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DADOS DE IDENTIFICAÇÃO:
Instituição escola: Estadual da Prata Professor: Felipe Alexandre Medeiros Silva Disciplina: Física Série: 1º Série do Ensino Médio Tema Central: Trabalho e Energia Duração: 1 horas-aulas
ESTRUTURAÇÃO DA AULA
1. CONTEÚDOS BÁSICOS
● Potência e Velocidade; ● Rendimento;
- OBJETIVOS
● Compreender o conceito de potência; ● Relacionar trabalho com energia e com potência; ● Entender a relação entre potência e consumo de energia; ● Compreender como aplicar no cotidiano, o conhecimento sobre potência.
3. ATIVIDADES EM SALA DE AULA
3.1. Introdução
Em sala de aula ocorrerão atividades seqüenciadas em três momentos pedagógicos, segundo Angotti (et al, 2003)^1. O primeiro momento de atividades será com a apresentação de algumas perguntas direcionadas aos educandos divididos em grupos de cinco pessoas (diferentes da aula sobre trabalho), com o intuito de conhecer as concepções prévias deles sobre o que seja potência como propõe Ausubel^2. Aqui, trata-se de um momento no qual o professor levará os educandos a pensar um pouco sobre o tema, sem qualquer interferência conceitual. Feito isto, o professor apresentará situações-contexto ilustradas em imagens. Depois disso, o docente deverá usar de perguntas-chave sobre situação ilustrativa. Encerrado este momento, o professor irá construir com o aluno a conceituação física do conteúdo. Por fim, o professor volta às situações iniciais. Para a avaliação dos educandos, serão usadas as perguntas-chave e a utilização da atividade para verificar a aprendizagem.
3.2. Seqüência das atividades
- A aula será iniciada dividindo os educando em grupos de cinco pessoas (a formação do grupo será diferente da aula sobre Trabalho de uma força, com o fim de maior interação de idéias) a fim que em acordo definam o que seja trabalho, as informações serão em uma tabela impressa em papel entre aos alunos;
- Feito isso, o professor fará uso das perguntas problematizadoras através de situações contexto, com objetivo de colher algumas concepções dos alunos dos grupos sobre as imagens;
- O professor debate os fenômenos envolvidos nas situações contexto sobre potência, construindo com os alunos a sua conceituação;
- O professor debata o conceito de potencia relacionando-o com o trabalho de uma força;
- O educador também debate o aproveitamento real da potência do sistema proposto;
- E por ultimo, o professor mostra a utilidade do conhecimento sobre potência no cotidiano.
4. MOMENTOS PEDAGÓGICOS
4.1. 1º MOMENTO: PROBLEMATIZAÇÃO INICIAL
4.1.1 Situação-contexto:
a) Situação Contexto:
O vídeo abaixo mostra um grupo de homens descarregando um caminha de tijolos.
C:\Users\Felipe\Videos\Descarregamento de Tijolos.avi
Ou http://www.youtube.com/watch?v=6cHJpBjSgR4&feature=related
b) Perguntas-chave
- Na sua opinião, qual dos homens da parte de baixo do caminhão, está realizando trabalho de forma mais rápida?
- Um trabalho mais rápido gasta mais energia do que um trabalho mais lento? Por quê? (lembre-se que o trabalho em questão é do ponto de vista físico)
- O tempo interfere na realização de trabalho?
- É realmente importante realizar trabalho de forma mais rápida em nosso cotidiano?
Solução: a)
O cálculo acima se justifica pelo fato de que para um corpo tenha velocidade constante, a força resultante sobre ele deve ser nula. Ou seja, força peso igual a força do operário.
b) Como a altura h é o deslocamento que a força F de 200 N produziu, temos que:
Ou ainda: no SI
c) Para sabermos finalmente quão rápido foi o trabalho realizado pelo operários, calculamos a Potência P da seguinte forma:
No século XVIII, no ano de 1765, o fabricante de máquinas e instrumentos James Watt (1736-1219), inventou um modelo de máquina a vapor que contribuiu com o desenvolvimento industrial e conseqüentemente com a Primeira Revolução Industrial. Sua invenção foi usada tanto nos primeiros barcos e locomotivas à vapor quanto para acionar máquinas nas fábricas que começavam a se desenvolver. Em virtude disto, em sua homenagem, temos que:
Assim, a potência desenvolvida pelo operário da questão acima tem como unidade no SI o Watt, logo:
Perceba que a Potência P que calculamos acima, poderia ser menor se o tempo gasto fosse maior. Isso não implica que a energia gasta será maior ou menor, mas sim em uma execução de trabalho mais lento. Em linhas gerais, potencia melhor, significa a excussão de um mesmo trabalho, com o mesmo gasto de energia, porém em tempo maior.
4.2.2. Potência e velocidade
Na situação do exemplo acima, nós vimos que o tempo com que se realiza trabalho está relacionado com o conceito de Potência , definida pela seguinte equação:
Contudo, observe que a definição de trabalho é dada pela seguinte equação:
Vamos agora relacionar ambas as equações, substituindo a equação do trabalho de uma força na equação da potência:
Você consegue lembrar qual o significado do termo em mecânica?
O deslocamento de um corpo ao longo de um intervalo de tempo é definido como Velocidade!
Assim, temos que a equação , torna-se:
Onde v é a velocidade média do corpo deslocado pela força F em certa distancia.
Ou seja, se uma força F de 75 N de um motor faz uma esteira de uma linda de produção industrial se movimentar com uma velocidade de 2 m/s , a potência desse trabalho será:
O resto da energia não é perdida, mas é transformada em energia térmica e uma pequena fração em energia sonora (dependendo da lâmpada).
Embora essa situação constitua-se em um assunto abordado em outro curso (3ª série do Ensino Médio), ela também é aplicável no trabalho de uma força mecânica. Por exemplo, se uma máquina de lavar especifica que tem potência de 600 W , mas só consegue utilizar 450 W para fazer girar o eixo central e assim lavar a roupa, o restante é utilizada na sucção de água e luz dos leds de seu painel. Então, o seu rendimento será:
Ou ainda:
4.3. 3º MOMENTO – APLICAÇÃO DO CONHECIMENTO
- (UEL-PR) Um corpo de massa 2,0 kg é arrastado sobre uma superfície horizontal com velocidade constante de 5,0 m/s, durante 10 s. Sobre esse movimento são feitas as afirmações: I. O trabalho realizado pela força peso do corpo é nulo. II. O trabalho realizado pela força de atrito é nulo. III. O trabalho realizado pela força resultante é nulo.
Dessas afirmações, somente: a) I e III são corretas. b) I e II são corretas. c) III écorreta. d) II é correta. e) I é correta.
Em qual (ou quais) situações o rapaz está executando um trabalho? Explique!
- (UFF) Um halterofilista levanta um haltere de 20 kg, do chão até uma altura de 1,5 m em 5,0 s. No dia seguinte, ele realiza o mesmo exercício em 10 s. Qual o trabalho realizado no levantamento e qual o dia de maior potência?
- (VUNESP – Potencia e Energia ) No sistema da figura, o motor elétrico estacionário M puxa um bloco de massa m= 500kg com velocidade v 0 = 0,50 m/s sobre uma superfície horizontal, cujo coeficiente de atrito cinético é 0,10. (Dado: g= 10 m/s^2 ).
a) Qual deve ser a potência útil do motor?
b) Se o rendimento do motor é de 80%, quantos joules de energia são consumidos por hora?
5. REFERÊNCIAS BIBLOGRÁFICAS
(^2) MOREIRA, M. A. A teoria da aprendizagem significativa de Ausubel. In: Teorias de
Aprendizagem. Ed. Pedagógica e Universitária. Cap.10, p. 151-165, 1995.
(^3) DELIZOICOV, Demétrio e ANGOTTI, José André. “Uma metodologia para o ensino de física”. In:
DELIZOICOV D. ; ANGOTTI, José André. Física. 2. Ed. São Paulo: Cortez, 2003. v. 184 p
ALVARENGA, Beatriz; MÁXIMO, Antônio. Física 1: ensino médio. São Paulo: Scipione, 2005.v. 286 p.
