Guia do Professor
Vídeo
Os Curiosos – Trabalho e
Potência
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Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos – Trabalho e Potência - Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 20 de outubro de 2010
Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
Ficha de Catalogação
Tema: Trabalho e Potência.
Série escolar: 1ª série do Ensino Médio.
Tempo de duração do vídeo: aprox. 10 minutos.
Tempo sugerido/previsto para utilização do vídeo: 1 aula de 50 minutos.
Pré-requisitos:
Conceitos de: força, deslocamento e aceleração da gravidade;
Unidades de medida: força, tempo e comprimento.
Objetivos da atividade:
Problematizar os conceitos de trabalho e potência;
Compreender as transformações de energia;
Conhecer as unidades de medida relacionadas.
Introdução
Caro professor este vídeo foi desenvolvido visando discutir e problematizar com
os alunos do Ensino Médio o tema Trabalho e Potencia.
Esse assunto é aparentemente fácil de ser trabalhado, talvez surjam algumas
duvidas no momento em que a Força aplicada não esteja alinhada ao
movimento, e seja necessário rever e/ou introduzir alguns conceitos básicos de
vetores e de trigonometria.
O conceito de potencia também não tem segredos, basta dividir o trabalho
realizado pelo tempo. Do ponto de vista matemático esse assunto não é
complicado, porém a simples “decoreba” de fórmulas e unidades não significa
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uma real assimilação dos conceitos físicos de Trabalho e Potencia. Como
contextualizar esse assunto, deixando os conceitos mais próximos do dia-dia do
aluno?
Por definição, trabalho é o produto da projeção força sobre a direção do
deslocamento pela distância que o objeto se desloca. E se não houver
deslocamento, mas existir uma força sendo aplicada ocorreu um trabalho? Não.
Por exemplo, um homem tentando inutilmente empurrar um caminhão: se o
caminhão permanecer parado por maior que seja a força que ele faça,
novamente não ocorrerá trabalho.
Dessa forma existem várias situações em que parece ocorrer trabalho e na
verdade não ocorre. Esse tipo de exemplo leva o aluno a repensar situações de
seu cotidiano, assimilando os novos conceitos envolvidos.
Na vida pratica temos interesse em que determinado trabalho seja realizado no
menor tempo possível. Entre duas máquinas que realizem o mesmo trabalho,
preferimos sempre a mais rápida, logo o tempo gasto para realizar o trabalho
torna-se muito importante. Meu carro é muito potente. Comprei um aparelho de
som super potente! Qual a potencia do chuveiro? Mas afinal, o que é potencia?
Conceitualmente potencia é a razão entre o trabalho realizado e o tempo gasto,
porém como visualizar e/ou trabalhar esse conceito?
Na apresentação do vídeo a equipe vermelha demonstra que quanto mais
rápidas forem as “pedaladas” do estudante, maior será a intensidade luminosa
da lâmpada, inclusive mostra que quando o movimento dos pedais é
interrompido (momento em que o aluno Pietro fica exausto) a lâmpada apaga.
Isto pode ser explicado de duas maneiras:
a) (TRABALHO E POTÊNCIA): Aumentando-se a força, aumenta-se o trabalho
realizado. Considerando-se um mesmo intervalo de tempo, podemos concluir
que a potencia também deveria aumentar. Para uma lâmpada, quanto maior
a potencia dissipada em seu filamento, maior será sua intensidade luminosa
assim, quando o estudante para de pedalar a potencia fica nula (sem
deslocamento não existe trabalho) e a lâmpada apaga;
T = F . d . cos(θ)
Onde: T é o trabalho realizado; F é força aplicada ao movimento; d é a
distancia percorrida e θ é a abertura angular entre a direção do movimento e a
força aplicada. E a potência é dada por:
P=T/t
Onde: P é a potencia; T é o trabalho realizado e t é o tempo gasto na realização
do trabalho.
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b) (ENERGIA CINÉTICA – ENERGIA ELÉTRICA) A energia cinética contida no
movimento dos pedais é transformada em energia elétrica pelo dínamo.
Quando se aumenta a velocidade, aumenta-se a energia cinética e
conseqüentemente a energia elétrica que esta sendo repassada para o a
lâmpada. Quanto mais energia elétrica (para um mesmo intervalo e tempo),
maior a potencia dissipada e conseqüentemente aumenta-se a intensidade
luminosa da lâmpada.
ΔEm = T
Onde: ΔEm é a variação da energia mecânica e T é o trabalho realizado.
A equipe azul irá demonstrar a diferença de potencia para duas atividades
(trabalho) iguais, quando realizadas em intervalos de tempo diferentes. Assim o
estudante que levantar o peso mais rápido (menor tempo) fornece uma
potencia maior. Essa situação pode ser explicada e/ou resumida novamente por
duas maneiras:
a) A variação de altura de um objeto indica que houve variação de energia
potencia gravitacional, conseqüentemente um trabalho foi realizado. Quanto
mais rápida essa variação de energia maior a potencia empregada;
b) Para elevar uma massa a certa altura é necessária uma força (contraria ao
peso), assim se existiu simultaneamente um deslocamento e uma força, foi
realizado um trabalho. Quanto mais rápida a realização do trabalho maior
será a potência empregada.
Acreditamos que o vídeo é um excelente meio de comunicação integrador e
motivador para os alunos. Ele aproxima a sala de aula do cotidiano, das
linguagens de aprendizagem e comunicação da sociedade, assim como também
introduz novas questões no processo educacional.
Dicas para utilização do vídeo
Os vídeos do projeto “Acessa Física” foram desenvolvidos pensando em
problematizar situações físicas presentes no cotidiano dos alunos. Em cada
episódio, alguns jovens curiosos resolvem problemas e vivenciam situações
inusitadas e curiosas, instigadas inicialmente por um Professor de Física.
Todas as mídias têm por objetivo ser um meio de comunicação integrador e
motivador para os alunos. No entanto, a maneira como, você, professor irá
utilizá-lo pode variar.
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O Vídeo pode ser Motivador – Nesse caso o professor poderá utilizá-lo antes da
discussão e explicação do tema do vídeo. As tramas podem ser utilizadas para
introduzir um novo assunto, já que objetivam despertar a curiosidade e
motivação para o tema a ser discutido.
Ou, o Vídeo pode ser Demonstrativo – Nesse caso deverá ser utilizado após a
discussão e explicação do tema do vídeo. O professor pode optar em abordar e
explicar a temática em questão antes de sua utilização, e assim a mídia ajudará
a mostrar e levantar novas questões referentes às explicações e discussões já
vividas em sala.
Há também a possibilidade do Vídeo ser utilizado como Suporte de Ensino –
Nesse caso pode ser usado durante a explicação do professor, nem antes nem
depois. As tramas podem ser utilizadas para responder questões, assim como
para levantar outras.
Todos os vídeos têm duração de aproximadamente 10 minutos, mas é
importante que o professor se prepare e planeje suas aulas da melhor maneira
visando cumprir os seus objetivos específicos de ensino, levando em
consideração o tempo previsto para execução da atividade, e discussão da
temática.
É importante destacar também, que cada turma reage de uma maneira frente à
exibição dos vídeos, o guia do professor traz algumas sugestões de como
utilizar e também se preparar para a aplicação da peça, dará subsídios para
questões prévias e desafios interessantes para que essa atividade atenda o
propósito para a qual você professor planejou.
Leia atentamente o guia a seguir, assista ao vídeo proposto e boa atividade à
todos!
Sinopse
Essa atividade irá abordar o tema “trabalho e potência”. Esse assunto será
apresentado na forma de dois desafios propostos a dois grupos de estudantes,
o azul e o vermelho.
O grupo vermelho realizará uma demonstração onde irão produzir corrente
elétrica com auxilio de uma bicicleta e de um dínamo. Ao pedalar a bicicleta, o
deslocamento da roda irá acionar o dínamo que irá produzir uma corrente
elétrica responsável por acender uma lâmpada.
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O grupo azul realizará uma demonstração onde dois estudantes levantarão
alguns pesos com auxilio de cordas realizando um trabalho. No decorrer da
apresentação os estudantes irão cronometrar o tempo gasto no movimento e
descobrir quem aplicou maior potência durante o experimento.
Preparação
Antes da exibição do vídeo, sugerimos ao professor que:
Assista ao vídeo antes para conhecê-lo – É importante que o professor assista
atentamente o material, atente-se as questões e situações levantadas, cheque
a qualidade da cópia e deixe preparado no ponto exato para a exibição.
O professor, sem antecipar as situações do vídeo, pode instigar os alunos a
pensar sobre o tema da atividade com questionamentos.
1. Quando um saltador em queda livre abre seu pára-quedas
imediatamente sua velocidade começa a diminuir até ficar constante.
Nesse caso ocorreu um trabalho?
Resposta: No momento da queda livre o pára-quedista possui uma energia
cinética que esta relacionada com o modulo de sua velocidade. A partir do
momento em que a velocidade começa a diminuir ocorre uma variação de
energia cinética conseqüentemente ocorre um trabalho. O trabalho é realizado
pelo pára-quedas, e por estar em sentido contrario ao movimento, é
denominado trabalho resistente.
2. Um atleta olímpico consegue levantar 150Kg a 2 metros de altura em
aproximadamente 6 segundos. Um pedreiro em um dia de serviço
consegue jogar 2000 tijolos de 250 gramas a 4 metros de altura em
aproximadamente 4 horas. Qual dos dois realiza o maior trabalho? E
qual emprega maior potencia? Considerando g = 10m/s2
Atleta
T = Fpeso x d
T = 150 x 10 x 2
T = 3000 J
P=T/t
P = 3000 / 6
P = 500 W
Pedreiro
T = Fpeso . d
T = 0,25 x 10 x 4
T = 10J (x 2000 tijolos)
T = 20000 J
P=T/t
P = 20000 / 4 x 60 x 60 (tempo
em segundos!)
P = 1,39 W
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Resposta: Por incrível que pareça, o pedreiro realiza um trabalho muito maior
que o atleta olímpico. Porém como seu movimento é rápido, o atleta emprega
uma potencia muito maior.
O professor pode optar também por somente informar os alunos do que se trata
e pedir que eles apresentem idéias e hipóteses sobre o que irão assistir. Estas
informações podem ser anotadas coletivamente ou individualmente pelos
alunos em um exercício de reflexão sobre “o que eu sei”. Nessa atividade os
alunos poderão escrever o que sabem sobre o tema a ser abordado.
Durante a atividade
Atente-se para as cenas mais importantes e anote-as para uma posterior
discussão. É importante também observar as reações do grupo: como eles
reagem à exibição do vídeo. Se achar necessário, pause a exibição do vídeo
para esclarecer e discutir a(s) passagem(s) que julgar interessante. A seguir
destacaremos algumas informações importantes para uma melhor assimilação
dos conceitos, serão explicadas também algumas citações do físico, que não
foram explicadas durante a apresentação do vídeo:
a) Rendimento: Durante um processo nem toda energia despendida por uma
maquina é realmente convertida em trabalho. Para indicar essa eficiência foi
criado o conceito de rendimento. Representado pela letra grega η, onde η =
Eu / Et (Eu é a energia útil e Et é a energia total despendida pela máquina).
Como uma máquina não pode realizar mais trabalho do que a energia total,
essa escala de rendimento está entre 0 e 1.
b) Massa e Peso: A massa é uma grandeza física fundamental, ela dá a
medida da inércia ou da resistência de um corpo em ter seu movimento
acelerado. Enquanto que peso é a força gravitacional sofrida por um corpo
na vizinhança de um planeta ou de outro corpo celeste de massa
significativa:
P=mxg
Segundo o Sistema Internacional a unidade de massa é o quilograma (Kg) e
a de força peso é o Newton (N);
c) Teorema da Energia Cinética: é um teorema da mecânica clássica,
segundo o qual, o trabalho realizado sobre um corpo por uma força é igual à
variação da energia cinética do corpo:
T = ΔEc
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d) Experimento de Joule: James Prescott Joule determinou as leis da
termodinâmica e os princípios da transformação de energia e estabeleceu a
quantidade de trabalho mecânico necessária para produzir uma unidade de
calor. O experimento para determinação dessa quantidade de calor consistia
em pesos que foram ligados a um eixo com algumas pás submersas em
água. Quando os pesos eram soltos de uma determinada altura faziam com
que as pás girassem, agitando e aquecendo a água. Quanto maior a altura
ou maior o número de repetições, mais aquecida ficava a água. De maneira
resumida a Energia Potencial Gravitacional dos pesos era transformada em
Energia Térmica responsável pelo aquecimento da água. Pelo aumento da
temperatura foi possível medir a quantidade de calor transferida:
Epg  Et
m1 . g . h =K m2 . c. ΔT
Onde: m1 é a massa presa ao fio; g é a aceleração gravitacional no local; h é
a altura de m1; m2 é a massa de água; c é o calor especifico da água e ΔT é
a variação de temperatura da água e K é a constante de transformação entre
a unnidade mecânica de energia ou trabalho, ou joule, e a unidade de
energia térmica, a caloria. (1,0 cal = 4,18 Joules).
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Depois da atividade
Depois da exibição do vídeo professor, você pode re-ver as cenas mais
importantes ou que considerar difícil, ou, se achar necessário, exibi-lo uma
segunda vez, chamando a atenção para determinadas cenas, diálogos,
situações.
É importante que o grupo (professor e alunos) desenvolva uma conversa sobre
o vídeo, destacando questões, dúvidas, e comentários sobre a mídia.
Pode-se também resgatar a dinâmica em que os alunos refletem e escrevem
em uma folha, agora sobre “o que aprenderam”, ou seja, eles escreverão sobre
algo novo que tenham aprendido com o vídeo. Podem ainda trocar a folha com
os colegas.
Durante as discussões, ou mesmo durante a apresentação do Vídeo, outras
passagens (típicas do cotidiano de jovens em idade escolar) podem ser
exploradas, como por exemplo:
Potencia de aparelhos eletrônicos
Diferença entre potencia e torque em motocicletas;
Rendimento energético do corpo humano quando comparado a uma
maquina térmica;
Trabalho realizado pela força de atrito em planos inclinados
Trabalho realizado pela força de arraste em objetos em queda livre.
O trabalho não está restrito somente ao estudo da Mecânica, este mesmo
conceito também aparece em Termologia e Eletromagnetismo. Com objetivo de
aproximar essas áreas da Física seguem outros temas que podem ser trabalhos
como conteúdo de aprofundamento.
TERMOLOGIA
Imaginemos um gás, aprisionado num cilindro dotado de um pistão móvel, de
área A. Quando aquecido, a pressão do gás aumenta forçando o pistão se
deslocar Δx, com uma força proporcional a pressão do gás e a área do pistão.
Essa passagem ilustra o trabalho realizado por um gás aquecido e pode ser
resumido matematicamente em:
T = (P . A) . Δx
T=F.d
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ELETROMAGNETISMO
Quando uma carga elétrica é colocada próxima a um campo elétrico uniforme,
ela sofre um deslocamento causado por uma força elétrica que é proporcional
ao valor da carga e do campo elétrico. Nesse caso dizemos que o trabalho foi
realizado pelo campo elétrico. Essa passagem pode ser matematicamente
resumida em:
T = (q . E) . d
T=F.d
Avaliação
Avalie o efeito do segmento apresentado. Você pode perguntar aos seus alunos
o que eles aprenderam, se o vídeo lhes forneceu idéias claras, se ficaram
dúvidas ou ainda se eles gostariam de assistir outros vídeos sobre a temática.
Sugerimos como possibilidade de avaliação um momento em que os alunos
opinem e comentem a atividade, no sentido do professor agora solicitar aos
alunos que eles relatem e discutam o vivenciado em sala de aula:
1. Como eles narrariam e resumiriam o vídeo e as discussões desenvolvidas em
sala de aula para os alunos que faltaram (por exemplo)?
2. Que outras questões eles fariam sobre o assunto trabalhado?
3. Quais outras informações gostariam de ter?
4. Pesquisas entre os alunos sobre as demais questões e informações
solicitadas seguidas de apresentações por eles.
Atividades Complementares
Vídeo do Projeto Acessa Física “Energia”.
Vídeo do Projeto Acessa Física “Leis de Conservação de Energia”.
Vídeo do Projeto Acessa Física “Mecânica”.
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Software do Projeto Acessa Física “Leis de Conservação de Energia” –
Conservação de Energia.
Experimento do Projeto Acessa Física “Energia” - Transformações de Energia.
Áudio do Projeto Acessa Física “Energia” - De onde vem a energia que
usamos na nossa casa?
Para Saber Mais
GASPAR, A. Física Volume Único, 1°Edição – São Paulo: Ed. Ática, 2008
HALLIDAY, D.; RESNICK, R. & WALKER, J.; Fundamentos de Física. In:
aceleração de queda livre. Ed. LTC. 6ª ed. Rio de Janeiro-RJ. 2002.
MÁXIMO; ALVARENGA. Curso de Física. v. 1. São Paulo: Scipione, 2006
GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física, Leituras de Física 1. São
Paulo: IFUSP, 1996. Disponível em: http://www.if.usp.br/gref/mec/mec3.pdf .
Acesso em maio/2008.
GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física, – Física 2: Física Térmica /
Óptica / GREF. 5°. edição. São Paulo: Ed. da Universidade de São Paulo, 2002.
GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física – Física 3: Eletromagnetismo
/ GREF. 3°. edição. São Paulo: Ed. da Universidade de São Paulo, 1998.
http://www.lepten.ufsc.br/publicacoes/boiling/periodicos/2009/SBF/passos.pdf
acesso em: 13/10/2010.
http://www.rumoaoita.com/materiais/ishizaka/mecanica/6.php
acesso em: 13/10/2010.
http://educacao.uol.com.br/fisica/massa-e-peso.jhtm
acesso em: 13/10/2010.
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Créditos
Projeto Acessa Física
Instituição Executora IBTF - Instituto Brasileiro de Educação e
Tecnologia de Formação a Distância
Parceiros CDCC - Centro de Divulgação Científica e
Cultural – USP
IEA - Instituto de Estudos Avançados - São
Carlos – USP
Concepção de Linguagem Cao Hamburger
Concepção e Revisão de Prof. Carlos Alfredo Argüello
Roteiros Prof. Dietrich Schiel
Prof. Yvonne Primerano Mascarenhas
Prof. Carolina Rodrigues de Souza
Prof. Paulo Roberto Mascarenhas
Prof. Márcio Leandro Rotondo
Prof. Naylor Ferreira de Oliveira
Prof. Ana Aleixo Diniz
Prof. Felipe Castilho de Souza
Prof. Herbert Alexandre João
Carolina Codá
Coordenador Pedagógico Hamilton Silva
Apresentação Professores – Márcio Miranda e Luis Nunes
Patrícia – Bruna P. dos Santos
Marina – Yasmim Karina Reis
Marcelo – Thomas Canton Miranda
Jana – Natália Belasalma
Edu – David Narciso
Jonathan – Renato Capella
Livia – Zoe Yasmine Miranda Sá Dall’igna
Luize – Ana Carolina Garbuio
Pietro - Bruno Garbuio
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Iara – Letícia Ferreira
Maurício – Lauro De Paiva Pirolla
Fernanda – Nicole Santaella
Carol – Andressa Barbosa C. Gomes
Bruno – Lucas Matsukura
Caio – Wesley Soalheiro de Souza
Pedro – Victor Casé de Souza Oliveira
Beto – Renato Augusto G. Rodrigues
Renata – Luiza Campos Martins
Felipe – Adans Paulo
Paulo – Rafael Augusto Montassier
Direção Glauco M. de Toledo
José Pinotti
Julio Peronti
Carlos Henrique Branco
Wagner Netto
Produção Danny Santos
José Pinotti
Paulo Mascarenhas
Taciana Previero
Wagner Netto
Roteiros Claudio Ferraraz Jr.
Francisco R. Belda
Glauco M. de Toledo
Luiz Salles
Renato Capella
Roger Mestriner
Direção de Fotografia Adriano S. Barbuto
Fabio Tashiro
Edição e Finalização Danny Santos
Elói Beltrami Doltrário
Fernando Rodrigues
Ivan M. Franco
Rodrigo Pio
Animação 3D André Fonseca Silva
Som Direto Wagner Netto
Adans Paulo
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Sound Designer Alexey Rodrigo
Adans Paulo
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