- Editora LT

Ciências da Natureza,
Matemática e
Suas Tecnologias
Manual do Professor de
Física Volume 1
Apresentação
O
material didático da Coleção EJA Educação Profissional foi elaborado a partir do documento base do Programa Nacional de Integração da Educação
Profissional com a Educação Básica na modalidade de Educação de Jovens
e Adultos, tendo como pressupostos alguns princípios e fundamentos pedagógicos:
compreensão do trabalho como princípio educativo; pesquisa como fundamento da formação, por entendê-la como modo de produção de conhecimentos e de entendimento da
realidade, além de contribuir para a construção da autonomia intelectual dos educandos;
integração do currículo; valorização dos diferentes saberes no processo de ensino e aprendizagem; e o trabalho como princípio educativo.
Nos livros que compõem a coleção, as abordagens das áreas dos conhecimentos são
embasadas na perspectiva de complexos temáticos, ou seja, em temas gerais comuns ligados entre si. Temas que abrangem os conteúdos mínimos a serem abordados sob o enfoque
de cada área do conhecimento; possibilitam a compreensão do contexto em que os alunos
vivem; atendem às condições intelectuais e sociopedagógicas dos alunos; garantem um
aprofundamento progressivo ao longo do material; e promovem o aprofundamento e a
ampliação do conhecimento do aluno.
A abordagem dos materiais didáticos é centrada em resoluções de problemas, ou seja,
no início da unidade são propostos os problemas, dilemas reais vividos pela sociedade e, a
partir da disciplina, são fornecidos dados e fatos buscando a solução dos problemas propostos.
Para efetivar a integração das diferentes áreas do conhecimento, articulando-as ao
mundo do trabalho, são utilizados grandes temas integradores: sociedade e trabalho; ciência e tecnologia e trabalho; saúde e trabalho; linguagens e trabalho; entre outros.
Em cada volume da coleção, a disciplina é dividida em unidades que, por sua vez,
são separadas em capítulos. Cada unidade conta com seção inicial de abertura, em que é
colocado o problema gerador; conteúdos desenvolvidos de modo a propiciar a construção
de soluções para o problema inicial por meio de atividades, propostas de reflexão, análise de situações, simulação de cenários para tomada de decisão que são intercalados ao
conteúdo em estudo; atividades de reflexão, de análise, de pesquisa e de produção (oral e
escrita); seção final de sistematização da unidade, retomando o percurso de aprendizagem
e relacionando-o ao problema inicial.
Com a intenção de desenvolver ideias e conceitos, ampliando os conhecimentos do
educando de maneira estimulante e participativa, as obras contam ainda com sugestões de
livros e sites, nos quais o aluno poderá realizar pesquisas para explorar as conexões entre
as áreas do conhecimento.
Por meio da participação de todos os envolvidos no processo educacional, o material
foi desenvolvido de modo que o trabalho dos alunos se desenvolva de maneira prazerosa
e significativa.
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Manual do Professor de Física Volume 1
Orientações aos Professores
Orientações aos Professores
Orientações Gerais do Volume
Sabe-se o quanto é difícil aos professores de física incentivarem os alunos a estudar tal disciplina. O que se observa é que, normalmente, o aluno já vem com um preconceito da disciplina, no
qual impera a ideia de que a física é muito difícil, chata e não traz nada de interessante, uma vez que,
para ele, essa matéria é desligada da sua realidade diária. Por isso, os alunos já entram em sala de
aula com a certeza de que a física é uma disciplina que exigirá muito estudo, terá muitas fórmulas
e “pouco aprendizado”. Assim, a ideia central deste livro é, justamente, fazer com que o aluno seja
o protagonista dessa disciplina. Buscou-se, em todas as unidades, relacionar os conceitos físicos ao
mundo real dos alunos com o objetivo de despertar o interesse deles, assim como fazer com que eles
percebam que os assuntos vistos em sala de aula estão diretamente relacionados e sendo aplicados ao
seu mundo real. Em todas as unidades, foram inseridos links de vídeos e propostas de experimentos,
buscando deixar claro cada fenômeno estudado e sua conexão com o estudo da matemática, química,
biologia e geografia.
Acredita-se que o processo de ensino-aprendizagem exige motivação de professores e alunos,
por isso este livro foi escrito com o intuito de injetar uma motivação para que o aprendizado seja uma
consequência nesse processo.
Objetivos Gerais do Volume
•
Proporcionar o entendimento das relações de força e como elas interferem no movimento dos
corpos.
•
Apresentar e analisar as transformações de energia e seus efeitos nesses movimentos.
•
Explicar as forças envolvidas em sistemas hidráulicos e suas consequências.
Princípios Pedagógicos Gerais do Volume
Este livro foi concebido a partir da ideia central de que o aluno deve entender, primeiramente,
o fenômeno estudado e, para tanto, deve ter subsídios qualitativos a fim de que ele consiga, de fato,
ver esse fenômeno, seja por meio de um vídeo ou um experimento proposto. A partir da compreensão qualitativa do fenômeno, buscamos aperfeiçoar a visão do aluno apresentando a sua descrição
quantitativa, mostrando que, a partir disso, ele poderá prever como e quando determinados fenômenos ocorrerão.
Manual do Professor de Física Volume 1
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Articulação do Conteúdo
Quando se fala em grandezas e unidades de medidas, estabelece-se uma relação
com outras disciplinas, por exemplo: em química, há as medidas de massa e as reações; em geografia, as medidas de distância e, consequentemente, o estudo vetorial;
em matemática, o estudo da estática e sua importância nas engenharias, nos esportes
de alto rendimento e na ergonomia; em biologia, pode-se comparar o estudo de velocidades e acelerações ao crescimento de uma população; e assim por diante.
O princípio de conservação de energia é uma lei universal que determina o
comportamento de todos os sistemas, tanto os biológicos e físicos como os químicos.
O estudo da estática dos fluídos desempenha um papel fundamental não só na saúde
de mergulhadores e alpinistas como também quando vamos ao médico para medir
nossa pressão arterial. A sua importância reside, ainda, nas engenharias de construção
civil mecânica, naval e aeroespacial.
Atividades Complementares
Devido à restrição de espaço físico do livro e de tempo em sala de aula, durante
este volume inseriremos sugestões de vídeos, discussão em grupo e, em alguns momentos, experimentos simples com o objetivo de melhorar a compreensão do fenômeno
estudado, bem como corrigir alguma concepção espontânea equivocada do aluno.
Sugestão de Planejamento
Este livro foi elaborado para apoiar os processos de ensino e aprendizagem
da disciplina de física ao longo do primeiro semestre das modalidades de Educação
de Jovens e Adultos e Educação Profissional de Jovens e Adultos – Ensino Médio.
Nesse sentido, sugere-se que os conteúdos do livro sejam distribuídos em 18 semanas,
prevendo uma avaliação ao final de cada unidade.
As atividades complementares propostas (em forma de vídeos, simulações na
internet ou experimentos) deverão ser utilizadas ao logo da apresentação do conteúdo
e respeitar a evolução do aprendizado da turma.
As avaliações devem explorar tanto qualitativa como quantitativamente os
conteúdos.
Segundo as diretrizes do MEC para o ensino da física, as avaliações devem
ser essencialmente formativas, contínuas e processuais, visando ao acompanhamento
pedagógico dinâmico e integrador dos processos de ensino e aprendizagem. É desejável que se aplique uma variedade de instrumentos de avaliação – trabalhos individuais
ou em grupo; relatórios de atividades e experimentos realizados em sala ou em laboratório; avaliações formais ou testes para sistematizar determinado assunto; etc.
A observação e as avaliações diagnósticas permitem ao professor identificar e avaliar as habilidades cognitivas dos alunos, os procedimentos utilizados por eles para
resolver diferentes situações-problema, assim como suas atitudes em relação ao
conhecimento físico. Nesse sentido, a avaliação na disciplina de física deve verificar,
em aspectos gerais, se houve apropriação dos conceitos, leis e teorias que compõem o
quadro teórico da física pelos estudantes e se eles se tornaram capazes de aplicar tal
arcabouço teórico à realidade.
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Manual do Professor de Física Volume 1
Sugestões de Leitura
Como subsídio para fundamentar concretamente os conceitos
explorados em sala de aula, sugerimos ao professor a consulta constante
ao seguinte material:
• HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman,
2002. (Coleção Schaum).
• TIPLER, P. A. Física para cientistas e engenheiros. 6. ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2009.
•OBJETOS EDUCACIONAIS. Disponível em: <http://­
objetoseducacionais2.mec.gov.br/>. Acesso em: 18 nov. 2013.
•FEIRA DE CIÊNCIAS. Disponível em: <http://www.­
feiradeciencias.com.br/>. Acesso em: 18 nov. 2013.
Orientações Didáticas
Unidade 1
Orientações Gerais
Como esta unidade é o primeiro contato do aluno com a física,
é importante que o professor dedique especial atenção à compreensão
dos fenômenos físicos envolvidos, ligando-os ao cotidiano, privilegiando
exemplos observados pelo próprio aluno. É importante, também, preocupar-se com as unidades de medida e as ordens de grandeza envolvidas,
para que o aluno tenha noção numérica do fenômeno tratado.
Objetivos Gerais
•
Situar o aluno em relação às diferentes unidades de medida e grandezas físicas.
•
Explorar o conceito de força e suas aplicações no mundo real.
Conteúdos Privilegiados
•
Grandezas físicas e unidades de medida.
•
Conceito de força.
Manual do Professor de Física Volume 1
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Orientações Específicas e Respostas das
Atividades
Página 133
Abertura
Após a leitura da abertura, discutir as hipóteses levantadas pelos alunos, destacando as grandezas e os princípios físicos envolvidos nas questões,
os quais, em um primeiro momento, foram percebidos pelos seres humanos
sem ter conhecimento da física, para suprir a sua necessidade de explicar
o mundo. Posteriormente, tais observações foram aplicadas com o auxílio
dessa ciência. Pode-se observar isso no desenvolvimento do avião ou nas
formas cilíndricas dos foguetes, além de outros objetos que foram mais
recentemente vislumbrados via observação intuitiva, como as pranchas de
surfe e os discos voadores da ficção científica. Neste momento, cabe uma
reflexão sobre os porquês de a aeronave que sobe ao espaço ter sido vislumbrada na forma cilíndrica e a que desce do espaço na forma de disco.
Página 135
Análise
O objetivo da atividade é mostrar a importância dos problemas
gerados pela não padronização de um sistema de unidades.
Página 137
Pesquisa
Pedir aos alunos que realizem uma rápida pesquisa em casa sobre
o que significa cada uma das grandezas citadas no enunciado
desta atividade. Discutir brevemente com a turma as respostas
dadas.
Análise
6
A atividade tem o intuito de fazer os alunos aplicarem os conhecimentos adquiridos nas atividades anteriores. Incentivá-los a
selecionar as ferramentas que lhes parecerem mais adequadas
para medir cada objeto, dando continuidade à discussão sobre a
padronização de sistema de unidade.
Manual do Professor de Física Volume 1
Páginas 138-139
Análise
1)
Nesta atividade, mostrar ao aluno que a distância percorrida é diferente do vetor deslocamento. O aluno exercitará o trabalho com escala e a caracterização de um vetor em um
mapa real.
2)
a. v1 , v2 e v4 .
b. v1 , v2 .
c. Nenhum.
3)Resposta: alternativa d.
4)Resposta: alternativa b.
Página 140
Reflexão
Discutir rapidamente com a turma qual foi a ação feita em comum nas duas situações mostradas nas ilustrações e como a aplicação da força alterou o estado original do sistema
(latinha e carro). Coletar informações a respeito de situações cotidianas, nas quais os alunos consigam identificar a aplicação de uma força.
Página 141
Reflexão
É uma grandeza física vetorial, porque precisa de módulo, unidade, direção e sentido para
ser completamente caracterizada.
Página 142
Reflexão
Discutir com a turma, guiando-a de acordo com o que foi discutido anteriormente, fazendo
os alunos anotarem as conclusões alcançadas. Ao final do conteúdo desta página, já é possível desenvolver a ideia de que a massa do corpo não muda, o que muda é o seu peso.
Manual do Professor de Física Volume 1
7
Página 143
Análise
Resposta: alternativa c.
Neste exercício, possivelmente o aluno tentará calcular o peso do corpo na Lua. O objetivo
é justamente explorar esse conceito.
Página 145
Análise
Resposta: alternativa b.
Páginas 146-147
Análise
Mostrar aos alunos que o vetor apresentado no terceiro item da atividade corresponde à
soma vetorial dos vetores feitos no primeiro e segundo itens.
1)
a. Equipe da esquerda: 600 N e equipe da direita: 680 N.
b. Substituir, no lado esquerdo, por uma força de 600 N e, no lado direito, por uma de 680 N.
c. Em ambas as equipes, a direção de aplicação das forças é horizontal. O vetor força da
equipe da esquerda tem sentido da direita para a esquerda e o vetor força da equipe da
direita tem sentido da esquerda para a direita.
d. Como a equipe da direita aplica uma força total com módulo maior do que a da esquerda,
aquela será a vencedora.
e. O módulo da força resultante do sistema é 80 N, com direção horizontal e sentido da
esquerda para a direita.
2)
a. A força necessária para levar o navio da França ao Canadá está representada pelo vetor
força FAB .
b. Para se deslocar do Canadá até a Guiana Francesa, o vetor força necessário está representado por FBC.
c. Para se dirigir diretamente da França para a Guiana Francesa, o vetor força necessário é
representado por FAC .
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Manual do Professor de Física Volume 1
A
B
CANADÁ
FRANÇA
PORTUGAL
Acervo Editora
Mapa do transporte de mercadorias entre a França e a Guiana Francesa
CANADÁ
ESPANHA
MARROCOS
ARGÉLIA
OCEANO
ATLÂNTICO
MAURITÂNIA
MALI
C
VENEZUELA
GUIANA
FRANCESA
COLÔMBIA
N
BRASIL
Escala: 1:57.100.000
Aqui seria interessante pedir ao professor de matemática para abordar a regra do
paralelogramo em aula.
Páginas 148-149
Análise
Lembre-os de que está se adotando a convenção de que os vetores com sentido para a
direita são positivos, consequentemente, os vetores com sentido para a esquerda são
negativos.
1)
FR = 13 N.
2)Resposta: alternativa a.
Página 150
Análise
Lembrar os alunos que, quando se trabalha com forças inclinadas, normalmente, usa-se
como base o plano cartesiano (x e y).
1)Resposta: alternativa e.
2)Resposta: alternativa a.
Página 151
Debater com a turma sobre exemplos de sistemas que podem ser considerados partículas ou
corpos extensos, dependendo da análise que o observador fizer.
Adotar a convenção de que o vetor no eixo y, com sentido para cima, é positivo.
Manual do Professor de Física Volume 1
9
Página 152
Análise
Discutir com a turma exemplos de sistemas que podem ser considerados partículas ou corpos extensos, dependendo da análise que o
observador fizer.
Aplicação
Comentar com os alunos que o cabo de aço e a barra são inextensíveis,
ou seja, não sofrem deformações, e que o peso da barra será considerado mais adiante.
Páginas 154-155
Análise
1)Resposta: alternativa a (força-peso e tração nos cabos).
2)Resposta: alternativa a.
3)
a. mg = 60 kgf.
b. 4 crianças.
Página 156
Reflexão
Perguntar aos alunos em que situações eles podem identificar a grandeza
física torque. Demonstrar com a porta da sala.
Página 157
Reflexão
10
A unidade para torque no SI deve ser newton x metro (N·m).
Manual do Professor de Física Volume 1
Página 158
Análise
1)Resposta: alternativa b.
2)Resposta: alternativa b.
3)
F1 = 360 N·cm; F2 = 0; F3 = 400 N·cm.
Caso os alunos tenham dificuldade em fazer os experimentos devido
ao tempo, locomoção, etc., montar ao menos um dos desafios mostrados no vídeo indicado. Lembrá-los de que foi adotada a convenção de
sinais vista anteriormente.
Página 162
Análise
1)Resposta: alternativa c.
2)Resposta: alternativa c.
3)
FC = 16 Nm e FP 800 N.
Página 164
Trabalho Interdisciplinar
Trabalhar com os alunos dois aspectos pertinentes à questão, que são:
1)
Uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPI), no caso da foto, o
capacete, reforçando que muitas vezes são as leis da física que norteiam o uso de EPI e EPC (Equipamentos de Proteção Coletiva).
2)
A questão do comportamento do trabalhador, pois, conforme ele se
mexe ou movimenta seus membros, desloca o centro de gravidade de
seu corpo, e, por consequência, o ponto de equilíbrio. O aluno deverá
escolher uma profissão e analisar os conceitos de equilíbrio estudados.
Também deverá observar como os equipamentos de proteção são projetados ou escolhidos com base nas leis da física.
Manual do Professor de Física Volume 1
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Unidade 2
Orientações Gerais
Nesta unidade, o aluno terá contato com as leis que regem os movimentos dos corpos. Aqui,
é necessária especial atenção para que o aluno assimile e compreenda as definições básicas que o
acompanharão ao longo de todo o curso. Também é importante fixar os conceitos relacionados às
Leis de Newton, buscando sempre uma relação com situações simples vividas por todos nós em
algum momento do dia.
Objetivos Gerais
•
Ensinar os alunos a descrever os movimentos básicos, bem como os conceitos físicos a eles
relacionados.
Conteúdos Privilegiados
•
Referencial e movimento.
•Trajetória.
•Posição.
•Deslocamento.
•
Velocidade média.
•Aceleração.
•MRU.
•MRUV.
•
As Leis de Newton.
•
Força de atrito.
Nesta unidade, o professor deve dedicar um tempo maior para explorar o MRU, o MRUV e
as Leis de Newton.
Orientações Específicas e Respostas das Atividades
Página 165
Abertura
Fazer com os alunos uma leitura da imagem, questionando-os quanto às consequências de
se dirigir em velocidade acima do limite permitido, de dirigir sem cinto de segurança e de levar
crianças no banco da frente do carro. Utilizar algumas respostas dos alunos relativas a ser multado
e a sofrer acidentes, para destacar a preocupação com as leis de trânsito e com as leis da física.
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Manual do Professor de Física Volume 1
Em seguida, solicitar que leiam o texto de abertura da unidade. Para
finalizar, comentar que em uma colisão de um carro a 160 km/h com
um poste, por exemplo, temos o mesmo impacto que ocorreria caso o
carro caísse de uma altura de aproximadamente 100 m. Destacar que,
no momento do impacto, em poucos segundos, a aceleração do carro é
reduzida a zero, devido à força resultante ser igual ao produto da massa
pela aceleração (F = m · a).
Página 166
Análise
Discutir com os alunos quais são as grandezas físicas que o sistema do Google Maps deve usar como parâmetros para calcular
o tempo de trajeto. Chamar a atenção para o fato de que ele se
baseia em velocidades dentro dos limites estabelecidos por lei.
Neste momento, seria interessante destacar que o Google Maps
não “pensa”, o sistema somente faz cálculos utilizando fórmulas
da física.
Página 167
Reflexão
Conduzir uma breve discussão mostrando que a noção de parado
ou movimento sempre deve ser analisada, levando-se em conta
um referencial.
Página 168
Destacar que o símbolo ∆ é utilizado para representar a variação
de alguma grandeza. No caso, usa-se ∆x para representar a variação da
posição.
Página 169
Aplicação
Chamar a atenção dos alunos para o fato de que o carro não irá
parar imediatamente após serem acionados os seus freios.
Manual do Professor de Física Volume 1
13
Página 170
Análise
1)Resposta: alternativa e.
2)Resposta: alternativa e.
3)Resposta: alternativa b.
4)Resposta: alternativa d.
Página 171
Reflexão
Promover uma discussão com os alunos, lembrando que o programa Google Maps considera a velocidade média dentro dos
limites permitidos por lei e que essa velocidade é constante.
Aplicação
Destacar a ligação entre a inclinação do gráfico e o sinal negativo da velocidade. Lembre à turma de que o valor encontrado de
x = –11 m significa que o móvel está no lado negativo do nosso
sistema de referências.
Páginas 172-173
Análise
1)Resposta: alternativa e.
2)Resposta: alternativa e.
3)Resposta: alternativa b.
4)Resposta: alternativa d.
5)Resposta: alternativa c.
14
Manual do Professor de Física Volume 1
Página 175
Aplicação
Mostre aos alunos que o termo que multiplica t2 na função geral é dividido por 2.
a
→ · t2 ·
2
Análise
1)Resposta: alternativa b.
2)Resposta: alternativa a.
3)Resposta: alternativa c.
4)Resposta: alternativa c.
5)Resposta: t = 4 s.
Página 177
Relacionar o conceito de inércia com as situações apresentadas. Promover a discussão
com os alunos, buscando situações do cotidiano relacionadas ao conceito de inércia.
Página 178
Análise
Alguns alunos poderão argumentar que, quando trafegamos a uma velocidade
de 60 km/h, uma frenagem brusca não causará nada. No entanto, destaque que
a criança que está sem o cinto de segurança e certamente será lançada contra o
banco da frente ou contra o para-brisa, pois ela não teria forças para se apoiar em
algo nessa velocidade. Importante ressaltar que o mesmo ocorre com um adulto,
que pode sofrer sérios ferimentos, ainda que o carro esteja em baixa velocidade.
Reflexão
Chame a atenção dos alunos para o fato de que esta observação vai ao encontro do
que foi estudado na 1ª Lei de Newton, pois, para mudar o estado de movimento de
um corpo (parado ou em velocidade diferente de zero), devemos aplicar uma força
resultante diferente de zero.
Manual do Professor de Física Volume 1
15
Página 180
Análise
1)
a. Em ambos os casos, as velocidades final e inicial são as mesmas, o tempo
para parar será o mesmo e, consequentemente, as acelerações serão
iguais. Portanto, pela 2ª Lei de Newton, a força aplicada será maior no
móvel de maior massa, ou seja, a carreta.
b.
vcarreta
acarreta
Fcarreta
vcarro
c. acarreta = acarro = 0,5
acarro
m
s2
Fcarro
.
Fcarreta = 15 kN e Fcarro = 500 N.
d. A aceleração depende do tempo e das velocidades final e inicial, que são
iguais para ambos os casos. A força aplicada é proporcional à massa do
móvel.
2)Resposta: alternativa a.
Página 181
Reflexão
Devido à ação e reação.
Páginas 184-185-186
Reflexão
16
No primeiro quadro, o indivíduo empurra a caixa com grande dificuldade.
No segundo, ele coloca rodinhas sob a caixa, diminuindo a força necessária
para empurrá-la, tendo, assim, menos dificuldade.
Manual do Professor de Física Volume 1
Pesquisa
1)
A pesquisa do aluno provavelmente o levará a compreender que:
• Força de atrito é uma força que surge no contato mecânico
entre dois corpos em movimento e ela é sempre contrária a esse
movimento.
• Existe a força de atrito estático que surge quando aplicamos uma
força sobre um objeto, tentando colocá-lo em movimento, e cessa
no momento em que ele entra em movimento, dando lugar à força
de atrito cinética.
• O coeficiente de atrito é apresentado como um valor adimensional
(sem unidades), que representa o quanto o contato entre as duas
superfícies é lisa ou áspera.
• A força de atrito estático máxima é dada por Femáx = me · N e a força
de atrito cinético é dada por Fc = mc · N, em que me, mc e N são o
coeficiente de atrito estático, o coeficiente de atrito cinético e a
força normal aplicada sobre a superfície, respectivamente.
• Dentre os inúmeros exemplos em que o atrito é desejável, pode-se
citar: ao andar; ao fazer uma curva com o carro e não derrapar; o
atrito entre o papel e a ponta do lápis, que permite o ato de escrever; e, até mesmo, o atrito entre a linha e o tecido, que permite a
costura de roupas.
• Dentre as diversas situações em que o atrito não é desejado, podemos citar: o atrito entre o chão e o braço quando um skatista cai
durante uma manobra, o que pode causar bastante dor ou machucado; o atrito entre as peças de um motor de um carro, que causa
desgaste e aquecimento; um ônibus espacial quando entra na
atmosfera e atinge temperaturas elevadas devido ao atrito com
o ar; uma estrada extremamente áspera, que gera mais atrito aos
pneus, desgastando-os mais rapidamente e obrigando trocá-los
prematuramente.
• Para burlar o atrito em momentos nos quais ele não é desejado,
pode-se citar situações, como: o óleo que é colocado no motor do
carro; a pesquisa por materiais e aerodinâmicas mais eficientes,
reduzindo o atrito do ônibus espacial na entrada da atmosfera;
a construção correta e o uso de materiais com qualidade para a
construção de estradas, com o objetivo de o coeficiente de atrito
com os pneus estar dentro dos limites desejados; e, até mesmo, a
cera que passamos no carro, que, além de dar brilho, reduz o atrito
com o ar, diminuindo o consumo de combustível.
2)
µe =
3
≈ 0,58
3
3)Resposta: alternativa d.
Manual do Professor de Física Volume 1
17
4)
A aceleração do conjunto seria a mesma para ambos os casos:
F
F
, a força de contato no conjunto 1 seria: Fm,M = M ·
ea
m+M
m+M
F
força de contato no conjunto 2 seria: Fm,M = m ·
.
m+M
µc = 0,6; T = 12 N.
a=
5)
6)
a. FR = Px = 6 N.
b. t = 2 s.
Página 186
Sistematização
18
1)
Sugestão de resposta: Durante as discussões, o aluno perceberá que o
uso do cinto de segurança é necessário devido à 1ª Lei de Newton, ou
seja, a Lei da Inércia, a qual estabelece que, caso não seja aplicada uma
força pelo cinto para segurar o motorista ou passageiro durante uma
freada brusca, estes tenderão a continuar o seu movimento até atingir o
para-brisa.
2)
Sugestão de resposta: Oriente o aluno a perceber a relação entre a velocidade em o que o carro está andando, a aceleração necessária para
pará-lo bruscamente, a força dada pela 2ª Lei de Newton e a força de
atrito entre o pneu e o asfalto.
3)
Sugestão de resposta: É importante considerar com os alunos que o
asfalto é o mesmo e que o estado dos pneus dos dois carros é igual.
Diante dessas considerações, e analisando as questões anteriores, o
aluno deverá perceber que o carro com maior velocidade necessitará de
um maior espaço para parar.
4)
Sugestão de resposta: Com base nas respostas anteriores, o aluno já deverá
perceber que, caso o motorista do caminhão não acione permanentemente o freio, o veículo irá acelerar até atingir uma velocidade tal que
será extremamente difícil pará-lo ou realizar uma curva com segurança.
Manual do Professor de Física Volume 1
Unidade 3
Orientações Gerais
Depois de compreender as Leis de Newton na unidade anterior, o aluno está preparado, agora,
para uma interpretação de mais elevado nível nas leis de movimento. Aqui ele poderá analisar
as situações cotidianas estudadas anteriormente do ponto de vista da energia envolvida para este
processo. É importante que o aluno comece a interpretação de situações simples, evoluindo para
sistemas mais complexos, como o princípio de energia elétrica por meio de uma usina hidrelétrica.
Objetivos Gerais
•
Apresentar como o conceito de energia se manifesta em diferentes formas.
•
Explorar a sua aplicação em sistemas mecânicos.
Conteúdos Privilegiados
•Trabalho.
•Potência.
•
Formas de energia.
•
Energia mecânica total (EM).
Orientações Específicas e Respostas das Atividades
Página 187
Abertura
Na abertura desta unidade, é importante que o professor discuta com os alunos o que é sustentabilidade do ponto de vista energético. Além disso, discuta o porquê da adoção do horário de verão
na maioria dos estados brasileiros, bem como na maioria dos países desenvolvidos. Mostrar que, nos
últimos anos, a demanda por energia elétrica aumentou e continua em ascendência, evidenciando
o quanto é importante otimizar a utilização dos equipamentos que consomem esse tipo de energia,
pois esta provém de:
• Hidroelétricas, que é um recurso natural, mas que afeta muito a fauna e flora da região em
que é construída.
• Termoelétricas, que utilizam a queima de combustíveis fósseis; e de usinas nucleares, que
geram uma grande quantidade de lixo radioativo. Dessa forma, tanto um carro em funcionamento quanto uma lâmpada ou carregador de celular ligados consomem uma determinada
quantidade de energia, isso significa que, caso o seu funcionamento não seja necessário no
momento, estará ocorrendo um desperdício de energia, o que contribui tanto para a escassez de recursos como para uma crise econômica mundial.
Manual do Professor de Física Volume 1
19
Página 188
Reflexão
Iniciar a discussão dando exemplos óbvios de como a energia elétrica é consumida e, em seguida, oriente-os a buscar respostas, por exemplo: a energia
química consumida por um carro; a energia que retira-se dos alimentos para
poder viver; a energia solar que desenvolve a vida na Terra e que também pode
ser convertida em energia elétrica. Neste momento, é importante fomentar a
discussão e deixá-los expor seus conceitos adquiridos ao longo da vida.
Página 189
Análise
Na sequência de imagens (a), observa-se que inicialmente o indivíduo está próximo ao armário, mas não aplica força alguma sobre ele. Na sequência (b), ao
aplicar uma força maior do que a força de atrito estático máximo entre o armário e o chão, esse sujeito consegue deslocar o armário, levando dez minutos
para isso. Na sequência (c), ele empurra o armário no meio da sala, mas a sua
força é inferior à força de atrito estática máxima e não consegue movê-lo.
Com isso, é possível perceber que, provavelmente, o indivíduo deve ter aplicado
uma força de maior intensidade na sequência (b). Sendo que a força resultante
FR = Faplicada – Fatrito foi a responsável por colocar o armário em movimento.
Até o presente momento, o aluno ainda não tem a noção física de trabalho,
portanto as respostas quanto ao gasto de energia e ao trabalho realizado não
deverão ser rigorosamente analisadas. Por isso, é fundamental que o professor
retome essa discussão ao longo do capítulo.
Páginas 192-193
Análise
20
a.
T = 430 J.
b.
Tat = –430 J.
c.
Trabalho motor é o realizado pelo rapaz, e resistente é o realizado pela força de
atrito.
d.
TR= 0.
Manual do Professor de Física Volume 1
Páginas 194-195
Página 199
Análise
Análise
1)
T = 25 J.
2)
T = 190 J.
Página 200
Página 196
Análise
a.
T = 2 000 J.
b.
P = 1 000 W.
Aqui é importante mostrar que a energia elétrica que abastece nossas casas
tem origem em algum sistema gerador
desse tipo de energia, o qual, na verdade, transforma a energia inicial (a
qual está na natureza sob alguma outra
forma) em energia elétrica. No caso das
hidrelétricas, ao acumular água em um
reservatório, na verdade está se armazenando a energia que será convertida
em energia elétrica.
Página 198
Ec, ônibus
= 14.
Ec, automóvel
Análise
a.
Ep = 200 J.
b.
Ep = 80 J.
Página 201
Página 197
Reflexão
Resposta:
Análise
1)
Epe = 4 J.
2)
X = 0,1 m.
Página 203
Análise
1)Resposta: alternativa b.
2)Resposta: alternativa d.
3)
∆l = 0,04 m.
4)
t = 75 s.
Aplicação
Chamar a atenção dos alunos para o
sinal negativo no resultado da questão 2,
o qual indica que o trabalho é resistente.
Manual do Professor de Física Volume 1
21
Unidade 4
Nesta unidade, o aluno terá contato com um conteúdo novo e de
fundamental importância para que ele comece a compreender o funcionamento de boa parte dos equipamentos presentes em nosso cotidiano.
Esta unidade deve ser tratada com elevada atenção, principalmente
para turmas em cursos técnicos de formação industrial, em que o aluno
deverá entrar em contato, em algum momento, com sistemas hidráulicos
ou pneumáticos.
Orientações Gerais
Devido ao pouco tempo em sala para o acesso às atividades de
internet, sugerimos ao professor que proponha enfaticamente ao aluno
a realização destas pesquisas em outros momentos, podendo ser em sua
casa ou na própria escola.
Objetivos Gerais
•
Mostrar a relação de diferentes conceitos físicos ligados à mecânica
dos fluídos com situações cotidianas.
Conteúdos Privilegiados
•
Densidade absoluta (ρ) ou massa específica (µ).
•
Pressão (p).
•Empuxo.
Orientações Específicas e Respostas das
Atividades
Página 205
Abertura
A abertura desta unidade mostra a importância de conhecer os
conceitos relacionados à mecânica do funcionamento dos fluídos. Não
apenas por simples curiosidade ou para a construção de uma casa, mas
também porque esse conhecimento pode impulsionar a humanidade a
dar um novo salto tecnológico, o que levará os seres humanos a uma
melhor compreensão de um ambiente ainda pouco explorado na Terra:
os oceanos.
22
Manual do Professor de Física Volume 1
Página 206
Reflexão
Questionar os alunos sobre quais são os conhecimentos que eles
têm a respeito do assunto. Guiá-los nessa discussão e levá-los a
entender que os estados físicos da matéria que encontramos em
nosso dia a dia são o sólido, o líquido e o gasoso.
Importante: ao falar sobre os direfentes estados físicos, citar
exemplos, como a rocha, a água e o ar, e orientá-los a perceber a
direfença física entre cada elemento.
Página 207
Análise
O aluno encontrará as seguintes relações:
1
g
10–3 kg
= 103 kg/m3;
3 =1·
cm
10–6 m3
1
kg
kg
= 1 · –3 3 = 103 kg/m3.
L
10 m
Página 209
Análise
Discutir com os alunos possíveis aplicações para manômetros.
76
cm ≈ 25,3 cm; 2.0 h = 0; 3.0 hágua ≈ 10,3 m;
Resposta: 1.0 h =
3
4.0.
a. Pbomba = 2 000 Pa.
b. p = 7 000 Pa.
Aqui é importante chamar a atenção para o fato de que rotineiramente fazem-se aproximações nos cálculos físicos. Neste caso,
arredonda-se a aceleração gravitacional e o cálculo da área da
base da caixa.
Manual do Professor de Física Volume 1
23
Página 211
Pesquisa
Nesta pesquisa, os exemplos mais comuns são: o efeito sifão ao retirar
a gasolina do tanque de combustível do carro com uma mangueira, e o
sistema de distribuição de água em uma cidade ou casa (por meio de
reservatório elevado). Na natureza, observa-se o sistema de distribuição
de água que permite a existência de fontes e lagos por meio de dutos
subterrâneos naturais e o escoamento de água em diversos rios que se
comunicam.
Página 212
Análise
76
1)
h=
2)
h = 0.
3)
hágua ≈ 10,3 m.
3
cm ≈ 25,3 cm.
4)
a. Pbomba = 2 000 Pa.
b. p = 7 000 Pa.
Página 213
Análise
24
Muito provavelmente, as respostas dos alunos serão:
• para o item (1), no fundo do oceano, o que está correto.
• para o item (2), porque tem mais água, o que está errado.
Comentar com a turma que se a piscina estiver no mesmo nível que o
oceano (nível do mar), ambos terão a mesma pressão na mesma profundidade. Se a piscina estiver em qualquer outro lugar acima do nível
do mar, o oceano terá mais pressão, uma vez que a coluna de atmosfera seja maior (não a quantidade de água). Porém, no caso, o fundo da
piscina não está na mesma profundidade do fundo da fossa abissal no
oceano, que pode chegar à profundidade de 10 994 metros, a pressão
maior será encontrada no fundo da fossa abissal no oceano.
Manual do Professor de Física Volume 1
Página 215
Pesquisa
Tecnologicamente, encontram-se vasos comunicantes nos vasos sanitários,
que mantêm uma determinada quantidade de água no fundo sempre, após
cada descarga de água, e o sifão utilizado em baixo da pia, que, pelo mesmo
princípio, evita o retorno de mau cheiro da tubulação de esgoto.
A existência de vasos comunicantes entre lagos que se comunicam por
canais subterrâneos é o que permite a existência de poços artesianos.
Páginas 217-218
Análise
1)Resposta: alternativa e.
2)Resposta: alternativa a.
3)Resposta: alternativa e.
Página 219
Reflexão
É importante relembrar os alunos que erguer um corpo qualquer na água
é mais fácil do que erguê-lo fora dela. Coletar a impressão deles sobre o
assunto e armazenar as respostas para uma reflexão ao final do capítulo.
Páginas 221-223
Análise
1)Resposta: alternativa e.
2)Resposta: alternativa d.
3)Resposta: alternativa c.
4)Resposta: alternativa a.
Manual do Professor de Física Volume 1
25
Página 223
Sistematização
a. p = 722·105 Pa.
b. 722 vezes maior que a pressão atmosférica ao nível do mar.
c. F = 361·105 N.
d. Considerando este submarino mergulhado em situação de equilíbrio, temos que o
empuxo será igual ao seu peso, ou seja, E = 22·104 N.
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Manual do Professor de Física Volume 1