Física - vol 2 - 1º ano


Caderno do Aluno
ensino médio 1º série
Física
Página 3

a)refere - se a qualquer conhecimento ou pratica sistemática.Num sentido mais restrito, ciência refere - se a um sistema de adquirir conhecimento baseado no método cientifico.

b) Aquele termo, que mostra ciência que a revela, que não é ideológico nem se baseia no senso comum

c)Hipótese é sinônimo de suposição, Neste sentindo, hipótese é uma afirmação categoria (uma suposição, que tente responder problema levantado no tema escolhido para a pesquisa. 

Página 4

Ventos/ eólica - Veleiro - Cata-vento

Solar - Água - Eletricidade

Reações nucleares - Explosão - Bomba

Deformações elásticas - Amortecedor - Estilingue

Gravidade - Cometa - Pedra

Eletricidade - DVD - Ventilador

Alimentos - Corpo

Combustíveis industrializados - Carro - Avião

Página 6

1-Você joga a lata e automaticamente ela volta.

2-não acontece nada ao jogar a lata.

3-não acontece nada ao jogar a lata porque está sem peso no
interior da lata.

4-na 2° pergunta por que está certa .

Página 7


3- Significa que falta 5 min para você chegar no posto e 15 min para chegar no restaurante e etc. Essas placas são para informar quanto tempo falta para chegar no local.

4- Depende do local.

5- Pode. Como eu disse a resposta anterior depende da velocidade o carro.

6- Para não causar nem um acidente na rodovia.

7- A razão é entre a distancia e o tempo.

Página 08 / 09

1-) O gás liberado a chama aquece a panela que aquece a água e assim a energia térmica que se transforma em energia cinética.

2-) O motor transforma em energia cinética e parte dela se transforma em energia térmica


3-) O forno de microondas transforma a energia cinética e depois essa energia elétrica escola as moléculas que aquece os alimentos

Página 10 

- Sim , é possível , mas a o veiculo produziria mais energia por ter sua massa menor
Situação de Aprendizagem 2

Página 11

1) Eg= m.g.h
Eg= 7.10.1,5
Eg= 70.1,5
Eg= 105 Kg. m/s²

2)m= 850
v= 30 m/s
Ec= ?
Ec= m.v²
2
Ec= 850.30²
2
Ec= 250.900= 765000=382500 Kg. m/s
2

3) m=45000 Kg
v= 5 m/s
Ec= 45000.5²
2
Ec= 45000.25
2
Ec= 562500 Kg m/s

Página 13

3 - A) Bate-estaca tem um motor movido a gasolina que produz a energia necessária para que o martelo seja levantado para atingir a estaca ao comando do operário que o comanda

B) O motor movido a gasolina

C) no início temos uma energia potencial no motor, mas essa energia é a base para colisão da escala que produz a energia cinética

D) sim, pois a energia potencial logo é transformada em energia cinética

E)

F) [ é pessoal, mas eu coloquei que ] Utilizei o texto da pag. 9 como base de energia potencial e cinética alem da ajuda a internet e de conversas com companheiros de sala.

G)

H) Seria necessário o uso de um martelo , ou algo que exercesse a função do bate-estaca , a pessoa demoraria muito mais tempo para fazer , pois ela é muito mais fraca do que uma bate-estaca.

E em relação ao combustível , a pessoa iria usar a água e alimentos
via: 100 Repetentes

 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1

 FORMAS DE ENERGIA ENVOLVIDAS EM MOVIMENTOS



Páginas 3 - 4
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. Na 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 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, flexão de metais etc.
   Nucleares – geradores de usinas nucleares, de submarinos nucleares etc.
   Ventos/eólica – utilizada em equipamentos náuticos e nos veleiros, mas também em
   moinhos e em modernas turbinas eólicas etc.
   Solar – energia solar direta: painéis fotovoltaicos, coletores ou aquecedores solares.
2. Essa classificação, como dissemos, pode depender tanto das listas apresentadas pelos
   alunos quanto de critérios escolhidos. Outro critério que pode ser adotado é, por
   exemplo, uma classificação da fonte de energia segundo sua “natureza” (energia
   mecânica, térmica, eletromagnética, química etc.). De qualquer maneira, o
   importante 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 que
   se compreenda o processo.


3. Muitas outras fontes poderão ser mencionadas, como a energia da tração animal, a
   energia armazenada na compressão de gases, chamada energia pneumática, a energia
   química ou as chamadas fontes alternativas, como geotérmica, maré-motriz, energia
   oceânica etc. – a partir delas podem surgir novas categorias que os alunos
   identifiquem.




Páginas 5 - 6
1. Os alunos podem se surpreender com o movimento de vaivém da lata, que ficará
   oscilando até dissipar toda a energia mecânica por meio do atrito. Em seguida ao
   lançamento, a lata começa a desacelerar, diminuindo a velocidade até parar, mas
   retoma 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 a
   distância percorrida até parar.
2. Você deve problematizar essa questão, solicitando aos alunos que identifiquem a
   função do elástico e do parafuso e que proponham hipóteses para explicar o
   movimento de vaivém da lata. Evidencie o armazenamento da energia cinética em
   energia potencial elástica, observe com eles a função do número de elásticos: com
   seu aumento, também se aumenta a constante elástica, permitindo armazenar maior
   quantidade de energia.
3. Ao retirar o parafuso, a lata não volta, isso porque sem parafuso não haverá torção no
   elástico, não ocorrendo armazenamento da energia potencial elástica.
4. Deve-se evidenciar que a diferença nos movimentos acontece pelas transformações
   de energia envolvidas em cada caso. No primeiro caso, por transformação de energia
   cinética em potencial elástica e, no segundo, pela transformação de energia cinética
   em energia térmica na dissipação por atrito. Deve-se evidenciar que na torção do
   elástico armazena-se energia, o que promove a alteração do movimento da lata,
   desacelerando-a até parar. A energia armazenada no elástico passa a ser convertida
   em energia de movimento, ou cinética, promovendo a aceleração da lata e seu
   retorno na direção do lançador. Repete-se o processo até a lata parar.A lata vai mais
   longe num chão com menor atrito, mais liso, isso por dissipar menor energia numa
   mesma distância; ela também vai mais longe quanto menor a força elástica, com
   menor número de elásticos, a maior distância alcançada ocorre sem elástico algum.
5. A síntese proposta deve ser entendida como um exercício de identificação dos
   aspectos mais relevantes da Situação de Aprendizagem e dos resultados obtidos. Sua
   organização e apresentação devem ser feitas na forma de linguagem escrita. Nela,
   deve-se observar se o procedimento está devidamente caracterizado e se os
   resultados são apresentados de forma organizada. Verifique se os alunos, ao
   realizarem suas sínteses, deixaram de apresentar elementos importantes. Isso ocorre
   muitas vezes, já que é comum acreditarem que podem suprimir tudo o que entendam
   estar implícito no procedimento realizado, o que muitas vezes não é correto, pois há
   muitas formas de realizar uma atividade. Discuta isso com eles.




Páginas 7 - 9
a) O gás armazena energia química que é liberada na queima (ao transformar a energia
   química em energia térmica). A energia térmica da chama aquece a panela, que
   aquece 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 de
   densidade e assim transforma parte da energia térmica em energia cinética
   (convecção da água).
b) O motor transforma a energia elétrica em energia cinética e parte dela é transformada
   em energia térmica pelo aquecimento do motor. A rotação do motor e a das pás do
   liquidificador movimentam o ar, transformando parte da energia de rotação em
   energia sonora (promovida pelo deslocamento do ar), modificando ao longo do
   tempo a distribuição da pressão do ar no espaço, o que é identificado por nosso
   aparelho auditivo como som.
c) O forno de micro-ondas transforma a energia elétrica (ondas eletromagnéticas
   hertzianas) em energia radiante na faixa de micro-ondas (também ondas
   eletromagnéticas); depois essa energia é transformada em energia cinética de
   oscilação das moléculas de água contida nos alimentos, que em seguida é
   transformada em energia térmica, aquecendo todo o alimento.
               
Páginas 9 - 10

   A energia cinética do carro pode ser armazenada e reaproveitada (como ocorre em
diversos sistemas KERS já empregados na Fórmula 1).

   Pode-se realizar a transformação e o armazenamento da energia cinética em potencial
elástica, como ocorre em sistemas com compressores de ar, ou em energia cinética de
rotação, como em carrinhos a fricção, ou em energia elétrica por freios eletromagnéticos
armazenando a energia produzida em baterias ou em capacitores. O caminhão com um
sistema de reaproveitamento conseguiria armazenar mais energia, pois tem maior
energia cinética para uma mesma velocidade.




Página 11

1. E = m g h.

    E = 7(kg). 10 (m/s2) . 1,5 (m).

    E = 105 Joules.

2. Ec = (m v2)/2.

    Ec = 850 (kg) . [30 (m/s)]2/2.

    Ec = 382 500 Joules

3. Ec = (m v2)/2.

    Ec = 45 000 (kg) . [5 (m/s)]2/2.

    Ec = 562 500 Joules.


Página 11

   A pesquisa deve revelar o processo de fotossíntese (Leitura 6 de Física Térmica do
GREF – “Sol: a fonte da vida”) ou o efeito fotoelétrico, que é responsável por
transformar a energia solar em energia elétrica (Leitura 16 de Óptica do GREF –
“Imagem quântica no filme e na TV”) .


 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2

 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DO COTIDIANO



Páginas11 - 15
1. O bate-estaca funciona levantando uma grande massa que é abandonada de certa
     altura e cai batendo numa estaca que vai afundando no solo. Ela serve para fixar as
     estacas no solo numa construção.
2. A partir das criações dos alunos, discuta os princípios físicos envolvidos no sistema
     bate-estaca, dando ênfase ao conceito de trabalho e de conservação de energia.
     Trabalhe a ideia de que nesse sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca
     e pelo barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no
     processo, concluindo que, por esse motivo, podemos considerá-lo conservativo. O
     foco desta parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a
     conservação da energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são
     ferramentas adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
3.
     a) O motor realiza trabalho levantando a massa de 490 kg até a altura de 5 m,
     transformando a energia química do combustível em energia cinética no movimento
     do bloco e em energia potencial gravitacional do bloco de ferro, que na altura de 5 m
     é de 24 500 J. Ao ser abandonada dessa altura, a massa transforma sua energia
     potencial em energia cinética e, ao atingir a estaca, transforma parte de sua energia
     em movimento da estaca, que penetra no solo, e parte em energia térmica da estaca e
     em som;ao final a estaca para numa nova posição.
     b) Quem fornece a energia é o combustível, que, por meio de sua queima, libera a
     energia química que é transformada em energia cinética e em energia potencial pelo
     trabalho realizado pelo motor do bate-estaca.
     c) Energia química é transformada em energia cinética e em energia potencial
     gravitacional na subida da massa. Na queda há transformação de energia potencial
     gravitacional em energia cinética. Na colisão a energia cinética da massa se
     transforma em energia cinética da estaca, em energia térmica e em som. Na
     penetração da estaca no solo a energia cinética é transformada em trabalho da força
  que a estaca exerce no solo, sendo finalmente dissipada sob forma de energia
  térmica.
  d) A partir da queda livre podemos tomar o sistema como conservativo. Trabalhe a
  ideia de que nesse sistema a energia dissipada por aquecimento da estaca e pelo
  barulho é muito pequena quando comparada à energia total envolvida no processo,
  concluindo que, por esse motivo, podemos considerá-lo conservativo. O foco desta
  parte da Situação de Aprendizagem está no entendimento de que a conservação da
  energia mecânica e sua dissipação pelo trabalho de uma força são ferramentas
  adequadas no prognóstico de parâmetros de um sistema físico.
  e)
       E=m.g.h
       E = 490 (kg) . 10 (m/s2) . 5 (m)
       E = 24 500 Joules.
  Como o sistema pode ser considerado conservativo, a energia cinética, ao atingir a
  estaca, também é Ec = 24 500 Joules.
  f)   Nesse sistema a energia dissipada tanto na queda pela resistência do ar quanto na
  batida por aquecimento da estaca e no barulho proveniente da batida é muito pequena
  se comparada à energia total envolvida no processo, concluindo que, por esse motivo
  podemos considerá-lo um sistema que conserva a energia mecânica. Também é
  importante ressaltar que os 3 cm que a estaca afunda causam um pequeno incremento
  na energia potencial envolvida no processo, já que a altura da queda da estaca
  passará a 5,03 m; no entanto, esse acréscimo corresponde a uma parcela de cerca de
  1/500 da energia total e pode ser desconsiderado.
  g) A força média pode ser calculada pela variação da energia mecânica por meio do
  trabalho realizado pela força aplicada na estaca, que afunda 3 cm a cada batida,
  resultando num valor médio de 816 666 N.
     E = F . S
       24 500 (J) = F (N) . 3x10-2 (m)
       F = 816 666 N
  h) Em cada batida do bate-estaca há transformação de 24 500 Joules. Supondo que
  a pessoa utilize uma marreta com massa de 10 kg, se ela conseguir imprimir uma
  velocidade de 1 m/s, a cada batida seriam transformados 5 Joules. Assim, para
     realizar o mesmo trabalho de uma batida do bate-estaca, ela precisaria realizar 4 900
     batidas com a marreta. Supondo que a cada hora a pessoa consiga realizar 200
     batidas (média de uma batida a cada 18 segundos), ela precisaria de 24,5 horas de
     trabalho, o que numa jornada de 8 horas por dia corresponderia aproximadamente a
     3 dias de trabalho.




Páginas 15 - 16
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 Joules.
     Portanto, foram transformados Ep = 360 000 – 270 000 = 90 000 Joules em energia
     cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos
     90 000 (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
     energia cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2,
     temos
     360 000 (J) = 450 (kg) v2/2, ou seja, v = 40 m/s (144 km/h).
2. Para completar a tabela.
     Para a queda de 320 metros:
     Em = Epi = 0,001 (kg) . 10 (m/s2) . 320 (m) = 3,2 Joules.
     Ao chegar ao chão, Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 3,2 Joules em
     energia cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2,
     temos
     3,2 (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 energia
     cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos
     7,2 (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.
  Ao chegar ao chão, Ep = 0, portanto, foram transformados Ep = 80 em energia
  cinética, como podemos determinar a velocidade pela expressão Ec = mv2/2, temos
  80 (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 energia
  em energia térmica pelo trabalho da resistência do ar. Portanto, neste caso não pode
  ser considerada conservação da energia mecânica, é preciso determinar a dissipação
  de energia mecânica pela transformação em energia térmica.


 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3

 RISCOS DA ALTA VELOCIDADE EM VEÍCULOS


Página 17

Uma referência para a tabela é a seguinte:

                               Distância
                             percorrida até          Distância          Distância total
       Velocidade                reagir         percorrida freando       percorrida
    20 km/h (5,5 m/s)                3,3               1,8                     5,1

    36 km/h (10m/s)                   6                 6
                                                                                12
    45 km/h (12,5m/s)                                                          16,8
                                     7,5               9,38
    72 km/h (20 m/s)                                   24                       36
                                    12,0
    80 km/h (22,2m/s)               13,3               29,6                    42,9

    90 km/h ( 25 m/s)
                                     15                37,5                    52,5
  108 km/h (30,0m/s)                 18
                                                       54                       72
  120 km/h (33,3m/s)                 20                66,5                    86,5

  144 km/h (40,0m/s)                                   96
                                     24                                        120
  180 km/h (50,0m/s)                 30
                                                       150                     180



Páginas18 -19
1. Retomando os conceitos estudados no primeiro bimestre, estabelecendo a relação
   entre distância, velocidade e tempo, supondo que nesse trecho em que o motorista
   reage a velocidade do veículo seja constante, V = d/t. O tempo de reação pode ser
   estimado utilizando a segunda coluna da tabela, e neste caso obtemos o valor de 0,6
   segundo.
2. O conceito de transformação de energia pelo trabalho da força de atrito resgata o
   atrito estudado no primeiro bimestre e deve ser explorado em seu formalismo.

        E c  Fatrito .distância ; logo,

           m.v 2
        0        ( m.g .0,8)distância
            2

   Assim, determinam-se os valores respectivamente apresentados na terceira coluna da
   tabela.

3. Para uma mesma variação de cerca de 25 km/h, a distância necessária para frear é
   muito diferente. O primeiro caso aumenta apenas 11,7 m e, no segundo caso,
   aumenta 33,5 m.
4. A distância percorrida freando aumenta quatro vezes quando duplicamos a
   velocidade; por exemplo, passando de 20 m/s para 40 m/s (o dobro), a distância
   aumentou de 24 m para 96 m (quatro vezes), também ao passar de 25 m/s para
   50 m/s (dobro), a distância freando passa de 37,5 m para 150 m (quatro vezes). Isso
   acontece porque a energia cinética varia com o quadrado da velocidade e a distância
   freando é proporcional à energia que deve ser dissipada.
5. Nesse item, em continuidade ao anterior, permite-se a conclusão de que a distância
   percorrida freando aumenta ao quadrado, enquanto a velocidade aumenta
   linearmente. Assim, ao dobrar a velocidade, a distância percorrida freando aumenta
   quatro vezes; ao triplicar a velocidade, a distância é nove vezes maior.
6. Os dados da revista indicam que o modelo adotado nessa atividade apresenta
   resultados muito próximos dos dados reais de equipamentos profissionais de medida.




Página 20

   A regra dos dois segundos é na verdade uma regra que estabelece a distância entre os
dois veículos: a distância percorrida durante dois segundos a determinada velocidade.
Essa distância varia linearmente com a velocidade enquanto a distância necessária para
a frenagem varia com o quadrado da velocidade, por isso a regra dos dois segundos
funciona bem em baixas velocidades, mas não é adequada para altas velocidades.
Determinar o limite de validade dessa regra é importante para a segurança no trânsito, e
para isso devemos comparar, para cada velocidade, a distância percorrida durante dois
segundos e a distância total necessária para a frenagem (veja a tabela presente nesta                                         
Situação de Aprendizagem). A regra só é válida enquanto a distância percorrida durante
dois segundo for maior que a distância necessária para frear, com os valores
apresentados para as variáveis relevantes nesta Situação de Aprendizagem. Você poderá
verificar que a regra funciona para a velocidade de 80 km/h, mas já não é adequada para
a velocidade de 90 km/h. O limite pode ser estabelecido igualando-se as duas equações:
D = 2v e D = 0,6v + v2/1,6g, obtendo-se uma velocidade limite de aproximadamente
22,4 m/s, ou seja, cerca de 81 km/h. Cabe destacar que o limite de velocidade de 80
km/h foi adotado no Brasil para todas as rodovias durante muitos anos; hoje os limites
são mais flexíveis e dependem do tipo de veículo e das condições da estrada, mas não
ultrapassam 120 km/h.




Página 21

   Quando a força é variável, é necessário empregar o cálculo integral para determinar o
trabalho realizado pela força em um deslocamento, o que corresponde a calcular a área
sob a curva que relaciona a força com o deslocamento. Assim, em casos em que
sabemos determinar geometricamente a área sob essa curva, podemos calcular também
no ensino médio o trabalho realizado. Por exemplo, a força elástica é uma força variável
que depende linearmente da deformação (elongação da mola); assim, o trabalho
realizado pela força elástica pode ser determinado pela área limitada pela reta que
relaciona a força elástica e a deformação (elongação), no gráfico que é denominado
curva característica da mola. Como para a força nula a deformação também é nula, a
área sob o gráfico pode ser obtida pela área de um triângulo;já para determinar o
trabalho necessário para passar de uma situação com uma força não nula (diferente de
zero) para outra configuração também não nula, com outra deformação ou elongação,
precisamos determinar a área que corresponde à figura de um trapézio. Dessa forma,
podemos determinar o trabalho realizado sempre que soubermos determinar a área sob o
gráfico que relaciona a força com o deslocamento.

Página 22
1. A força elástica varia linearmente de zero até F = 1,5 N = 0,5 (N/m) . 3 (m).
   Portanto, o trabalho que corresponde à área sob o triângulo pode ser calculado
   utilizando a área do triângulo: A = (base. altura)/2; assim o trabalho realizado é
   obtido por A = [3 (m) . 1,5 (N)]/2 = 2,25 Joules. Outra forma de determiná-lo é pela
   expressão Eel = k x2/2 = 0,5 (N/m) . (3 m)2/2 = 2,25 Joules.
2. O trabalho da força variável corresponde à área sob a curva que pode ser
   determinada separando a figura em dois triângulos e um retângulo ou diretamente
   pela área do trapézio A = [(base maior + base menor)/2] . altura.
   Assim, a energia armazenada é E = 92,5 J =[(2,5 + 1,2) (m)/2].50 (N).


 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4

 A EVOLUÇÃO DAS MÁQUINAS MECÂNICAS



Páginas 25 -28
1. O item compara o trabalho animal com o trabalho mecânico e, nessa comparação,
   temos que a potência equivalente à de um carro 1.0 corresponde a cerca de 56
   cavalos. Já para se equiparar a um carro de Fórmula 1, seriam necessários cerca de
   900 cavalos. A questão importante a se discutir aqui é que o trabalho mecânico é
   realizado por máquinas que conseguem concentrar grande potência em pequenos
   motores que equipam os veículos.
2. O item concretiza a inviabilidade de obter por trabalho animal potências como as
   obtidas por trabalho mecânico nas máquinas modernas. Uma máquina de 6 MW
   corresponderia a cerca de 8 000 cavalos, e a de 9MW, a 12 000 cavalos. Neste
   momento, é interessante que se esclareça o motivo de utilizar o conceito de potência
   e não o de energia ao comparar o trabalho realizado por diferentes máquinas e
   animais. É importante ressaltar que é preciso comparar o tempo necessário para obter
   a energia, uma vez que mesmo um pequeno motor pode fornecer grande energia se
   funcionar por um longo período de tempo, mas, se for preciso que essa energia seja
   obtida rapidamente, é necessária uma potência maior, por isso o conceito adequado é
   o de potência.
3. Uma máquina de 6 MW que utilizasse 8 000 cavalos e para cada cavalo uma área de
   4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50 cavalos
   teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio de 146
   metros, sendo ao todo cerca de 60 círculos concêntricos e com área de
   aproximadamente 67 000 m2.
   Já para uma máquina de 9 MW que utilizasse 12 000 cavalos e para cada cavalo uma
   área de 4 m de comprimento por 2 m de largura, um círculo mínimo com cerca de 50
   cavalos teria um raio de 30 metros e um círculo máximo com 230 cavalos teria raio
   de 178 metros, ao todo seriam cerca de 75 círculos concêntricos e com área de
   aproximadamente 100 000 m2.
   Uma forma de estimar a área é realizar uma conta simples: primeiro estima-se a área
   ocupada por um cavalo 4 m x 2 m = 8 m2, e em seguida multiplicar por 12 000
                                            

     cavalos o que corresponde a 96 000 m2. Numa segunda aproximação podemos dar
     conta de que o movimento dos cavalos que minimizará a área envolvida é o
     movimento em círculos, nesse caso há que se pensar que é necessária no centro do
     circulo o aparato mecânico que concentrará o trabalho realizados pelos animais.
     Assim pode-se propor que o menor círculo ocupado pelos cavalos seja de 30 metros,
     nele o perímetro corresponde a     (2 x PI x R) então, 2 x PI x       30 = 188 m,
     enfileirando-os cada um num espaço de 4 m de comprimento, teremos 188 m / 4 m =
     47 cavalos (no primeiro círculo). (aproximadamente 50); o próximo círculo (o
     segundo) terá raio de 32 metros, (distância de 2 m para largura do cavalo) neste
     segundo círculo com perímetro de 200 m enfileiram-se mais 50 cavalos, assim
     sucessivamente até completar 12 000 cavalos. São totalizados 120193 cavalos no
     círculo com 178 metros de raio, cuja área (PI x R2) corresponde a 99487 m2
     aproximadamente 100 000 m2. Pode-se melhorar ainda mais essa estimativa,
     incorpore outros parâmetros e tente!
4.
     •   Vantagens/Problemas:
         O primeiro grupo discutirá, por um lado, como a ampliação da força humana
         pelas máquinas permite a manutenção de aglomerações urbanas, como grandes
         cidades, metrópoles etc. Ele pode trazer também questões como a evolução dos
         sistemas de produção, fábricas automatizadas e industrialização dos alimentos,
         além da questão da dimensão das usinas hidrelétricas, que permitem abastecer
         grandes regiões do país com energia elétrica. Por outro lado, discutirá os
         impactos ambientais e os problemas urbanos trazidos pela grande produtividade
         dessas máquinas e seus desdobramentos. Alguns exemplos são: os problemas
         resultantes da construção de grandes centrais hidrelétricas, como o alagamento
         de grandes regiões; das aglomerações humanas, como o descarte do lixo; e do
         crescimento desorganizado dos centros urbanos, como a captação e o tratamento
         de água.
     •   Conquistas/Problemas:
         O segundo grupo discutirá, por um lado, realizações humanas que só são
         possíveis pela evolução de máquinas e equipamentos, como a conquista do
         espaço (foguetes, estação espacial), dos mares (submarinos nucleares), os
       transportes aéreos, as usinas nucleares, a exploração de grandes quantidades de
       minério em gigantescas escavações, a exploração de petróleo em plataformas
       submarinas etc. Por outro lado, discutirão a poluição espacial, os restos de
       foguetes, pequenas peças que se desprendem e permanecem em órbita, os
       satélites artificiais obsoletos etc.; os riscos de acidente com material radioativo,
       como ocorreu em Goiânia, ou de naufrágio de submarinos nucleares; a
       exploração desenfreada dos recursos naturais, como os minérios e o petróleo,
       trazendo desmatamento, assoreamento e outros prejuízos ambientais.
   •   Vantagens/Desvantagens:
       O terceiro grupo deve discutir, por um lado, as vantagens da substituição do
       trabalho humano pelo trabalho mecânico nos diversos casos, por exemplo, no
       uso de robôs para a realização de atividades perigosas ou insalubres. Por outro
       lado, discutirá os problemas sociais ligados à substituição do trabalho humano
       pelo trabalho mecânico, tendo como consequência as ondas de desemprego na
       indústria e nos campos.




Página 29

   A redação deve articular partes das letras dessas músicas com as discussões
estabelecidas nos três grupos.



SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5

AVALIANDO SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO ESTÁTICO




Páginas 31 - 34
3. Os diagramas devem ser semelhantes a estes:

                      Fmão                              Fel

                      Dinamômetro                             Suporte

                      Fel                               Peso

                    Peso do dinamômetro

4. O gráfico deve ser semelhante a esse:
    F(N)               Curva característica de calibração do dinamômetro



             Elongação x (m)
   Na curva de calibração a força em função da massa deve ser relacionada com a
   elongação da mola. A equação deve corresponder à Lei de Hooke: F = k . x.
5. Resposta pessoal, depende do peso do estojo.
6. Resposta pessoal, depende do atrito do caderno com a superfície.
7. O diagrama de forças é imprescindível para a discussão do “peso aparente” que o
   objeto passará a ter ao ser imerso na água, que será indicado pelo dinamômetro. O
   surgimento da força de empuxo precisa ser evidenciado para se contrapor à ideia de
   que os objetos são mais leves dentro da água. O peso do objeto não varia. A
   discussão sobre o equilíbrio em fluidos deve ser sistematizada, utilizando análise por
   diagramas de forças, leis de Newton, do movimento e a concepção de empuxo. O
   estudo do empuxo pode ser explorado a partir do peso do líquido deslocado (no
   entanto, o entendimento físico do empuxo necessita do aprofundamento do conceito
   de pressão e de seu gradiente num líquido sob ação do campo gravitacional).

     Força no dinamômetro                         Força no dinamômetro
                                                    Empuxo


         Fora da água                                    Dentro da água


                              Peso                Peso


     Dentro ou fora da água o peso não se altera, apenas a força exercida pelo
dinamômetro, quando o objeto é imerso na água ou qualquer outro fluido, a força de
sustentação nesse caso exercida pelo dinamômetro passa a ser chamado peso aparente.




Páginas 35 - 36
1. Alternativa e. O peso do caminhão é a soma das medidas nas balanças.
2.
     a) A constante elástica pode ser obtida pela Lei de Hooke, sendo nesse caso
     determinado o valor de k = 10 N/m.
     b) A massa é de 0,5 kg (correspondente ao peso de 5 N).
     c) Pode-se calcular o trabalho pela diferença da energia potencial elástica nas duas
     configurações: E = 1,25 J – 0,45 J = 0,8 J.



 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6

 O TORQUE EM SITUAÇÕES DE EQUILÍBRIO




Páginas 37 - 40
1. A balança permanece em equilíbrio. Trata-se do equilíbrio do torque utilizando
   forças iguais a distâncias iguais, produzindo torques cuja resultante é zero.
2. Continua em equilíbrio, em todos os casos. O importante é que o aluno perceba que
   em qualquer distância adotada, desde que sejam massas iguais e distâncias iguais,
   ocorrerá uma situação de equilíbrio de rotação.
3. A balança pende para o lado em que a distância é maior. Trata-se de situação em que
   não há equilíbrio. Como as forças peso são iguais, mas as distâncias são diferentes,
   os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,
   aquele cuja distância ao centro for maior.
4. A balança pende para o lado em que a massa é maior. Trata-se de situação em que
   não há equilíbrio. Como as distâncias são iguais, mas as forças peso são diferentes,
   os torques não se anulam e a balança penderá para o lado que tem maior torque,
   aquele cuja força peso é maior.
5. A balança fica em equilíbrio, o aumento da massa foi balanceado pela diminuição da
   distância, permanecendo em equilíbrio. Trata-se de situação em equilíbrio de rotação,
   com forças peso e distâncias cujo torque resultante é nulo. Nelas, os alunos são
   direcionados a relacionar a massa com a distância. Essa relação será fundamental
   para o entendimento da concepção de momento de uma força, a ser explorado no
   diagrama de forças.
6. A balança fica em equilíbrio, o produto da massa pela distância de um lado é igual à
   soma dos mesmos produtos do outro lado. Assim, as massas balanceadas pelas
   distâncias em ambos os lados resultam em torques iguais, permanecendo em
   equilíbrio.
7. O essencial é a construção dos diagramas de força, com a indicação das distâncias.
   Você deverá explorar o conceito de momento de uma força, mostrando que os
  produtos da força por distância são iguais nos dois lados da balança nos casos em que
  há equilíbrio, e são diferentes nos casos em que não há equilíbrio.


            |------d1--------|----d2------| Permanece em equilíbrio se d1.F1 = d2. F2
              F1                          F2




            |------d1--------|--d2----|   Não permanece em equilíbrio se d1.F1 > d2. F2


              F1                     F2


8. Neste item o essencial é que os alunos apresentem o conceito de momento de uma
  força, explicitando que, em situações de equilíbrio, a soma de todos os momentos em
  cada um dos dois lados da balança é igual. O relatório deve ser entendido como um
  exercício da habilidade de organizar e apresentar os procedimentos científicos na
  forma de linguagem escrita. Neste momento, não deve ser avaliado com o rigor que
  um relatório científico deve ter em relação à precisão de medidas, propagação de
  erros ou normas. Devemos observar se o objetivo está claro para o aluno, se o
  procedimento realizado está devidamente caracterizado com explicações que
  possibilitem ao leitor a reprodução do experimento, se os dados são apresentados de
  forma organizada e se o aluno consegue determinar uma regra que promova
  equilíbrio de rotação na balança de braços. Caso você entenda que não há tempo
  suficiente para a elaboração do relatório durante a aula, o aluno poderá realizá-lo
  como atividade extraclasse. Neste caso, estipule o prazo de entrega numa das
  próximas aulas, a seu critério, sem prejuízo à atividade.


Páginas 41 - 42
1. Quanto mais distante da dobradiça, mais fácil fechar a porta e, quanto mais próxima
   mais difícil fechar. Quanto maior a força, mais fácil fechar a porta. Quanto mais
   perpendicular à porta, mais fácil, quanto mais próximo ao plano paralelo,à superfície
   da porta mais difícil.
2. Não, pois nesses casos a força necessária para abri-la ou fechá-la seria maior; o
   melhor lugar é próximo à extremidade oposta à dobradiça, onde seria mais fácil abrir
   ou fechar a porta.




Página 43
1. Alternativa b. Nessa situação temos o peso da massa M (PM) aplicado à distância de
   0,4 m do apoio e o peso da barra (Pb) aplicado a 0,5 m do apoio. Assim, se PM . 0,4
   fosse maior que Pb . 0,5, a barra se desequilibraria e cairia dos apoios. Dessa forma, a
   resposta que apresenta a maior massa que manteria a barra em equilíbrio corresponde
   à alternativa b) 10 kg.


              |-----0,4 ----|---------0,5------| Permanece em equilíbrio: 0,4.PM = 0,5. Pb


                  PM                    Pb




                  |----0,4---|--------0,5-----| Não permanece em equilíbrio: 0,4.PM > 0,5. Pb


                       PM               Pb

2. Como no avião há duas rodas traseiras e apenas uma roda dianteira, para que ocorra
  equilíbrio de rotação em relação ao CG, os momentos de ambos os lados devem ser
  iguais. 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.


 SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7

 AMPLIAÇÃO DE FORÇAS: AUMENTANDO O DESLOCAMENTO
 NA REALIZAÇÃO DE TRABALHO


Páginas 44 - 46
1. Utiliza-se uma chave de fenda, que tem um eixo mais grosso na empunhadura e mais
   fino na ponta em que fica o parafuso.
2. Se a moto for pequena, é possível se a pessoa for muito forte no entanto,
   se a moto for grande não conseguirá sozinha, só com a ajuda da rampa, já que a
   pessoa deverá realizar uma força pouco maior que o peso da moto (entre 1 500 e
   4 000 Newtons) e deslocá-la diretamente na vertical por uma distância de cerca de
   1metro, o que só pessoas bem fortes conseguem.Com a rampa, a força necessária
   será menor, já que a distância percorrida será maior, pois não será diretamente na
   vertical, dependerá da inclinação da rampa; quanto mais suave a inclinação, maior a
   distância para subir 1 metro e, portanto, menor a força necessária.
3. Sim, pois a rampa diminui a força que é necessária para levar a moto para cima, pois
   ela vai subindo devagar, inclinada, aumentando a distância e facilitando levar a moto
   para 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 que
   puxa as correntes da talha. Para diminuir a força, é preciso aumentar o número de
   vezes que puxa a corrente.
5. Sim, usando-se roldanas móveis, a força necessária para mover algo diminui. Para
   erguer um motor de um carro utilizando uma talha com roldanas móveis, vários
   metros de corrente devem ser puxados para que o motor suba apenas alguns
   centímetros. Ou seja, a amplificação da força é obtida à custa de uma troca: aplica-se
   uma força menor (do que a que seria necessária sem o uso da talha) por uma
   distância maior.
6. Como a distância do cabo até o apoio é maior que a distância da ponta do alicate até
   o apoio, a força aplicada no cabo é menor que a força na ponta; assim, fazemos uma
   força 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; escada.
   II – Alavancas: gangorra; alicate; tesoura; carrinho de mão.
   III – Rodas e eixos: chave de fenda e torneira; figura do poço; volante de direção;
   maçaneta da porta.
   IV – Roldanas: figura do equipamento de ginástica.


Saiba mais!

Páginas 46 - 47
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 de
   fenda, o percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o
   realizado pelo eixo assim, a força aplicada é menor na parte externa da chave.
3. Para a pessoa realizar uma força menor na empunhadura para girar a chave, o
   percurso executado pela parte mais larga da chave (roda) é maior que o realizado
   pelo eixo; assim, a força aplicada pela pessoa é menor que a força aplicada ao
   parafuso, ou seja, amplifica nossa força.