Qual o aumento de comprimento que sofre uma extensão de trilhos de ferro com 1000 m ao passar de 0o C para 40o C, sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6 oC-1 ?<br />8. Um cano de cobre de 4 m a 20o C é aquecido até 80o C. Dado do cobre igual a 17.10-6 oC-1 , de quanto aumentou o comprimento do cano?<br />9. O comprimento de um fio de alumínio é de 30 m, a 20o C. Sabendo-se que o fio é aquecido até 60o C e que o coeficiente de dilatação linear do alumínio é de 24.10-6 oC-1, determine a variação no comprimento do fio.<br />10. Uma barra de ferro tem, a 20o C, um comprimento igual a 300 cm. O coeficiente de dilatação linear do ferro vale 12.10-6 oC-1. Determine o comprimento da barra a 120o C.<br />11. Um tubo de ferro, = 12.10-6 oC-1, tem 10 m a -20o C. Ele foi aquecido até 80o C. Calcule o comprimento a final do tubo.<br />12. Uma barra de determinada substância é aquecida de 20o C para 220o C. Seu comprimento à temperatura de 20o C é de 5,000 cm e à temperatura de 220o C é de 5,002 cm. Determine o coeficiente de dilatação linear da substância.<br /><br />Dilatação superficial<br /><br /> <br /> A<br /> A0<br /><br /><br /> t0 t<br /><br />A = A - A0<br /><br />A = .A0. t<br />A = Ao (1 + . t )<br /><br /> = 2<br />A = variação da superfície<br />= coeficiente de dilatação superficial (oC-1)<br />t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />1. Uma chapa de zinco tem área de 8 cm2 a 20oC. Calcule a sua área a 120o C. Dado: zinco = 52. 10-6 oC-1.<br />2. Uma chapa de chumbo tem área de 900 cm2 a 10o C. Determine a área de sua superfície a 60o C. O coeficiente de dilatação superficial do chumbo vale 54. 10-6 oC-1.<br />3. Uma chapa de alumínio, = 48.10-6 oC-1, tem área de 2 m2 a 10o C. Calcule a variação de sua área entre 10o C e 110o C.<br />4. A variação da área de uma chapa é 0,04 cm2, quando a temperatura passa de 0o C para 200o C. Se a área inicial da chapa era 100 cm2, determine o coeficiente de dilatação superficial da chapa.<br /><br />Questões<br />5. Num bar, dois copos se encaixaram de tal forma que o balconista não consegue retirar um de dentro do outro. Mergulhando o copo de baixo em água quente, os corpos se soltaram. Por quê?<br />6. Explique por que um copo de vidro comum provavelmente se quebrará se você o encher parcialmente com água fervendo.<br />7. Ao colocar um fio de cobre entre dois postes, num dia de verão, um eletricista não deve deixá-lo muito esticado. Por quê?<br />8. Como se pode comprovar a dilatação linear de um sólido?<br /><br />Dilatação volumétrica<br /><br />V0<br /><br /> V<br /><br /><br /><br /><br /> t0 t<br /><br />V = V - V0<br /><br />V = .V0. t<br />V = Vo (1 + . t )<br /><br />= 3<br />V = variação do volume<br />= coeficiente de dilatação volumétrica (oC-1)<br />t = variação da temperatura (oC)<br /><br />Exercícios<br />9. Um petroleiro recebe uma carga 107 barris de petróleo no Golfo Pérsico, a uma temperatura de 50o C. Qual a perda em barris, por efeito de contração térmica, que esta carga apresenta quando á descarregada no Brasil, a uma temperatura de 10o C? Dado: petróleo = 10-3 oC-1.<br />10. Ao ser aquecido de 10o C para 210o C, o volume de um corpo sólido aumenta 0,02 cm3. Se o volume do corpo a 10o C era 100 cm3, determine os coeficientes de dilatação volumétrica e linear do material que constitui o corpo.<br /><br />Questões<br />11. Um pino deve se ajustar ao orifício de uma placa à temperatura de 20o C. No entanto, verifica-se que o orifício é pequeno para receber o pino. Que procedimentos podem permitir que o pino se ajuste ao orifício?<br />12. Tendo enchido completamente o tanque de gasolina de seu carro, uma pessoa deixou o automóvel estacionado ao sol. Depois de um certo tempo, verificou que, em virtude da elevação da temperatura, uma certa quantidade de gasolina havia entornado. A) O tanque de gasolina dilatou? B) A quantidade que entornou representa a dilatação real que a gasolina sofreu?<br /><br />TRANSMISSÃO DE CALOR<br /><br />Condução térmica<br />"A condução térmica consiste numa transferência de energia de vibração entre as moléculas que constituem o sistema."<br /><br />Questões<br />1. O isopor é formado por finíssimas bolsas de material plástico, contendo ar. Por que o isopor é um bom isolante térmico?<br />2. Os esquimós constróem seus iglus com blocos de gelo, empilhando-os uns sobre os outros. Se o gelo tem uma temperatura relativamente baixa, como explicar esse seu uso como "material de construção"?<br />3. Num antigo jingle de uma propaganda, ouvia-se o seguinte diálogo: - Toc, toc, toc, - Quem bate? - É o frio! E no final eram cantados os seguintes versos: "Não adianta bater, eu não deixo você entrar, os cobertores das Casas Pernambucanas é que vão aquecer o meu lar". Que comentário você tem a fazer sobre a veracidade física dessa propaganda?<br />4. Qual a aplicação prática dos materiais isolantes térmicos?<br />5. Por que a serragem é melhor isolante térmico que a madeira?<br />6. Um faquir resolveu fazer uma demonstração de sua arte entrando em um forno muito aquecido. Para que ele sinta a menor sensação de "calor" possível, é preferível que ele vá nu ou envolto em roupa de lã? Por quê?<br />7. Explique por que, em países de clima frio, costumam-se usar janelas com vidraças duplas. Esse tipo de janela chega a reduzir em até 50% as perdas de calor para o exterior.<br />8. Num mesmo ambiente, se você tocar um objeto metálico com uma mão e um objeto de madeira com a outra, vai sentir que o primeiro está "mais frio" que o segundo. Como você explica esse fenômeno se os dois objetos estão no mesmo ambiente e, portanto, na mesma temperatura?<br />9. Por que as panelas, em geral, têm seus cabos metálicos revestidos com madeira ou plástico?<br />Convecção térmica<br />"A convecção térmica é a propagação que ocorre nos fluidos (líquidos, gases e vapores) em virtude de uma diferença de densidades entre partes do sistema."<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Questões<br />10. Por que, em uma geladeira, o congelador é colocado na parte superior e não na inferior?<br />11. Com base na propagação de calor, explique por que, para gelar o chope de um barril, é mais eficiente colocar gelo na parte superior do que colocar o barril sobre uma pedra de gelo.<br />12. Um aparelho de refrigeração de ar deve ser instalado em local alto ou baixo num escritório? E um aquecedor de ar? Por quê?<br /><br /><br />Irradiação térmica<br />"A irradiação é a transmissão de por intermédio de ondas eletromagnéticas. Nesse processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário nenhum meio material."<br /><br />Questões<br />13. Sabemos que o calor pode ser transferido, de um ponto para outro, por condução, convecção e radiação. Em qual desses processos a transmissão pode ocorrer mesmo que não haja um meio material entre os dois pontos?<br />14. Os grandes tanques, usados para armazenar gasolina (ou outros combustíveis), costumam ser pintados externamente com tinta prateada. Por quê?<br />15. Os prédios totalmente envidraçados precisam de muitos aparelhos de ar condicionado? Por quê?<br />16. Como se dá a propagação do calor do Sol até a Terra se entre esses astros não existe meio material?<br />17. Desenhe esquematicamente uma garrafa térmica e explique o seu funcionamento.<br /><br />ESTUDO DOS GASES<br /><br /> <br /> gás <br /> ... <br /><br />Transformação Isotérmica<br />"Transformação de um gás sob temperatura constante."<br /><br />P1.V1 = P2.V2<br /><br />P = pressão do gás<br />V = volume do gás<br /><br />Transformação Isobárica<br />"Transformação a pressão constante."<br /><br /><br />T = tc + 273<br /><br />T = temperatura do gás em graus Kelvin<br />tc = temperatura em graus Celsius<br /><br />Transformação Isométrica<br />"Transformação a volume constante."<br /><br /><br />Lei geral dos gases perfeitos<br /><br /><br />Exercícios<br />1. Na temperatura de 300 K e sob pressão de 1 atm, uma massa de gás perfeito ocupa o volume de 10 litros. Calcule a temperatura do gás quando, sob pressão de 2 atm, ocupa o volume de 20 litros.<br />2. Dentro de um recipiente de volume variável estão inicialmente 20 litros de gás perfeito à temperatura de 200 K e pressão de 2 atm. Qual será a nova pressão, se a temperatura aumentar para 250 K e o volume for reduzido para 10 litros?<br />3. Um balão de borracha continha 3 litros de gás hélio, à temperatura de 27o C, com pressão de 1,1 atm. Esse balão escapuliu e subiu. À medida que o balão foi subindo, a pressão atmosférica foi diminuindo e, por isso, seu volume foi aumentando. Quando o volume atingiu 4 litros, ele estourou. A temperatura do ar naquela altura era 7o C. Calcule a pressão do gás em seu interior imediatamente antes de estourar.<br />4. Um gás ocupa o volume de 20 litros à pressão de 2 atmosferas. Qual é o volume desse gás à pressão de 5 atm, na mesma temperatura?<br />5. Um gás mantido à pressão constante ocupa o volume de 30 litros à temperatura de 300 K. Qual será o seu volume quando a temperatura for 240 K?<br />6. Num recipiente de volume constante é colocado um gás à temperatura de 400 K e pressão de 75 cmHg. Qual é a pressão à temperatura de 1200 K?<br />7. Sob pressão de 5 atm e à temperatura de 0o C, um gás ocupa volume de 45 litros. Determine sob que pressão o gás ocupará o volume de 30 litros, se for mantida constante a temperatura.<br />8. Uma certa massa de gás hélio ocupa, a 27o C, o volume de 2 m3 sob pressão de 3 atm. Se reduzirmos o volume à metade e triplicarmos a pressão, qual será a nova temperatura do gás?<br />9. Num dia de tempestade, a pressão atmosférica caiu de 760 mmHg para 730 mmHg. Nessas condições, qual o volume final de uma porção de ar que inicialmente ocupava 1 litro? (Suponha que a temperatura não tenha variado)<br />10. O gráfico representa a isobára para certa quantidade de um gás perfeito. Determine a temperatura TA.<br /><br /> V(m3)<br /><br /> 60 ...........................<br /> .<br /> 40 ............... .<br /> . .<br /> . .<br /> <br /> 0 TA 450 K T(K)<br /><br />TERMODINÂMICA<br />"A termodinâmica estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado numa transformação de um sistema."<br /><br />Trabalho realizado por um gás<br /><br /> <br /> gás <br /> <br /><br /> = P. V<br /><br /> = trabalho realizado pelo gás<br />P = pressão exercida pelo gás<br />V = variação do volume<br />V = V2 - V1<br /><br />Na expansão, Vfinal > Vinicial > 0<br />(o gás realiza trabalho)<br /><br />Na compressão, Vfinal < Vinicial < 0<br />(o gás recebe trabalho do meio exterior)<br /><br />Exercícios<br />1. Numa transformação sob pressão constante de 800 N/m2, o volume de um gás ideal se altera de 0,020 m3 para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a expansão do gás.<br />2. Um gás ideal , sob pressão constante de 2.105 N/m2, tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3. Determine o trabalho realizado no processo.<br />3. Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. A) o trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior? B) Quanto vale o trabalho realizado?<br /><br />Trabalho pela área<br />Propriedade:<br />"O trabalho é numericamente igual a área, num gráfico da pressão em função da variação do volume."<br /> <br /> P<br /> <br /><br /> = área<br /><br /> V1 V2 V<br />Exercícios<br />4. As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de A para B em cada processo.<br /><br /><br />a) P (N/m2)<br /> <br /> A B<br /> 20 <br /> <br /> <br /><br /> 0 5 V (m3)<br /><br /><br />b) P (N/m2)<br /><br /> A<br /> 30 <br /> <br /> B<br /> <br /> 0 6 V (m3)<br /><br /><br />c) P (N/m2)<br /><br /> A B<br /> 10 .........<br /> <br /> <br /> <br /> 0 2 5 V (m3) <br /><br /><br />d) P (N/m2)<br /><br /> <br /> 8 ....................... B .<br /> <br /> 2 ......A. <br /> <br /> <br /> 0 0,5 2 V (m3)<br /><br /><br /><br /><br /><br />Primeiro princípio da termodinâmica<br /><br /><br /> Q U <br /><br /><br /><br /><br />Q = U +<br /><br />Q = quantidade de calor<br />U = variação da energia interna<br /> = trabalho<br /><br />Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0<br /> (expansão) > 0 e (compressão) < 0<br />U = Ufinal - Uinicial<br /><br />Exercícios<br />1. Num dado processo termodinâmico, certa massa de um gás recebe 260 joules de calor de uma fonte térmica. Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules. Determine a variação da energia interna.<br />2. Um gás recebe um trabalho de 150 J e absorve uma quantidade de calor de 320 J. Determine a variação da energia interna do sistema.<br />3. Um gás passa de um estado a outro trocando energia com o meio. Calcule a variação da energia interna do gás nos seguintes casos:<br />a)o gás recebeu 100 J de calor e realizou um trabalho de 80 J.<br />b) o gás recebeu 100J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J.<br />c) o gás cedeu 100 J de calor e o trabalho realizado sobre ele é 80 J.<br />4. Durante um processo, são realizados 100 J de trabalho sobre um sistema, observando-se um aumento de 50 J em sua energia interna. Determine a quantidade de calor trocada pelo sistema, especificando se foi adicionado ou retirado.<br />5. São fornecidos 14 J para aquecer certa massa de gás a volume constante. Qual a variação na energia interna do gás?<br /><br /><br /><br />Segundo princípio da termodinâmica<br /><br /><br />Fonte<br />Quente<br />T1<br />Fonte<br />Fria<br />T2<br />Máquina<br />Térmica<br /><br /><br /><br /> Q1 Q2<br /> <br /><br /> = Q1 - Q2<br /><br />Q1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica.<br /> = trabalho obtido<br />Q2 = quantidade de calor perdida.<br /><br />Rendimento da máquina térmica<br /><br /><br />Exercícios<br />6. Uma máquina térmica recebe 100 joules de energia, mas devido às perdas por aquecimento, ela aproveita somente 50 joules. Determine o rendimento dessa máquina.<br />7. Um motor elétrico recebe 80 J de energia, mas aproveita efetivamente apenas 60 J. Qual é o rendimento do motor?<br />8. Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.<br />9. O rendimento de uma máquina térmica é 60%. Em cada ciclo dessa máquina, o gás recebe 800 joules da fonte quente. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo; b) a quantidade de calor que, em cada ciclo, é rejeitada para a fonte fria.<br />10. Uma máquina térmica tem 40% de rendimento. Em cada ciclo, o gás dessa máquina rejeita 120 joules para a fonte fria. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo nessa máquina; b) a quantidade de calor que o gás recebe, do ciclo, da fonte quente.<br /><br /><br />ÓPTICA GEOMÉTRICA<br /><br />Conceitos<br />a) Corpo luminoso: são os corpos que emitem luz própria. Exemplo: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, etc.<br />b) Corpo iluminado: são os corpos que refletem a luz que recebem a luz de outros corpos. Exemplo: a luz.<br />c) Corpos opacos: são os corpos que impedem a passagem da luz.<br />d) Corpos transparentes: são os corpos que se deixam atravessar totalmente pela luz.<br />e) Corpos translúcidos: são os corpos que se deixam atravessar parcialmente pela luz.<br /><br />Princípios da Óptica Geométrica<br />1º) Princípio da propagação retilínea da luz: Num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta.<br />2º) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: O caminho seguido pela luz independe do sentido de propagação.<br />3º) Princípio da independência dos raios de luz: Um raio de luz, ao cruzar com outro, não interfere na sua propagação.<br /><br />Exercícios<br />1. Um prédio projeta no solo uma sombra de 15 m de extensão no mesmo instante em que uma pessoa de 1,80 m projeta uma sombra de 2 m. Determine a altura do prédio<br />2. Qual a altura de uma árvore que projeta uma sombra de 3 m de comprimento, sabendo-se que nesse mesmo instante uma haste vertical de 2 m projeta uma sombra de 1 m?<br />3. Num mesmo instante, a sombra projetada de uma pessoa é de 5 m e a de um edifício é de 80 m. Sabendo que a altura da pessoa é 1,80 m, calcule a altura do edifício.<br />4. Qual o comprimento da sombra projetada por uma árvore de 5 m de altura se, no mesmo instante, um arbusto de 0,2 m de altura projeta uma sombra de 0,05 m?<br /><br />Questões<br />5. Verifique se a afirmação abaixo é verdadeira ou falsa; justifique a sua escolha. "Para podermos enxergar um objeto, é apenas necessário que ele esteja iluminado."<br />6. Por que no fundo dos oceanos é sempre escuro, seja dia, seja noite, se a água é transparente?<br />7. Se uma pessoa vê os olhos de uma outra através de um complicado jogo de espelhos, é possível que a segunda pessoa veja os olhos da primeira?<br />8. Uma lâmpada acesa é um corpo luminoso ou um corpo iluminado? Por quê?<br /><br /><br />Câmara escura<br /><br /><br /> o<br /> <br /> i<br /> <br /> ß-------- p ----------à ß------- p' -----à<br /><br /><br />Exercícios<br />9. Um objeto luminoso AB, de 5 cm de altura, está a 20 cm de distância de uma câmara escura de profundidade 10 cm. Calcular a altura da imagem formada.<br />10. Uma pessoa de 1,80 m de altura encontra-se a 2,4 m do orifício de uma câmara escura de 0,2 m de comprimento. Qual a altura da imagem formada?<br />11. Qual a altura da imagem de um poste de 5 m de altura colocado a 20 m de distância de uma câmara escura cujo comprimento é 0,3 m?<br />12. Uma câmara escura de orifício apresenta comprimento de 40 cm. De uma árvore de altura 5 m obteve-se, no anteparo, uma imagem de altura 25 cm. Determine a distância da árvore até a câmara.<br /><br />Questões<br />13. Por que a câmara escura de orifício produz imagens de cabeça para baixo, quando observadas por trás do anteparo?<br />14. Qual a principal limitação da câmara escura para que possa ser utilizada para tirar fotografia? Justifique.<br /><br />A cor de um corpo<br />"A cor que um corpo apresenta por reflexão é determinada pelo tipo de luz que ele reflete. Por exemplo, um corpo ao ser iluminado pela luz branca (que contém todas as cores), se apresenta azul, porque reflete a luz azul e absorve as demais. Um corpo iluminado pela luz branca se apresenta branco porque reflete todas as cores. Um corpo negro absorve todas as cores."<br /><br />Luz branca<br /> luz azul<br /><br /> corpo azul<br /> <br />Questões<br />1. Por que uma rosa é vermelha, a grama é verde e um carro é preto?<br />2. Têm-se três cartões, um branco, um vermelho e um azul. Como se apresentam esses cartões num ambiente iluminado pela luz vermelha?<br />3. Iluminando a bandeira brasileira com luz monocromática azul, você irá vê-la com que cor (ou cores) ?<br />4. Sob luz solar você distingue perfeitamente um cartão vermelho de um cartão amarelo. No entanto, dentro de um ambiente iluminado com luz violeta monocromática isso não será possível. Explique por quê.<br />5. Considere dois corpos, A e B, constituídos por pigmentos puros. Expostos à luz branca, o corpo A se apresenta vermelho e o corpo B se apresenta branco. Se levarmos A e B a um quarto escuro e os iluminarmos com luz vermelha, com que cores eles se apresentarão?<br />6. Uma flor amarela, iluminada pela luz solar:<br />a) reflete todas as luzes.<br />b) absorve a luz amarela e reflete as demais.<br />c) reflete a luz amarela e absorve as demais.<br />d) absorve a luz amarela e, em seguida, a emite.<br />e) Absorve todas as luzes e não reflete nenhuma.<br /><br /><br /><br />Reflexão da luz<br /><br />Reflexão regular: é a reflexão que ocorre numa superfície lisa e polida. Exemplo: espelho.<br />Reflexão difusa: é a reflexão que ocorre numa superfície irregular. Nesta reflexão os raios espalham-se desordenadamente em todas as direções.<br /><br />Leis da reflexão<br /> N<br /><br /> i r<br /><br /><br /><br /><br />1a lei : O raio incidente, o raio refletido e a normal pertencem ao mesmo plano.<br />2a lei : O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.<br /><br />Exercícios<br />7. Um raio de luz forma com a superfície plana na qual incide um ângulo de 40o . Determine o ângulo de reflexão desse raio.<br />8. O ângulo formado entre o raio incidente e o raio refletido numa superfície espelhada é de 60o . Determine os ângulos de incidência e de reflexão.<br /> <br /><br /> 60o <br /><br /><br /><br /><br />Espelho plano<br />"Considera-se espelho plano toda superfície plana e lisa onde predomine a reflexão regular da luz.<br /><br /> <br /> superfície refletora<br /><br /><br /> superfície opaca<br /><br /><br /><br />Formação de imagens num espelho plano<br /><br />· O objeto e a imagem fornecida por um espelho plano são simétricos em relação ao espelho.<br />· Um espelho plano associa a um objeto real uma imagem virtual.<br /><br /> <br /><br /> <br /> P P'<br /><br /> d d<br /> <br /><br /><br /> <br /><br />Exercícios<br />1. Uma pessoa olha sua imagem num espelho. Para se ver melhor, ela se aproxima 1 m do espelho, sem que este se mova. A) Qual foi o deslocamento da imagem, em relação ao solo? B) Se a pessoa se mantivesse parada e o espelho fosse aproximado 1 m, qual seria o deslocamento da imagem em relação ao solo?<br />2. A distância de um ponto objeto à imagem fornecida por um espelho plano, vale 40 cm. Determine: A) a distância do objeto à superfície do espelho; B) a nova distância que separa o objeto e imagem, no caso de o objeto se aproximar 5 cm do espelho.<br />3. Uma pessoa corre para um espelho plano vertical com velocidade de 3 m/s. Com que velocidade a imagem da pessoa se aproxima do espelho?<br />4. Um automóvel tem velocidade de 10 km/h numa estrada retilínea. Num certo instante o motorista olha pelo espelho retrovisor e vê a imagem de uma árvore. A) Com que velocidade a imagem da árvore se afasta do homem? B) Com que velocidade a imagem da árvore se afasta da árvore?<br />5. Um espelho plano fornece uma imagem de um objeto situado a uma distância de 20 cm do espelho. Afastando-se o espelho 10 cm, que distância separará a antiga imagem da nova imagem?<br />Imagem de um objeto extenso fornecida por um espelho plano<br /><br />Exercícios<br />6. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /><br /><br />7. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /><br /><br /><br />8. A figura mostra um objeto diante de um espelho plano. Construa a imagem do objeto.<br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> <br /> <br /><br /><br />9. Num relógio, em que cada número foi substituído por um ponto, os ponteiros indicam quatro horas. Que horas uma pessoa verá, ao observar o relógio por reflexão, em um espelho plano?<br />10. Coloca-se, diante de um espelho plano, um cartão no qual está escrita a palavra FELIZ. Como se vê a imagem dessa palavra através do espelho?<br />ESPELHOS ESFÉRICOS<br />"Espelhos esféricos são superfícies refletoras que têm a forma de calota esférica. São côncavos se a superfície refletora for a parte interna, ou convexos, se a superfície refletora for a parte externa."<br /><br /><br /><br /> C<br />R<br /><br /><br /><br /><br /> Eixo principal CC V<br /><br /><br /><br />Representação<br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br />espelho côncavo espelho convexo<br /><br /><br />C = centro de curvatura do espelho (centro da esfera)<br />R = raio de curvatura (raio da esfera)<br />V= vértice<br />F = foco (F= R/2)<br /><br />Propriedades<br />· Todo raio de luz que incide num espelho esférico paralelamente ao eixo principal reflete numa direção que passa pelo foco.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br /><br />· Todo raio de luz que incide num espelho esférico numa direção que passa pelo foco reflete paralelamente ao eixo principal.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br />· Um raio de luz incidindo na direção do centro de curvatura de um espelho esférico reflete-se na mesma direção.<br /><br /> <br /> = = <br /><br /> C F V C F V<br /><br /><br /><br /><br /><br />Construção de imagens<br />"A imagem de um ponto é obtida pela interseção de pelo menos, dois raios refletidos correspondentes a dois raios incidentes provenientes do ponto."<br /><br /><br />Espelho côncavo<br /><br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br />REAL, INVERTIDA, MENOR<br /><br /><br />Imagem real : imagem na frente do espelho<br />Imagem virtual: imagem atrás do espelho<br /><br />Imagem direita: objeto e imagem tem o mesmo sentido.<br />Imagem invertida: objeto e imagem tem o sentido oposto.<br /><br />Imagem igual, maior ou menor que o objeto: quando comparada com o objeto, a imagem pode apresentar essas comparações.<br /><br /><br />Exercícios<br />1. Construa a imagem do objeto para cada um dos esquemas abaixo e determine as características dessa imagem.<br /><br /><br />a)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br /><br />b)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br /><br />c)<br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br />d) espelho convexo<br /><br /><br /> =<br /> <br /><br /><br /><br /> C F V<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br /><br />Questões<br />2. Constrói-se um farol de automóvel utilizando um espelho esférico e um filamento de pequenas dimensões que pode emitir luz. A) O espelho utilizado é côncavo ou convexo? B) Onde se deve posicionar o filamento?<br />3. Pretende-se acender um cigarro, concentrando-se a luz solar através de um espelho esférico. A) O espelho deve ser côncavo ou convexo? B) Onde deve ser colocada a ponta do cigarro que se quer acender?<br />4. Em grandes lojas e supermercados, utilizam-se espelhos convexos estrategicamente colocados. Por que não se utilizam espelhos planos ou côncavos?<br />5. Vários objetos que apresentam uma superfície polida podem se comportar como espelhos. Diga se cada um dos objetos seguintes se comporta como espelho côncavo ou convexo, convergente ou divergente: A) Superfície interna de uma colher. B) Bola de árvore de Natal. C) Espelho interno do farol de um automóvel.<br />6. Para examinar o dente de uma pessoa, o dentista utiliza um pequeno espelho (como você já de deve Ter visto). Esse espelho permite que o dentista enxergue detalhes do dente (imagem ampliada e direta). Tendo em vista essas informações, responda: A) O espelho deve ser plano, côncavo ou convexo? B) A distância do dente ao espelho deve ser maior ou menor que a sua distância focal?<br /><br />ESPELHOS ESFÉRICOS<br />(estudo analítico)<br /><br /><br /><br /> =<br /> <br /> ß--------------------- p -----------------------------------à<br />o<br /><br /> C i F V<br /> ß--------------- p' --------------------à<br /> ß-------------------- R ---------------------------à<br /> ß-------- f -----------à<br /><br /><br /><br />p = distância do objeto ao espelho<br />p' = distância da imagem ao espelho<br />R = raio de curvatura<br />f = distância focal (f = R/2)<br />o = altura do objeto<br />i = altura da imagem<br /><br /><br />p' > 0 : imagem real<br />p' < 0 : imagem virtual<br />i > 0 : imagem direita<br />i < 0 : imagem invertida<br />f >0 : espelho côncavo<br />f < 0 : espelho convexo<br /><br /><br />Equações dos espelhos esféricos<br /><br /><br /><br /><br />Aumento linear transversal<br /><br /> ou <br /><br /><br /><br />Exercícios<br />1. Um objeto de 5 cm de altura é colocado a 30 cm do vértice de um espelho côncavo de distância focal 50 cm. A) Qual a distância da imagem ao vértice do espelho? B) Qual o tamanho da imagem? C) A imagem é real ou virtual?<br />2. Em frente a um espelho côncavo de distância focal 20 cm, encontra-se um objeto real, a 10 cm de seu vértice. Determine: A) A posição da imagem; B) O aumento linear; C) a imagem é direita ou invertida?<br />3. Um objeto de 6 cm de altura está localizado à distância de 30 cm de um espelho esférico convexo, de 40 cm de raio de curvatura. Determine a posição da imagem<br />4. Um objeto de 3 cm de altura foi colocado diante de um espelho esférico convexo de raio de curvatura igual a 60 cm. Sendo o objeto perpendicular ao eixo principal e a sua abscissa igual a 15 cm, pergunta-se: A) Qual á a abscissa e a altura da imagem? B) A imagem é real ou virtual? Direita ou invertida?<br />5. Por meio de um pequeno espelho esférico côncavo, é possível projetar na parede a imagem da chama de uma vela. Colocando a chama a 40 cm do espelho, a imagem se forma a 200 cm de distância deste. A) Qual a distância focal do espelho? B) Faça um esquema com o objeto a imagem e o espelho.<br />6. Em um espelho esférico côncavo obtém-se uma imagem de altura quatro vezes maior que a altura do objeto. A abscissa da imagem vale 20 cm. A) Determine a abscissa do objeto. B) Qual a distância focal do espelho?<br />7. Uma pessoa, a 40 cm de um espelho côncavo, se vê 3 vezes maior e com imagem direita. Qual a distância focal do espelho?<br />8. Um espelho esférico encontra-se a 16 m de uma parede. Coloca-se uma lâmpada entre o espelho e a parede, obtendo-se sobre esta uma imagem 4 vezes maior. Determine o raio de curvatura do espelho.<br />9. Num anteparo a 30 cm de um espelho esférico, forma-se a imagem nítida de um objeto real situado a 10 cm do espelho. Determine: A) a distância focal e o raio de curvatura do espelho. B) O espelho é côncavo ou convexo?<br />REFRAÇÃO DA LUZ<br />"Quando a luz passa de um meio para outro ela pode mudar de direção, ou seja, refratar-se."<br /><br />Índice de refração absoluto<br />"índice de refração de um meio qualquer em relação ao vácuo."<br /> <br /> velocidade c<br /> <br /> vácuo <br /> <br /> outro meio<br /><br /> velocidade v<br /><br /><br /><br />n = índice de refração<br />c = velocidade da luz no vácuo ( c= 300.000 km/s)<br />v = velocidade da luz em outro meio<br />nar 1<br /><br />Exercícios<br />1. Certa luz monocromática apresenta num meio material velocidade igual a 150.000 km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo 300.000 km/s, determine o índice de refração absoluto para esse meio.<br />2. Determine o índice de refração absoluto de um líquido onde a luz se propaga com a velocidade de 200.000 km/s. A velocidade da luz no vácuo é 300.000 km/s.<br />3. O índice de refração absoluto da água é 1,3 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação da luz na água, se no vácuo ela se propaga com a velocidade de 300.000 km/s?<br />4. O índice de refração absoluto do vidro é 1,5 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro?<br />5. A velocidade da luz amarela num determinado meio é 4/5 da velocidade da luz no vácuo. Qual o índice de refração absoluto desse meio?<br /><br />Questões<br />6. Se um pescador quiser fisgar um peixe lançando obliquamente um arpão, ele deverá arremessá-lo acima ou abaixo da posição em que vê o peixe?<br />7. Como deve ser um meio para que a luz se propague nele em linha reta?<br />8. O que veríamos se mergulhássemos uma peça de vidro num líquido de mesmo índice de refração que o vidro?<br />9. A luz procedente do Sol poente se propaga através da atmosfera segundo uma trajetória curva, de modo que o Sol parece estar mais alto do que realmente está. Como se explica este fenômeno? Ilustre com um diagrama.<br /><br /><br />Índice de refração relativo<br /><br /> vA<br /> <br /> A<br /> <br /> B<br /><br /> vB<br /><br /><br /><br />Exercícios<br />10. Numa substância A, a velocidade da luz é 250.000 km/s; numa substância B é 200.000 km/s. Determine: a) o índice de refração relativo da substância A em relação à substância B; b) o índice de refração relativo da substância B em relação à substância A.<br />11. O índice de refração absoluto da água é 1,3 e o do vidro é 1,5. Determine os índices de refração relativos da água em relação ao vidro e do vidro em relação à água.<br />12. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,5 e o índice de refração absoluto de Y é 1,8, qual é o índice de refração absoluto de X?<br />13. Se o índice de refração de uma substância X em relação a outra Y é 0,6 e o índice de refração absoluto de Y é 1,5, qual é o índice de refração absoluto de X?<br />Lei de Snell-Descartes<br /><br /><br /> <br /> i <br /> A<br /> <br /> B<br /><br /> r <br /><br /><br /><br /><br />i = ângulo de incidência<br />r = ângulo de refração<br /><br />Exercícios<br />1. Um raio luminoso incide na superfície que separa o meio A do meio B, formando um ângulo de 60o com a normal no meio A. O ângulo de refração vale 30o e o meio A é o ar, cujo índice de refração é nA = 1. Determine o índice de refração do meio B (nB). Dados: sen 30o = 0,5 e sem 60o = 0,9.<br />2. Quando se propaga de um meio A para um meio B, incidindo sob ângulo de 45o com a normal, um raio luminoso se refrata formando com a normal um ângulo de 60o . Sendo 1,4 o índice de refração do meio B, determine o índice de refração do meio A . ). Dados: sen 45o = 0,7 e sem 60o = 0,9.<br />3. Um raio luminoso passa do vidro para o ar, sendo o ângulo de incidência 30o e o de refração 45o . Calcule o índice de refração do vidro em relação ao ar. Dados: sen 30o = 0,5 e sem 60o = 0,7.<br />4. Um raio de luz passa do meio 1 para o meio 2, ambos transparentes. O ângulo de incidência é igual a 45o e o ângulo de refração 30o . Calcule o índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1. ). Dados: sen 30o = 0,5 e sem 45o = 0,7<br />5. Um raio luminoso passa do ar para a água formando um ângulo i = 30o com a normal. Sabendo que o índice de refração da água em relação ao ar vale 4/3, calcule o valor do ângulo de refração.<br />LENTES ESFÉRICAS<br /><br /><br />Lente convergente<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Lente divergente<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> A F O F' A' <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /><br /> A' F' O F A<br /><br /><br /><br /><br />F = foco principal objeto<br />F' = foco principal imagem<br />A = ponto antiprincipal objeto<br />A' = ponto antiprincipal imagem<br />O = centro óptico da lente<br /><br /><br /><br />Propriedades<br /><br /><br /><br /><br /> <br /> F' F'<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /> F F <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> <br /> O O <br /><br /><br /><br />Construção de imagens<br /><br /><br /><br /> o<br /><br />A F O F' A' i<br /><br /><br />Características da imagem:<br />REAL, INVERTIDA, IGUAL<br /><br /><br /><br /><br /> o i<br /><br />A' F' O F A<br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br />VIRTUAL, DIREITA, MENOR<br /><br />Exercícios<br />1. Nos esquemas abaixo, construa a imagem do objeto e dê as características dessa imagem.<br /><br />a)<br /><br /><br /> <br /><br />A F O F' A' <br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br /><br /><br />b)<br /><br /><br /> <br /><br />A F O F' A' <br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br />c)<br /><br /><br /><br /> o <br /><br />A' F' O F A<br /><br /><br /><br /><br />Características da imagem:<br /><br /><br /><br />Questões<br />1. Um explorador, perdido na Antártica, conseguiu acender uma fogueira usando um bloco de gelo que obteve congelando água num pires. Como ele procedeu?<br /><br />ONDAS<br />"Dá-se o nome de onda à propagação de energia de um ponto para a outro, sem que haja transporte de matéria."<br /><br />Tipos de ondas<br />- Onda transversal<br />A vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. Ex: ondas na corda.<br /><br /><br /><br /><br /><br />- Onda longitudinal<br />A vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação. Ex: ondas sonoras no ar.<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Classificação das ondas<br />- Ondas unidimensionais<br />Quando se propagam numa só direção. Ex: uma perturbação numa corda.<br />- Ondas bidimensionais<br />Quando se propagam ao longo de um plano. Ex: ondas na superfície da água.<br />- Ondas tridimensionais<br />Quando se propagam em todas as direções. Ex: ondas sonoras.<br /><br />Natureza das ondas<br />- Ondas mecânicas<br />São aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e que, para se propagarem, necessitam de um meio material. Ex: onda na superfície da água, ondas sonoras, ondas numa corda tensa, etc.<br />As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.<br />- Ondas eletromagnéticas<br />São aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Ex: ondas de rádio, ondas de raios X, ondas luminosas, etc.<br />As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo.<br /><br /><br />Velocidade de propagação de uma onda<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> ß------------- s ---------à<br /><br /><br />Exercícios<br />2. Deixa-se cair uma pequena pedra num tanque contendo água Observa-se uma onda circular de raio 30 cm em t=1s; em t=3s, o raio da onda circular é 90 cm. Determine a velocidade de propagação da onda.<br />3. As figuras representam duas fotos sucessivas de uma corda, na qual se propaga uma onda. O intervalo de tempo entre as duas fotos é 0,2 s. Qual a velocidade de propagação dessa onda?<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /> ß------- 10 cm ---------à<br /><br />4. Da arquibancada de um estádio você presencia uma violente bolada na trave, a 60 m de distância. Qual o tempo decorrido a partir da bolada até você ouvi-la? Dado: velocidade do som no ar é 340 m/s.<br /><br />Questões<br />5. Explique por que um pequeno barco de papel flutuando na água apenas sobe e desce quando atingido por ondas que se propagam na superfície do líquido.<br />6. "Durante a propagação da onda não há transporte de matéria, apenas transporte de energia". Dê exemplos que comprovem essa afirmação.<br /><br /><br />Ondas periódicas<br /><br /> ß---------- ----------à<br /> crista crista<br /><br /> A<br /><br /><br /><br /> vale vale<br /><br />"Comprimento de onda ( ) é a distância entre dois pontos consecutivos do meio que vibram em fase,"<br /><br />v = .f<br /><br /><br />v = velocidade de propagação da onda<br /> = comprimento de onda<br />f = freqüência<br />T = período<br />A = amplitude<br /><br />Exercícios<br />1. A figura representa uma onda periódica que se propaga numa corda com velocidade v = 10 m/s. Determine a freqüência dessa onda e a amplitude.<br /><br /> ß-------- 5 m --------à<br /><br /> 2 m<br /><br /><br /><br /><br />2. Um conjunto de ondas periódicas transversais , de freqüência 20 Hz, propaga-se em uma corda. A distância entre uma crista e um vale adjacente é de 2m. Determine: A) o comprimento de onda; B) a velocidade da onda.<br />3. Num tanque pequeno a velocidade de propagação de uma onda é de 0,5 m/s. Sabendo que a freqüência do movimento é de 10 Hz, calcule o comprimento da onda.<br /><br /><br />4. Determine o comprimento de onda de uma estação de rádio que transmite em 1000 kHz.<br />5. Uma onda se propaga ao longo de uma corda com freqüência de 60 Hz, como ilustra a figura. A) Qual a amplitude da onda? B) Qual o valor do comprimento de onda? C) Qual a velocidade de propagação dessa onda?<br /><br /> ß------------------ 30 m ----------------------à<br /><br /> 10 m<br /><br /><br /><br /><br />6. Uma fonte produz ondas periódicas na superfície de um lago. Essas ondas percorrem 2,5 m em 2 segundos. A distância entre duas cristas sucessivas de onda é 0,25 m. Determine: A) a velocidade de propagação da onda; B) o comprimento de onda; C) a freqüência.<br /><br />Questões<br />7. O que é crista de uma onda? O que é vale?<br />8. O que é período de uma onda? E freqüência?<br />9. O que é amplitude de uma onda?<br />10. Como podemos produzir uma onda?<br /><br /><br />Exercícios complementares<br />11. Ondas periódicas produzidas no meio de uma piscina circular de 6m de raio por uma fonte de freqüência constante de 2 Hz demoram 10 s para atingir a borda da piscina. Qual o comprimento de onda dessa vibração?<br />12. Num lago, correntes de ar produzem ondas periódicas na superfície da água, que se propagam à razão de 3 m/s. Se a distância entre duas cristas sucessivas dessas ondas é 12 m, qual o período de oscilação de um barco ancorado?<br />13. Numa corda tensa, propaga-se uma onda de comprimento de onda 0,2 m com velocidade igual a 8 m/s. Determine a freqüência e o período dessa onda.<br /><br /><br />Os fenômenos ondulatórios<br /><br />- Reflexão de ondas<br />Quando uma onda que se propaga num dado meio encontra uma superfície que separa esse meio de outro, essa onda pode, parcial ou totalmente, retornar para o meio em que estava se propagando.<br /><br />- Refração de ondas<br />É o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação.<br /><br />- Interferência<br />Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas, o efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto.<br /><br />- Difração<br />As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda.<br /><br />- Ressonância<br />Quando um sistema vibrante é submetido a uma série periódica de impulsos cuja freqüência coincide com a freqüência natural do sistema, a amplitude de suas oscilações cresce gradativamente, pois a energia recebida vai sendo armazenada.<br /><br />- Polarização<br />Polarizar uma onda significa orientá-la em uma única direção ou plano.<br /><br />Questões<br />1. Conta-se que um famoso tenor italiano, ao soltar a voz num agudo, conseguia romper um copo de cristal. Como é possível explicar fisicamente essa ocorrência?<br />2. As ondas luminosas também podem sofrer difração, como as ondas sonoras. Explique por que é mais fácil perceber a difração sonora do que a difração luminosa.<br />3. Conta-se que na Primeira Guerra Mundial uma ponte de concreto desabou quando soldados, em marcha cadenciada, passaram sobre ela. Como é possível explicar essa ocorrência?<br />O SOM<br />As ondas sonoras são ondas mecânicas e portanto não se propagam no vácuo. São audíveis pelo homem quando sua freqüência se situa entre 20 Hz e 20.000 Hz.<br /><br />Fontes de som<br />Em geral, as fontes de som são os corpos em vibração, como o cone de um alto-falante, as cordas vocais, etc."<br /><br />A velocidade do som<br />Nos líquidos e nos sólidos, onde as moléculas estão mais próximas umas das outras, a velocidade do som é bem maior do que em um gás.<br /> vsólidos > vlíquidos > vgases<br /><br />Velocidade do som no ar: 340 m/s<br />Velocidade do som na água: 1450 m/s<br /><br />Qualidades de um som<br />- Intensidade<br />Ë a qualidade que nos permite distinguir os sons fortes dos fracos.<br />- Timbre<br />É a qualidade que nos faz distinguir as vozes de duas pessoas, mesmo quando emitindo sons de mesma freqüência. Também permite diferenciar os sons de dois instrumentos musicais, mesmo quando eles emitem a mesma nota.<br />- Altura<br />É a qualidade do som que nos permite distinguir os sons graves dos agudos.<br /><br />O eco<br />Quando uma onda sonora encontra um obstáculo à sua frente, ela pode retornar à sua fonte por reflexão.<br />O eco ocorre se a distância entre a origem do som e o obstáculo for, no mínimo, de 17 m. Nossos ouvidos têm a capacidade de distinguir sons emitidos num intervalo de tempo de, no mínimo, 0,1 s.<br /><br />Sonar<br />É um equipamento colocado em navios que envia ondas sonoras em direção ao fundo do mar e recebe, posteriormente, a reflexão, podendo-se calcular a profundidade.<br /><br />Questões<br />1. No filme Guerra nas estrelas, as batalhas travadas entre as naves são acompanhadas pelo ruído característico das armas disparadas e dos veículos explodindo. Fisicamente, isso realmente poderia ocorrer? Por quê?<br />2. Em um filme americano de faroeste, um índio colou seu ouvido ao chão para verificar se a cavalaria estava se aproximando. Há uma justificativa física para esse procedimento? Explique.<br />3. De que forma dois astronautas podem conversar na superfície da Lua?<br />4. Se você observar a distância alguém cortando lenha, primeiro verá o martelo batendo na madeira e só depois ouvirá o barulho. O mesmo fenômeno acontece com os raios, em dia de tempestade: primeiro vemos o clarão e depois ouvimos o trovão. Por que isso acontece?<br />5. Em que princípio se baseia o funcionamento do radar? E o do sonar?<br />6. Por que o som do eco é mais fraco que o som emitido?<br />7. A afirmação abaixo está errada. Comente o erro e corrija a frase: "Quando você fala, as partículas de ar se movem da sua boca até o ouvido de quem escuta".<br />8. Os morcegos têm uma visão extremamente deficiente, orientando-se, em seus vôos, pelas vibrações ultra-sônicas. Explique como isso é possível.<br /><br />Exercícios<br />9. Uma pessoa ouve o som de um trovão 2 segundos depois de ver o relâmpago. Determine a que distância aproximadamente do observador caiu o raio. Considere a velocidade do som no ar igual a 340 m/s.<br />10. Se uma pessoa ouve o som do disparo de uma arma de fogo 5 s após a ter visto ser disparada, qual a distância entre o ouvinte e o atirador? Considerando vsom = 340 m/s.<br />11. A velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s. Uma onda sonora de comprimento de onda no ar igual a 34 m é audível pelo homem? Justifique a sua resposta.<br />12. No stand de tiro-ao-alvo, o atirador ouve o eco do tiro que ele dispara 0,6 s após o disparo. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a distância entre o atirador e o obstáculo que reflete o som.<br />13. Num passeio ao "vale do eco", um turista percebe que o primeiro eco de seu grito é ouvido 4 s após a emissão. Sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine a que distância dele se encontra o obstáculo refletor.<br />14. O som se propaga na água com velocidade de 1450 m/s. Qual a distância entre uma pessoa e a barreira refletora, para que ela possa receber o eco, nesse meio?<br />15. Com o "sonar", verifica-se, numa dada região do oceano Atlântico, que o intervalo de tempo entre a emissão de um pulso sonoro e sua posterior recepção é de 2 s. Se a velocidade do som na água do mar é 1500 m/s, qual a profundidade da região pesquisada?<br /><br />Leitura complementar<br /><br />Efeito Doppler<br />É comum a verificação de que, quando uma fonte sonora (uma ambulância com a sirene ligada, por exemplo) se aproxima ou se afasta de nós, o som que ouvimos não mantém uma freqüência constante. Nota-se que, à medida que a fonte se aproxima, o som ouvido vai se tornando mais agudo e, à medida que se afasta, o som ouvido vai se tornando mais grave.<br /><br />Cordas vibrantes<br />Se uma corda tensa for vibrada, estabelecem-se nela ondas transversais que, superpondo-se às refletidas nas extremidades, originam ondas estacionárias. A vibração da corda transmite-se para o ar adjacente, originando uma onda sonora. Nos instrumentos musicais de corda, como o violão, violino, piano, etc., a intensidade do som é ampliada por meio de uma caixa de ressonância.<br /><br />Tubos sonoros<br />Basicamente, um tubo sonoro é uma coluna de ar na qual se estabelecem ondas estacionárias longitudinais, determinadas pela superposição de ondas de pressão geradas numa extremidade com ondas refletidas na outra extremidade.</div>aulasdefisicahttp://www.blogger.com/profile/16081284751614775460noreply@blogger.com4