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SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO DE MINAS GERAIS
PLANO DE ESTUDO TUTORADO
COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA
ANO DE ESCOLARIDADE: 1º ANO – EM NOME DAESCOLA: ESTUDANTE: TURMA: MÊS: NÚMERO DE AULAS POR SEMANA: 02 TURNO: TOTAL DE SEMANAS: 04 NÚMERO DE AULAS POR MÊS: 08
Nome da escola: ESCOLA ESTADUAL CÂNDIDO ULHOA Estudante: Laudiely lourenço pereira Turma: Eça de Queiroz turno: Matutino Mês: Dezembro.
As Respostas No final do Pet
SEMANAS 1 e 2
EIXO TEMÁTICO II:
Transferência, Transformação e Conservação de Energia. TEMA 2: Conservação de energia. OBJETO DECONHECIMENTO:
- O Conceito de Conservação.
HABILIDADE(S): 4.1. Compreender a energia como algo que se conserva, que pode ser armazenado em sistemas, que pode ser transferido de um corpo a outro e transformado de uma forma para outra. 4.1.1. Compreender que, nos processos de transformação que ocorrem na natureza, certas grandezas se con- servam, ou seja, a quantidade observada antes é igual à quantidade observada depois. 4.1.2. Compreender que a idéia de conservação é fundamental nas Ciências Naturais, sendo expressa pelos Princípios de Conservação: da Massa (Princípio de Lavoisier), da Energia, da Carga Elétrica e da Quantidade de Movimento. 4.1.3. Compreender que a energia pode ser armazenada em sistemas como energia potencial (gravitacional, elástica, elétrica e química). 4.1.4. Compreender que o conceito de conservação da energia é fundamental no campo das ciências natu- rais, sendo denominado Princípio da Conservação da Energia. CONTEÚDOS RELACIONADOS: Energia Mecânica.
VOLUME 7
INTERDISCIPLINARIDADE:
Matemática. ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS
Para saber mais: Física com Douglas Gomes: Aprenda, definitivamente, o que é energia! https://youtu.be/Acye-wJx8GE. Acesso em: 08 out.
Para saber mais: Ciência Todo Dia: O Que É Energia? Episódio 01 https://youtu.be/3VLPyOLC1nc. Acesso em: 08 out. 2020. escalar, portanto, em nenhum momento teremos de nos preocupar com vetores, o que facilitará os cálculos. Aconservação de energia só pode seraplicadasenosistema atuaremapenas Forças Conservativas As forças são conservativas quando seus trabalhos não alteram a energia mecânica de um sistema com o passar do tempo, ou seja, quando o trabalho realizado apenas promove uma transformação de uma energia potencial em energia cinética, ou o inverso. Nesse caso, à medida que um tipo de energia diminui a outra aumenta, e vice-versa, de modo que a soma sempre permanecerá a mesma. Logo, são conservativas todas as forças cujo trabalho estiver associado com alguma forma de ener- gia potencial. Todas as forças que não realizarem trabalho também serão conservativas. Por exemplo: forças centrais como a tração em um pêndulo, força gravitacional entre corpos celestes, for- ça centrípeta em um carrossel. Também podemos considerar casos como a força normal em um plano inclinado, força magnética sobre elétrons em movimento, etc… Forças dissipativas como o atrito e a resistência do ar alteram a energia mecânica de um sistema com o passar do tempo, o que impede a aplicação da conservação de energia. O que NÃO É energia? Quando estamos aprendendo energia, podemos ser tentados a atribuir a ela um sentido muito subjetivo e até místico, sendo ela, de uma aplicação tão abrangente. Temos de ter um certo cuidado quando tra- tamos deste assunto, especialmente porque vivemos em uma sociedade onde, infelizmente, existem pessoas charlatães que utilizam da linguagem da ciência, como um discurso de autoridade, em prol do lucro e benefício próprio, oferecendo soluções rápidas, especialmente em relação à saúde física e Cura do câncer a partir de flutuações de energia quântica, colchões de energia magnética que auxiliam no tratamento da depressão, cura a partir do equilíbrio da energia espiritual cósmica: São exemplos de soluções milagrosas, pseudociências, que não possuem nenhuma origem do método científico. A descrição de energia aplicada ao entendimento de fenômenos naturais apresentada compactua com modelos teóricos e experimentos. Por isso é importante que você reconheça a diferença do que é e do que não é energia 2. A ciência é o caminho para entender a verdade sobre como as coisas funcionam, e a natureza é indiferente às nossas ambições humanas.
EXEMPLOS
Exemplo 1: Um pão de queijo, inicialmente em repouso no alto de um plano inclinado, possui de energia mecânica, sendo que se encontram na forma de energia potencial gravitacional e se encontram na forma de energia cinética. Ao deslizar sem atrito e sem rolar, descendo o plano inclinado, sua energia potencial gravitacional diminui para , em compensação, sua energia cinética aumenta para. Sua energia mecânica diminuiu, aumentou ou permaneceu a mesma?
2. Física com Douglas Gomes: O que NÃO é Energia!
RESPOSta: A energia mecânica permaneceu a mesma. O pão de queijo perdeu altura, mas em compensa- ção ganhou energia cinética. Isso caracteriza um sistema conservativo. A energia mecânica, no fim das contas, se manteve igual a seu valor no início. Exemplo 2: Um pão de queijo, inicialmente em repouso, está preso a uma mola que foideformada, con- ferindo ao sistema uma energia potencial elástica igual a. Momentos depois, a mola é solta e a energia potencial elástica diminui para e a energia cinética aumenta para. Sua energia me- cânica diminuiu, aumentou ou permaneceu a mesma? RESPOSta: A energia mecânica permaneceu a mesma. O pão de queijo perdeu energia potencial elástica, mas em compensação ganhou energia cinética. A energia mecânica, no fim das contas, se manteve igual a seu valor no início. Ambos os exemplos se caracterizam como um sistema conservativo. Em ambos, não houve ação de forças dissipativas como: (atrito estático ou dinâmico, nem mesmo a resistência do ar) Exemplo 3: Um pão de queijo de massa é arremessado, a partir do nível do mar, verticalmente para cima com uma velocidade inicial. Com esse arremesso, o pão de queijo atinge uma alti- tude de , fica parado por um instante de tempo nesse ponto mais alto, e volta a cair na Terra. Despreze a resistência do ar, considere e calcule a energia mecânica do sistema no início (no instante do arremesso) e no fim (no instante em que o pão de queijo atinge o ponto mais alto). RESPOSta: INÍCIO: FIM: ATIVIDADES
01. Pesquise e faça uma lista de todas as fontes de energia diferentes que você conseguir imaginar eresponda: Quantas formas de energiaexistemalém dasenergias cinética e potencial? Dica :
SEMANA 3 e 4 UNIDADE(S) TEMÁTICA(S): Eixo Temático II: Transferência, Transformação e Conservação de Energia. Tema 2: Conservação de energia. OBJETO DECONHECIMENTO: Conservação da Energia Mecânica. HABILIDADE(S): 4.1. Compreender a energia como algo que se conserva, que pode ser armazenado em sistemas, que pode ser transferido de um corpo a outro e transformado de uma forma para outra. 4.1.1. Compreender que, nos processos de transformação que ocorrem na natureza, certas grandezas se con- servam, ou seja, a quantidade observada antes é igual à quantidade observada depois. 4.1.2. Compreender que a idéia de conservação é fundamental nas Ciências Naturais, sendo expressa pelos Princípios de Conservação: da Massa (Princípio de Lavoisier), da Energia, da Carga Elétrica e da Quantidade de Movimento. 4.1.3. Compreender que a energia pode ser armazenada em sistemas como energia potencial (gravitacional, elástica, elétrica e química). 4.1.4. Compreender que o conceito de conservação da energia é fundamental no campo das ciências natu- rais, sendo denominado Princípio da Conservação da Energia. CONTEÚDOS RELACIONADOS: Aplicações da conservação da Energia Mecânica. INTERDISCIPLINARIDADE: Matemática. ORIENTAÇÕES PEDAGÓGICAS Aplicações básicas da conservação da Energia Mecânica Como já vimos: O trabalho é, numericamente igual, à variação de energia cinética e, nume- ricamente igual, a menos a variação da energia potencial seja ela na forma gravitacional ou elástica
. Assim, podemos igualar as duas conclusões: De forma que a soma das variações de energia cinética e potencial corresponde a zero. Este resultado nos leva à conclusão de que a energia mecânica se conserva, já que:
Juntando os termos, separando as energias no início (à esquerda da igualdade) e no fim (à direita da igualdade): A energia mecânica inicial é igual à energia mecânica final. EXEMPLOS Exemplo 1: Analisemos o que ocorre com a energia mecânica de um pão de queijo de massa em que- da livre (sem resistência do ar) nas proximidades da superfície da Terra, após ser abandonado de uma altura acima do solo, como indica a figura. Observe que a energia mecânica inicial do pão de queijo é apenas a sua energia potencial gravitacional (pois, sem velocidade inicial, sua energia cinética é nula). No final da queda, o pão de queijo não possui mais sua energia potencial em relação ao chão. Logo, a sua energia mecânica corresponde à energia cinética que ele adquiriu através do trabalho da força peso. Pelo teorema trabalho-energia cinética, temos:
Desprezando a resistência do ar, responda: a) Esse conjunto massa-mola é um sistema conservativo? Sim, pois as forças peso e elástica, as únicas atuantes durante o movimento, são conservativas. b) b) Qual a altura que o corpo descerá até parar? A altura que o bloco descerá, até parar, corresponde à deformação máxima que será imposta à mola. Vamos aplicar a conservação de energia em relação ao ponto mais baixo do movimento. Inicialmente o pão de queijo possui energia potencial gravitacional. Logo, a energia mecânica no início é: Posteriormente o pão de queijo passa a adquirir energia potencial elástica. Portanto, a energia mecâ- nica no fim é: Usando conservação de energia: “A energia mecânica no início é igual à energia mecânica no fim”.
Exemplo 3: Qual é a velocidade necessária para que um pão de queijo escape da atração gravitacional da Terra? A energia potencial gravitacional já foi estudada no volume VI, contudo, os exemplos dados foram de um objeto nas proximidades da superfície da Terra. O que muda se o objeto não estiver próximo à superfície da Terra? Esta será uma consideração neces- sária, visto que, estamos querendo calcular qual é a velocidade para escapar do Planeta, ou seja, preci- samos obter uma expressão que abarque as escalas astronômicas. Podemos aplicar conservação de energia neste caso, e obteremos a velocidade limite a partir da ener- gia cinética. Então, umaperguntaquedeve vir antesé: Qual é o valor da energia potencial gravitacional em um ponto distante da superfície da Terra? Vamos assumir para a aceleração gravitacional na superfície da Terra e como sendo um valor médio razoável para o raio equatorial da Terra. Obs.: Estes valores correspondem ao nível do mar (altitude zero), mas é bom lembrar que a Terra não é perfeitamente esférica ( NÃO É PLANA!!! ), e sim, um ESferóide oblato irregular ( muito semelhante a uma batata ). Devido à rotação em torno do próprio eixo e efeitos de maré gravitacional é achatada nos pólos. Isso significa que a distribuição de massa não é uniforme. Portanto, o campo gravitacional não é unifor- me, e como consequência, o armazenamento de energia potencial gravitacional não será uniforme na escala astronômica. Contudo, estamos fazendo uma aproximação razoável. Em um caso mais geral, a força gravitacional é expressa na forma. Onde:
- é a distância do pão de queijo ao centro da Terra
- é o raio da Terra. A figura à esquerda representa um pão de queijo a uma distância e a figura à direita representa um pão de queijo a uma distância. Quando , a equação se reduz à sua forma mais familiar:
02. O carrinho da montanha-russa da figura partiu do repouso em e atingirá os pontos e , sem perder contato com os trilhos. Desprezando a ação de quaisquer forças dissipativas e adotando: Obtenha o módulo da velocidade do carrinho: a) no ponto B b) no pontoC 03. Um carrinho de montanha-russa de massa foi solto a partir de uma mola de constante elástica , depois de ser comprimida. O ponto mais alto da montanha-russa possui uma altura.
Despreze o efeito do ar, adote e admita que não há atrito entre o carrinho e os trilhos da montanha-russa. Qual é a altura máxima que o carrinho consegue atingir? Essa altura é suficiente para que o carrinho continue o caminho na montanha-russa?
04. Umpão de queijo de massa será atirado de um arco com constante elástica . O pão de queijo é puxado uma distância. Desprezando a resistência do ar e usando con- servação de energia mecânica. Calcule a velocidade com que o pão de queijo deixa o arco no disparo. 05. Qual é a velocidade necessária para uma nave espacial escapar da atração gravitacional dos seguintes corpos celestes do sistema solar? OBS.: Os valores de raio equatorial dos planetas, da Lua e do Sol são valores médios. Especialmente no caso dos planetas gasosos, como Júpiter e no caso da nossa estrela, o Sol, o raio varia muito, já que sua composição é predominantemente gasosa. a) de Júpiter, onde:. b) da Lua, onde:. c) de Marte, onde:. d) do Sol, onde:. Fonte dos valores de e : Disponível em:https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html. Acessoem: 22 set. 2020. 06. Um pão de queijo de massa desconhecida é abandonado em queda livre, de uma altura. Qual é a velocidade adquirida pelo pão de queijo? Despreze qualquer possível ação de forças dissipativas. Utilize conservação de energia e consulte os dados necessários na atividade 5. a) Em Júpiter b) Na Lua c) Em Marte d) No Sol
