DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE 2009 - … · O que significa cada um deles e qual a diferença entre...

O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Produção Didático-Pedagógica

Versão Online ISBN 978-85-8015-053-7Cadernos PDE

VOLU

ME I

I

PDE 2009

LIVRO DIDÁTICO PÚBLICO DE FÍSICA – ATIVIDADES COMPLEMENTARES PARA A EDUCAÇÃO DE JOVENS E ADULTOS

ELABORAÇÃO: PROF.ª Ma. LUCIA LOSS - CEEBJA POTY LAZZAROTTO

ORIENTADOR: PROF. Dr. ARANDI GINANE BEZERRA JR. - UTFPR

APRESENTAÇÃO

Este material de apoio didático faz parte do Programa de

Desenvolvimento Educacional da Secretaria de Estado da Educação do Paraná

– PDE/PR e destina-se à Educação de Jovens e Adultos – EJA. Constitui-se

num dos recursos de apoio ao processo de ensino e aprendizagem, aos

professores e alunos.

Valorizamos a iniciativa do Livro Didático Público do Paraná da disciplina

de Física – Ensino Médio e entendemos que haja espaço para a elaboração de

materiais que norteiem seu uso. No caso deste projeto, buscamos elaborar,

com base nas experiências de sala de aula, uma série de atividades

complementares, abrangendo os textos os textos deste livro. Estas atividades

podem ser usadas como um guia de leitura e tem como objetivos:

• auxiliar o professor na utilização do Livro Didático Público de Física;

• auxiliar na metodologia de estudo do aluno, para aproximá-lo de um

estudo independente e autodidata;

• desenvolver o estudo da Física e a compreensão de seus fenômenos,

sem o uso excessivo de fórmulas e cálculos, priorizando os conceitos;

• dar ênfase ao processo histórico, observação da evolução da História da

Física, seus personagens, contribuições, etc.;

• destacar os conteúdos essenciais, as afirmações e os conceitos físicos

importantes para o aprendizado do aluno;

• desenvolver a leitura e interpretação de texto;

• estimular a escrita;

• oportunizar as formas de estudo em grupo;

• motivar o aluno a buscar novas fontes de conhecimento, ao despertar

curiosidades e pontos importantes dos textos;

• desenvolver o raciocínio lógico-dedutivo, através de questões propostas

e na fixação dos conteúdos apresentados.

2

SUMÁRIO

APRESENTAÇÃO.................................................................................01

1. TRAJETÓRIAS......................................................................................03

2. GRAVITAÇÃO UNIVERSAL..................................................................05

3. DESCRIÇÃO CLÁSSICA DOS MOVIMENTOS: INÉRCIA E

MOMENTUM.................................................................................... .....08

4. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA.........................................................10

5. MODELOS DE CALOR..........................................................................12

6. VAPOR E MOVIMENTO........................................................................14

7. VERSO E REVERSO: A ORDEM DO UNIVERSO................................18

8. PRESSÃO E VOLUME..........................................................................20

9. DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ............................................22

10. A NATUREZA DA LUZ E SUAS PROPRIEDADES...............................24

11. CARGA ELÉTRICA................................................................................26

12. GERAÇÃO MAIS TRANSFORMAÇÃO IGUAL A CONSERVAÇÃO DE

ENERGIA................................................................................................30

13. CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS........................................................33

14. AS TRÊS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS..........................................36

RESPOSTAS DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES.......................381. TRAJETÓRIAS.................................................................................................................392. GRAVITAÇÃO UNIVERSAL.............................................................................................423. DESCRIÇÃO CLÁSSICA DOS MOVIMENTOS: INÉRCIA E MOMENTUM.....................43

4. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA.................................................................................. ..46 5. MODELOS DE CALOR.....................................................................................................47 6. VAPOR E MOVIMENTO...................................................................................................51 7. VERSO E REVERSO: A ORDEM DO UNIVERSO...........................................................53

8. PRESSÃO E VOLUME.....................................................................................................569. DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ.......................................................................5710. A NATUREZA DA LUZ E SUAS PROPRIEDADES............................................... ........61

11. CARGA ELÉTRICA.........................................................................................................6212. GERAÇÃO MAIS TRANSFORMAÇÃO IGUAL A CONSERVAÇÃO DE ENERGIA........................................................................................................................67

13. CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS.................................................................................7114. AS TRÊS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS...................................................................76

3

1. TRAJETÓRIAS - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) O que você concluiu a respeito do lançamento do martelo? Será que existe

relação entre este esporte e a Física? Qual relação?

2) Qual o significado de “movimento parabólico”?

3) Faça uma figura que represente um movimento parabólico e analise esse

movimento.

4) Após a análise das velocidades no movimento parabólico, nas trajetórias dos

eixos x e y, concluiu-se que existem dois tipos de movimentos, o MRU e o

MRUV. O que significa cada um deles e qual a diferença entre ambos?

5) Por que foram introduzidas as funções trigonométricas no estudo do

movimento parabólico e quais as funções utilizadas?

6)Você já deve ter observado em algum filme que os canhões de guerra

geralmente apontam para o alto, numa certa inclinação. Qual o significado

desta inclinação? Que comparação podemos fazer com o lançamento do

martelo?

7) Na p. 23, fig.6, observamos o comportamento da velocidade de uma bolinha

de papel num lançamento vertical. Responda:

A) Existe diferença na velocidade de subida e de descida da bolinha?

B) O que significa dizer que, no topo, a velocidade é nula?

C) Qual o valor da aceleração da gravidade, e o que significa este valor?

(se necessário, refaça a leitura da p.21)

4

8) Complete:

A) Segundo os estudos das p.24 e 25, utilizando-se das equações e das

funções trigonométricas, podemos dizer que o máximo do alcance se dá,

quando a inclinação for de................................, como apontou Galileu para o

caso de ..................................

B) Desse modo, para obter o melhor alcance, o atleta, em seus treinamentos,

deve buscar ..........................................................................................................

C) No caso do martelo, o atleta deve combinar

uma...............................................com .................................................................

9) Escreva sobre o “princípio dinâmico” de William Rowan Hamilton (1805-

1865):

10) Atribua um conceito para cada item abaixo (p.27):

A) tamanho aproximado de átomo

B) mundo macroscópico

C) mundo microscópico

D) mecânica clássica

E) mecânica quântica

11) Quem foi Richard Feynman e o que ele propôs?

12) Faça uma relação dos conteúdos relacionados à Física que você estudou

no texto “Trajetórias”:

Referência Secretaria de Estado da Educação. Física – Ensino Médio – Vários autores.

Texto 1 – Trajetórias, p.17 a 28. Curitiba: SEED-PR, 2006.

5

2. GRAVITAÇÃO UNIVERSAL - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

Após a leitura do texto, responda as questões numeradas abaixo, completando

o quadro com as palavras correspondentes.

Observação: X significa espaços vazios.

12 X G34 X A5 X6 I7 X X8 X O S X A9 C X10 X D A X11

12 U1314 X I15 M A S S A X16 E X17 X X18 S X19 A20

1) Lei expressada matematicamente por: F = m1. m2

d2

2) Físico, matemático, astrônomo italiano. Foi condenado pela igreja católica por defender as idéias copernicanas (idéias de Nicolau Copérnico).

3) Ocorreram durante os séc. XI, XII, e XIII, contribuindo para colocar jovens do oriente em contato com jovens do ocidente.4) Foi um dos primeiros a ter consciência da significação histórica que teria o papel da ciência no mundo moderno, tendo sido um dos criadores do método experimental e indutivo.

5) Interação mútua que ocorre entre dois corpos quaisquer, devido às suas massas.

6) Propôs um novo modelo de Universo, o sol ocupava o centro, pois pensou que por ser o único astro com luz própria do sistema, seria o único que teria condições de iluminar todos os demais corpos celestes.

6

7) Lei que enuncia: Todo planeta descreve uma órbita elíptica, com o sol ocupando um dos focos.

8) Livro “ Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, de Isaac Newton, tido por muitos como a maior obra científica de todos os tempos, conhecido como.................................................................

9) Nasceu em 1643, segundo o calendário gregoriano. Pode utilizar os trabalhos, não só de Galileu, mas de outros pioneiros da ciência moderna, como Kepler e Descartes.

10) Através desta teoria, Newton conseguia explicar porque a Lua estava em órbita em torno da Terra e em “Principia” ele faz uma ilustração que mostrava como colocar um satélite artificial em torno da Terra.

11) Criou o modelo que deu origem à teoria geocêntrica e permitia entender o que vemos todos os dias: o nascer e o pôr do sol.

12) Organização econômica predominante na idade média (período que compreende entre os séc. V, ano 476- séc. XV – ano 1453 – Queda de Constantinopla).

13) Provoca modificações no pensamento europeu em todos os campos, inclusive no científico.

14) É a propriedade do corpo que mede a sua resistência à aceleração, e pode ser obtida através da segunda Lei de Newton: m= F/a, na qual F é a força aplicada no corpo que adquire, por isso, uma aceleração a.

15) É a propriedade do corpo responsável pela força gravitacional que ele exerce sobre o outro corpo.

16) Astrônomo alemão, foi assistente de Tycho Brahe e, com os dados deste, aperfeiçoou o modelo copernicano (modelo de Nicolau Copérnico), sistematizando os resultados em três leis.

17) Foi quem elaborou a teoria da gravitação, mais conhecida como “Teoria da relatividade geral”.

18) Uma região do espaço dentro da qual a matéria caiu e nada pode escapar, dentro dela a gravidade é tão poderosa que nem mesmo a luz pode se mover para fora.

19) Muito da Física nasceu da ................................................devido à necessidade posta pelas grandes navegações.

20) Qualquer corpo em queda livre, próximo à superfície da terra, sofre a mesma ...................................................................

7


Texto 2 – Gravitação Universal, p. 32 a 44. Curitiba: SEED-PR, 2006.

3. DESCRIÇÃO CLÁSSICA DOS MOVIMENTOS: INÉRCIA E MOMENTUM

ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Elabore um breve resumo escrevendo sobre: (p. 48 a 49)

a) Isaac Newton b) O Principia c) Galileu Galilei

8

2) Qual a importância do Humanismo e da Renascença para a cultura

ocidental? (p.50)

3) Quais as justificativas para a afirmação: “Por isso não podemos enxergar

Descartes como um gênio isolado”? (p.51)

4) Descartes procurou estabelecer um método para se chegar ao

conhecimento de todas as coisas, denominado de racionalismo. Explique no

que se constitui esse método. (p. 51)

5) O que René Descartes publicou em 1637? (p.52)

6) Como podemos definir inércia? (p.54)

7) O que diz a lei da Inércia ou Primeira Lei de Newton? Cite um exemplo de

aplicação desta Lei. (p.54)

8) Galileu realizou uma série de experiências com o plano inclinado e concluiu

que, quando não havia descida ou subida não havia aceleração, ou seja, a

velocidade do corpo permanecia constante. Na verdade, ele percebeu que ao

deslizarmos um corpo sobre uma superfície, surge uma outra força que se

opõe ao movimento, que é o atrito. O que se entende por atrito? (p.55)

9) De que modo é possível medir a resistência de um corpo? (p.55)

10) Tente imaginar a situação proposta na atividade da p. 56. Apesar de não

poder realizar a experiência na pista de patinação, neste momento, imaginando

como seria a situação, responda: O que você faria para sair da pista? (p.56)

11) Para a mecânica clássica, quais são os elementos que definem um

movimento? (p.57)

12) Alguns físicos que inicialmente elaboraram a Física Quântica se

preocupavam em entender alguns fenômenos que a teoria newtoniana parecia

9

não ser suficiente para explicar, fenômenos que desafiavam o senso-comum.

Quem podemos citar? (p.58)

13) Do que trata o “Princípio da Incerteza ou da indeterminação”, desenvolvido

inicialmente em 1927, pelo físico e alemão Werner Heisemberg? (p.58)

14) “Os novos rumos da Física no passar do século XIX para o século XX estão

aí para nos mostrar que não existe verdade absoluta em ciência e que

conceitos e teorias hoje aceitas como verdades no futuro podem estar limitadas

ou até serem substituídas por outras. O método cartesiano, que tanto

influenciou todos os ramos da ciência moderna, ainda pode ser útil. Mas é

preciso reconhecer suas limitações”.Escreva com suas palavras, qual foi a

compreensão que teve deste texto? (p.59)


neste texto “Descrição clássica dos movimentos: inércia e momentum”:


Texto 3 - Descrição clássica dos movimentos: inércia e momentum – p. 48 a

59. Curitiba: SEED-PR, 2006.

4. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA - ATIVIDADE COMPLEMENTAR




10

12 X T3 X X X D O S X4 R X5 X6 O X78 I9 X10 Ã1112 I X D E X13 D E X14 S O L A R

1)É um dos ramos mais importantes das ciências físicas. Estuda as

transformações de calor em trabalho, a temperatura, a pressão, os

termômetros, a dilatação, a mudança de estado físico de alguns materiais, etc.

2) É um fenômeno que se mantém ativo enquanto está sob o efeito de altas

pressões e ventos com velocidades baixas; ocorre com mais freqüência no

inverno e na madrugada.

3) Na expectativa de se propor um modelo teórico para o comportamento

microscópio da temperatura, surge a ................................

4) O termômetro clínico é graduado em..................................na escala ..............

5) São modelos de eventos que poderiam acontecer sem que se

manifestassem tantos fatores.

6) No instante em que cessa o trânsito de energia térmica de um corpo para

outro, as duas temperaturas se igualam e dizemos que o sistema atingiu o .......

7) O corpo de maior temperatura transfere energia térmica para o corpo de

menor temperatura.

8) Os dois corpos irradiam calor e essa emissão é mais intensa quanto maior

for a temperatura do corpo. Assim, os dois corpos emitem e recebem calor.

11

9) A aplicação de métodos estatísticos e probabilísticos aos métodos da teoria

Cinética acabaram levando ao desenvolvimento, a partir do final do séc. XIX,

de outra teoria mais abrangente, chamada de .....................................................

10) É uma forma de transferência de calor que ocorre na presença de fluidos.

Ocorre também na atmosfera que envolve o planeta Terra, mais

especificamente na Troposfera.

11) Substância utilizada no interior do termômetro clínico.

12) Aparelho construído por Galileu que ganhou escala através do médico

Santorio, que o utilizava para medir temperaturas de seus pacientes.

13) É um poluente que provoca grande concentração de poluição na atmosfera

terrestre, suas principais fontes são os automóveis dos diferentes

combustíveis: álcool, diesel e gasolina.

14) Absorvida pela superfície da terra é a maior responsável por seu

aquecimento. A superfície terrestre emite calor pelo fato de estar mais

aquecida que o ar.


Texto 4 – Lei zero da termodinâmica, p. 66 a 75. Curitiba: SEED-PR, 2006.

5. MODELOS DE CALOR - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Responda:

a) Quais eram os quatro elementos que formariam o universo, segundo a teoria

de Aristóteles (384-322 a.C) ?

b) O que significa flogisto ou flogístico?

c) Por que a teoria do flogístico passou a ser criticada pela Filosofia e também

pelos iluministas?

12

d) Quem foi Lavoisier e em que época viveu?

e) Quais foram os físicos ilustres que desenvolveram a mecânica celeste após

Newton e o que tiveram como objetivo?

2) Na p. 83, pode ser lido o seguinte texto:

“É devido a Mayer, a idéia de que o corpo humano retira energia dos alimentos

e a transforma em trabalho mecânico pelos músculos ou em calor, nas reações

de oxidação do sangue”. Utilizando o espaço de no máximo cinco linhas,

escreva o que você entendeu desse texto.

3) Marque a alternativa correta:

James Joule (1818-1889) enfrentou dificuldades para convencer a comunidade

científica na defesa de suas idéias, especialmente por não pertencer a uma

sociedade acadêmica, ele era, na verdade um

a) escritor

b) artista

c) músico

d) cervejeiro

e) operador de máquina

4) Complete:

a) O Princípio da Conservação da energia tornou-se conhecido

como......................................................................................................................

b) A idéia de trabalho está enraizada nas leis

de ......................................................para o .......................................................

c) Quando o leite ferve, sobe e derrama, há também a realização

de................................... O que ocorre é que o ...................................... do leite

aumenta quando ocorre a ......................................................

d) A expansão de um sistema, como no caso do leite, foi de grande interesse

no desenvolvimento

das.................................................................................................

e) Esta força distribuída, ou dividida, ao longo da superfície, é o que chamamos

de ..............................................e é quantitativamente definida da forma: p= F/A

13

5) Escreva o enunciado da primeira Lei da Termodinâmica:

6) Com base na observação da figura 2, p. 85 – etapas da fervura do leite e

nas explicações contidas nas p. 85 e 86, responda: Por que o leite ferve e

derrama?

7) Qual é a representação matemática da primeira Lei da Termodinâmica?

8) O termo fluxo, usado neste texto, está ligado á nossa interpretação de calor

como energia em trânsito, afastando-se da interpretação do calor como fluído.

Note que o fato de haver realização de trabalho implica na transformação de

um tipo de energia em outro. Defina “fluxo de calor”. (p.88)

9) Qual é o fenômeno físico que ocorre quando um objeto está a uma

temperatura muito alta?

10) Quem foi Max Planck e o que ele descobriu?


no texto “Modelos de calor”.


Texto 5 - Modelos de calor, p. 78 a 90. Curitiba: SEED-PR, 2006.

6. VAPOR E MOVIMENTO - ATIVIDADE COMPLEMENTAR



Observação: X significa espaços vazios.1

23 R4 X

14

5 X N67 Í X X8 X9 X I10 X

11 D12 A X

1314 O15 N X X1617 X18 R -19 X20 -21 Ç X X22 Â X X23 X

24 D X25

26 E2728 E29 X X30 G3132

1) Estabelece que as diferentes formas de energia podem ser transformadas umas nas outras, mas nunca criadas ou destruídas, sendo que a energia total do Universo é constante.

2) Estado físico em que se encontra a água para produzir movimento nas máquinas térmicas.

3) Na antiguidade,............................................de Alexandria criou uma máquina que produzia movimento através da energia térmica.

15

4) Durante os séculos IV a XIII, na Europa Ocidental, a maioria do trabalho era executado através da.............................................................

5) Foi o precursor das máquinas a vapor com alguma utilidade prática.

6) Tinha a vantagem de ser não somente a principal fonte de energia industrial do século XIX, como também um importante combustível doméstico.

7) A água é transformada em vapor na caldeira através do calor cedido pela fonte quente. Esse vapor movimenta o pistão e o vapor não aproveitado é novamente transformado em água, cedendo calor para a fonte fria, reiniciando o processo.

8) No período entre os séculos XVIII e XIX ocorreram profundas modificações na vida social e econômica com o estabelecimento da ........................................

9) Contribuiu para a economia mundial no século XIX, com o desenvolvimento das máquinas e das ferrovias.

10) Adotou as idéias liberais que buscavam a unificação de todos os mercados, a não aceitação da intervenção do estado de funcionamento deste mercado, a propagação da liberdade dos indivíduos e a livre concorrência.11) Ciência que evoluiu das necessidades postas pela indústria capitalista que necessitava de seu desenvolvimento para seu completo estabelecimento.

12) Físico e engenheiro militar nascido na França que contribuiu com a evolução da Termodinâmica.

13) Carnot, que aceitava a teoria do........................................fez uma analogia do que acontecia na máquina com uma queda d´água.

14) Não existe máquina térmica cujo...................................................seja 100%.

15) Carnot utilizou como ponto de partida a busca pelo aumento de eficiência da ......................................................................pois traria benefícios para a produção do setor industrial.

16) Substância utilizada por Carnot para obter uma máquina mais eficiente, para não mais utilizar o vapor d’água.

17) Cientista que fez a representação gráfica do ciclo teórico de Carnot e do seu funcionamento.

18) Princípio pelo qual o trabalho produzido depende da diferença de temperatura entre a fonte fria e a fonte quente.

19) Nome que ficou conhecido o cientista inglês Sir William Thomson.

20) Princípio pelo qual o trabalho produzido é proporcional ao calor.

16

21) Os estudos feitos por Mayer, Joule e Helmholtz, ligados à idéia de.........................................previam que a quantidade de calor recebido pelo corpo de menor temperatura deveria ser menor que aquela cedida pelo corpo de maior temperatura.

22) A energia mecânica pode ser transformada em calor sem restrições, mas a ...................................................................em energia mecânica, só ocorre sob circunstâncias.

23) O rendimento de uma máquina é definido como a razão entre o trabalho efetuado e .........................................................................do reservatório quente. N= W/Q

24) O postulado de Clausius consiste no que hoje chamamos de......................................................................da Termodinâmica.

25) Leia.“O calor não pode nunca passar de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem que ocorram ao mesmo tempo mudanças associadas”. Este postulado foi formulado por...........................................................................

26) Nome dado por Clausius para a grandeza representada pela letra S na equação: S= Q/T

27) Em qualquer processo, a entropia do....................................................nunca diminui.

28) A entropia é um parâmetro usado para descrever a.............................................................ou não, de um processo.

29) Os refrigeradores domésticos, os motores dos automóveis ou dos aviões também são...........................................................................................................

30) Forma como o calor deve ser visto para que as leis da Termodinâmica possam ser válidas.

31) Nome dado ao 1º tempo da representação do funcionamento de um motor.

32) Nome dado ao 4º tempo da representação do funcionamento de um motor.


Texto 6 - Vapor e movimento, p. 93 a 105. Curitiba: SEED-PR, 2006.

17

7. VERSO E REVERSO: A ORDEM DO UNIVERSO


1) Marque X na resposta certa.

Cientista que reformulou o conceito de entropia em seu terceiro artigo sobre as

Leis da Termodinâmica:

A) James Joule

B) Herman Helmholtz

C) Rudolf Julius Emanuel Clausius

D) Julius von Mayer

2) Escreva sobre as teorias de Clausius sobre o trabalho produzido pelas

máquinas térmicas.

3) Complete:

O único modo de se chegar a explicar casos particulares sobre um fenômeno,

é através de...........................................................................................................

4) Faça um breve resumo sobre “Tempo, Vida e Entropia”, p. 109 -110.

18

5) Quais são os dois limites físicos aceitos pela Física hoje?

6) Qual o enunciado de Planck para a 3º Lei da Termodinâmica?

7) A entropia mede a desordem de um sistema, quanto maior a desordem,

mais próxima do equilíbrio o sistema está, é expressa pela expressão

matemática: ΔS = ΔQ/T

Qual o significado de:

ΔS:.......................................................................................

ΔQ:.......................................................................................

T:..........................................................................................

8) Com base na leitura da p.112, interprete o enunciado de Clausius da 1º Leida Termodinâmica: “ A energia do Universo é constante, a entropia do

Universo tende a um máximo”.

9) O que é necessário para que uma substância transforme-se em outra e o

que faz com que a molécula esteja pronta para a transformação nos seres

vivos?

10) Explique sobre as reações das enzimas na natureza:

11) Como se apresentam as estruturas das proteínas?

12) Descreva o “Princípio da incerteza de Heisenberg”:

13) Para o físico Ludwig Boltzmann, de que modo a entropia de um sistema

seria possível de calcular?

14) O que é probabilidade termodinâmica do macroestado?

15) Faça um resumo sobre “Buracos Negros”, p.117:

19


no texto “Verso e Reverso: A Ordem do Universo”:


Texto 7 - Verso e Reverso: A Ordem do Universo, p. 107 a 118. Curitiba:

SEED-PR, 2006.

8. PRESSÃO E VOLUME - ATIVIDADE COMPLEMENTAR




1 P2 R3 E X4 S X5 S X6 Ã7 O

8 E

9 V10 O X D E X11 L E X12 X U13 M14 X D E R X

1) Este filósofo dizia que o vácuo só existiria produzido pelo homem, não na natureza.

20

2) Na concepção deste filósofo, o ar era o responsável pelo movimento porque impulsionava os corpos. Diante da impossibilidade da retirada do ar, o vácuo não seria possível.

3) Este cientista escreveu: “que não era possível nem com as bombas, nem com as outras máquinas que fazem a água subir por atração, fazer com que ela subisse o mínimo que fosse além de 18 braças (aproximadamente dez metros) quer as bombas fossem largas ou estreitas”.

4) Cientista que realizou um experimento semelhante ao que Torricelli realizou, utilizando água no lugar de mercúrio.5) Foi um dos discípulos de Galileu, retomou o experimento de Berti, utilizando o mercúrio que é 14 vezes mais denso que a água.

6) Densidade é a ................................................ da massa pelo volume do objeto. Assim, considerando dois objetos de mesmo volume, o de maior massa terá uma densidade maior.

7) Instrumento e medida da pressão atmosférica, inventado por Torricelli.

8) É a força distribuída, ou dividida ao longo da superfície, definida pela fórmula: P = F/A

9) Em 1661, Robert Boyle, enunciou uma lei que relaciona o......................................à pressão, após estudar o comportamento dos gases em várias situações de pressão e volume mantendo a temperatura constante.

10) Este enunciado: “A pressão exercida em um ponto de um fluído ideal em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos deste fluído”, refere-se ao...........................................................................................................................

11) Físico francês que publicou um trabalho no qual aparece pela primeira vez o ciclo de Carnot e os fenômenos gasosos.

12) Químico francês que observou que os gases mudam a sua pressão em função de sua temperatura.

13) A aplicação das Leis de Newton às ...............................................individuais foi usada como base para a descrição macroscópica de algumas propriedades de alguns gases, trata-se da “teoria cinética dos gases”.

14) Em 1873, este cientista incluiu um segundo termo de correção da equação dos gases ideais, propôs que as moléculas no interior de um recipiente interagem entre si por meio de forças atrativas e de natureza eletrostática.

Referência

21

Secretaria de Estado da Educação. Física – Ensino Médio – Vários autores.

Texto 8 - Pressão e Volume, p. 121 a 132. Curitiba: SEED-PR, 2006.

9. DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Quais as contribuições dos pensadores Aristóteles, Isaac Newton e Huygens

no estudo dos fenômenos físicos a respeito da luz?

2) Newton explicou o comportamento da luz a partir da teoria corpuscular e

Huygens a partir da teoria ondulatória. Qual a diferença entre as duas teorias?

3) Comente sobre a “lente de Fresnel”:

4) O fenômeno da interferência das ondas de luz foi estudado, em 1801 pelo

médico inglês Thomas Yong. Explique e cite exemplo da diferença entre uma

interferência destrutiva e uma interferência construtiva.

5) Complete:

A) Sobre as experiências para medir a velocidade da luz na água, os franceses

Fizeau e Foucault, em meados do século XIX, demonstraram que......................

B) Maxwell, físico escocês, reuniu trabalhos da época (século XIX) e formulou

um conjunto de quatro equações, conhecidas

como.............................................Essas equações mostraram que......................

C) Outro aspecto importante observado por Maxwell é de que as ondas

eletromagnéticas....................................................................................................

D) Os trabalhos de Maxwell foram fundamentais para..........................................

Mais tarde, os trabalhos do físico alemão Hertz, em 1887, contribuíram

para........................................................................................................................

22

6) O efeito fotoelétrico foi descoberto por Hertz. Como podemos definir este

fenômeno?

7) Complete:

A) Em 1905, o físico alemão Albert Einstein acrescentou novos estudos sobre

os fenômenos físicos a respeito da luz e apresentou uma nova teoria. Segundo

Einstein..................................................................................................................

B) A idéia de quantum de energia foi apresentado pela primeira vez pelo físico

alemão................................................................................. A partir dos

trabalhos sobre...................................................................................se observou

que........................................................................................................................

C) Niels Bohr, por volta de 1913, apoiado na teoria quântica de Max Planck,

propôs um novo modelo para o átomo, admite que os elétrons

giram......................................................................................................................

Essas órbitas são chamadas ......................................................................... e

não há ...................................................................................................................

D) Para Einstein, a luz..........................................................................................,

denominados de.................................................................................. A ação

desses fótons em alguns elétrons dos átomos do metal

provoca .................................................................................................................

..............

8) Faça um desenho representando o modelo atômico de Bohr.

9) Quais as contribuições do físico Louis de Broglie para a mecânica quântica?

10) Conclua, com suas próprias idéias: qual das duas teorias (teoria

corpuscular e teoria ondulatória) é hoje aceita para o estudo dos fenômenos da

luz e explique sua conclusão.


no texto “Dualidade onda partícula da luz”:

23


Texto 9 - Dualidade onda partícula da luz, p.137 a 146. Curitiba: SEED-PR,

2006.

10. A NATUREZA DA LUZ E SUAS PROPRIEDADES





1 A X2 X X3 X N4 A5 T6 U7 R8 E9 Z10 A X11 X12 D13 A14 X15 L16 X U17 Z X D A X

1) Foi o inventor da lâmpada elétrica, em 1880.

2) Defendia a teoria da luz como onda, ao contrário da teoria de Newton, o qual defendia que a luz era formada por partículas.

24

3) Físico inglês, em 1672 estudou a propriedade da luz chamada de dispersão.

4) Fenômeno em que a luz muda de direção ao trocar de um meio de propagação.

5) Foi o primeiro, a partir de seus trabalhos teóricos, a publicar a Lei de Refração, em 1637.

6) Enquanto o som precisa do ar para se propagar e a onda do mar precisa da água, a luz propaga-se no................................................, ou seja, não necessita de um meio material para se propagar.

7) Fenômeno em que a luz bate em uma superfície é desviada e volta a se propagar no mesmo meio.

8) Ocorre quando uma frente de onda atravessa uma fenda e é manifestada pela formação de regiões claras e escuras.

9) Na teoria corpuscular, a............................ é pensada como um conjunto de partículas, cujas trajetórias são representadas por raios.

10) Cientista inglês que em 1800 realizou uma das primeiras demonstrações ao propor um experimento para produzir os efeitos de interferência da luz, em um dispositivo de fenda dupla chamado de interferômetro de Young.

11) Cientista que no ano de 1887 verificou a hipótese da luz ter uma natureza eletromagnética.

12) Consiste num desvio em relação à direção de propagação retilínea da luz quando esta encontra um obstáculo de dimensões equivalentes ao comprimento de onda da mesma.

13) A teoria ondulatória ganhou uma nova versão dada por James Clerck Maxwell, na qual afirmava ser a luz uma vibração....................................... que se propaga também no vácuo com velocidade aproximada de 3.108 m/s.

14) É a ejeção de elétrons de uma superfície metálica pela ação de uma luz incidente.

15) Foi descoberto por Thomson por volta de 1888.

16) Luiz de Broglie em 1924 deu o pontapé inicial para o estudo da nova....................................................................................

17) As investigações de Planck, Einstein, Millikan e Compton ressuscitaram as discussões sobre a........................................................................, que se julgavam extintas pelo final do século XX.

25


Texto 10 - A natureza da luz e suas propriedades, p.149 a 170. Curitiba: SEED-

PR, 2006.

11. CARGA ELÉTRICA - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Qual a importância do filósofo grego Tales de Mileto (séc. VI e V a.C.) para a

História da Eletricidade?

2) O que os gregos Tales, Anaximandro e Anaxímenes ensinavam sobre a

composição da matéria?

3) Complete:

a) Tales de Mileto, observou que o .....................................................,quando

atritado com pele de animais adquiria a propriedade de atrair pequenos objetos

materiais.

b) Anaximandro (610-547 a.C), pensava que existia um princípio, que comporia

o todo, o indefinido, que em grego é chamado de ................................................

c) Anaxímenes (550-480 a.C), defendia a idéia da substância única, para a qual

o princípio seria o .....................

d) Os atomistas Leucipo (metade do séc. V a.C) e Demócrito (460 a.C) são os

primeiros a admitirem o ......................................., lugar onde se moviam

os..............................................., os quais eram

eternos, ....................................................e.......................................

4) Durante o séc. V a.C, Leucipo e Demócrito, acreditavam numa variedade de

átomos e foram os primeiros gregos a admitir a existência de um espaço vazio.

Apesar desses dois filósofos terem discutido detalhadamente a estrutura do

átomo, afirmaram que:..........................................................................................

26

5) De que maneira foram concluídas as idéias dos filósofos gregos Epicuro

(341-270 a.C) e Lucrécio (98-55 a.C) sobre o átomo, o qual seria a menor

porção da matéria?

6) O que tinha em comum, as idéias de William Gilbert (1540 – 1603), com as

idéias de Tales de Mileto? Você já parou para pensar quanto tempo se passou,

a partir dos fenômenos observados por Tales e a retomada das experiências

por William Gilbert? Comente sobre isso.

7) Complete:

a) Ao realizar a experiência do atrito com outros materiais além do âmbar,

William Gilbert percebeu que.................................................................................

b) Da mesma forma que a atmosfera era o eflúvio que puxava os corpos para a

Terra, a atmosfera elétrica era...............................................................................

c) Otto Von Guericke (1602-1686), desenvolveu as..............................................

as quais eram constituídas de...............................................................................

d) Stephen Gray (1666 – 1736) percebeu que era

possível..................................................................................................................

Dependendo do material e da condução elétrica desse fio, ele se comportava

como..........................................

e) Charles Du Fay (1698 – 1739) propôs que.......................................................

f) Benjamin Franklin (1707 – 1790) defendia a idéia do “fluído único”. Um corpo

que possuísse excesso de fluído, foi chamado por Franklin

de .................................. e se tivesse falta era chamado

de .....................................

8) Faça um breve resumo sobre a relação entre matéria e eletricidade, a partir

de experimentos de eletrólise, feitos por Michael Faraday (1791 – 1867).

27

9) O que concluiu Ernest Rutherford (1871 – 1937), após a realização dos

experimentos, bombardeando partículas alfa em uma placa metálica fina?

10) Conforme as idéias defendidas, indique nos parênteses, a letra

correspondente ao pensador:

A) John Dalton (1766 – 1844)

B) John Thomson (1856 – 1940)

C) Ernest Rutherford (1871 – 1937)

D) René Descartes (1596 – 1650

( ) a carga positiva do átomo está concentrada em uma região chamada

núcleo, no centro do átomo

( ) propôs um modelo mais consistente para o átomo

( ) defendia a inexistência do átomo

( ) mostrou que os raios catódicos eram feixes de partículas carregadas

negativamente, sempre iguais, faziam parte dos átomos e chamou essas

partículas de elétrons

11) Ernest Rutherford (1871 – 1937) e Niels Bohr (1885 – 1962) conheceram-

se no laboratório da Universidade de Cambridge. A mútua colaboração entre

estes cientistas marca a história da Física Quântica e o surgimento do modelo

de Bohr, para isso ele incorporou ao modelo de Rutherford o

conceito..................................................................................................................

12) Faça um esquema (desenho) do modelo atômico aceito atualmente,

comentando sobre sua constituição.

13) Complete a tabela com os devidos conceitos:

corpo neutro

corpo eletrizado

positivamente

28

corpo eletrizado

negativamente

14) Faça um breve resumo sobre a experiência realizada por Robert Millikan

(1868 – 1953), para medir o valor da carga elétrica de um elétron. Qual foi o

valor por ele encontrado?

15) Após o estudo do texto “Carga elétrica”, sobre a evolução das idéias dos

principais pensadores, a respeito da composição da matéria, conclua com suas

próprias idéias: do que é feita a matéria?


no texto “Carga elétrica”.


Texto 11 - Carga elétrica, p.173 a 185. Curitiba: SEED-PR, 2006.

29


ENERGIA - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Elabore um breve texto escrevendo como seria viver em épocas quando não

havia formas de distribuição de energia elétrica em larga escala. Já imaginou

ter que aquecer a água para tomar banho, fazer brasa e colocar dentro do ferro

para passar roupa? E a qualidade de vida?

2) Discuta com seu grupo, a extrema interdependência da humanidade com

respeito a tecnologia e a energia elétrica. Quais as conseqüências da

ocorrência dos “apagões” por minutos ou horas, ou até mesmo por dias?

3)Qual a primeira fonte de eletricidade construída pelo homem e quem foi seu

inventor?

4) Uma a segunda coluna de acordo com a primeira (utilize um traço)

Alessandro Volta Iniciou a unificação entre o

magnetismo e a eletricidade,

mostrando a deflexão de uma bússola

por corrente elétricaHans Christian Oersted Ampliou a unificação da eletricidade

com o magnetismo ao descobrir a

indução eletromagnética, ou seja, que

o movimento de um ímã pode gerar

corrente num circuito condutorAndré Marie Ampère Inventou a pilha eletroquímica,

iniciando assim a unificação entre os

fenômenos químicos e elétricosMichael Faraday Percebeu a ação magnética de uma

corrente sobre outra

30

5) Quais são as condições necessárias para a construção de usinas

hidroelétricas?

6) Faça um breve resumo do processo de funcionamento da usina

hidroelétrica:

7) Qual a diferença entre usina hidroelétrica e termoelétrica?

8) No processo de funcionamento da usina hidroelétrica, observamos que há

vários elementos e princípios da física, indique quais são eles:

9) Qual é o papel do dispositivo chamado de “gerador” nas usinas?

10) Complete:

A) O galvanômetro é um aparelho.........................................................................

B) Faraday acreditava que.....................................................................................

C) Faraday pode concluir, através de seus experimentos, que um campo

elétrico é gerado na...............................................................................................

D) A corrente elétrica que surge o circuito fechado

ocorre.....................................................................................................................

E) Faraday realizou o seu experimento mais conhecido, aquele

da ..........................................................................................................................

.....

11) As conclusões das experiências realizadas por Faraday levaram-no a

formular uma lei. Como é conhecida esta lei e como se constitui?

12) Escreva sobre a “Lei de Lenz”:

31

13) Nos parênteses ao lado, indique o acontecimento que marcou o progresso

do eletromagnetismo, conforme a época correspondente:

A) 1786 ( ) Faraday estabeleceu as relações entre todas estas forças

B) 1799 ( ) Galvani descobriu a corrente elétrica

C) 1800 ( ) A eletrólise foi descoberta

D) 1820 ( ) Oersted descobriu a conexão entre eletricidade e magnetismo

E) 1831 ( ) Volta construiu sua bateria

14) Quem foi Thomas Edison (1847-1931) e quais as suas contribuições para a

eletricidade?

15) Faça um breve resumo sobre a usina nuclear:

16) Qual a origem do raio X?

17) Escreva um texto sobre “Marie Curie”, relatando seus importantes estudos.


no texto “Geração mais transformação igual a conservação de energia”:


Texto 12 - Geração mais transformação igual a conservação de energia, p.187

a 199. Curitiba: SEED-PR, 2006.

32

13. CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS - ATIVIDADE COMPLEMENTAR

1) Faça um breve resumo das p. 202 e 203 escrevendo sobre o estudo da

eletricidade e do campo magnético.

2) As idéias de Universo representado por forças fundamentais foram descritas

por Newton no “Principia”. Como é explicada por Newton a força entre dois

corpos?

3) No que consiste a mecânica analítica e quais foram os pensadores que se

destacaram neste estudo?

4) Do que trata a “Lei de Coulomb”?

5) Para os cientistas, o que são modelos?

6) Porque não podemos considerar nenhum modelo como absolutamente

verdadeiro?

7) Indique nos parênteses abaixo, que contem o nome dos cientistas, a letra

correspondente a explicação que o define:

( ) Michael Faraday

( ) de Broglie

( ) Maxwell

( ) Oersted

( ) Heisemberg

A) Formulou o “Princípio da Incerteza”.

B) Formulou o “Princípio da dualidade onda-partícula”.

C) Trouxe muitas contribuições para a eletricidade e o magnetismo,

particularmente a respeito do conceito de campo.

D) Descobriu que uma corrente elétrica exercia força sobre uma agulha

magnética, não a deslocando na direção da corrente, mas transversalmente.

33

E) Efetivou a matematização dos fenômenos elétricos e magnéticos, a partir de

suas memórias sobre as linhas de força de Faraday.

8) Complete:

A) Maxwell publicou seu primeiro artigo sobre.................................

em.................................................

B) Maxwell chegou a um conjunto de equações que podiam representar

a................................................, a................................................. e as forças

entre...........................................................................esse conjunto foi

denominado de......................................................................................................

C) As equações escritas por Maxwell são chamadas de......................................

D) A.............................................................................. é a Lei de Gauss. Ela diz

que as linhas de campo elétrico.................................................... das cargas

elétricas e ....................................................para as negativas.

E) A segunda equação é a.................................................., há linhas de campo

elétrico circulando em torno dos.........................................................variáveis,

ou seja, a variação do campo magnético induz.....................................................

F) A terceira equação diz que campos magnéticos nunca divergem ou

convergem. Eles....................................................................................................

G) A.............................................................. diz que há linhas de.........................

..............................circulando em torno de............................................................

9) Segundo o conceito de Maxwell, o que são ondas eletromagnéticas?

10) Quais foram as experiências realizadas por Henrich Hertz, em 1885, sobre

a propagação das ondas eletromagnéticas?

11) Quais são as sete cores que formam o espectro eletromagnético?

34

12) Analise a figura 3, p.211 e responda:

A) Quais as características de uma onda?

B) O que determina a cor da luz visível?

C) Qual a equação matemática que determina a energia da onda?

D) Qual a onda de maior e menor freqüência?

13)Para que serve as antenas de TV, de rádio, etc.?

14) Explique como ocorre a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica

(RPE) no estudo da hemoglobina:

15) Os seres humanos produzem campos magnéticos? Explique:


no texto “Campos eletromagnéticos”:


Texto 13 - Campos eletromagnéticos, p.201 a 216. Curitiba: SEED-PR, 2006.

35

14. AS TRÊS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS


1) Qual o modelo proposto por Newton, no século XVII, para as órbitas dos

planetas?

2) Escreva sobre o Eletromagnetismo e os trabalhos dos cientistas no final do

século XIX:

3) Complete:

A) No final do século XIX, os físicos encaravam o Universo baseado no

modelo...................................................................................................................

B) As radiações eram entendidas como que constituídas por...............................

C) A própria natureza ondulatória da luz foi entendida por meio do

Eletromagnetismo, pois se entendia que a luz era uma onda que

combinava..............................................................................................................

D) Os grãos de luz foram chamados de........................................... e seriam

como que...............................................................................................................

4) Quem foi Albert Einstein?

5) Qual é a força que atua sobre os planetas para que estejam em órbitas?

6) Escreva sobre a fissão nuclear:

7) O que era o “Projeto Manhattam”?

8) Os estudos dos raios cósmicos tornaram-se uma valiosa fonte de informação

sobre os núcleos atômicos. Quais as contribuições desse estudo?

36

9) Qual a função dos aceleradores de partículas?

10) Indique nos parênteses abaixo, a letra correspondente a sua definição:

A) força nuclear fraca B) força nuclear forte

C) mésons ou píons D) méson ¶

( ) O professor César Lattes foi um dos responsáveis pela descoberta desse

méson.

( ) É a força responsável pelo decaimento beta.

( ) Conjunto de partículas que também acabaram sendo descobertas nos

aceleradores de partículas.

( ) Força que não depende da carga elétrica, pois ocorre entre prótons, que

possuem carga positiva, e entre nêutrons, que não possuem carga elétrica.

11) De que modo surgem as interações eletromagnéticas? E a interação

gravitacional?

12) Una a segunda coluna de acordo com a primeira:

INTERAÇÃO DEFINIÇÃOInteração fraca É medida por uma partícula, o

grávitonInteração forte É transmitida por meio de partículas

conhecidas pelas letras W e ZInteração gravitacional É medida pela troca de fótons

Interação eletromagnética Existem oito partículas responsáveis

por colar os quarks dentro dos

hádrons


no texto “As três interações fundamentais”:

Referência

37


Texto 14 - As três interações fundamentais, p.220 a 232. Curitiba: SEED-PR,

2006.

PDE 2009

LIVRO DIDÁTICO PÚBLICO DE FÍSICA – ATIVIDADES COMPLEMENTARES PARA A EDUCAÇÃO DE JOVENS E ADULTOS

ELABORAÇÃO: PROF.ª Ma. LUCIA LOSS - CEEBJA POTY LAZZAROTTO

ORIENTADOR: PROF. Dr. ARANDI GINANE BEZERRA JR. – UTFPR

RESPOSTASDAS

ATIVIDADESCOMPLEMENTARES

38

1. TRAJETÓRIAS - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS

1) O que você concluiu a respeito do lançamento do martelo? Será que existe

relação entre este esporte e a Física? Qual relação?

2) Qual o significado de “movimento parabólico”?

É o resultado de dois movimentos, um na horizontal e outro na vertical.

3) Faça uma figura que represente um movimento parabólico e analise esse

movimento.

4) Após a análise das velocidades no movimento parabólico, nas trajetórias dos

eixos x e y, concluiu-se que existem dois tipos de movimentos, o MRU e o

MRUV. O que significa cada um deles e qual a diferença entre ambos?

MRU: desconsiderando-se a resistência do ar, a velocidade não varia

MRUV: movimento onde a aceleração é constante

5) Por que foram introduzidas as funções trigonométricas no estudo do

movimento parabólico e quais as funções utilizadas?

Para saber o valor de cada componente dos eixos x e y precisamos recorrer a

um grupo de funções matemáticas camadas funções trigonométricas

6)Você já deve ter observado em algum filme que os canhões de guerra

geralmente apontam para o alto, numa certa inclinação. Qual o significado

desta inclinação? Que comparação podemos fazer com o lançamento do

martelo?

Galileu descobriu, através de testes e cálculos matemáticos, que para uma

bala atingir uma distância maior, o canhão deveria disparar apontado para o

alto com uma inclinação de 45 graus. Para o lançamento do martelo vale a

mesma regra.

39

7) Na p. 23, fig.6, observamos o comportamento da velocidade de uma bolinha

de papel num lançamento vertical. Responda:

A) Existe diferença na velocidade de subida e de descida da bolinha?

Se a bolinha sobe e desce, significa que, no topo, a velocidade é nula.

B) O que significa dizer que, no topo, a velocidade é nula?

O tempo de subida é igual ao tempo de descida.

C) Qual o valor da aceleração da gravidade, e o que significa este valor?

(se necessário, refaça a leitura da p.21)

O valor da aceleração da gravidade é em torno de 9,81 m/s2 (variando

conforme a altitude), isso significa que a cada 1s, a velocidade aumenta ou

diminui ,81 m/s, dependendo do sentido da velocidade.

8) Complete:

A) Segundo os estudos das p.24 e 25, utilizando-se das equações e das

funções trigonométricas, podemos dizer que o máximo do alcance se dá,

quando a inclinação for de. 45º., como apontou Galileu para o caso de canhões

B) Desse modo, para obter o melhor alcance, o atleta, em seus treinamentos,

deve buscar lançamentos com inclinações de 45º

C) No caso do martelo, o atleta deve combinar uma boa velocidade de

lançamento com uma inclinação o mais próximo de 45º

9) Escreva sobre o “princípio dinâmico” de William Rowan Hamilton (1805-

1865):

No século XIX, o filósofo e matemático William Rowan Hamilton propôs um

‘princípio da mínima ação’. A trajetória do martelo é uma parábola porque

minimiza a sua ação.

10) Atribua um conceito para cada item abaixo (p.27):

40

A) tamanho aproximado de átomo

Aproximadamente 10-10 m

B) mundo macroscópico

Domínio da mecânica clássica

C) mundo microscópico

Domínio da mecânica quântica

D) mecânica clássica

Desenvolvida no séc. XVII, seu principal repercussor foi Isaac Newton.

E) mecânica quântica

Desenvolvida, sobretudo, na metade do séc. XX é uma teoria essencialmente

probabilística. Para um átomo sair de um ponto A e ir para um ponto B, existem

infinitos caminhos.

11) Quem foi Richard Feynman e o que ele propôs?

Mecânica quântica, primeira metade do séc. XX, Prêmio Nobel de Física em

1965. Propôs um método para se calcular s probabilidades de manifestação de

cada caminho a ser seguido pelo átomo. O método de Feynman é baseado na

ação associada a cada caminho. Quanto menor a ação, maior a probabilidade

de manifestação do caminho.


no texto “Trajetórias”:

Movimentos, MRU e MRUV, velocidades, tempo, aceleração da gravidade,

alcance, trajetórias, mecânica clássica, mecânica quântica.


Texto 1 – Trajetórias, p.17 a 28. Curitiba: SEED-PR, 2006.

41

2. GRAVITAÇÃO UNIVERSAL - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS



Observação: X , significa espaços vazios.

12 G A L I L E U X G A L I L E I3 C R U Z A D A S4 F R A N C I S X B A C O N5 F O R Ç A X G R A V I T A C I O N A L6 C O P É R N I C O7 L E I X D A S X Ó R B I T A S8 X O S X P R I N C I P I A9 I S A A C X N E W T O N10 T E O R I A X D A X G R A V I T A Ç A O11 P T O L O M E U

12 F E U D A L I S M O13 R E N A S C I M E N T O14 M A S S A X I N E R C I A L15 M A S S A X G R A V I T A C I O N A L16 J O H A N N E S X K E P L E R17 A L B E R T X E I N S T E I N X18 B U R A C O S X N E G R O S19 A S T R O N O M I A20 A C E L E R A Ç Ã O


Curitiba: SEED-PR, 2006.

Texto 2 – Gravitação universal, p. 32 a 44.

3. DESCRIÇÃO CLÁSSICA DOS MOVIMENTOS: INÉRCIA E MOMENTUM

ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS

1) Elabore um breve resumo escrevendo sobre: (p. 48 a 49)

42

a) Isaac Newton b) O Principia c) Galileu Galilei

2) Qual a importância do Humanismo e da Renascença para a cultura

ocidental? (p.50)

O Humanismo (segunda metade do séc. XIV e primeira metade do séc. XV) e a

Renascença (segunda metade do séc. XV e séc. XVI) constituem dois

momentos de um mesmo processo que se notabilizou por buscar, sublinhar e

favorecer tudo o que aperfeiçoasse o homem intelectualmente e praticamente.

Nele o indivíduo é visto como “valor absoluto” a natureza como seu “reino”, a

história como sua “criação” e a arte como expressão de sua “superioridade”

sobre os demais seres da criação. Assim, vai desaparecendo o complexo

humano de inferioridade.

3) Quais as justificativas para a afirmação: “Por isso não podemos enxergar

Descartes como um gênio isolado”? (p.51)

Porque foi o primeiro a usar a observação empírica e a matemática para

descrever os fenômenos da natureza.

4) Descartes procurou estabelecer um método para se chegar ao

conhecimento de todas as coisas, denominado de racionalismo. Explique no

que se constitui esse método. (p. 51)

A condução de um estudo deve ser por ordem de pensamento, iniciando pelos

mas simples e fáceis, para galgar, aos poucos, outros degraus, até o mais

composto. Em seguida, deve-se efetuar as relações das partes com o todo de

forma a chegar ao mais geral possível do fenômeno.

5) O que René Descartes publicou em 1637? (p.52)

Publicou em francês, em 1637, o Discurso do Método, famoso tratado de

Filosofia e Matemática.

6) Como podemos definir inércia? (p.54)

A propriedade do corpo de resistir à mudança de estado de movimento chama-

se inércia. Ou seja, é por inércia que um corpo tende em permanecer em

repouso e, é também por inércia que um corpo tende a permanecer em

43

movimento. Ou seja, para mudar o estado de um corpo é necessário uma força

externa a ele que vença a sua inércia.

7) O que diz a lei da Inércia ou Primeira Lei de Newton? Cite um exemplo de

aplicação desta Lei. (p.54)

“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em

uma linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças

imprimidas sobre ele” (NEWTON, 1990, p.15)

8) Galileu realizou uma série de experiências com o plano inclinado e concluiu

que, quando não havia descida ou subida não havia aceleração, ou seja, a

velocidade do corpo permanecia constante. Na verdade, ele percebeu que ao

deslizarmos um corpo sobre uma superfície, surge uma outra força que se

opõe ao movimento, que é o atrito. O que se entende por atrito? (p.55)

É o atrito que az com que os corpos parem. Se não houvesse o atrito, os

corpos em movimento retilíneo e uniforme permaneceriam nesse movimento

eternamente.

9) De que modo é possível medir a resistência de um corpo? (p.55)

A medida da resistência de um corpo é o seu momentum. Para Newton, essa

quantidade, denominada por ele de quantidade de movimento, é proporcional a

sua velocidade. A massa, cuja propriedade é resistir a mudança do estado de

movimento, é a constante de proporcionalidade entre o momentum da partícula

e sua velocidade.

10) Tente imaginar a situação proposta na atividade da p. 56. Apesar de não

poder realizar a experiência na pista de patinação, neste momento, imaginando

como seria a situação, responda: O que você faria para sair da pista? (p.56)

11) Para a mecânica clássica, quais são os elementos que definem um

movimento? (p.57)

Para a mecânica clássica, a posição e o momentum de uma partícula definem

o seu movimento.

44

12) Alguns físicos que inicialmente elaboraram a Física Quântica se

preocupavam em entender alguns fenômenos que a teoria newtoniana parecia

não ser suficiente para explicar, fenômenos que desafiavam o senso-comum.

Quem podemos citar? (p.58)

Max Planck, Niels Bohr e Werner Heisemberg

13) Do que trata o “Princípio da Incerteza ou da indeterminação”, desenvolvido

inicialmente em 1927, pelo físico e alemão Werner Heisemberg? (p.58)

Não é possível determinar a posição e a quantidade de movimento de uma

partícula subatômica ao mesmo tempo, ou o tempo do movimento e a energia

nesse tempo. Quanto mais certeza se tem de uma medida, mais incerteza se

tem da outra. Por isso, o máximo que podemos recorrer é à interpretação

probabilística da matéria, estudar a probabilidade de se localizar uma partícula

ou saber o seu momentum, o intervalo de tempo ou a sua energia nesse

intervalo de tempo.

14) “Os novos rumos da Física no passar do século XIX para o século XX estão

aí para nos mostrar que não existe verdade absoluta em ciência e que

conceitos e teorias hoje aceitas como verdades no futuro podem estar limitadas

ou até serem substituídas por outras. O método cartesiano, que tanto

influenciou todos os ramos da ciência moderna, ainda pode ser útil. Mas é

preciso reconhecer suas limitações”.Escreva com suas palavras, qual foi a

compreensão que teve deste texto? (p.59)


neste texto “Descrição clássica dos movimentos: inércia e momentum”:

Inércia; !º Lei de Newton; Força de atrito, Resistência de um corpo; Quantidade

de movimento; Mecânica clássica; Princípio da incerteza;

4. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA




45

12 I N V E R S Ã O X T E R M I C A3 X T E O R I A X C I N E T I C A X D O S X G A S E S4 G R A U S X C E L S I U S5 S I S T E M A S X I D E A I S6 E Q U I L I B R I O X T E R M I C O7 C O N D U Ç Ã O8 R A D I A Ç Ã O9 M E C Â N I C A X E S T A T I S T I C A10 C O N V E C Ç Ã O11 M E R C U R I O12 T E R M O S C O P I Ó X D E X G A L I L E U13 M O N O X I D O D E X C A R B O N O14 R A D I A Ç Ã O S O L A R


Texto 4 – Lei zero da termodinâmica, p. 66 a 75. Curitiba: SEED-PR, 2006.

5. MODELOS DE CALOR - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS

Após a leitura do texto, responda as questões numeradas abaixo:

1) Responda:

a) Quais eram os quatro elementos que formavam o universo, segundo a teoria

de Aristóteles (384-322 a.C)?

Fogo, água, ar e a terra.

46

b) O que significa flogisto ou flogístico?

Do grego phlogistos, que significa queimando - ígneo, combustível.

c) Por que a teoria do flogístico passou a ser criticada pela Filosofia e também

pelos iluministas?

Se por um lado a teoria do flogístico dava conta de muitos problemas químicos,

por outro, continha em sua estrutura muitos componentes metafísicos: a

substância flogístico era invisível e impossível de ser isolada, como uma

espécie de espírito.

d) Quem foi Lavoisier e em que época viveu?

Químico francês (1743-1794), viveu na época em que se elaboravam as idéias

iluministas, as quais seriam as bases filosóficas da sociedade que estava

sendo construída. Nessa sociedade, a cultura seria livre de dogmas,

superstições, autoridades, mas pautada na racionalidade, descritas em

modelos matemáticos.

e) Quais foram os físicos ilustres que desenvolveram a mecânica celeste após

Newton e o que tiveram como objetivo?

Euler (1707-1783); D’Alembert (1717-1783); Laplace (1749-1827), tiveram

como objetivo principal eliminar os aspectos metafísicos do pensamento

newtoniano.

2) Leia.

“É devido a Mayer, a idéia de que o corpo humano retira energia dos alimentos

e a transforma em trabalho mecânico pelos músculos ou em calor, nas reações

de oxidação do sangue”. (p.83)

Utilizando o espaço de no máximo cinco linhas, escreva sobre o que você

entendeu desse texto.

3) Marque a alternativa correta:

47

James Joule (1818-1889) enfrentou dificuldades para convencer a comunidade

científica a cerca de suas idéias, especialmente por não pertencer a uma

sociedade acadêmica, ele era, na verdade um

a) escritor

b) artista

c) músico

d) cervejeiro

e) operador de máquina

R: letra d

4) Complete:

a) O Princípio da Conservação da energia tornou-se conhecido como Primeira

lei da termodinâmica

b) A idéia de trabalho está enraizada nas leis de Newton para o movimento.

c) Quando o leite ferve, sobe e derrama, há também a realização de trabalho.

O que ocorre é que o volume do leite aumenta quando ocorre a fervura.

d) A expansão de um sistema, como no caso do leite, foi de grande interesse

no desenvolvimento das máquinas térmicas.

e) Esta força distribuída, ou dividida, ao longo da superfície, é o que chamamos

de pressão e é quantitativamente definida da forma: p= F/A.

5) Escreva o enunciado da primeira Lei da Termodinâmica:

Se o estado de um sistema isolado é alterado mediante a realização de

trabalho, a quantidade de trabalho necessária dependerá somente dos estados

inicial e final, e não dos meios através dos quais este trabalho foi realizado ou

dos estados intermediários entre o início e o fim do processo.

6) Com base na observação da figura 2 da p. 85 – etapas da fervura do leite e

nas explicações contidas nas p. 85 e 86, responda: Por que o leite ferve e

derrama?

48

Quando o leite ferve, sobe e derrama, há realização de trabalho, toda a

superfície do leite sobe. O volume do leite aumenta, quando ocorre a fervura. É

como se houvesse uma força sendo aplicada em cada ponto da sua superfície,

ou uma força total sendo distribuída ao longo dessa superfície. Essa força

distribuída, ou dividida ao longo da superfície é o que chamamos de pressão: p

= F/A (p= pressão; F= força; A= área)

7) Qual é a representação matemática da primeira Lei da Termodinâmica? E a

do calor?

1º lei da termodinâmica: U i – U f = W isso

U i = energia interna do sistema (inicial)

U f = energia interna do sistema (final)

W isso = trabalho realizado pelo sistema (sistema isolado)

Calor: Q = W – W isso

Q = quantidade de calor

W = trabalho total W isso = trabalho realizado pelo sistema (sistema isolado)

8) O termo fluxo, usado neste texto, está ligado á nossa interpretação de calor

como energia em trânsito, afastando-se da interpretação do calor como fluído.

Note que o fato de haver realização de trabalho implica na transformação de

um tipo de energia em outro. (p. 88). Defina “fluxo de calor”.

O fluxo de calor ocorre de um objeto com temperatura maior parta um objeto

com temperatura menor. Ou ainda, se a temperatura das vizinhanças for maior

que a temperatura do sistema, ocorre fluxo de calor das vizinhanças para o

sistema. As mudanças de temperatura dos objetos podem ser interpretadas em

termos de fluxo de calor ou de transferência de energia.

9) Qual é o fenômeno físico que ocorre quando um objeto está a uma

temperatura muito alta?

Manifesta certo brilho, uma incandescência, é o caso da lâmpada

incandescente, das brasas do fogo e do Sol.

10) Quem foi Max Planck e o que ele descobriu?

49

Max Planck (1858-1947) foi um professor de termodinâmica, apresentou um

artigo sobre as propriedades da radiação térmica que, a princípio, atraiu pouca

atenção da comunidade científica, mas acabou sendo um marco para a ciência.

Em seus estudos, Planck descobriu que para se explicar a radiação térmica era

preciso supor que a energia era emitida em pacotes, ou grãos de ondas

eletromagnéticas. Tais grãos foram chamados de quanta (plural de quantum)

de energia.


Curitiba: SEED-PR, 2006. TEXTO 5: Modelos de calor, p. 78 a 90.

6. VAPOR E MOVIMENTO - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS




12 V A P O R3 H E R Ã O

50

4 T R A Ç Ã O X A N I M A L5 T H O M A S X N E W C O M E N6 C A R V Ã O7 M Á Q U Í N A X D E X W A T T8 S O C I E D A D E X C A P I T A L I S T A9 R E V O L U Ç Ã O X I N D U S T R I A L10 C A P I T A L I S M O X I N D U S T R I A L

11 T E R M O D I N Â M I C A12 S A D I X C A R N O T

13 C A L Ó R I C O14 R E N D I M E N T O15 M Á Q U I N A X A X V A P O R16 G Á S17 É M I L E X C L A P E Y R O N18 C A R N O T - K E L V I N19 L O R D E X K E L V I N20 M A Y E R - J O U L E21 C O N S E R V A Ç Ã O X D A X E N E R G I A22 C O N S E R V A Ç Â O X D E X C A L O R23 C A L O R X A B S O R V I D O

24 S E G U N D A X L E I25 C L A U S I U S

26 E N T R O P I A27 U N I V E R S O28 R E V E R S I B I L I D A D E29 X M Á Q U I N A S X T É R M I C A S30 E N E R G I A31 A D M I S S Ã O32 E S C A P E


Texto 6 - Vapor e movimento, p. 93 a 105. Curitiba: SEED-PR, 2006.

51

7. VERSO E REVERSO: A ORDEM DO UNIVERSO


1) Marque X na resposta certa.

Cientista que reformulou o conceito de entropia em seu terceiro artigo sobre as

Leis da Termodinâmica:

A) James Joule

B) Herman Helmholtz

C) Rudolf Julius Emanuel Clausius

D) Julius von Mayer

Resposta letra C

2) Escreva sobre as teorias de Clausius sobre o trabalho produzido pelas

máquinas térmicas.

Clausius, por meio da formulação do conceito de entropia, uniu duas teorias

sobre o trabalho produzido pelas máquinas térmicas. Na primeira, o trabalho

produzido dependia da qualidade (temperaturas da fonte fria e quente) e, na

segunda, o trabalho produzido dependia da quantidade de calor.

3) Complete:

52

O único modo de se chegar a explicar casos particulares sobre um fenômeno,

é através de princípios gerais, onde a matemática, que vista como universal,

exerce um papel preponderante.

4) Faça um breve resumo sobre “Tempo, Vida e Entropia”, p. 109 -110.

5) Quais são os dois limites físicos aceitos pela Física hoje?

A velocidade da luz no vácuo (c= 3x108 m/s), para a mecânica e o zero

absoluto (zero kelvin), para a termodinâmica.

6) Qual o enunciado de Planck para a 3º Lei da Termodinâmica?

“Na vizinhança da temperatura do zero absoluto todas as rações em um líquido

ou sólido em equilíbrio interno passam sem mudança de entropia.”

7) A entropia mede a desordem de um sistema, quanto maior a desordem,

mais próxima do equilíbrio o sistema está, é expressa pela expressão

matemática: ΔS = ΔQ/T

Qual o significado de:

ΔS: é a variação da entropia

ΔQ: é a variação do calor (Q2 – Q1)

T: é a temperatura

8) Com base na leitura da p.112, interprete o enunciado de Clausius da 1º Leida Termodinâmica: “ A energia do Universo é constante, a entropia do

Universo tende a um máximo”.

9) O que é necessário para que uma substância transforme-se em outra e o

que faz com que a molécula esteja pronta para a transformação nos seres

vivos?

Para que uma substância transforme-se em outra, e necessário que

agreguemos ou retiremos desta elétrons ou átomos, e isto requer energia.

10) Explique sobre as reações das enzimas na natureza:

(fazer resumo da explicação na p.114, 3º ao 7º parágrafo)

53

11) Como se apresentam as estruturas das proteínas?

(resposta na p. 114, final da página)

12) Descreva o “Princípio da incerteza de Heisenberg”:

No mundo macroscópico, podemos medir com um grau bem elevado de

exatidão a posição e velocidade de um caminhão, por exemplo. Quando

ingressamos no mundo microscópio, devemos estar cientes que apenas uma

destas grandezas nos será possível conhecer com exatidão. A outra grandeza

nos será apresentada por meio da probabilidade. Este é o Princípio da

incerteza de Heisenbeg.

13) Para o físico Ludwig Boltzmann, de que modo a entropia de um sistema

seria possível de calcular?

Para o físico Ludwig Boltzmann, a entropia de um sistema de partículas seria

passível de calcular através da seguinte equação, onde a probabilidade está

presente através de Ω:

S= K ln Ω

14) O que é probabilidade termodinâmica do macroestado?

O número de microestados, distribuições das partículas em níveis de energia,

igualmente prováveis, de um sistema macroscópico, é chamada de

probabilidade termodinâmica do macroestado.

15) Faça um resumo sobre “Buracos Negros”, p.117:


no texto “Verso e Reverso: A Ordem do Universo”:

Entropia; Máquinas térmicas; Velocidade da luz; Termodinâmica; 1º Lei da

Termodinâmica; Probabilidade termodinâmica; Buracos Negros.

Referência

54


Texto 7 - Verso e Reverso: A Ordem do Universo, p. 107 a 118. Curitiba:

SEED-PR, 2006.

8. PRESSÃO E VOLUME - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS




1 P L A T Ã O2 A R I S T Ó T E L E S3 G A L I L E U X G A L I L E I4 G A S P A R X B E R T I5 E V A N G E L I S T A X T O R R I C E L L I6 R A Z Ã O7 B A R O M E T R O

8 P R E S S Ã O

9 V O L U M E10 P R I N C Í P I O X D E X P A S C A L11 E M I L E X C L A P E Y R O N12 G A Y X L U S S A C13 M O L É C U L A S14 V A N X D E R X W A A L S

Referência

55


Texto 8 - Pressão e Volume, p. 121 a 132. Curitiba: SEED-PR, 2006.

9. DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ


1) Quais as contribuições dos pensadores Aristóteles, Isaac Newton e Huygens

no estudo dos fenômenos físicos a respeito da luz?

Aristóteles: a luz era uma perturbação num meio material. Ele descreveu um

modelo que pode ser considerado como o embrião da teoria ondulatória da luz,

pois essa perturbação, não deixa de ser uma onda. Sua teoria foi aceita

durante muito tempo.

Cristhian Huygens: afirmou que a luz não era um conjunto de partículas, mas

oscilações que se propagavam por meio de ondas.

Newton: não aceitava a teoria ondulatória

2) Newton explicou o comportamento da luz a partir da teoria corpuscular e

Huygens a partir da teoria ondulatória. Qual a diferença entre as duas teorias?

Newton: a refração é a passagem da luz de um meio para outro com

características diferentes, o que resulta em um desvio das partículas de luz.

Isso ocorre devido à interação das forças entre essas partículas e as partículas

do meio no qual elas se propagam, a água, por exemplo.Dessa forma, quando

uma partícula de luz vinda do ar mergulha na água, muda de direção, fazendo-

a aproximar-se da perpendicular à superfície no ponto de incidência.

Huygens: a refração também pode ser explicada com a ajuda da teoria

ondulatória, sendo que o raio de luz deveria ser retardado ao entrar em um

meio mais denso. Desse modo, a velocidade da onda da luz na água é inferior

a do ar.

3) Comente sobre a “lente de Fresnel”:

56

Augustin Fresnel (1788-1827), engenheiro francês, criou alguns artefatos

engenhosos em ótica, um dos quais ficou conhecido como a “lente de Fresnel”,

é utilizada para direcionar a luz em faróis de sinalização marítima.

4) O fenômeno da interferência das ondas de luz foi estudado, em 1801 pelo

médico inglês Thomas Yong. Explique e cite exemplo da diferença entre uma

interferência destrutiva e uma interferência construtiva.

Quando no encontro de duas ondas, a crista de uma sobrepõe o vale da outra

temos uma interferência destrutiva. Se no encontro de duas ondas, as cristas

se sobrepõem, a onda resultante terá uma amplitude igual à soma das

amplitudes das geradoras, neste caso temos uma interferência construtiva.

5) Complete:

A) Sobre as experiências para medir a velocidade da luz na água, os franceses

Fizeau e Foucault, em meados do século XIX, demonstraram que a luz é uma

onda que se propaga na água com velocidade menor do que no ar.

B) Maxwell, físico escocês, reuniu trabalhos da época (século XIX) e formulou

um conjunto de quatro equações, conhecidas como equações de Maxwell.

Essas equações mostraram que os campos eletromagnéticos formavam ondas

eletromagnéticas.

C) Outro aspecto importante observado por Maxwell é de que as ondas

eletromagnéticas percorrem o espaço como uma velocidade parecida com a

velocidade da luz no vácuo, próximo a 3.108 m/s.

D) Os trabalhos de Maxwell foram fundamentais para dar consistência à teoria

ondulatória eletromagnética da luz. Mais tarde, os trabalhos do físico alemão

Hertz, em 1887, contribuíram para validar a teoria ondulatória da luz.

6) O efeito fotoelétrico foi descoberto por Hertz. Como podemos definir este

fenômeno?

57

A luz de um determinado comprimento de onda, violeta, por exemplo, extrai

elétrons do metal e uma chuva deles salta para fora com certa velocidade.

Como envolve luz e carga elétrica, esse fenômeno recebe o nome de efeito

fotoelétrico.

7) Complete:

A) Em 1905, o físico alemão Albert Einstein acrescentou novos estudos sobre

os fenômenos físicos a respeito da luz e apresentou uma nova teoria. Segundo

Einstein toda radiação eletromagnética é emitida ou absorvida na forma de

corpúsculos energéticos, onde cada um transporta um quantidade definida de

energia, denominada quantum.

B) A idéia de quantum de energia foi apresentada pela primeira vez pelo físico

alemão Max Planck. A partir dos trabalhos sobre radiação do corpo negro, se

observou que a quantidade de energia que um corpo podia emitir ou absorver,

precisava ser algo descontínuo e existir em pacotes mínimos.

C) Niels Bohr, por volta de 1913, apoiado na teoria quântica de Max Planck,

propôs um novo modelo para o átomo, admite que os elétrons giram ao redor

do núcleo em regiões bem definidas. Essas órbitas são chamadas estados

estacionários e não há emissão nem absorção de energia enquanto os elétrons

estiverem em movimento numa mesma órbita.

D) Para Einstein, a luz transporta pacotes de energia, denominados de fótons

de luz. A ação desses fótons em alguns elétrons dos átomos do metal provoca

um aumento de energia cinética, fazendo-o saltarem para fora.

8) Faça um desenho representando o modelo atômico de Bohr.

Ver desenho da página 144.

9) Quais as contribuições do físico Louis de Broglie para a mecânica quântica?

Incorporou as idéias introduzidas por Einstein, dando passos importantes em

direção ao desenvolvimento da mecânica quântica, realizando um trabalho no

58

sentido de associar um modelo ondulatório à teoria corpuscular. Assim, ele

postulou que a dualidade também estendía-se às partículas de matéria, como o

elétron, que teria característica de onda e de partícula.

10) Conclua, com suas próprias idéias: qual das duas teorias (teoria

corpuscular e teoria ondulatória) é hoje aceita para o estudo dos fenômenos da

luz e explique sua conclusão.

Ver conclusões da página 145.


no texto “Dualidade onda partícula da luz”:

Comportamento da luz: como onda eletromagnética e como partícula;

Velocidade da luz; Ondas; Equações de Maxwell; Efeito fotoelétrico; Modelo

atômico de Bohr.


Texto 9 - Dualidade onda partícula da luz, p.137 a 146. Curitiba: SEED-PR,

2006.

59

10. A NATUREZA DA LUZ E SUAS PROPRIEDADES





1 T H O M A S X E D I S O N2 X C R I S T H I A N X H U Y G E N S3 I S A A C X N E W T O N4 R E F R A Ç Ã O5 D E S C A R T E S6 V Á C U O7 R E F L E X Ã O8 I N T E R F E R Ê N C I A9 L U Z10 T H O M A S X Y O U N G11 H E I N R I C H X H E R T Z12 D I F R A Ç Ã O13 E L E T R O M A G N É T I C A14 E F E I T O X F O T O E L É T R I C O15 E L É T R O N16 M E C Â N I C A X Q U Â N T I C A17 N A T U R E Z A X D A X L U Z


Texto 10 - A natureza da luz e suas propriedades, p.149 a 170. Curitiba: SEED-

PR, 2006.

11. CARGA ELÉTRICA - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS

60

1) Qual a importância do filósofo grego Tales de Mileto (séc. VI e V a.C.) para a

História da Eletricidade?

Tales é considerado o primeiro filósofo da história. Observou que o âmbar,

certo tipo de resina vegetal, utilizado na confecção de jóias e objetos de

decoração, quando atritado com peles de animais adquiria a propriedade de

atrair pequenos objetos materiais.

2) O que os gregos Tales, Anaximandro e Anaxímenes ensinavam sobre a

composição da matéria?

Ensinavam que todas as coisas se originam em uma única matéria primordial,

que seria “o princípio”.

3) Complete:

a) Tales de Mileto, observou que o âmbar, quando atritado com pele de

animais adquiria a propriedade de atrair pequenos objetos materiais.

b) Anaximandro (610-547 a.C), pensava que existia um princípio, que comporia

o todo, o indefinido, que em grego é chamado de apeíron.

c) Anaxímenes (550-480 a.C), defendia a idéia da substância única, para a qual

o princípio seria o ar.

d) Os atomistas Leucipo (metade do séc. V a.C) e Demócrito (460 a.C) são os

primeiros a admitirem o vácuo, lugar onde se moviam os átomos, os quais

eram eternos, imutáveis e indivisíveis.

4) Durante o séc. V a.C, Leucipo e Demócrito, acreditavam numa variedade de

átomos e foram os primeiros gregos a admitir a existência de um espaço vazio.

Apesar desses dois filósofos terem discutido detalhadamente a estrutura do

átomo, afirmaram que:

No caso do fogo, seus átomos seriam esféricos, pois essa é a forma mais

móvel e penetrante e, também a alma seria constituída por “átomos especiais”,

61

pois não existe nada além dos átomos e do vazio. Aparece assim, o primeiro

sistema materialista, tudo é composto por vazio u corpos, estes podem ser

simples (átomos) ou compostos (agregação de átomos).

5) De que maneira foram concluídas as idéias dos filósofos gregos Epicuro

(341-270 a.C) e Lucrécio (98-55 a.C) sobre o átomo, o qual seria a menor

porção da matéria?

Suas idéias são conhecidas porque dois documentos importantes foram

conservados: uma carta escrita por Epicuro, com suas idéias a respeito da

natureza e outro, o livro “ Sobre a natureza das coisas” do Romano Lucrécio.

6) O que tinha em comum, as idéias de William Gilbert (1540 – 1603), com as

idéias de Tales de Mileto? Você já parou para pensar quanto tempo se passou,

a partir dos fenômenos observados por Tales e a retomada das experiências

por William Gilbert? Comente sobre isso.

Gilbert retomou as experiências e descobriu que outros tipos de materiais

também apresentavam comportamento semelhante ao âmbar, isto é, quando

atritados entre eles, esses materiais passavam a atrair os demais,

comportando-se como o âmbar.

7) Complete:

a) Ao realizar a experiência do atrito com outros materiais além do âmbar,

William Gilbert percebeu que, após o atrito, podia acontecer além da atração,

também a repulsão. Propôs então que estes materiais emitiam um eflúvio, o

qual era o responsável pelo fenômeno.

b) Da mesma forma que a atmosfera era o eflúvio que puxava os corpos para a

Terra, a atmosfera elétrica era o eflúvio que puxava os corpos para a terra, a

atmosfera elétrica era o eflúvio responsável pela força elétrica exercida nos

corpos leves.

c) Otto Von Guericke (1602-1686), desenvolveu as primeiras máquinas

eletrostáticas, as quais eram constituídas de esferas compostas de minerais

fundidos, que ele julgava ser a composição da terra.

62

d) Stephen Gray (1666 – 1736) percebeu que era possível transportar a

eletricidade por meio de fios. Dependendo do material e da condução elétrica

desse fio, ele se comportava como isolante.

e) Charles Du Fay (1698 – 1739) propôs que havia dois tipos de eletricidade,

pois enquanto alguns materiais se atraíam depois de atritados com panos,

outros se repeliam.

f) Benjamin Franklin (1707 – 1790) defendia a idéia do “fluído único”. Um corpo

que possuísse excesso de fluído, foi chamado por Franklin de positivo e se

tivesse falta era chamado de negativo.

8) Faça um breve resumo sobre a relação entre matéria e eletricidade, a partir

de experimentos de eletrólise, feitos por Michael Faraday (1791 – 1867).

Resposta na página 178.

9) O que concluiu Ernest Rutherford (1871 – 1937), após a realização dos

experimentos, bombardeando partículas alfa em uma placa metálica fina?

Concluiu que o átomo tinha uma região central pequena, o núcleo, onde a

carga positiva estava concentrada. Contudo, deveria existir um espaço vazio no

átomo (a maior parte), ao redor do núcleo, onde as partículas atravessam com

facilidade, esta é a região onde se concentram os elétrons.

10) Conforme as idéias defendidas, indique nos parênteses, a letra

correspondente ao pensador:

A) John Dalton (1766 – 1844)

B) John Thomson (1856 – 1940)

C) Ernest Rutherford (1871 – 1937)

D) René Descartes (1596 – 1650)

( ) a carga positiva do átomo está concentrada em uma região chamada

núcleo, no centro do átomo

( ) propôs um modelo mais consistente para o átomo

63

( ) defendia a inexistência do átomo

( ) mostrou que os raios catódicos eram feixes de partículas carregadas

negativamente, sempre iguais, faziam parte dos átomos e chamou essas

partículas de elétrons

R: letras C, A, D, B

11) Ernest Rutherford (1871 – 1937) e Niels Bohr (1885 – 1962) conheceram-

se no laboratório da Universidade de Cambridge. A mútua colaboração entre

estes cientistas marca a história da Física Quântica e o surgimento do modelo

de Bohr, para isso ele incorporou ao modelo de Rutherford o conceito quântico

de energia.

12) Faça um esquema (desenho) do modelo atômico aceito atualmente,

comentando sobre sua constituição.

Ver resposta na página 182.

13) Complete a tabela com os devidos conceitos:

corpo neutro Apresenta a mesma quantidade de

carga positiva e negativa

corpo eletrizado

positivamente

Quando possui prótons em excesso,

ou seja, num processo de eletrização

ele perdeu elétrons.

corpo eletrizado

negativamente

Apresenta excesso de carga negativa

(elétrons), ou seja, durante um

processo de eletrização ele recebeu

elétrons.

14) Faça um breve resumo sobre a experiência realizada por Robert Millikan

(1868 – 1953), para medir o valor da carga elétrica de um elétron. Qual foi o

valor por ele encontrado?

64

Ver resposta na página 183 – A carga do elétron.

15) Após o estudo do texto “Carga elétrica”, sobre a evolução das idéias dos

principais pensadores, a respeito da composição da matéria, conclua com suas

próprias idéias: do que é feita a matéria?

Resposta pessoal.


no texto “Carga elétrica”.

Eletricidade; Carga elétrica; carga do elétron; Composição da matéria; Âmbar;

Átomos.


Texto 11 - Carga elétrica, p.173 a 185. Curitiba: SEED-PR, 2006.


ENERGIA - ATIVIDADE COMPLEMENTAR: RESPOSTAS

65

1) Elabore um breve texto escrevendo como seria viver em épocas quando não

havia formas de distribuição de energia elétrica em larga escala. Já imaginou

ter que aquecer a água para tomar banho, fazer brasa e colocar dentro do ferro

para passar roupa? E a qualidade de vida?

Resposta pessoal.

2) Discuta com seu grupo, a extrema interdependência da humanidade com

respeito a tecnologia e a energia elétrica. Quais as conseqüências da

ocorrência dos “apagões” por minutos ou horas, ou até mesmo por dias?

Resposta pessoal.

3)Qual a primeira fonte de eletricidade construída pelo homem e quem foi seu

inventor?

A pilha de Volta. Seu inventor foi Alessandro Volta (1754-1827)

4) Uma a segunda coluna de acordo com a primeira (utilize um traço)

Alessandro Volta Iniciou a unificação entre o

magnetismo e a eletricidade,

mostrando a deflexão de uma bússola

por corrente elétricaHans Christian Oersted Ampliou a unificação da eletricidade

com o magnetismo ao descobrir a

indução eletromagnética, ou seja, que

o movimento de um ímã pode gerar

corrente num circuito condutorAndré Marie Ampère Inventou a pilha eletroquímica,

iniciando assim a unificação entre os

fenômenos químicos e elétricosMichael Faraday Percebeu a ação magnética de uma

corrente sobre outra

5) Quais são as condições necessárias para a construção de usinas

hidroelétricas?

66

Os rios mais adequados à construção de usinas localizam-se em regiões de

planalto onde existem as maiores quedas de água.

6) Faça um breve resumo do processo de funcionamento da usina

hidroelétrica:

Resposta na página 189 e 190.

7) Qual a diferença entre usina hidroelétrica e termoelétrica?

Na usina hidroelétrica a energia pode ser obtida através de quedas de água e

nas usinas termoelétricas, da queima do carvão.

8) No processo de funcionamento da usina hidroelétrica, observamos que há

vários elementos e princípios da física, indique quais são eles:

Energia potencial gravitacional; Energia cinética; Gravidade;

9) Qual é o papel do dispositivo chamado de “gerador” nas usinas?

Transforma o movimento rotatório da turbina (energia cinética) em energia

elétrica.

10) Complete:

A) O galvanômetro é um aparelho usado para detectar e medir correntes

elétricas.

B) Faraday acreditava que a passagem de corrente no fio ligado à bateria

induziria uma corrente que seria detectada no galvanômetro.

C) Faraday pode concluir, através de seus experimentos, que um campo

elétrico é gerado na região do espaço sempre que houver a variação temporal

de um campo magnético nessa região.

D) A corrente elétrica que surge no circuito fechado ocorre devido ao campo

elétrico criado por um campo magnético variável na região do circuito.

E) Faraday realizou o seu experimento mais conhecido, aquele da indução de

corrente, somente movimentando uma barra magnética dentro de uma bobina.

11) As conclusões das experiências realizadas por Faraday levaram-no a

formular uma lei. Como é conhecida esta lei e como se constitui?

67

Lei de Faraday da Indução Eletromagnética e se constitui como uma das

quatro leis fundamentais do eletromagnetismo.

12) Escreva sobre a “Lei de Lenz”:

Proposta por Friedrich Emil Lenz (1804-1865). Segundo esse resultado, o

sentido das correntes induzidas se opõe a variação do fluxo que a provocou.

No caso da aproximação do ímã, o sentido da corrente parece ser tal que tenta

impedir essa aproximação. Quando o ímã é afastado, o sentido da corrente

tenta impedir o afastamento.

13) Nos parênteses ao lado, indique o acontecimento que marcou o progresso

do eletromagnetismo, conforme a época correspondente:

A) 1786 ( ) Faraday estabeleceu as relações entre todas estas forças

B) 1799 ( ) Galvani descobriu a corrente elétrica

C) 1800 ( ) A eletrólise foi descoberta

D) 1820 ( ) Oersted descobriu a conexão entre eletricidade e magnetismo

E) 1831 ( ) Volta construiu sua bateria

Resposta letras: E, A, C, D, B

14) Quem foi Thomas Edison (1847-1931) e quais as suas contribuições para a

eletricidade?

A ele é atribuído o invento da lâmpada elétrica. Também foi o primeiro a

dedicar-se à fonte de energia elétrica, ou seja, o dínamo ou gerador, tendo

fundado importantes companhias de iluminação pública nos Estados Unidos e

também na Europa.

15) Faça um breve resumo sobre a usina nuclear:

Ver resposta na página 197.

16) Qual a origem do raio X?

Wilhelm Rontgen, físico alemão, observou em seus experimentos, em 1895, o

que chamou de “raios penetrantes”, os quais eram produzidos em ampola de

68

vidro através de efeito elétrico, pois atravessavam carnes, mas não

atravessavam materiais maciços como ossos. Na continuidade de suas

experiências, chamo-os de raios x.

17) Escreva um texto sobre “Marie Curie”, relatando seus importantes estudos.

Resposta na página 198.


no texto “Geração mais transformação igual a conservação de energia”:

Energia elétrica; Corrente elétrica; Transformação de energia; Pilha de Volta;

Magnetismo; Usinas hidroelétricas e termoelétricas; Lei de Faraday; Lei de

Lenz; Usina Nuclear; Raio X.


Texto 12 - Geração mais transformação igual a conservação de energia, p.187

a 199. Curitiba: SEED-PR, 2006.

13. CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS


69

1) Faça um breve resumo das p. 202 e 203 escrevendo sobre o estudo da

eletricidade e do campo magnético.

Resposta pessoal

2) As idéias de Universo representado por forças fundamentais foram descritas

por Newton no “Principia”. Como é explicada por Newton a força entre dois

corpos?

É explicada pela teoria da gravitação: a força entre dois corpos de massa m1 e

m2 e diretamente proporcional ao produto das massas (m1 x m2) e inversamente

proporcional ao quadrado da distância entre as duas massas (d1,2).

3) No que consiste a mecânica analítica e quais foram os pensadores que se

destacaram neste estudo?

Consiste na matematização dos fenômenos naturais.

Pensadores: Joseph Louis Lagrange, Pierre Simon , o marquês de Laplace.

4) Do que trata a “Lei de Coulomb”?

Estendendo a idéia de campos de força à gravitação terrestre e às forças de

atração e repulsão em torno de uma carga elétrica, Coulomb utiliza a balança

de Cavendish, inventada para medir as forças de gravitação e para medir

também as forças entre cargas elétricas. Assim, chega à famosa lei de

Coulomb sobre essas forças. Dessa forma, definiu-se a existência de um

campo de forças eletrostático semelhante ao campo de gravidade. Mais tarde,

o próprio Coulomb demonstrou que também o campo magnético era sujeito a

lei semelhante.

5) Para os cientistas, o que são modelos?

Os cientistas estabelecem modelos para entender os diversos fenômenos

físicos que o cercam. Esses modelos é o que eles acham que é um

70

determinado fenômeno físico da natureza, mas não é a natureza propriamente

dita.

6) Porque não podemos considerar nenhum modelo como absolutamente

verdadeiro?

Temos que refletir continuamente sobre a sua validade, as considerações feitas

pelos cientistas ao elaborá-lo. Os acontecimentos que estavam por vir, no final

do século XIX, levaram os físicos a fazer uma revolução, científica e filosófica,

visto que uma não se separa da outra.

7) Indique nos parênteses abaixo, que contem o nome dos cientistas, a letra

correspondente a explicação que o define:

( C ) Michael Faraday

( B ) de Broglie

( E ) Maxwell

( D ) Oersted

( A ) Heisemberg

A) Formulou o “Princípio da Incerteza”.

B) Formulou o “Princípio da dualidade onda-partícula”.

C) Trouxe muitas contribuições para a eletricidade e o magnetismo,

particularmente a respeito do conceito de campo.

D) Descobriu que uma corrente elétrica exercia força sobre uma agulha

magnética, não a deslocando na direção da corrente, mas transversalmente.

E) Efetivou a matematização dos fenômenos elétricos e magnéticos, a partir de

suas memórias sobre as linhas de força de Faraday.

8) Complete:

A) Maxwell publicou seu primeiro artigo sobre Eletromagnetismo em 1855.

71

B) Maxwell chegou a um conjunto de equações que podiam representar a ação

magnética, a indução eletromagnética e as forças entre correntes fechadas.

Esse conjunto foi denominado de função eletrotônica.

C) As equações escritas por Maxwell são chamadas de Leis de Maxwell.

D) A primeira equação de Maxwell é a Lei de Gauss. Ela diz que as linhas de

campo elétrico divergem das cargas elétricas positivas e convergem para as

negativas.

E) A segunda equação é a Lei de Faraday, há linhas de campo elétrico

circulando em torno dos campos magnéticos variáveis, ou seja, a variação do

campo magnético induz campo elétrico.

F) A terceira equação diz que campos magnéticos nunca divergem ou

convergem. Eles sempre constituem linhas fechadas.

G) A quarta equação diz que há linhas de campo magnético circulando em

torno de correntes elétricas.

9) Segundo o conceito de Maxwell, o que são ondas eletromagnéticas?

São ondas transversais e movimentam-se com a velocidade da luz, a qual era

conhecida nesta época.

10) Quais foram as experiências realizadas por Henrich Hertz, em 1885, sobre

a propagação das ondas eletromagnéticas?

Realizou experiências sobre a propagação das ondas eletromagnéticas

utilizando como transmissor pontas metálicas pelas quais saltavam faíscas

elétricas e, como receptor, espiras metálicas. Em suas experiências,

demonstrou que tais ondas refletiam-se contra placas metálicas. Apesar de ter

tentado medir a velocidade de propagação dessas ondas, só mais tarde outros

pesquisadores verificaram que essa velocidade era exatamente igual a da luz.

A diferença estava no comprimento de onda de luz, frações de mícron,

72

enquanto que as ondas hertzianas tinham comprimentos medidos de

centímetros até centenas de metros.

11) Quais são as sete cores que formam o espectro eletromagnético?

Vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

12) Analise a figura 3, p.211 e responda:

A) Quais as características de uma onda?

Comprimento de onda e freqüência.

B) O que determina a cor da luz visível?

Comprimento de onda e freqüência.

C) Qual a equação matemática que determina a energia da onda?

E= h.f, onde h é a constante de Planck e f é a freqüência da onda

eletromagnética.

D) Qual a onda de maior e menor freqüência?

Maior freqüência: raios gama

Menor freqüência: ondas de rádio

13)Para que serve as antenas de TV, de rádio, etc.?

A estrutura possibilita que os eletros se movimentem livremente, excitados por

tensão ou corrente elétrica, gerando campos eletromagnéticos nos arredores. A

antena tem por objetivo maximizar esse alcance dessa ação à distância. Assim,

quanto mais longe puder gerar efeito, maior é a influência, ou seja, a área de

cobertura da antena fica melhorada.

14) Explique como ocorre a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica

(RPE) no estudo da hemoglobina:

73

Dentro do magnetismo, as substâncias são classificadas como

ferromagnéticas, diamagnéticas e paramagnéticas. Nesse último grupo,

enquadram-se muitas moléculas biológicas, entre elas a hemoglobina,

responsável pelo transporte de oxigênio no sangue. Essas moléculas possuem

átomos de ferro e, por esse motivo, quando submetidas a campos magnéticos,

magnetizam-se.

15) Os seres humanos produzem campos magnéticos? Explique:

Os seres humanos também produzem campos magnéticos, são pequenos, na

escala de nanotesla. Esses campos biomagnéticos se dão a partir da corrente

elétrica que percorre algumas células. Essas correntes são produzidas por

variações na permeabilidade da membrana. Os campos também podem surgir

a partir de outros órgãos que acumulam material magnético.


no texto “Campos eletromagnéticos”:

Campos eletromagnéticos; Força entre dois corpos; Lei de Coulomb; Equações

de Maxwell; Ondas eletromagnéticas; Espectro eletromagnético.


Texto 13 - Campos eletromagnéticos, p.201 a 216. Curitiba: SEED-PR, 2006.

14. AS TRÊS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS


74

1) Qual o modelo proposto por Newton, no século XVII, para as órbitas dos

planetas?

A Teoria da Gravitação, em que as forças que atuam entre eles estão ligadas

às suas massas (m1 e m2) e à distância (r) entre os corpos. G, a constante

gravitacional, que vale 6,67 x 10 -11 Nm2/kg2, indica a pequena intensidade

dessa força entre os corpos de massas pequenas.

F= G m 1 m 2

(r12)2

2) Escreva sobre o Eletromagnetismo e os trabalhos dos cientistas no final do

século XIX:

No final do século XIX, os trabalhos de cientistas, como Faraday, Gauss,

Ampere, Lorentz e especialmente Maxwell, acabaram fazendo uma unificação

dos fenômenos elétricos e magnéticos. Por conta dessa unificação, os eventos

ligados a essas duas áreas passaram ser associados ao que chamamos de

Eletromagnetismo.

3) Complete:

A) No final do século XIX, os físicos encaravam o Universo baseado no modelo

mecânico de Newton.

B) As radiações eram entendidas como que constituídas por ondas

eletromagnéticas, oscilações de campos elétricos e magnéticos, os quais se

propagavam de acordo com as quatro leis de Maxwell.

C) A própria natureza ondulatória da luz foi entendida por meio do

Eletromagnetismo, pois se entendia que a luz era uma onda que combinava

campos elétricos e magnéticos.

D) Os grãos de luz foram chamados de fótons e seriam como que pacotes de

energia.

4) Quem foi Albert Einstein?

75

Propôs a teoria da relatividade, contudo recebeu prêmio Nobel em 1921 em

Física pela explicação do efeito fotoelétrico.

5) Qual é a força que atua sobre os planetas para que estejam em órbitas?

A força gravitacional exercida pelo Sol e entre os planetas.

6) Escreva sobre a fissão nuclear:

Em 1939 Otto Hahn e Fritz Strassmann descobriram a fissão nuclear, processo

em que ocorre a liberação de uma grande quantidade de energia em forma de

radiação.

7) O que era o “Projeto Manhattam”?

O Presidente Franklin Roosevelt decidiu financiar o que tornou conhecido como

Projeto Manhattam, em que foram construídas as duas primeiras bombas

atômicas americanas.

8) Os estudos dos raios cósmicos tornaram-se uma valiosa fonte de informação

sobre os núcleos atômicos. Quais as contribuições desse estudo?

Esses estudos tornaram-se uma valiosa fonte de informação sobre os núcleos

atômicos. Tais estudos contribuíram, por exemplo, para a descoberta do

pósitron, uma anti-partícula do elétron.

9) Qual a função dos aceleradores de partículas?

Os prótons, por exemplo, são submetidos a campos elétricos e magnéticos

bastante intensos e postos a se mover e a colidir entre si ou com outras

partículas.

10) Indique nos parênteses abaixo, a letra correspondente a sua definição:

A) força nuclear fraca

B) força nuclear forte

C) mésons ou píons

D) méson ¶

( D ) O professor César Lattes foi um dos responsáveis pela descoberta desse

méson.

76

( A ) É a força responsável pelo decaimento beta.

( C ) Conjunto de partículas que também acabaram sendo descobertas nos

aceleradores de partículas.

( B ) Força que não depende da carga elétrica, pois ocorre entre prótons, que

possuem carga positiva, e entre nêutrons, que não possuem carga elétrica.

11) De que modo surgem as interações eletromagnéticas? E a interação

gravitacional?

As interações eletromagnéticas surgem essencialmente por causa as cargas

elétricas, e a interação gravitacional por conta da massa.

12) Una a segunda coluna de acordo com a primeira:

INTERAÇÃO DEFINIÇÃOInteração fraca É medida por uma partícula, o

gráviton

Interação forte É transmitida por meio de partículas

conhecidas pelas letras W e Z

Interação gravitacional É medida pela troca de fótons

Interação eletromagnética Existem oito partículas responsáveis

por colar os quarks dentro dos

hádrons


no texto “As três interações fundamentais”:

Teoria da gravitação

77

Eletromagnetismo

Albert Einstein

Fótons

Força gravitacional

Partículas atômicas

Força nuclear

Interação gravitacional

Interação eletromagnética


Texto 14 - As três interações fundamentais, p.220 a 232. Curitiba: SEED-PR,

2006.

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DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE 2009 - … · O que significa cada um deles e qual a diferença entre...

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