Fisica M02 - COP Baixa[1]

5/10/2018 Fisica M02 - COP Baixa[1] - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/fisica-m02-cop-baixa1 1/16

COPCADERNO DE ORIENTAÇÃO AO PROFESSOR

São Paulo • 2011

FÍSICA

ENSINO MÉDIO

MÓDULO 2

PUERI DOMUS

COP - Física M02.indd 1 10/01/2011 09:4



S U M Á R I O

ORIENTAÇÕES ESPECÍFICAS MÓDULO 2UNIDADE 1 TRANSPORTES, ESPORTES E OUTROS MOVIMENTOS 2 ......................... 3

Apresentação ................................................................................................................... 3

Propostas para o trabalho em sala de aula ........................................................................ 3Respostas das atividades .................................................................................................. 9

COP - Física M02.indd 2 10/01/2011 09:4



COP – Módulo 2 3

ORIENTAÇÕES ESPECÍFICAS MÓDULO 2

UNIDADE 1 TRANSPORTES, ESPORTES E OUTROS MOVIMENTOS 2

Apresentação

Este módulo se inicia com a definição de energia mecânica, quando o trabalho mecânico, a

energia cinética e potencial são discutidos com base na análise energética de objetos em queda

livre ou de corpos elásticos tencionados na presença ou ausência de forças dissipativas.

No início do texto “Usando as regras nos esportes e transportes”, são discutidos os efeitos de

propulsão e resistência, características das forças de atrito com solo, ar e água. Em seguida, discute-

se a percepção de que a gravidade é onipresente, sendo essa compreensão fundamental para a

explicação do movimento de objetos arremessados com diferentes inclinações, do equilíbrio de

objetos, veículos e pessoas em solo firme ou em um fluido, e do movimento de domínios astronô-

micos. Ao final desse último capítulo, analisam-se as aplicações das leis de conservação da energiae das quantidades de movimento linear e angular aos choques mecânicos.

Neste módulo, apresentam-se aos alunos vários conceitos de Mecânica, um campo muito amplo

da Física, com diversos aspectos que podem ser aprofundados, dependendo do interesse, do tempo

disponível e das características de cada classe. No entanto, em qualquer nível de aprofundamento,

deve-se, sempre, procurar estabelecer um diálogo com o mundo de interesses do jovem estudante,

buscando conexões entre os conceitos físicos e seu cotidiano. Ao mesmo tempo, não é necessário

que a discussão dos conceitos se esgote em uma primeira apresentação, podendo ser retomada

ao longo do texto, em uma sequência didática em espiral.

Há diversos sites na internet que apresentam a aplicação das leis físicas nos esportes e podem

ser utilizados na preparação de tópicos de aprofundamento. Em especial, chamamos a atenção para

dois deles, dos quais já indicamos algumas páginas: Exploratorium, disponível em <http://www.exploratorium.edu/sports> e The K-8 Aeronautics Internet Textbook , disponível em <http://wings.

avkids.com/>, além de outros e de artigos interessantes que podem ser encontrados por meio de

buscas com expressões como a física do futebol . As buscas também podem ser feitas utilizando

expressões em inglês: the physics of soccer (a física do futebol), the physics of basketball (a física

do basquete), the physics of volleyball (a física do vôlei) etc., abrindo as portas para uma grande

diversidade de possíveis aplicações de novos conceitos e exemplos para serem discutidos em sala

de aula.

Os textos de Mecânica do GREF (<http://www.if.usp.br/gref/mecanica.htm>) contêm diversas

abordagens interessantes dos conceitos de Física, que podem auxiliar o professor na pesquisa de

atividades práticas e de questões motivadoras para suas aulas. Visando maior aprofundamento

teórico e exercícios desafiadores recomendamos a leitura do livro do professor de Mecânica doGREF editado pela Edusp (GREF, Física 1, Mecânica).

Propostas para o trabalho em sala da aula

Nas propostas de trabalho, apresentamos sugestões de como organizar o conteúdo de cada

módulo, assim como a explicitação dos conteúdos teóricos básicos de Física a serem trabalhados.

Há orientações detalhadas sobre o conteúdo temático e conceitual, sobre a utilização do texto e

sobre as atividades propostas, em muitos casos apresentando a função didática específica dos bo-

xes Conexão e Acervo e das seções Faça parte e Sua parte. Há também orientações que indicam

COP - Física M02.indd 3 10/01/2011 09:4



4 Física

conteúdos essenciais e complementares, e as possibilidades em relação ao tempo disponível e ao

ritmo do processo de aprendizagem.

O professor também pode encontrar subsídios para o planejamento semestral e anual do curso

de Física, com a possibilidade de distribuir, ao longo do tempo disponível, o conteúdo previsto para

cada proposta, estimando o nível de aprofundamento a ser trabalhado.Para cada atividade da seção Faça parte, o professor encontrará referências sobre o que é im-

portante enfocar na realização e na discussão da atividade, particularmente no caso de atividades

de experimentação.

Proposta 1 – Energia mecânica

Contéudos

Formas de energia, trabalho, energia mecânica, energia cinética, força peso, energia potencial

gravitacional, força elástica, energia potencial elástica

Neste bloco de aulas, partindo de diversas formas de energia, chega-se a uma das definições

possíveis para ela: a capacidade de realizar trabalho. Com isso, introduz-se o conceito de trabalho eapresentam-se as equações para o cálculo da energia mecânica e de suas parcelas cinética e potencial.

Assim, partiu-se de um conceito amplo de energia, apresentando suas diferentes formas de manifes-

tação, para, então, apresentar com maior profundidade uma forma específica de energia: a mecânica.

No texto do tópico “Energia mecânica e energia térmica”, é introduzido o conceito de trabalho,

bem como sua formulação matemática. Com base no conceito de trabalho chega-se ao conceito

de energia potencial gravitacional. Para tanto, o conceito de força peso também é apresentado. A

equação da energia cinética não é deduzida; no entanto, é estabelecida uma relação entre energia

cinética, massa e velocidade do corpo.

Na seção Faça parte (p. 12), os alunos são levados a pesquisar sobre o teorema da energia

cinética para perceber que variações de energia cinética envolvem trabalho. O objetivo é discutir,

com base em análise matemática, o teorema da energia cinética e sua unidade de medida, o joule.Ao pesquisar sobre o teorema da energia cinética, é possível que os alunos deparem com

equações matemáticas que conhecem, como a equação de Torricelli, por exemplo, que permite

calcular a velocidade de um móvel em função de sua posição, para um movimento com aceleração

constante. Oriente-os para que, nesse momento, se preocupem em identificar todas as variáveis

e utilizar as equações.

Proposta 2 – Energia mecânica (Trabalho e energia potencial elástica)

Contéudos

Trabalho e energia mecânica, princípio universal de conservação de energia

No texto “Trabalho e energia potencial elástica”, são introduzidos os conceitos de força constantee força variável, comparando-se a força peso com a força elástica.

O cálculo do trabalho da força gravitacional por meio de área do gráfico peso versus altura e o

trabalho da força elástica pela área do gráfico força elástica versus deformação são apresentados

no boxe Acervo “Trabalho e força constante” (p. 13-14).

Trabalhada uma visão geral sobre transformações de energia nos blocos de aulas anteriores, aqui

é retomado e aprofundado um importante conceito: a conservação da energia total de um sistema.

Cálculos mais complexos envolvendo conservação e dissipação da energia mecânica podem ser

feitos com o auxílio dos textos e questões propostos neste bloco. O tratamento desses conceitos

COP - Física M02.indd 4 10/01/2011 09:4



COP – Módulo 2 5

não se esgota aqui, pois, no tema “Transportes, esportes e outros movimentos”, esses tópicos

serão novamente trabalhados, com novo enfoque, incluindo o conhecimento do cálculo vetorial.

Aqui são discutidas apenas situações em que o trabalho é realizado por forças paralelas à direção

do movimento, não sendo necessário, portanto, cálculo vetorial.

Na seção Faça parte (p. 17-19), o texto “Discurso prático sobre energia e suas transformações”retoma os conceitos trabalhados de maneira informal e coloca cada aluno como personagem de

uma história que envolve várias transformações de energia. Um trecho do texto foi propositada-

mente suprimido para que os alunos o redijam, mantendo a coerência e a coesão textuais, bem

como a precisão conceitual.

Os objetivos da atividade são: identificar situações cotidianas que podem ser explicadas com a

aplicação de conceitos físicos, como transformações de energia e trabalho; mostrar a diferença entre

o significado de senso comum intuitivo de termos utilizados no dia a dia e a concepção científica.

Inicie a atividade falando da importância da linguagem para expressar ideias com precisão e aborde

as diferenças entre a linguagem científica e a linguagem cotidiana. A terminologia utilizada em Física,

muitas vezes, pode ser confundida com a utilizada na linguagem do dia a dia, mas em Física as palavras

têm significados conceituais muito precisos e podem ter um sentido bem diferente daquele utilizadono senso comum. Assim, saliente as diferenças entre o significado do trabalho que conhecemos e o

do trabalho em Física. Proponha, em seguida, que leiam o texto e incentive uma nova discussão, mais

aprofundada, ao final da atividade. É interessante também propor para discussão a seguinte questão:

“Poderíamos utilizar apenas a linguagem científica em nossa comunicação?” Pode-se propor, ainda,

que os alunos escrevam um texto com a opinião deles sobre a questão.

Rever os conceitos estudados em outra linguagem contribui para aperfeiçoar os conceitos de

trabalho, energia mecânica e conservação de energia, para tornar mais efetiva a resolução de pro-

blemas numéricos apresentados na seção Sua parte (p. 22-26) , uma vez que se espera que eles, ao

resolver situações-problema apresentadas nas questões, adquiram uma compreensão clara sobre

as transformações de energia.

O boxe Acervo “ Entenda o bungee jumping” (p. 20-21) pode ser trabalhado depois que algunsproblemas numéricos da seção Sua parte tenham sido resolvidos, de modo que, para analisar as

transformações de energia envolvidas no esporte radical, o aluno já tenha se familiarizado com a

linguagem matemática utilizada.

Proposta 3 – Usando as regras nos esportes e transportes (A diversidade deesportes e transportes; Propulsões e resistências)

Contéudos

Força de atrito estático, coeficiente de atrito, força normal, o atrito como força propulsora,

relação entre normal e peso no elevador

Com este bloco de aulas, inicia-se o estudo da utilização das leis de Newton em situações es-

pecíficas e dependentes do conhecimento e das características de cada tipo de força aplicada a umobjeto. Como forma de preparar os alunos para as especificidades de cada movimento, é muito

importante realizar as atividades das seções Faça parte (p. 29 e p. 31-32), bem como trabalhar na

sala de aula as pesquisas propostas nas primeiras seções Sua parte sobre a estrutura de automó-

veis e calçados esportivos e sobre os combustíveis e sistemas de propulsão utilizados em motores

a jato e de espaçonaves.

O objetivo da atividade da seção Faça parte (p. 29) é permitir ao aluno compreender como as

regras esportivas se relacionam com as leis de Newton e a com a conservação da quantidade de

movimento.

COP - Física M02.indd 5 10/01/2011 09:4



6 Física

Discuta com os estudantes as condições necessárias para que determinados esportes não pre-

judiquem fisicamente os atletas e como as regras desses esportes estão relacionadas a isso. Tam-

bém poderá ser discutido por que algumas técnicas utilizadas em esportes só ganham significado

quando se compreendem determinados conceitos físicos como as leis de Newton e a conservação

da quantidade de movimento.Já, a atividade da seção Faça parte (p. 31-32) tem como objetivo relacionar a força de propulsão

de diversos meios de transporte com as características de cada veículo e do meio em que se movem.

Fique atento quanto à forma de introduzir o conceito de força de atrito nessa discussão: uma força

responsável pela impulsão e não, nesse momento, pela resistência ao movimento.

Explore a atividade induzindo reflexões sobre a diversidade de formas de propulsão de um

objeto, mas também sobre o que há de comum: é necessário que exista propulsão para que um

movimento se inicie. Um carrinho de pedreiro é empurrado com as mãos, um carro é propulsiona-

do pela reação do atrito de suas rodas com o chão e um barco a vela é impulsionado pelo vento.

Apesar das evidentes diferenças entre todas essas situações, há uma importante semelhança entre

elas: a necessidade da propulsão para que se inicie o movimento.

Uma opção para dinamizar a aula é distribuir essas atividades e pesquisas entre diferentes gruposde alunos para organizar uma seção de pequenos seminários ou comunicações de cada grupo para

o conjunto da sala. Se preferir, a atividade proposta na seção Faça parte (p. 39-40), a questão sobre

o grooving proposta na seção Sua parte (p. 35-36) e até mesmo o boxe Acervo “A reação normal e

outras forças de contato” (p. 37-38) podem ser transformados em atividades e incorporados à lista

de atividades distribuídas aos grupos para diversificar os assuntos de cada seminário.

Na atividade proposta na seção Faça parte (p. 39-40), o objetivo é utilizar dados experimentais

para calcular valores dos coeficientes de atrito de diversos materiais.

Discuta com os alunos as dificuldades de medida de atrito e os fatores que influenciam as

diferenças encontradas para os coeficientes de atrito em fontes diversas. Aproveitando o dinamô-

metro construído anteriormente, discuta como a força de atrito está relacionada à força normal e

aos diferentes materiais de contato. Pergunte aos alunos, por exemplo, se uma caixa de madeiradesliza mais facilmente sobre uma superfície de fórmica ou sobre o cimento.

Seja qual for a estratégia escolhida, é importante reservar tempo para a sistematização dos

conceitos apresentados no texto e para a discussão de algumas das questões propostas na seção

Sua parte (p. 32-33).

Para o trabalho neste módulo, pode ser muito útil o uso de simulações computacionais, confor-

me sugerido na seção Para saber mais (p. 101). Na medida do possível, é importante que o próprio

professor faça uma pesquisa prévia sobre simulações no campo da Mecânica a fim de, no caso de

a escola possuir um laboratório de informática, elaborar complementações às sequências didáticas

propostas nos blocos de aula descritos a seguir.

Proposta 4 – Usando as regras nos esportes e transportes(Propulsões e resistências – Se há curva, há resultante centrípeta)

Contéudos

Resultante centrípeta e tangencial, aceleração centrípeta

Dependendo de sua abordagem, o trabalho com o texto sobre força e aceleração centrípetas que

dá continuidade ao módulo pode ser feito com maior ou menor aprofundamento. Propõe-se, assim,

um bloco de aulas especificamente voltado para esse estudo, sendo de fundamental importância

que as seguintes ideias fiquem claras para o aluno: para todo objeto em movimento não retilíneo,

COP - Física M02.indd 6 10/01/2011 09:4



COP – Módulo 2 7

existe uma aceleração e uma força resultante centrípeta, grandezas físicas que dependem do raio

da trajetória, da velocidade e da massa do objeto.

As questões apresentadas na seção Sua parte (p. 47-50) podem ser distribuídas entre o trabalho

na sala de aula e as atividades extraclasse.

Proposta 5 – Usando as regras nos esportes e transportes (Propulsões eresistências – O efeito dissipativo do atrito, A resistência aplicada por fluidos)

Contéudos

Efeito dissipativo do atrito, resistência do ar, topspin

Após discutir as propulsões em movimentos retilíneos e curvilíneos, o texto passa a apresentar

o efeito da resistência aos movimentos em solo firme e em fluidos. Essa discussão pode ser o centro

de um bloco de aulas, podendo ter maior ou menor extensão, dependendo do ritmo de aprendi-

zagem da turma. É importante que o texto sobre o efeito dissipativo do atrito seja lido e discutido

na sala de aula, enquanto o texto sobre a resistência aplicada por fluidos pode ser uma opção de

leitura em casa. Dependendo dessa opção, as questões da seção Sua parte (p. 56-57), referente a

esse bloco de aulas poderão ser trabalhadas na sala de aula ou indicadas como atividade extraclasse.

Proposta 6 – Usando as regras nos esportes e transportes(Gravidade onipresente)

Contéudos

Arremessos, centro de gravidade, equilíbrio

O boxes Acervo “Arremessos com inclinação de 45° são mais eficientes” (p. 60) e Conexão

“Como evitar um tombo” (p. 66) ganham destaque especial neste bloco de aulas. Recomendam-se

a discussão desses textos e a resolução de algumas das questões da seção Sua parte (p. 61-64) na

sala de aula para que eventuais dificuldades dos alunos com demonstrações matemáticas não se

tornem um obstáculo ao aprendizado.É importante que a discussão seja centrada nos aspectos qualitativos da influência da gravidade

nos movimentos.

Proposta 7 – Usando as regras nos esportes e transportes (Máquinas simples)

Contéudos

Plano inclinado, polias, alavancas, tração em um fio, sarilho

O estudo das máquinas proposto como tema para este bloco de aulas pode ser trabalhado

centrando a discussão na facilitação do levantamento de peso proporcionada pelo uso desses

instrumentos. As questões propostas na seção Sua parte (p. 69-73) podem ser trabalhadas parte

em sala de aula e parte como atividade extraclasse. Alternativamente, um aprofundamento sobreesse conteúdo pode ser alcançado com a discussão da resolução de questões relativas ao assunto

em exames vestibulares.

Proposta 8 – Usando as regras nos esportes e transportes(Máquinas simples – Maior a profundidade, maior a pressão)

Contéudos

Pressão, pressão hidrostática, pressão atmosférica, experiência de Torricelli, princípio de Pascal

e prensa hidráulica, vasos comunicantes

COP - Física M02.indd 7 10/01/2011 09:4



8 Física

Este e o próximo bloco de aulas, destinados ao estudo da hidrostática, podem ser considerados

parte de um grande bloco de conteúdo cujo aspecto central é o estudo da força de empuxo e de

sua ação no equilíbrio de um navio. O texto “Maior a profundidade, maior a pressão” pode ser

considerado uma preparação para a discussão desse conteúdo. O texto “A experiência de Torricelli

e os vasos comunicantes” (p. 76) e o boxe Acervo “O princípio de Pascal e a prensa hidráulica”(p. 79), juntamente com as questões da seção Sua parte (p. 80-81), podem ser considerados um

complemento teórico à discussão feita no texto principal sobre o conceito de pressão em geral e

de pressão hidrostática em particular.

Alternativamente, se julgar que, no trabalho com o módulo, o conceito de pressão já está con-

solidado, proceda a uma discussão mais aprofundada sobre a experiência de Torricelli e o princípio

de Pascal.

Proposta 9 – Usando as regras nos esportes e transportes (Máquinas simples – Empuxo e flutuação; A quantidade de movimento no domínio astronômico)

Contéudos

Empuxo, estabilidade de um navio, densidade

Os conceitos básicos de hidrostática apresentados anteriormente podem agora ser utilizados

na explicação da flutuação e do equilíbrio de um navio. Para tanto, o tópico “Empuxo e flutuação”

(p. 81-83) deve ser lido e discutido na sala de aula, pausando a leitura para eventuais sistematizações

e resoluções de questões apresentadas na seção Sua parte (p. 84-85) ou de outras questões que

julgar importantes. A fim de que o aluno ganhe uma visão mais abrangente da ação da gravidade

nos equilíbrios e desequilíbrios, é muito importante que se façam comparações entre a situação

de um navio flutuando na água e de um objeto sobre solo firme.

O texto “A quantidade de movimento no domínio astronômico” (p. 86-88) pode ser considerado

complementar e introdutório ao estudo da gravitação que será desenvolvido posteriormente em

maior extensão e profundidade.

Proposta 10 – Usando as regras nos esportes e transportes(Encontros elásticos e encontros plásticos)

Conteúdos

Coeficiente de restituição, trabalho e energia cinética, potencial e mecânica, choques perfeita-

mente elásticos, parcialmente elásticos e inelásticos, quantidade de movimento linear e angular,

leis de conservação da energia e da quantidade de movimento linear e angular

Retome a lei da conservação da energia aplicando-a, juntamente com as leis de conservação

das quantidades de movimento linear e angular, ao estudo das colisões elásticas e plásticas entre

dois objetos.

Recomendam-se a leitura e discussão na sala de aula do texto principal referente a este bloco deaulas, bem como das questões apresentadas seção Sua parte (p. 92). O boxe Acervo “Coeficiente de

restituição” (p. 91) bem como as questões da seção Sua parte (p. 94-95), podem ser considerados

complementares e introdutórios a esse assunto.

Proposta 11 – Usando as regras nos esportes e transportes(Mecânica, a ciência dos movimentos)

Conteúdos

Síntese dos conteúdos do módulo

COP - Física M02.indd 8 10/01/2011 09:4



COP – Módulo 2 9

O trabalho neste bloco de aulas é de fechamento de toda a discussão feita com os alunos ao

longo do módulo. Nesse sentido, deve ser dado destaque à atividade proposta na seção Faça parte

(p. 97). Se o professor tiver aplicado a avaliação diagnóstica sugerida anteriormente, na proposta

3 do módulo 1, e tiver conservado as respostas dos alunos, será uma excelente oportunidade de

aplicar um instrumento de autoavaliação, em que os alunos poderão comparar suas respostaselaboradas antes e depois da discussão dos conceitos.

Respostas das atividades

Faça parte (p. 12)

Segundo a equação de Torricelli, v2 = vo2 + 2 · a · d (I) e sendo:

= F · d (II)

F = m · a (III)

Temos, (III) em (II): = m · a · d

(I) em (II): = m · a · v v

a

o

2 2

2−

Obtemos:

=mv mv

2

0

2

2 2-

= ∆Ec

Unidade: Kgm

s

2

, equivalente ao joule (J), unidade de energia cinética.

Faça parte (p. 17-19)

a) Duas possíveis definições: I. Atividade que tenha como finalidade uma remuneração;II. Trabalho é a força exercida em um objeto multiplicada por seu deslocamento.

b) A energia não pode ser criada nem destruída e, portanto, a energia cinética foi transformada

em energia sonora e energia térmica, por exemplo.

c) Um exemplo: o balão, que está em repouso na mão do garoto, ou seja, com energia cinética igual

a zero, é, então, solto. Quando está na altura do oitavo andar, sua energia potencial gravitacional

é máxima em relação ao solo. Assim, ao soltar o balão, a energia potencial dele é transformada

em energia cinética e, quanto menor se torna a energia potencial, maior é a energia cinética

adquirida pelo balão. Ao final, toda a energia potencial inicial, que estava armazenada no balão,

foi transformada em energia cinética.

Segue abaixo o parágrafo do texto original do qual foi suprimido o trecho a ser substituído:

Você reflete sobre o que ocorreu. Quando o moleque está segurando o balão fora da janela,

ele não está em movimento. Mas, assim que o balão cai, a sua velocidade aumenta devido

à força da gravidade. No caso, é a gravidade que está realizando trabalho sobre o balão.

Quanto mais alto o balão, maior será a sua energia de impacto. Se o moleque vivesse no

oitavo andar, o balão explodiria bem mais violentamente em sua cabeça. Existe aí uma

transformação entre dois tipos de energia. Quando o balão está para cair, tem apenas

energia potencial, a capacidade de realizar trabalho, caso entre em movimento. Ao cair,

a energia potencial vai se transformando em energia cinética até que, ao chegar ao chão,

toda ela virou cinética. Existem vários tipos de energia, que podem se transformar uns nos

COP - Física M02.indd 9 10/01/2011 09:4



10 Física

outros. Uma mola, quando comprimida, também armazena energia potencial. Ao ser solta,

ela entrará em movimento, adquirindo energia cinética.

d) Cada aluno deverá ler o texto que escreveu e a classe escolherá aquele que melhor repre-

senta o texto suprimido. Como critério para a escolha, sugira que os alunos considerem a

utilização correta dos conceitos físicos e a clareza do texto.

Sua parte (p. 22-26)

1. c

2. b

3. b

4. e

5. c

6. a) Ec = 1 200 J; EPg = 120 000 J; EM = 121 200 J

b) EPg = 121 200 Jc) Ec = 91 200 J; EPg = 30 000 J

d) v = 17,44 m/s ou 6,3 Km/h

e) EM = 91 200 J; Ec = 51 200 J; EPg = 30 000 J

f) v = 13 m/s ou 47 km/h

g) Exemplo de resposta: é mais provável que o carrinho tivesse, ao final de uma descida, a

velocidade como no item 6f, em que se considera que há dissipação de energia mecânica

na forma térmica, principalmente. Por isso, há redução da energia cinética, que está dire-

tamente relacionada à velocidade. A energia potencial é a mesma nas duas situações, pois

depende da massa, da aceleração da gravidade e da altura do carrinho em relação ao solo.

h) h = 13,5 m

7. a) h = 5 m

b) h = 6 m

c) A altura do salto não depende da massa do atleta. Assim, ele somente poderia saltar além

dos 6 m se alcançasse velocidade horizontal superior a 10 m/s no instante em que a vara

começa a ser flexionada para o salto.

8. c

9. d

10. e

Faça parte (p. 29)

a) A pesquisa deve trazer as variedades de modalidade do esporte escolhido (na natação, por

exemplo, há diversas modalidades, como nado livre, borboleta, revezamento 4 x 100 etc.).

É interessante que os alunos tragam informações que complementem as discussões sobre o

conteúdo de Física, buscando outras respostas em disciplinas como Educação Física, Química

e Biologia.

b) Os alunos devem perceber que a compreensão dos conceitos de Física é fundamental para

dar significado a algumas regras da modalidade esportiva escolhida.

COP - Física M02.indd 10 10/01/2011 09:4



COP – Módulo 2 11

c) Com base nos questionamentos elaborados no item anterior, os alunos deverão buscar

nos conteúdos estudados em sala de aula explicações que abarquem as leis de Newton e a

conservação da quantidade de movimento.

Sua parte (p. 30)1. Nos motores a explosão, há um controle para que determinada quantidade de uma mistura de

ar e de combustível entre no cilindro a cada ciclo: gotas de combustível são injetadas com uma

grande quantidade de ar, fazendo com que o combustível fique pulverizado. Nos carros mais

antigos, esse controle era feito pelo carburador, que funciona como uma válvula mecânica, que,

ao abrir, permite que o ar passe e arraste o combustível para dentro do cilindro. Nos carros

modernos, o carburador é substituído pelo sistema de injeção eletrônica, que permite, por meio

de um sensor eletrônico, adequar a mistura ar-combustível a cada situação de movimento do

automóvel, possibilitando, assim, melhor desempenho do motor.

Quanto ao freio hidráulico, trata-se de um mecanismo pelo qual a força exercida pelo motorista

no pedal transmite-se à roda do carro na forma de uma força bem mais intensa. Isso é consegui-

do por meio de um tubo cheio de óleo, mais fino em sua conexão com o pedal do freio e mais

grosso na conexão com a roda. Quando o motorista pisa no pedal, ocorre uma transmissão de

pressão por meio do óleo que vai transmitir, na outra extremidade do tubo, uma força respon-

sável pela diminuição da velocidade das rodas (apertando, por exemplo, as pastilhas do freio

que pressionam a roda, diminuindo, assim, sua velocidade de rotação por atrito). A pressão

exercida sobre o óleo dos freios é quase integralmente transmitida, mas a área da seção dos

tubos é diferente (menor no pedal e maior no contato com a roda), a força exercida sobre a

roda é maior do que a força aplicada pelo motorista no pedal ( já que, para uma mesma pressão,

força e área são proporcionais).

2. a) Quando, para a mesma variação da quantidade de movimento, o tempo de colisão aumenta,

a força exercida durante essa colisão diminui, pois tempo de contato e força são grandezas

físicas inversamente proporcionaisr

r

rr

F mp

tF t m pR R=

∆

∆⇒ ⋅ ∆ = ⋅ ∆

.

b) Em virtude da maior deformação nos saltos, os novos calçados esportivos têm um tem-

po de contato maior com o chão no momento do impacto contra ele (em um salto, por

exemplo). Como no caso anterior, quanto maior o tempo de contato, menor será a força

aplicada nos pés.


1. Nesta pesquisa, os alunos deverão listar os mais diversos tipos de propulsão, mencionando desde

um carrinho de bebê ou outros veículos, cujo movimento inicial se dá por meio da ação de uma forçamuscular, até naves espaciais que não podem ser empurradas, nem podem empurrar algo externo,

que se movem ejetando gases no sentido oposto ao do movimento pretendido.

2. Ao classificar os veículos de acordo com o meio (terra, água, ar etc.) em que se movimentam, é

importante que os alunos explicitem as semelhanças e diferenças entre os sistemas de propulsão

característicos de cada um (como no exemplo dado no item anterior sobre o carrinho de bebê

e a nave espacial).

3. Os alunos deverão desenvolver suas habilidades de comunicação apresentando aos demais

colegas suas pesquisas, hipóteses e conclusões sobre os itens anteriores.

COP - Física M02.indd 11 10/01/2011 09:4



12 Física


1. A gasolina de aviação contém aditivos que aumentam sua octanagem, isto é, que permite

maior compressão do combustível antes que ocorra sua ignição espontânea, o que aumenta a

potência do motor, aspecto fundamental para o transporte aéreo. Além disso, há na gasolina

de aviação outros aditivos, responsáveis por reduzir o risco de congelamento ou de explosão.

Dependendo dos aditivos, a reação de combustão da gasolina ocorre de uma ou outra maneira

específica, mas essa reação pode ser genericamente representada por:

C8H18 + 12,5 O2→ 8 CO2 + 9 H2O

2. Como naves espaciais não podem utilizar ar atmosférico para a combustão de seus combustí-

veis, elas armazenam algum material oxidante que fará o papel de comburente para queimar

o combustível. Combustíveis de foguetes podem ser líquidos ou sólidos. Nos motores de com-

bustível líquido, o combustível (em geral, hidrogênio líquido) e o oxidante (em geral, oxigênio

líquido) são armazenados separadamente, sendo misturados em uma câmara de combustão. Nos

motores de combustível sólido, oxidante e combustível, ambos na fase sólida, já se encontram

presentes na câmara de combustão, com o motor consistindo apenas de um invólucro contendoo combustível, de um sistema de ignição para dar início à combustão e de uma cavidade central

para assegurar uma queima completa e homogênea.

Um foguete de múltiplos estágios possui múltiplos compartimentos (estágios) que vão queiman-

do em sequência e sendo descartados quando o combustível se esgota, o que permite diminuir

a inércia do sistema à medida que o combustível é utilizado.


O grooving dos aeroportos auxilia o escoamento da água em dias de chuva e isso diminui o

risco de aquaplanagem. Além disso, o asfalto com grooving tem maior irregularidade, o que faz

aumentar o atrito entre as superfícies em contato. O grooving produz aumento no coeficiente

de atrito da pista, amenizando a diferença entre o baixo valor de coeficiente de atrito de umapista molhada quando comparado com o de uma pista seca.


1o O aluno deverá ser cuidadoso na adequação da elasticidade da mola e dos pesos dos objetos utili-

zados no experimento, a fim de garantir maior precisão na medida da máxima força indicada pelo

dinamômetro, na situação de iminência de movimento, ao se puxar os objetos.

2o Espera-se que, nesta atividade, os alunos relacionem a força de reação normal com a força de

atrito e concluam que a força de atrito é maior para um maior valor da força normal, como

ocorre com o apoio no solo de objetos de maior peso.

3o

e 4o

O aluno deverá observar que são iguais os valores da força de atrito máxima e da forçaelástica da mola. Com isso esclarecido, deve-se proceder ao cálculo do coeficiente de atrito pela

relação µe = Fatmáx/N Þ µe = Felástica/N. O aluno deverá utilizar diferentes objetos e superfícies a

fim de produzir uma tabela de coeficientes de atrito.


1. c

2. e

3. a

COP - Física M02.indd 12 10/01/2011 09:4




4. c

5. a) De fato, não é possível dizer o sentido em que o elevador está se movendo, pois pode estar

subindo com uma força resultante de 40 kgf ou aplicando essa mesma força para desacelerar

o movimento de descida.

b) a = 0,625 m/s2

6. b

7. d. As forças verticais que agem sobre a balança são n = P + Fy, em que:

Fy = F · sen 37o = 5 · 0,6 = 3 N

Logo N = 15 + 3 = 18 N

Como o peso aparente medido pela balança é igual à normal N, temos:

Pap = N = 18 N

Map · g = 18 N

Map = 1,8 kg

8. a) F1 = 5 500 N

b) F2 = 15 500 N

9. a = 3 m/s2

10. a

11. a) a = 1,5 m/s2

b) µ = 0,10

12. d


1. Curvas fechadas apresentam raio menor do que curvas abertas. Como o valor da aceleração cen-

trípeta é inversamente proporcional ao raio da curva, mantendo-se a velocidade e diminuindo-se

o raio, aumenta-se o valor da aceleração centrípeta necessária para a realização da curva, o que

significa que, para manter o carro estável na curva, é necessário um maior atrito com a pista.

Sem o atrito suficiente, o carro derrapa e sai pela tangente à curva. Portanto, curvas fechadas

devem ser realizadas com baixa velocidade a fim de não provocar a necessidade de uma elevada

aceleração centrípeta.

2. b

3. a) FC = 200 N

b) X0 = 0,4 m

4. a

5. c

6. c

7. d

8. a) v = 8 m/s

b) FRC = 128 N

9. d

COP - Física M02.indd 13 10/01/2011 09:4



14 Física

Faça parte (p. 51)

1. Com os dados obtidos nas entrevistas, espera-se que os alunos reconheçam em que consistem

as diferenças entre os freios de diferentes veículos. Em uma bicicleta, o sistema é muito simples:

trata-se de um freio mecânico que, ao ser acionado pelo ciclista, comprime as pastilhas contra

o aro da bicicleta. Justamente por ser um sistema tão simples, é comum a bicicleta derraparem freadas mais bruscas. Por sua vez, os freios ABS, utilizados em alguns automóveis, possuem

sensores de velocidade e agem sincronizando a diminuição de velocidade do carro e da roda,

o que diminui as chances de derrapagem.

2. Espera-se que o estudante consiga entender o processo de funcionamento das marchas e que elas

podem ser utilizadas para diminuir a velocidade de veículos. Ao reduzir da 5ª para a 4ª marcha,

por exemplo, forçamos o carro a diminuir sua velocidade, pois uma engrenagem (roda dentada)

de diâmetro maior passa a ficar “engatada” ao eixo de transmissão (o eixo que, propulsionado

pelo motor, provoca o giro das rodas).

3. Nas discussões em grupo, é importante que fique claro o papel dos equipamentos de segurança

dos veículos e como eles são modificados conforme sua massa, enfatizando a necessidade de

maior potência dos freios para veículos cuja massa – e consequentemente a quantidade de

movimento – seja maior.

Sua parte (p. 55)

1. a) τpeso = 0 J

τnormal = 0 J

τtensão = 300 J

τatrito = –120 J

b) 180 J

2. τpeso = 0 J

τnormal = 0 Jτtensão ≈ 260 J

τatrito = –60 J

τtotal ≈ 200 J


1. b

2. c

3. a) v = 5 m/s

b) E = 1 599 000 J

4. b


1. b

2. c

3. d

4. a) 5 m/s

b) 1,5 m/s

c) vx = 1,5 m/s

COP - Física M02.indd 14 10/01/2011 09:4




5. a) 1,5 m/s

b) 2 m/s2

6. A faca atinge o painel a uma altura de 1 metro acima do solo.

7. a) 0,75 s

b) 32 m/s

8. y = – 0,5 X2 + 4X; h = 8 m


1. C

2. Pelo de massa maior será mais seguro, pois a força de tração no fio é proporcional à massa do

bloco que é puxado pelo fio na direção do movimento.

3. a

4. a) T = 250 N

b) O corpo suspenso se elevará 0,5 m.

5. e

6. c

7. c

8. c

9. a

Sua parte (p. 75)

1. d

2. a

3. 90 m


1. 0,5 m ou 50 cm

2. a) 76 mmHg

b) Se a pressão média da artéria fosse 100 mmHg, o plasma proveniente da bolsa não entraria

na artéria.

3. P = 828 mmHg

4. a) P = 3,2 W

b) Pp = 199,3 mmHg


1. a

2. 70 kgf


1. c

2. b

3. e

4. d

COP - Física M02.indd 15 10/01/2011 09:4



16 Física

5. a)

b) O aumento do volume implica o aumento do empuxo, fazendo com que o peixe suba para

a superfície.

Sua parte (p. 92)

1. c

2. e

Sua parte (p. 94-95)1. b

2. 5,0 cm

3. a

4. e

5. d

6. b

Faça parte (p. 97)

Pesquisa dos alunos.

COP - Física M02 indd 16 10/01/2011 09:4

Fisica M02 - COP Baixa[1]

Documents

Transcript of Fisica M02 - COP Baixa[1]