PLANO DE AULA FISICA 10ºANO (Reparado)

Plano de Aula Ano
10º Ano Física e Química
Unidade2 – Energia em Movimentos
1. Transferências e transformações de energia em sistemas complexos –
aproximação ao modelo da partícula material (4 aulas Previstas)
Aula n. 73
Tempo: 90 min
Data: 17/04/2012
Transferências e transformações de energia em Sistemas Complexos (meios de
transporte):
• Analisar as principais transferências e transformações de energia que ocorrem num veículo
motorizado, identificando a energia útil e dissipativa.
• Identificar um veículo motorizado como um sistema mecânico e termodinâmico (complexo)
• Identificar no sistema de travagem, as forças de atrito como forças dissipativas (degradação
de energia)
• Associar a ação das forças dissipativas num sistema complexo com variações de energia
mecânica interna.
• Explicar, a partir de variações de energia interna, que, para estudar fenómenos de
aquecimento, não é possível representar o sistema por uma só partícula – o seu centro de
massa.
• Identificar as aproximações feitas quando se representa um veículo pelo seu centro de
massa.
Sumário: Transferências e transformações de energia em sistemas complexos (meios de
transporte). Partícula material. Centro de massa.
Materiais a Utilizar:
PPT sobre os conteúdos abordados.
Transferências e transformações de energia em Sistemas Complexos (meios de
transporte)
Breve revisão com os alunos sobre energia e fontes de energia.
 Em Ciências Físicas o termo Energia é utilizado para designar uma grandeza
Física que se exprime em Joules (J) no Sistema Internacional (SI).
 Existem várias fontes de Energia:
 Fontes de energia primárias – quando ocorrem livremente na Natureza.
Ex.: Sol, água, vento, gás natural, petróleo bruto
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 Fontes de energia secundárias – quando são obtidas a partir de outras.
Ex.: eletricidade, gasolina, petróleo.
Assim a,
 A energia manifesta-se à nossa volta e nas atividades que desenvolvemos de muitas
formas: nada acontece sem energia. A energia faz parte do Universo que nos rodeia.
 A energia manifesta-se de diferentes modos, sendo detetada pelos efeitos que produz.
 A energia, que é só uma, pode ser qualificada de acordo com os efeitos que produz,
com os fenómenos a que está associada ou de acordo com a fonte de onde provém.
APRESENTAR PPT (1 a 3)
O que é um Sistema Complexo?
É um sistema que é simultaneamente um sistema termodinâmico e um sistema mecânico, isto
é um sistema onde se verifica variação da energia interna - SISTEMA TERMODINÂMICO e
variação da energia mecânica: Em=Ec+Ep– SISTEMA MECÂNICO.
Se num sistema complexo se considerar que a variação da energia interna não é apreciável
estamos a reduzir este sistema complexo a um sistema mecânico.
APRESENTAR PPT (4 a 10)
Vamos considerar o automóvel a gasolina, veículo muito utilizado como meio de transporte.
Será que o automóvel converte toda a energia obtida a partir dos combustíveis e do ar em
energia do movimento do automóvel?
Não, é impossível converter toda a energia obtida exclusivamente em energia cinética do
automóvel.
Apenas, cerca de 75% da energia é:
• Desperdiçada no aquecimento do motor;
• Desperdiçada nos gases de escape (que são quentes...);
• Utilizada para carregar a bateria e alimentar diversos dispositivos eléctricos;
• Utilizada no aquecimento do interior do carro;
• Etc.
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Mas, apenas cerca, de 25% da energia obtida a partir dos combustíveis e ar surge como
energia cinética de um automóvel
APRESENTAR PPT (11 a 14)
O movimento do carro origina o aparecimento de forças de atrito em todas as partes
móveis e de forças de resistência do ar, que contribuem para diminuir a energia
cinética do carro.
O movimento de um objeto pode ser muito complexo. Mas é sempre possível definir
um ponto especial, o chamado centro de massa (CM) do objeto, que geralmente tem
um movimento simples.
Nalguns corpos, o centro de massa coincide com o centro geométrico do corpo
enquanto noutros coincide com o centro de gravidade.
APRESENTAR PPT (15 a 18)
Caraterísticas do centro de massa (ppt17), explicar aos alunos o que são movimentos
de translação.
- Movimentos de translação, quando o sólido se desloca as trajetórias descritas pelos
seus pontos são paralelos entre si (ver fig.2 pag. 147).
Movimento de translação
O movimento de translação pode ser analisado observando-se exclusivamente o centro de
massa do corpo. O corpo executa movimento de translação se o seu centro de massa se
desloca à medida que o tempo passa. Assim, o movimento de translação do corpo rígido está
associado ao movimento do centro de massa.
O que provoca o movimento de translação são as forças externas agindo sobre o corpo rígido.
O corpo rígido se desloca de tal forma que tudo se passa como se todas as forças estivessem
atuando sobre o centro de massa.
Nos movimentos de translação valem as leis de Newton e a conservação da quantidade de
movimento
Realização da APSA 2.1 – Transferências e transformações de energia em sistemas
Complexos. Partícula material. Centro de massa (2os 45 minutos de aula)
TPC – exercícios 5 a 7 da Pág. 189 do manual..
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Plano de Aula Ano
Aula n. 74
Tempo: 135 min
Data: 19/04/2012
APL 2.0.0- Vetores e grandezas vetoriais. Soma e Subtração de vetores. Resultante das forças,
aceleração e velocidade num Plano Inclinado.
Toda a quantidade possuindo simultaneamente grandeza e direção é representada pelo que se
chama vetor.
A velocidade é representada por um vetor cuja direção do vetor representa a direção do
movimento e cujo comprimento, em qualquer escala de unidades escolhida, é a medida da
velocidade.
Representar no quadro quatro vetores com o mesmo comprimento e com direções diferentes:
Se estes vetores representarem a velocidade de quatro carros, podemos dizer que:
 Os carros têm a mesma velocidade;
 Se cada centímetro representar 50 Km/h, podemos conhecer a velocidade por meio de
um vetor.
Se dois carros se cruzam numa estrada e os seus velocímetros marcam 60 Km/h como é que
podemos caraterizar a velocidade desses dois carros?
Através de vetores cujas flechas apontam para direções diferentes.
Como somar e subtrair vetores?
Relembrar a soma e subtração de vetores que os alunos já aprenderam na disciplina de
matemática.
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Com uma régua desenhar vetores no quadro e depois determinar a soma e a subtração desses
vetores.
Exercício: Qual é a soma dos seguintes vetores: vetor A, aponta para norte, magnitude 10
unidades; vetor B, aponta para oeste, magnitude 10 unidades?
Resultante das Forças, aceleração e velocidade num plano inclinado.
Pegar num plano inclinado colocar uma caixa em cima do plano.
O que é que pode acontecer ao objeto, caixa, em cima de um plano inclinado?
Ou fica imóvel ou então desliza pelo plano inclinado
Perguntar aos alunos:
Que forças estão a atuar na caixa?
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E como se representam as forças num objeto de 0,30 kg (ou melhor no CM do objeto),
utilizando apenas régua, esquadro e transferidor?
Fazer o esquema no quadro e com a ajuda dos alunos representar as forças que atuam na
caixa.
Utilizar uma régua, para traçar os vetores que representam as forças.
Determinar o ângulo do plano inclinado, para tal ou usar um transferidor ou então através das
razões trigonométricas.
Seguir o esquema da figura.
Repetir o esquema agora para uma massa de 0,5kg e de 0,15kg.
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Como já vimos a caixa pode ficar imóvel no plano inclinado, neste caso a soma das forças do
objeto tem de ser nula. E tem de existir uma outra força que equilibre a soma da força
gravítica com a força da reação do plano ou a também designada força normal. Essa força é a
força de atrito, Fa .
E se a força de atrito for nula, ou com valor inferior à soma de reação com a força gravítica, o
que é que acontece à caixa?
A caixa acelera para baixo, aumentando a velocidade.
A aceleração é a grandeza vetorial que nos informa para onde é que a velocidade está a
variar.
Neste caso, a velocidade varia, aumentando de magnitude, apontando para baixo, ao longo
do plano.
Portanto, quando o corpo desce o plano, aumentando de velocidade, a resultante das forças
aponta para baixo, paralela ao plano, tal como a aceleração.
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Subir e descer num plano inclinado: forças, aceleração e velocidade
Lançar a bola, com a mão, de forma a subir a
rampa.
Enquanto a mão exerce uma força na bola, para
onde aponta a soma ou resultante das forças?
Pedir aos alunos para escrever a resultante das
forças:
 F = Força exercida pela mão + força de reação do plano + força gravítica +força de atrito
aponta para cima.
E a aceleração para onde aponta?
A aceleração também aponta para cima.
E a velocidade como é que vai variar?
A velocidade vai variar “para cima”, aumentando de magnitude. Por isso, quando a mão deixa
o contacto com a bola, esta já possui uma certa velocidade inicial que aponta para cima.
Largar a mão da bola
Que forças estão agora a atuar na bola?
A bola passa a ser atuada apenas pelas forças de
reação do plano + força gravítica + força de atrito.
Para onde aponta a resultante das forças? e a
aceleração e a velocidade?
Aponta para baixo, paralelamente ao plano e a
aceleração também. A velocidade aponta para cima e vai diminuindo de magnitude até se
anular na parte superior do plano.
Subindo, acelerando para baixo, velocidade para cima, mas
diminuindo a magnitude da velocidade.
Altura máxima, velocidade nula, acelerando para baixo
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O que acontece quando a velocidade é nula?
A caixa desce o plano, A soma das forças aponta e a aceleração
aponta para baixo e a Velocidade aponta também para baixo,
aumentando de magnitude.
Descendo o plano, a soma das forças e aceleração apontam
para baixo. Velocidade também aponta para baixo,
continuando a aumentar de magnitude.
Os alunos vão agora trabalhar com um simulador da PHET “The Ramp (1.05)”, para melhor se
inteirarem dos conteúdos abordados.
Os alunos depois de experimentarem o simulador vão realizar uma ficha de trabalho.
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Aula n. 75
Tempo: 90 min
Data: 20/04/2012
Sumário: Trabalho realizado por várias forças e pela sua resultante. Relação entre o trabalho
realizado por uma força e pelas suas componentes. Força eficaz.
Materiais a utilizar: vários carrinhos, blocos de massa diferente, dinamómetro e plano
inclinado
Trabalho realizado por uma força constante
Quando um sistema exerce ou é atuado por forças e há movimento, diz-se que há realização
de trabalho.
Isto é: Para se colocar um objeto em movimento, é necessário a aplicação de uma força e,
simultaneamente, tem de haver uma transformação de energia. Quando se aplicação uma
força e há um deslocamento do ponto de aplicação dessa força, pode-se dizer que houve
realização de trabalho.
Exemplo:
Um carro de brincar que vai ser puxado por uma corda onde é aplicada uma força constante.
O que é que tem de acontecer para que o carro entre em movimento?
É necessário a aplicação de uma força, F , constante que promova o deslocamento do carro.
O que significa ser uma força constante?
Significa que durante o trajeto a força mantêm a direção e o módulo.
A força F e o deslocamento definem um ângulo 
Assim, a grandeza trabalho de uma força, W, pode ser definida do seguinte modo:
W  F  d  cos 
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A força F pode ser dividida em dois componentes, F e F , como se mostra a seguir:
x
y
A componente de F que realiza o trabalho é F , pois é a que tem a mesma direção do
x
deslocamento. A componente F não realiza trabalho, pois é perpendicular ao deslocamento
y
e, por isso, não interfere diretamente no movimento.
A componente da força que realiza trabalho é designada por força eficaz ( F ).
ef
A unidade do S.I do trabalho é o joule (J ).
Dependendo do ângulo que a força F faz com o deslocamento, o trabalho pode ser positivo –
potente, negativo – resistente ou nulo .
Quadro resumo (passar para o quadro preto)
Trabalho
Potente
W >0
=0°
F
•
A força F têm a
direção e o
sentido do
Δr movimento
A força eficaz,
0°<  <90°
---- ----------
F , tem a
ef
direção e o
sentido do
movimento
Δr

----------------
A força F tem a
direção do
movimento mas
sentido oposto
F
Trabalho =180°
resistente
W <0
F
O trabalho
realizado pela
força F
contribui para o
aumento da
Ecinética do centro
de massa do
sistema.
O trabalho
realizado pela
força F
contribui para a
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Plano de Aula Ano
90°<  <180°
Trabalho
nulo
W=0

F
 =90°
F
diminuição da
Ecinética do centro
de massa do
A força eficaz,
sistema
tem
a
direção
do
Δr
movimento mas
sentido oposto
O trabalho
realizado por
Não há variação
uma força pode de Ec do centro
também ser
de massa
nulo se essa
Δr =0 força não
provocar o
deslocamento
Δr =0 m
Trabalho realizado por várias forças e pela sua resultante
Se, sobre um corpo, atuar mais do que uma força, a alteração da sua energia é igual ao
trabalho total realizado por todas as forças.
Desde que o corpo se comporte como uma partícula material, isto é, desde que possa ser
representado pelo seu centro de massa, o trabalho total pode ser determinado por um dos
processos:
1. O trabalho total é a soma dos trabalhos realizados individualmente por cada força.



Wtotal = W( F1 ) + W( F2 ) + ..... + W( Fn )
2. O trabalho total é igual ao trabalho realizado pela resultante das forças.




FR = F1 + F2 +.....+ Fn
e

Wtotal = W ( FR )
Wtotal = FR d cos 
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Aula n. 76
Tempo: 90 min
Data: 24/04/2012
Sumário: Conclusão do assunto abordado na aula anterior. Cálculo do trabalho a partir de um
gráfico. Potência de uma força e rendimento. Realização de uma APSA.
Materiais a utilizar: carrinho e plano inclinado
Trabalho realizado sobre um corpo que se desloca ao longo de um plano inclinado
Considere-se um bloco de massa m, que parte do repouso do topo de um plano inclinado, de
comprimento d e altura h, e que se desloca ao longo
deste com força de atrito desprezável.
d
A reação normal da superfície sobre o bloco não realiza
trabalho – é perpendicular ao deslocamento.
O peso, força gravítica, define um ângulo  com a direção
do movimento.

A Força Gravítica, PESO, pode ser decomposta segundo a direção tangente à trajetória, Px

(componente tangencial), e a direção perpendicular, Py .

A componente normal do peso, Py , não realiza trabalho (perpendicular ao deslocamento),

mas a sua componente tangencial, Px , a força eficaz – realiza trabalho.
O trabalho total realizado pelas forças que atuam sobre o bloco, no deslocamento de A a B, é

igual ao trabalho realizado pela força eficaz, Px .
WAB = Px d
Como Px = P cos 
e
P = mg
então:
WAB = mxgxdxcos 
Mas cos  =
h
d
WAB = mxgxh
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Mas, a maioria das vezes o ângulo que nos é
dado é o ângulo , neste caso o trabalho

realizado por Px é dado por:
W
= m × g × d  sinα
Px
Exercício de aplicação:
Um corpo de 1 kg desce, sem atrito, um plano inclinado de comprimento 5m e inclinação 10°.
Qual é o trabalho realizado pelo peso do corpo? E qual é o trabalho da força da reação
normal?
W = m × g × d × sin10 
P
W = 1 × 9, 8 × 5 × sin10 Û W = 8, 5 J
P
P
O trabalho da Força Normal é nulo porque a força é perpendicular ao plano
Determinação gráfica do trabalho realizado por uma força constante
Fcos (N)
Fcos (N)
O trabalho realizado por uma força pode ser calculado a partir de gráficos de valor da força
versus (vs) valor do deslocamento.
Fe
f.
W>0
d
0
0
d
x
W<0
d
Fe
f.
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x
Plano de Aula Ano

A área 1 representa o trabalho realizado pela força eficaz, Fef . Se o trabalho é motor ou

potente o seu valor é positivo, e é igual à área contida entre Fef e o eixo do xx, que está
acima deste eixo, até ao valor d. Se o trabalho é resistente o seu valor é negativo, e é
igual à área contida entre Fef e o eixo do xx, que está abaixo deste eixo, até ao valor d.
Potência de uma força e rendimento
A potência é a energia transferida por unidade de tempo
W
P 
t
A potência útil é o trabalho que uma força realiza por unidade de tempo
Rendimento: razão da energia útil pela energia fornecida
Ou a razão entre a potência útil e a potência fornecida
 
P
útil
P
forn
Realização de uma APSA – Trabalho realizado pelas forças que atuam num corpo
apoiado num plano inclinado
Aula n. 77
Tempo: 135 min
Data: 27/04/2012
Tempo: 90 min
Data: 28/04/2012
Sumário:
Aula n. 78
Sumário: Realização de uma ficha de trabalho. Realização de exercícios do manual.
1
A = Fefd (calcula-se o trabalho através da área do rectângulo)
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