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Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos – Leis de Conservação de Energia - 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
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Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos – Leis de Conservação de Energia - 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
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Ficha de Catalogação
Tema: Leis de Conservação de Energia.
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:
Conceito de energia;
Conceito de Energia Potencial Gravitacional;
Conceito de Energia Cinética.
Objetivos da atividade:
Explicar o fenômeno de conservação de energia.
Introdução
Caro professor, este vídeo foi desenvolvido visando discutir e problematizar, com os alunos do ensino médio, o tema conservação de energia – com
destaque para diferenciar formas de comprovar a conservação de energia com enfoque na transformação de energia potencial gravitacional e energia cinética.
Normalmente o conceito de energia é confundido pelos alunos com o conceito
de força, e como essas palavras são usadas em diferentes contextos no nosso dia-a-dia.
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 urbana, como também introduz novas questões no processo educacional.
Guia do Professor – Vídeo – Os Curiosos – Leis de Conservação de Energia - Versão 1.0
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Para o desenvolvimento dessa temática são apresentadas situações referentes ao cotidiano dos alunos, através de situações curiosas e inusitadas vividas por
nossos jovens curiosos, sempre se baseando em questionamentos e situações problematizadoras.
Mas afinal, o que é conservação de energia? Como fazemos para dissipar menos
energia?
Durante a discussão desse fenômeno, ressalte a importância de se buscar cada vez mais sistemas não dissipativos, ou seja, sistemas em que temos a energia
fornecida sendo de fato transformada em energia útil para realizar trabalho.
O vídeo irá propor situações inusitadas e curiosas do cotidiano, visando auxiliar
o aluno a compreender o princípio de conservação de energia.
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.
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.
O Vídeo pode ser também Demonstrativo ou Investigativo – 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. As apresentações podem ser utilizadas para responder questões, assim como para levantar
outras.
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Todos os vídeos têm duração de 10 minutos, mas é importante que o professor se prepare e planeje suas aulas e forma de aplicação da melhor maneira para
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 forma diferente à
exibição dos vídeos, o guia do professor traz algumas sugestões de como utilizar e se preparar para a aplicação da peça e dá subsídios para questões
prévias e desafios interessantes para que essa atividade atenda o propósito para a qual você, professor, a planejou.
Leia atentamente o guia a seguir, assista ao vídeo proposto e boa atividade a todos!
Sinopse
Esta atividade é uma sugestão para trabalhar o tema Conservação de Energia.
No vídeo, os curiosos são convidados a demonstrar através de experimentos, que também poderão ser realizados pelos alunos em sala de aula, situações
onde ocorre variação de energia e como essa energia pode ser conservada em
diferentes contextos.
É importante saber que, experimentalmente não se conhece a energia de um sistema, somente podemos medir suas variações durante processos físicos,
químicos ou biológicos.
No vídeo, os curiosos são convidados a demonstrar através de experimentos, que também poderão ser realizados pelos alunos em sala de aula, situações
onde a conservação de energia mecânica pode ser estudada por meio de choques elásticos. O vídeo enfoca o problema particular da queda simultânea de
duas bolas, uma em cima da outra, que chocam-se com o solo e entre si provocando um efeito surpreendente.
Preparação
Antes da exibição do vídeo, sugerimos a você, professor, que:
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Assista ao vídeo antes para conhecê-lo – É importante assistir atentamente ao
material. Atente-se às questões e situações levantadas, cheque a qualidade da cópia e deixe preparado no ponto exato para a exibição.
Informe aos alunos somente aspectos gerais do vídeo (autor, duração, tema).
Não interprete, nem antecipe as questões que serão tratadas no vídeo, para que ele não se torne mera demonstração do já discutido. Deixe que cada um
possa fazer a sua leitura.
Sem antecipar as situações do vídeo, pode instigar os alunos a pensar sobre o
tema da atividade com questionamentos.
Exemplos de questionamentos:
De onde vem a energia que usamos para correr?
Por que um corpo, a certa altura, “ganha” velocidade ao ser solto?
O que é trabalho?
E na física, o que vocês acham que é trabalho?
Possivelmente os alunos irão associar energia à força e também a palavra
trabalho ao ato de prestar serviços. Não se preocupe! Peça para que eles anotem essas observações e assistam ao vídeo procurando compreender as
respostas apresentadas. Ao final do vídeo vocês terão oportunidades para
discutir a fundo esses conceitos.
No entanto, essas menções são bastante importantes e motivadoras. Elas ajudam a criar um clima descontraído e propício para a discussão sobre a
conservação de energia e qual a relação desse fenômeno com as colocações feitas por eles.
A busca por esses exemplos corresponde a uma rica atividade e motivação para
assistirem ao vídeo.
Não se preocupe, nesse momento da atividade, em encontrar respostas corretas e únicas, mas em despertar as dúvidas e questionamentos sobre os
conceitos que serão abordados e desenvolvidos nessa mídia.
O professor pode optar também por somente informar os alunos do que se trata
e pedir que eles apresentem ideias 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.
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Cuidado professor com as concepções alternativas dos alunos relacionadas ao tema velocidade relativa. Muitos alunos têm dificuldade em entender esse
conceito. Um exemplo do cotidiano que pode ajudar a compreender a definição de velocidade relativa é o choque entre dois carros com velocidades opostas.
Durante a atividade
Atente-se às cenas mais importantes e anote-as para uma discussão posterior.
É importante também observar as reações do grupo: como eles reagem à exibição do vídeo.
Se necessário, pause a exibição do vídeo para esclarecer e discutir a(s)
passagem(s) que julgar interessante.
Pode-se também atribuir uma tarefa aos alunos relacionada ao conteúdo do segmento do vídeo que estão prestes a assistir (uma questão, uma pesquisa ou
mesmo uma observação). Os alunos, por exemplo, deverão anotar as informações que foram solicitadas. Dessa forma, dois objetivos serão atingidos
através desta atividade: primeiro, que os estudantes prestem atenção durante o segmento, e segundo, que estejam alerta às respostas que foram solicitadas.
Questão abordada no vídeo:
Como podemos demonstrar que a energia se conserva?
Energia e matéria são grandezas da física que possuem algumas particularidades. De acordo com a teoria da relatividade, podem se transformar
uma na outra, sendo o conteúdo de energia e matéria do Universo uma constante desde sua criação.
No vídeo, para destacar esse aspecto, abordamos esses conceitos apenas como
utilizados em mecânica clássica, sendo de interesse dois tipos de energias: a energia potencial gravitacional e a energia cinética.
Para que haja transformação de energia é necessário que alguma força realize
trabalho. Então, quando levantamos um objeto estamos „gastando‟
(transformando) energia do nosso corpo e fornecendo energia para o corpo levantado. Quanto maior a altura que levantamos esse objeto, maior será a
quantidade de energia que ele terá acumulado para transformar em energia de movimento.
Outro fator que irá influenciar é a massa do corpo em questão, pois quanto
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maior a massa, maior a energia potencial do corpo.
Ep = m . g . h
Em que Ep = energia potencial gravitacional
m = massa g = aceleração da gravidade
h = altura
Quando soltamos o objeto ele irá transformar toda a sua energia potencial
gravitacional em movimento, ou seja, em energia cinética. Conforme o objeto cai, maior é a velocidade que ele adquire, ou seja, ele diminui sua energia
potencial gravitacional e aumenta sua energia cinética. Se considerarmos um sistema em que não existe dissipação de energia mecânica, ao chegar ao chão,
toda a energia potencial será transformada em energia cinética.
Ec = m . v2
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Onde temos:
Ec = energia cinética m = massa
v = velocidade
Chamamos então de energia mecânica total a somatória dessas duas energias,
e o seu valor será constante durante todo o percurso:
Em = Ep + Ec
Admitindo choques perfeitamente elásticos (não há dissipação de energia), o vídeo apresenta duas experiências que envolvem o conceito de conservação de
energia mecânica.
No experimento apresentado pela equipe vermelha, os curiosos se decepcionam com o fato de a bolinha não voltar para mão deles, o que os faz questionar se a
energia é ou não conservada naquela situação. Porém, não podemos esquecer que não estamos em um sistema ideal, com choques perfeitamente elásticos e
no vácuo. Devido a isso, parte da energia potencial gravitacional da bola é dissipada sob forma de calor.
Inicialmente consideremos a queda de uma única bola de massa m de uma altura h até atingir o solo.
Para a queda livre de apenas uma bola de massa m resulta-se que:
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Energiainicia = Energiafinal
m g h = mv2/2
h = v2/2g (1)
E a bola atinge, após o choque com o solo, a mesma altura h.
Quando o sistema é constituído por duas bolas, estando uma bola leve sobre uma bola de massa muito maior, a equipe observa que, após o choque da bola
de maior massa com o chão, a bola mais leve sobe a uma altura bem maior que a de onde foi lançada.
A bola de cima possui uma massa muito menor do que a bola de baixo. Qual a altura que a bola de cima irá atingir após o choque? Como é mostrado no vídeo,
a altura que a bola de cima alcança é muito maior do que sua altura inicial h. Mas qual será sua altura máxima?
Para nosso estudo iremos desprezar o atrito com o ar e considerar um choque
perfeitamente elástico.
Quando as bolas são soltas, a energia potencial gravitacional da bola de cima e
da de baixo são transformadas em energia cinética, e cada uma ganha a mesma velocidade v antes de chocarem-se com o solo. Contudo a bola de baixo
choca-se com o solo um instante antes da bola de cima. Nesse momento a bola de cima está caindo com velocidade v e a bola de baixo subindo com velocidade
v. Em função disso a velocidade relativa entre a bolas é de 2v. Como a colisão é elástica e a massa da bola de cima é muito menor do que a massa da bola de
baixo, a bola de cima choca-se com a bola de baixo e volta como se estivesse colidindo com uma parede em movimento. Como a bola de baixo tem um
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momento muito maior que a bola de cima ela continua subindo após a colisão praticamente na mesma velocidade v que tinha antes da colisão. Como a bola
de baixo continua em velocidade v e a bola de cima adquiriu a velocidade 2v após o choque com a bola de baixo, a velocidade da bola de cima em relação ao
solo tem que ser 3v.
Como a energia se conserva, a energia potencial gravitacional da bola de cima em seu valor máximo irá igualar-se a energia cinética no momento da colisão.
Como vimos a bola de cima irá após o choque com a bola de baixo, ter uma velocidade 3 vezes maior. Portanto a altura que a bola de cima irá alcançar
depois de solta sobre uma bola com a bola com massa muito maior do que a
sua será de 9 vezes a altura inicial.
Assim, aplicando a relação de conservação de energia, temos que a altura h‟ a ser alcançada pela massa m após o choque será:
mg h‟ = m(3v)2/2
E lembrando pela eq. 1 que a altura inicial da massa m é dada por
h = v2/2g
Temos que
h‟ = 9v2/2g = 9h (observe a figura 2)
Este é um fenômeno surpreendente que pode ser facilmente reproduzido em sala de aula!
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Depois da atividade
Depois da exibição do vídeo, você pode rever as cenas mais importantes ou que
considerar de difícil compreensão. Ou, se necessário, exibi-lo uma segunda vez, chamando a atenção para determinadas cenas, diálogos ou 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.
A seguir, sugestões de algumas questões que podem ser feitas após a exibição do vídeo.
Questões Sugestão de Resposta
Questões do vídeo
Como podemos medir a energia potencial
gravitacional?
Medimos a energia potencial de acordo com a massa, a altura em relação a um ponto de
referência, e a aceleração da gravidade. Ep = m . g . h
Como medimos a energia
cinética de um corpo?
Ec = m . v2
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Questões para reflexão e discussão
Quando temos a energia
conservada?
A energia sempre é conservada. Ela não
pode ser criada ou destruída, somente transformada.
Questão-Desafio
Quais as condições necessárias para que o
máximo de energia potencial seja transformada
em energia que possa ser utilizada?
É necessário minimizar perdas de energia, como por exemplo, por atrito, deformações
permanentes, vibrações, etc.
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Avaliação
Avalie o efeito do segmento apresentado. Você pode perguntar aos seus alunos
o que eles aprenderam, se o vídeo lhes forneceu ideias claras, se ficaram dúvidas, ou, ainda, se eles gostariam de assistir a outros vídeos sobre a
temática.
Sugerimos como possibilidade de avaliação um momento em que os alunos
opinem e comentem a atividade, solicitando aos alunos que relatem o vivido em sala de aula, discutindo:
1. Como eles narrariam e resumiriam o vídeo e as discussões desenvolvidas em
sala de aula para os alunos que faltaram? 2. Que outras questões eles fariam sobre o assunto trabalhado?
Atividades Complementares
Áudio do projeto Acessa Física do tema – “Energia”.
Experimento do projeto Acessa Física de “Transformação de Energia” -
Transformações de energia: eólica em potencial e elétrica e mecânica em elétrica.
Vídeo do projeto Acessa Física de “Transformação de Energia”.
Para Saber Mais
Hewitt, P.G, Física Conceitual, 9ª Edição-Porto Alegre: Bookman, 2002.
Máximo, A., Alvarenga, B. Física. Volume Único. São Paulo: Editora Scipone, 1997.
Palavras-chave para busca na internet: energia potencial, energia cinética,
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energia mecânica.
Links que abordam o assunto:
http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_09.asp http://www.if.ufrgs.br/fis181/roteiros/Exp3.pdf
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
Roteiros e Guias
Prof. Carlos Alfredo Argüello
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
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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
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
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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
Sound Designer Alexey Rodrigo
Adans Paulo
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