Entender essas duas formas de energia, entender a relação entre elas e as possíveis formas de transformação de uma em outra.

Energia cinética, energia potencial gravitacional, energia potencial elástica, colisões mecânicas (elástica, parcialmente elástica e inelástica), trabalho e calor.

Comece perguntando aos alunos quais os tipos de energia eles conhecem. Anote no quadro todas elas, depois complete a lista com as que faltarem: cinética, potencial gravitacional e elástica, térmica, luminosa, sonora, elétrica, nuclear...

Faça a seguinte pergunta então: já que todas são formas de energia o que podemos dizer sobre suas unidades? Eles responderão que são as mesmas, as vezes apenas uma múltiplo da outra. Pergunte então se, dado que tudo é energia podemos converter uma forma de energia em outra? Eles provavelmente vão responder que sim...

Diga então que nesta aula vamos analisar a relação entre energia mecânica (que poder ser do tipo potencial gravitacional ou potencial elástica) e a energia térmica em trânsito (calor). Para isso vamos analisar a seguinte situação: uma bola de futebol encontra-se suspensa nas mãos de um jogador, a uma altura de 1 m do solo. De repente ele a abandona, ela cai, quica no chão, mas não volta a alcançar novamente a altura em que se encontrava. Pergunta-se: o que houve com ela que não voltou á sua altura inicial? Faça essa pergunta aos alunos. Deixe que discutam em grupos de dois. Ouça as respostas. Se a resposta certa for proferida, anote-a no quadro mas re-explique o fenômeno desde o começo. Caso contrário explique o fenômeno da seguinte maneira: quando a bola se encontrava segura, estaticamente, pelo jogador ela possuía energia potencial gravitacional. Quando foi abandonada, começou a adquirir energia cinética, devido ao aumento no módulo de sua velocidade. Esta energia é o resultado da conversão em cinética da energia potencial que ela possuía. Mas quando a bola chega ao chão, quica e volta a subir, não alcança a mesma altura. Isto se deve ao fato de que a energia potencial gravitacional que ela possuía, ter se transformado em outros tipos de energia durante o percurso até o solo. O atrito com a atmosfera, por exemplo, transforma uma pequena parcela da energia potencial gravitacional em energia térmica, que aquece o ar no entorno de onde a bola passa. Quando esta bola se choca com o chão uma pequena parcela da energia cinética adquirida se transforma em energia sonora e energia térmica. A parte que transformou em energia térmica provoca um leve aquecimento da bola. Devido a todas estas perdas a bola não consegue atingir novamente a altura da qual foi abandona. Este processo se repete sucessivamente até que a bola perca toda sua energia, na forma de outras energias. A essa perda se dá o nome de dissipação.

Em outras palavras, depois que a bola para de quicar, diz-se que toda sua energia potencial gravitacional se dissipou na forma de energia térmica (parte transferida para a atmosfera) e na forma de energia térmica transferida para bola no ato do choque com o chão.

Vamos agora tomar o exemplo do abandono de uma pedra sobre o solo, que estava a um metro de altura. Vamos desprezar a influência do ar, que é pequena, e considerar apenas a dissipação de energia mecânica na forma de energia térmica, no momento da colisão dela com o chão. Vamos também considerar a colisão com o solo totalmente inelástica, ou seja, com perda total de energia mecânica no choque. Matematicamente o problema pode ser descrito da seguinte maneira:

(Tabela 1 - Composição da energia mecânica total - Tabela de autoria pessoal)

Para finalizar a aula, diga aos alunos que a dissipação de energia na forma de energia térmica acontece em todo tipo de colisão, mas há também outras formas de dissipações nestes casos: energia sonora, por exemplo.

Se ainda houver tempo ao final da aula proponha a eles que formem grupos de 3 pessoas para analisarem a colisão de dois automóveis. Informe-os que os veículos mais novos são projetados para se desintegrarem parcialmente durante colisões por razões de absorção de impactos. O professor deve acompanhá-los na condução das discussões para evitar que cheguem a conclusões erradas.

Aprenda mais sobre Energia mecânica e calor:

AlgoSobre: http://www.algosobre.com.br/fisica/energia-mecanica.html 

Mundo Físico: http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=8&idSubSecao=&idTexto=138 

Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia 

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18a Ed., 2007.

Elabore questões que envolvam o cálculo da transformação de um tipo de energia em outro mas considere os casos também onde há conversão em mais de um tipo, como por exemplo a conversão de potencial gravitacional em térmica e cinética.

Elabore ainda questões que envolvam Calorimetria, como por exemplo, a variação de temperatura sofrida por uma bala de revolver que incrusta-se numa árvore.