* Energia potencial; * Energia Cinética; * Transformação de Energia.

Aproximadamente 100 minutos, duas (2)

* Conceitos básicos de Mecânica (velocidade e aceleração).

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;

• Aula conceitual;

• Uso do Laboratório de Informática e a Sala de Vídeo.

Motivação:

Estando os alunos organizados em grupos, de quatro a cinco integrantes, no Laboratório de Informática (ou sala de vídeo), sugerimos que o professor instigue a curiosidade deles sobre o tema a ser estudado, apresentando o vídeo (Fig. 1), com duração de 53 segundos, postado abaixo:

http://www.youtube.com/watch?v=Y2_yws55Pow

Figura 1 – Imagem do vídeo.

Sugestão: O professor, se preferir, poderá gravar o vídeo em DVD e apresentá-lo aos alunos na Sala de Vídeo da escola, de forma que todos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Este vídeo demonstra a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, evidenciando a Conservação da Energia Mecânica.

Após os alunos assistirem  o vídeo, pergunte a eles o por que a bolinha (demonstrada no vídeo) sobre e desce no experimento. Propicie que os alunos entendam que é por causa da Conservação da Energia Mecânica.  Permita que os alunos deem suas opiniões, e, em seguida, dê  o seguinte exemplo: de um carro no alto de uma rampa (Fig. 2) com o freio solto. Nesta situação, o carro começará a descer e ganhará velocidade. Pergunte aos alunos se este exemplo tem alguma relação com a bolinha mencionada acima. Após as discussões, propicie que os alunos percebam que a Energia Inicial (Potencial Gravitacional) é Transformada em Cinética, em ambas as situações. Assim, o  ganho de velocidade do carro ao descer a rampa é a Transformação da Energia Potencial Gravitacional que o carro tem no alto da rampa em Energia Cinética.

 Em seguida, diga aos alunos que no decorrer destas aulas eles poderão aprender mais sobre a transformação de Energia Potencial Gravitacional (energia relacionada a gravidade) em Energia Cinética (energia relacionada com  a velocidade).

Figura 2 - Carro numa rampa.

Imagem disponível em: http://www2.uol.com.br/bestcars/carros/outros/embreagem-rampa.jpg. Acesso em: 18 jul. 2009

Atividade 1

Neste momento, o professor deverá apresentar o recurso (que se trata de uma experiência) postado abaixo.

Recurso: Conservação da Energia II

Link do Recurso no site do Portal do Professor:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/13626/conservacao_da_energia_2.pdf

O experimento (Fig. 3) postado na aula consiste em demonstrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica. Portanto, devido à conservação da energia mecânica, quanto maior a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda, não forçada, de um objeto, maior será sua energia cinética na parte mais baixa de sua trajetória. Esta quantidade de energia poderá ser aferida através de um mecanismo de transferência do movimento do objeto.

Figura 3 – Representação da experiência.

Neste experimento, um balde pequeno irá transferir sua energia para um bloco, parado sobre uma folha de papel fixada sobre o piso. Quando o balde estiver posicionado a uma altura máxima do solo (ponto de referencial) ele terá energia potencial máxima e cinética zero, pois estará parado. Quando se solta o balde ele começa a ganhar energia cinética e perde a potencial, pois começa a ganhar velocidade e perder altura. Quando ele chega ao ponto mais baixo da sua trajetória a sua energia potencial é praticamente zero e a cinética é máxima. Neste ponto o balde se chocará com o bloco, fornecendo assim energia para que este venha a se movimentar.

Observamos que a lista de materiais necessários para a realização desta experiência encontra-se na T abela 1 abaixo.

Tabela 1 – Lista de Materiais

Materiais	Comentários
Um balde pequeno	O balde deverá possuir uma alça, ou improvisa-se com algo semelhante. Neste experimento, utilizamos um balde de argamassa para construção.
Barbante	O comprimento do barbante depende da altura da mesa utilizada.
Fita adesiva	Tipo fita crepe
Papel	Qualquer papel em branco.
Bloco	Usamos uma caixa de "chá mate", de 200g, do tipo granel.
Massas	Qualquer material para pôr no balde. Por exemplo: massa de modelar, moedas, etc.

Em rel ação à montagem do experimento, o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:

• Prenda, o barbante na alça do balde (Fig. 4).

Figura 4 – Barbante preso no balde.

• Fixem, com a fita adesiva, a outra extremidade do barbante na mesa. O barbante deverá ser preso de modo que o balde possa oscilar a uma pequena altura do piso (Fig. 5).

Figura 5 – Barbante preso no balde e na mesa.

• Fixem o papel no piso, embaixo do balde pendurado.
• Posicionem o bloco no piso em frente ao balde pendurado.
• Puxem a parte de trás do balde até certa altura. Solte-o, permitindo-o colidir com o bloco (Fig. 6).

Figura 6 – Demonstração da colisão entre o balde e o bloco.

• Marquem a posição que o bloco se moveu no papel.
• Coloquem uma pequena quantidade de massa dentro do balde. Posicione-o novamente em frente ao balde pendurado.
• Solte-o e marque a nova posição do bloco no papel.
• Repitam o procedimento para diferentes massas no balde.
• Observem as distâncias percorridas.

Observações:

• Para soltar o balde sempre de uma mesma posição, use uma cadeira, ou outro objeto, como ponto de referência.
• Procure fazer com que o balde e o bloco tenham sempre pesos proporcionais, ou seja, para um balde muito pesado não utilize um bloco muito leve ou vice-versa. Isto permite uma operação mais tranquila e um efeito visual melhor.

Será visto no experimento que, quando levantamos o balde a uma certa altura ele ganhará energia potencial e quando o soltamos essa energia potencial começará a se transformar em cinética, a qual será passada ao bloco quando ocorrer a colisão entre este e o bloco, que por sua vez estava em repouso e ganhará energia para se movimentar.

Pergunte aos alunos se toda a energia que o balde tinha é transferida ao bloco. Ajude-os a compreender que somente parte desta energia é transferida, pois após o choque o balde continua em movimento portanto ele ainda tem energia.  Outro detalhe é que parte da energia cinética que é transferida ao bloco é transformada em outros tipos de energia.

Questione os alunos que outros tipos de energias podem ser criadas no choque do balde com o bloco. Discuta e explique aos alunos que quando o balde bate no bloco ouvimos o som da batida (energia sonora) e o choque entre os dois objetos aumenta a temperatura dos objetos (energia térmica). Uma outra pergunta poderá ser feita aos alunos - sobre o que eles observaram quando foi acrescentado peso ao balde. Explique aos alunos que quando acrescentamos massas no balde, aumentamos sua quantidade de energia potencial. Esse aumento da quantidade de energia potencial faz com que o balde tenha, no ponto mais baixo da sua trajetória, mais energia cinética, pois a energia potencial é transformada em energia cinética durante o movimento. O resultado final é que uma massa maior permite que o balde transfira uma quantidade maior de energia cinética para o bloco, que percorrerá distâncias maiores até parar.

Por fim retome as ideias iniciais da aula e explique que a transformação da energia potencial em cinética, como foi vista no experimento, é somente um tipo das várias transformações que vemos no nosso cotidiano. Peça para cada grupo pesquisar em livros e ou internet, quatro (4) formas de transformação de energia e falar em voz alta para o resto da sala. Sempre explicando a forma de energia inicial e a final.

Sugestão:

Sugerimos que o professor distribua para cada grupo o texto abaixo e solicite que alunos, após lerem e discutirem em grupo o conteúdo do texto, apresentem (de forma escrita) outras formas errôneas do uso dos conceitos de Força, Energia ou Trabalho em frases ouvidas ou visualizadas por eles no cotidiano.

Após a entrega deste relatos pelos grupos, é importante que o professor discuta com eles os fatos apresentados por eles, de forma que, além da socialização da informação, conceitos errôneos possam ser corrigidos neste momento.

Texto: Gramática da Física: Ter força ou fazer energia?
Referência: GASPAR, Alberto. Física. Local: São Paulo Editora Ática, 2008, 1º edição, p. 150.

Um herói de desenho animado grita: “Eu tenho a força!”. Quando as luzes apagam, é costume dizer “Acabou a força”.

Erros como esses são freqüentes em relação a conceitos de física, sobretudo os de força, trabalho e energia. Ninguém pode “ter” força, pois esta é ação e ação se faz ou se exerce. Quem diz essas frases está confundindo força com energia. O que o herói tem e o que acaba quando as luzes se apagam é energia. Esta sim, se pode ter, perder, consumir e também pode acabar.

Trabalho em física não é ação nem algo que se possa ter. É o resultado da ação de uma força ou do consumo de energia, e o verbo mais adequado a esse conceito é realizar, mas são aceitáveis fazer, dissipar, converter.

Teoria e experimentos:

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

http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u8.jhtm

Avalie a participação dos alunos no desenvolvimento do experimento, nas discussões e peça para que cada grupo faça uma lista com cinco (5) frases que façam uso incorreto dos conceitos de Força, Trabalho ou Energia, como é sugerido no item “Sugestão”.