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Professor Wendell

Ensino Remoto

4º Bimestre Parte 1

1ª Série 2020

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Semana 1 - 13/11/2020 Energia Cinética

ORIENTAÇÕES

O seu trabalho dessa semana será ler esse material e, se possível, assistir as

videoaulas sugeridas. Não esqueça de utilizar o seu caderno para elaborar um resumo

dos principais conceitos, já que na próxima semana faremos uma atividade (questões)

sobre esse conteúdo.

Qualquer dúvida, você pode entrar em contato comigo por Instagram (@Uoendell), e-mails (wendell.carneiro1@professor.pb.gov.br ; uoendell@gmail.com) e WhatsApp (http://abre.ai/wendellzap).

Um abraço e bons estudos!

Paz, Amor e Física.

VIDEOAULAS DA SEMANA:

Energia Cinética https://www.youtube.com/watch?v=TeQB6dxqV58 Teorema da Energia Cinética https://www.youtube.com/watch?v=IIVZ9pze0fE Energia Potencial Gravitacional https://www.youtube.com/watch?v=R9_oyczcvU4

COMPLEMENTO: Energia eólica no Brasil https://www.youtube.com/watch?v=EWBUNhBbH3c

EXPERIMENTOS: Minigerador eólico - transforme vento em energia elétrica! https://www.youtube.com/watch?v=VKFpp1oljps Como fazer uma turbina eólica caseira https://www.youtube.com/watch?v=B69rVmtIg34

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Energia cinética Um objeto em movimento possui certa velocidade em relação a um referencial. Assim, por exemplo, um passageiro viajando em um ônibus tem velocidade em relação a alguém parado na calçada e que o vê passando junto com o ônibus.Todavia, para uma pessoa sentada no ônibus, o mesmo passageiro está em repouso, pois sua posição em relação ao ônibus não se altera com o tempo.

Associamos aos corpos em movimento, ou seja, com velocidade em relação a um dado referencial, certa energia de movimento, denominada energia cinética. De onde vem essa energia? Para responder, vamos imaginar um barco a vela em repouso num lago. Se um vento forte começar a soprar, surgirá uma força, que poderá tirar o barco do repouso. Caso isso ocorra, essa força modificará o estado de movimento do barco, realizando um trabalho sobre ele, pois o barco começará a se deslocar. Podemos associar certa quantidade de energia cinética transferida ao barco por meio do trabalho exercido pela força do vento. Em outras palavras, os corpos modificam sua quantidade de energia cinética quando sobre eles é realizado determinado trabalho. Para que um corpo em repouso em relação a um dado referencial, com energia cinética nula, adquira movimento, é necessário que uma força transfira energia a ele na forma de trabalho. Sendo assim, podemos obter a expressão da energia cinética de um corpo, inicialmente em repouso, por meio

do cálculo do trabalho realizado sobre ele pela força resultante 𝐹𝑅⃗⃗⃗⃗ , suposta constante, em um deslocamento ∆𝑠⃗⃗⃗⃗ .

τ𝑅 =m ∙ v2

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A quantidade de trabalho dada pela expressão acima equivale à quantidade de energia necessária para que o móvel adquira a velocidade v, partindo do repouso. Essa energia, associada ao movimento, é denominada energia cinética.

𝐄𝑪 =𝐦 ∙ 𝐯𝟐

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A energia cinética é medida nas mesmas unidades do trabalho, ou seja, no SI ela é medida em joules (J)

PARA SABER MAIS Na correria do dia a dia moderno, as pessoas precisam estar sempre em movimento. Da casa para o trabalho,

do trabalho para a faculdade, do colégio para o clube, do clube para o cursinho de inglês, o que vemos o tempo todo são pessoas e objetos em movimento. A energia cinética nos rodeia e é parte integrante de nossa vida. A grande questão é: para onde vai toda essa energia? Será que não existe a possibilidade de utilização dela para algum fim prático? Alguns pesquisadores se debruçaram em suas bancadas de laboratório para tentar reaproveitar, pelo menos em parte, essa quantidade imensa de energia que nos rodeia. E algumas iniciativas que surgiram a partir desses estudos são bem interessantes. Em um campo de futebol no Morro da Mineira, no Rio de Janeiro, por exemplo, foi instalado um grande aparato que tem por objetivo fazer com que os refletores se acendam à noite sem a necessidade de gastos adicionais com energia elétrica: um campo autossustentável do ponto de vista elétrico. O interessante é perceber como o armazenamento de energia ocorre. Uma das iniciativas foi a de instalar painéis solares para aproveitar a localização da cidade, que conta com incidência solar abundante em grande parte do ano. A outra, todavia, é ainda mais interessante: abaixo do gramado artificial existem sensores que conseguem armazenar parte da energia cinética das pessoas se movimentando no campo e convertê-la para o acendimento das lâmpadas. Quanto mais o campo é utilizado, quanto mais as pessoas correm, andam e pulam, mais energia é gerada. Imagine se, futuramente, essa técnica pudesse ser expandida e extrapolada em outras situações de nossas vidas. Poderíamos viver em uma sociedade em que estar em constante movimento faz bem para o nosso corpo, para o nosso planeta e para o nosso bolso.

Trabalho e energia cinética Imagine um ciclista em movimento que, ao perceber um buraco na pista, aciona os freios com o objetivo de parar a bicicleta. Suponhamos que a bicicleta tenha velocidade v0 quando começa o processo de retardamento e que, ao travar as rodas, derrape, e por falta de maior aderência dos pneus ao solo, não consiga parar, atingindo o buraco com velocidade v < v0. Isto é, no instante em que os freios são acionados, a bicicleta possuía certa energia cinética (ECi), relativa à velocidade v0. Como a força resultante que reduz a velocidade da bicicleta é composta, sobretudo, pela força de atrito entre os pneus e o solo, essa força realiza trabalho resistente, enquanto houver deslocamento da bicicleta. Esse trabalho tem como objetivo diminuir a energia cinética, para um valor menor do que o inicial (ECf).

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Podemos afirmar, então, que a quantidade de energia cinética dissipada no deslocamento da bicicleta até atingir o buraco corresponde ao trabalho realizado pela força de atrito sobre ela. Essa ideia estabelece uma relação importante entre trabalho e energia cinética, que também é válida no caso de o ciclista acelerar na tentativa de saltar o buraco. Se o ciclista decidir tentar essa façanha, deverá pedalar com veemência a bicicleta, exercendo sobre ela uma força de maior intensidade do que a força de atrito que atua sobre a bicicleta. A resultante não nula provocará um aumento em sua velocidade. Sendo assim, ao atingir o buraco, terá aumentado sua energia cinética, para um valor ECf, nesse caso maior do que ECi.

Em ambas as situações, a variação da energia cinética associada ao ciclista será equivalente ao trabalho realizado pela força resultante.

𝛕 = 𝐄𝑪𝒇 − 𝐄𝑪𝒊 → 𝛕 = ∆𝐄𝑪 A ideia de que um sistema só ganha ou perde energia se houver uma força realizando trabalho sobre ele é válida e pode ser aplicada de maneira geral. Forças constantes ou não, internas ou externas ao sistema, ao realizarem trabalho sobre o corpo, provocam aumento ou perda de energia.

PARA PENSAR: Por que trafegar em alta velocidade é sempre tão perigoso?

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Energia eólica Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação do vento em energia cinética de rotação. Empregam-se turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cata-ventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água ou para girar o moedor transformando o milho em farinha. Aerogerador multipás ou cata-vento Os aerogeradores de pás múltiplas, ou cata-ventos, possuem de 16 a 32 pás e chegam a ter 15 m de altura. São bastante encontrados em fazendas dos Estados Unidos, por isso também ficaram conhecidos como moinhos americanos. São mais usados para o bombeamento de água e produzem baixa potência devido ao número elevado de pás, que dificultam a sua movimentação Aerogeradores de eixo horizontal Dependem da direção do vento e podem ter uma, duas, três ou quatro pás. Atualmente, os aerogeradores de grande porte mais utilizados na geração de energia elétrica são máquinas de três pás. O vento gira as lâminas largas das pás, que acionam os geradores produzindo eletricidade.

Aspectos positivos e negativos Todas as formas de geração de energia elétrica apresentam algum tipo de impacto ambiental. A energia eólica não é diferente. A tabela a seguir resume alguns de seus aspectos positivos e negativos.

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Energia Potencial Uma flecha adquire movimento após ser lançada do arco no qual estava presa. Um coco se solta do galho do coqueiro e se espatifa no chão. Uma criança desliza cada vez mais rápido em um escorregador. Um atleta salta em uma cama elástica que o devolve para o alto. O que flecha, coco, garoto e atleta têm em comum?

No caso do coco e da criança, é a distância até o chão; no caso da flecha e do atleta é a deformação provocada, respectivamente, no arco e na cama elástica. Em outras palavras, é a altura do coco e da criança em relação ao solo o que garante a ambos a aquisição do movimento ao serem soltos.

Acaso estivessem rentes ao chão, o movimento não ocorreria. O mesmo se aplica à flecha e ao atleta. Seus movimentos estão associados a certa compressão ou distensão do sistema elástico, seja ele um arco, uma cama elástica ou, em alguns casos, uma mola.

Portanto, há nesses corpos uma capacidade armazenada de entrarem em movimento, associada à altura ou à deformação elástica. Quando isso ocorre, o corpo tem o que se denomina energia potencial.

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Energia potencial gravitacional (Epg) Quando uma pessoa, depois de ter se abandonado de um trampolim, atinge as águas de uma piscina, seu peso, por certo, realizou trabalho. A energia cinética adquirida pela pessoa até se chocar com as águas é provavelmente do trabalho do seu peso. Dizemos que, ao subir as escadas até o alto do trampolim, a pessoa acumula energia potencial gravitacional, que ao abandonar-se do trampolim transforma em energia cinética, uma vez que ela terá velocidade não nula.

A energia associada a um corpo de massa m que está a uma determinada altura h em relação a um nível de referência é denominada energia potencial gravitacional e é dada por:

𝐄𝑷𝑮 = 𝐦 ∙ 𝐠 ∙ 𝐡 No SI a unidade de EPG é o joule (J). Energia potencial elástica (Epel)

Em um colchão, as molas fornecem um molejo não encontrado em colchões de espuma. Essa propriedade está associada ao fato de que a força

elástica realiza trabalho ao restituir a mola ao seu comprimento natural.

Em um bungee jumping, o elástico ao se deformar garante o êxito da aventura, diminuindo a velocidade das pessoas presas à sua extremidade. Um estilingue, dependendo do seu elástico e do quanto ele é esticado, consegue lançar um objeto muito longe.

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Uma das modalidades de exercícios físicos mais atuais é o pilates, que associa a sua prática ao uso de aparelhos que possuem molas e tiras de couro que devem ser alongadas e que, ao serem soltas, movimentam braços e pernas. Um sistema elástico, como o estilingue ou o aparelho de pilates, acumula energia quando sofre uma deformação.

A energia armazenada por uma mola ou um elástico está associada ao trabalho que a força elástica realiza quando restitui o sistema à sua condição natural, ou seja, sem deformação. Retornando ao seu comprimento natural, o sistema elástico pode colocar em movimento objetos ou corpos presos à sua extremidade livre. Em outras palavras, o trabalho da força elástica pode modificar o estado de movimento dos corpos transferindo a eles energia cinética.