Identificar fenômenos relacionados com conservação de energia, realizar atividades em sala de aula que ilustram o teorema da conservação da energia.

Uma aula de 50 minutos

Energia Potencial, Energia cinética.

 Motivação/introdução

O teorema da conservação da energia é um dos mais importantes na física, na natureza, a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada em outras formas de energia, numa colisão de um automóvel, por exemplo, existem vários tipos de energia sendo transformada, a energia cinética do movimento do carro é convertida em energia sonora com ou barulho da colisão, em energia térmica, luminosa e em outros tipos de energia.

Na Sala de aula (20 min)

Nesta aula vamos explorar o teorema da conservação da energia, muito importante na física, pois é considerada uma das leis fundamentais. Ela diz que “A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada”.

No mundo em que vivemos, a energia é a mesma do início do universo, sendo apenas transformada ao longo do tempo, como no exemplo de uma usina hidroelétrica, em que a energia cinética da queda da água é convertida em energia elétrica nos geradores, e posteriormente transformada em diversos tipos de energia, nas casas e indústrias. Uma derivação do teorema da energia conservação da energia é a conservação da energia mecânica. O teorema da energia mecânica diz que a soma da energia cinética e da energia potencial de um sistema é igual à energia total de um sistema. Um exemplo no cotidiano são crianças num balanço, quando o balanço está na posição mais alta, a energia mecânica do sistema é potencial, na queda, a energia vai passando de potencial a cinética, e assim sucessivamente.

http://en.wikipedia.org/wiki/Swing_(seat)

Algebricamente, a energia cinética é dada por:

Ec = 1/2mv²

Sendo “m” a massa e “v” a velocidade. A Energia potencial gravitacional, que atua no caso de uma criança no balanço, é dada por:

Ep = mgh

Sendo a “m” a massa, “g” a aceleração da gravidade local e “h” a altura.

A energia mecânica total é definida como a soma da energia cinética e da energia potencial:

Em = Ec + Ep

Atividade em sala de aula (20 min)

            Para ajudar na compreensão da conservação da energia, vamos montar em sala de aula um motor simples, utilizando uma lata, elástico e um parafuso.

Imagem produzida pelo autor

Faça um furo em cada ext remidade da lata, e prenda um elástico em cada ponta, amarre no elástico um parafuso, como está na figura.

Peça para os alunos rolarem a lata e ver o que acontece, o elástico no interior da lata vai enrolar, e para desenrolar vai forçar a lata voltar para onde veio, essa experiência é conhecida como lata mágica. O elástico armazena energia potencial e devolve em energia cinética para movimentar a lata novamente.

Após a montagem da experiência, realize com os alunos as seguintes atividades:

Atividade 1: Baseando-se na experiência, peça para os alunos e pesquisarem na internet e em livros sobre a lei da conservação de energia. Após realizar a pesquisa, o resultado das pesquisas pode ser disponibilizado em um blog criado pelos alunos ou página web.

Atividade 2 – Depois de pesquisar sobre conservação de energia e realizar a experiência, peça para que cada aluno escreva sobre o que aprendeu, em no mínimo uma lauda, e entregar para o professor.

 Atividade no laboratório de informática. (30 min)

Para a compreensão e visualização desse fenômeno, va mos utili zar um objeto d e aprendizagem que permite visualizar a conservação de energia de forma lúdica, o nome do objeto é “skate e energia”. O skate é bastante conhecido dos alunos, com esse objeto, é possível mudar o formato da rampa, o peso do skatista e o ambiente em que ele está inserido.

Skate e energia

Imagem da simulação

Os alunos devem realizar as seguintes atividades:

Atividade 1 - A rampa em que o skatista está pode ser modificada, no formato e no tamanho, peça aos alunos que soltem o skatista nos dois ambientes, na terra e no espaço, qual é a diferença?

Atividade 2 - Numa segunda experiência, peça para aumentarem o atrito da rampa, o que acontece nessa situação?

As conclusões dos alunos sobre a experiência devem ser disponibilizadas na internet, em um blog ou webquest. Peça para que insiram o link da simulação no blog, para que outros alunos possam comentar as suas experiências e realizar as suas. 

Formulário de Avaliação

Nome	Tipo
Skate e energia	Animação/simulação

http://educar.sc.usp.br/fisica/energiateo.html

http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/energia/

http://en.wikipedia.org/wiki/Swing_(seat)

A avaliação será realizada pele processo de Rubrica, e será auto avaliativa para o aluno, preenchendo o formulário no final da aula, o critério utilizado é o conhecimento adquirido após explorar as simulações.