Governo do Estado de São Paulo Secretaria de Estado da Educação Ciências E Programa de Saúde 18 CEEJA MAX DADÁ GALLIZZI PRAIA GRANDE SP
Grandes realizações são possíveis quando se dá atenção aos pequenos começos. Lao Tse Esse material foi elaborado com carinho. Pedimos que você o trate da mesma forma. Evite amassa-lo, dobra-lo ou escrever em suas páginas. BOM ESTUDO!!!! ROTEIRO DE ESTUDO Nessa unidade você estudará a energia e suas transformações. Objetivos: Diferenciar energia potencial e cinética. Conceituar temperatura e calor. Compreender os diferentes tipos de termômetro e seu funcionamento. Conhecer as formas de propagação de calor. Definir som, suas diferentes velocidades e os meios quanto à sua passagem. Compreender a natureza, formas de propagação e fontes e a velocidade da luz.
ENERGIA Em geral, quando falamos em energia estamos nos referindo a uma das formas em que ela pode aparecer. Ela pode aparecer como energia química, térmica, luminosa, cinética, elétrica, etc. A energia não pode ser produzida. Ela é apenas transformada. Um exemplo de transformação de energia ocorre no automóvel. Parte da energia química do combustível faz o motor funcionar e coloca o carro em movimento, parte é transformada em energia luminosa para acender os faróis, em energia sonora na buzina, som, etc. A energia do Sol também se transforma continuamente. Chegando à Terra na forma de luz e calor, parte dela é utilizada pelas plantas para realizar a fotossíntese. Os animais comem as plantas e armazenam a energia no seu corpo. Costuma-se definir energia, de maneira simplificada, como a capacidade de realizar trabalho Nesse capítulo, estudaremos principalmente duas formas de energia: a energia cinética e a energia potencial.
ENERGIA POTENCIAL Energia potencial é aquela que fica armazenada nos corpos. Durante uma queda, a energia potencial se transforma em energia cinética. A energia potencial depende da altura do corpo em relação ao solo: quanto maior a distância, maior será a energia que ele possui. ENERGIA CINÉTICA Um carro andando, uma bola que acabou de ser chutada, uma pedra caindo, a hélice de um ventilador girando. Todos são corpos em movimento, portanto todos possuem energia cinética. A energia cinética depende da massa e da velocidade do corpo: quanto maiores a massa e a velocidade, maior ela será. Transformação de energia potencial (armazenada) em energia cinética (movimento). CONSERVAÇÃO DA ENERGIA A quantidade total de energia jamais pode ser alterada, pois ela não pode ser criada nem destruída, apenas passa de uma forma para outra. Esse é o princípio da conservação de energia, um dos princípios fundamentais da física. Ele é válido para todos os fenômenos da natureza. 03 Energia em transformação Os eletrodomésticos dependem da energia elétrica para funcionar. Em cada aparelho essa energia é convertida em outras formas: térmica, mecânica, luminosa, etc. A energia elétrica vem das usinas hidrelétricas. Nas usinas, o movimento da água faz girar uma turbina que ao se movimentar, transforma a energia cinética em energia potencial, que será posteriormente transformada em energia elétrica. QUESTÕES PARA FIXAÇÃO 1) Cite aspectos da vida cotidiana em que percebemos a existência ou o uso da energia. 2) Quais as transformações de energia que você mais vê no seu dia-a-dia?
3) Podemos dizer que um automóvel ( que utiliza gasolina ou álcool) se move graças a energia vinda do Sol. Discuta essa afirmação. 4) Em física, qual a relação entre trabalho e energia? 5) O que diz a lei da conservação de energia? 6) Cite um exemplo prático que explique o princípio da conservação de energia. 7) Defina energia cinética e energia potencial. Qual a relação que existe entre elas? 8) Quais as transformações de energia que ocorrem em um televisor? 9) Que tipo de energia faz os eletrodomésticos funcionarem? Cite alguns eletrodomésticos e indique o tipo de conversão de energia realizada por eles. 10) Descreva o caminho percorrido pela energia produzida em uma hidrelétrica e o funcionamento de uma furadeira elétrica. TEMPERATURA E CALOR A parte da física que estuda o calor e suas manifestações é denominada Termologia. No dia-a-dia, as palavras calor e temperatura são usadas para dizer a mesma coisa. Em física, esses conceitos são bem diferentes. Temperatura: a matéria agitada A temperatura é a medida do estado de agitação das moléculas que formam uma matéria. Todos os átomos ou moléculas constituintes da matéria estão sempre em movimento, em constante agitação. Eles estão vibrando, deslocando-se e girando, em maior ou menos grau, dependendo do estado físico que a matéria se encontra. Nos sólidos, essa agitação é menor, aumenta nos líquidos e é maior nos gases. A medida da temperatura é feita pelos termômetros. De modo geral, um termômetro é uma haste de vidro, contendo mercúrio, metal líquido que se dilata com o aumento da temperatura. Essa dilatação representa uma certa temperatura numa escala fixada no termômetro. Mas esse aumento só ocorre até um determinado nível. Mesmo que o termômetro continuar em contato com o corpo, o mercúrio não aumentará mais. Nesse momento dizemos que o mercúrio entrou em equilíbrio térmico, isto é, as temperaturas se equilibraram com o corpo: a troca de energia entre o corpo e o termômetro é igual em ambos os sentidos. Essa energia trocada é justamente o calor. Concluindo: medir a temperatura é medir o estado de agitação das molécula ou átomos desse corpo. Escalas termométricas Para construir uma escala termométrica, primeiro devemos escolher dois fenômenos térmicos distintos e de fácil reprodução. Por exemplo, o ponto de congelamento e o ponto de ebulição da água.. Esses pontos fixos são as referências do termômetro.
Dentre as escalas termométricas atualmente utilizadas, destacam-se a Celsius, cuja unidade é o grau Celsius ( 0 C ) e adotada na maioria dos países; e a Fahrenheit, cuja unidade é o grau Fahrenheit ( 0 F ) e adotada em países de língua inglesa. A escala Celsius apresenta 100 divisões e vai de 0 0 ( ponto de congelamento da água) até 100 0 ( ponto de ebulição da água). A escala Fahrenheit vai de 32 0 até 212 respectivamente) 0, respeitando o mesmo princípio ( congelamento e ebulição, A transferência de energia sempre ocorre do corpo de maior temperatura para o corpo de menos temperatura CALOR Quando pensamos em algo esquentando, por exemplo, a água de um copo, podemos imaginar que suas partículas estão ganhando energia cinética. Do mesmo modo, quando colocado entro de uma
geladeira, um copo e água à temperatura ambiente perde parte da energia cinética de sua partículas e esfria. A essa energia ganha ou perdida pelas partículas de um copo ( no nosso caso, a água) chamamos calor. Portanto, o calor é uma forma de energia, normalmente energia térmica. Assim, se um copo de água esquenta, isto é, se sua temperatura aumenta, ele está recebendo energia, recebendo calor. Quando esfria, ele está perdendo calor. Existem materiais que deixam o calor passar facilmente através deles; dizemos que são bons condutores de calor. Em geral, é o caso dos metais. cobertor Outros materiais impedem ou diminuem a passagem do calor através deles; eles são maus condutores de calor ou isolantes térmicos. Por exemplo: madeira, isopor, borracha, plástico. O ar também é um mau condutor de calor, por isso, ficamos arrepiados no frio, pois a camada de ar retém o calor PROPAGAÇÃO DO CALOR A energia térmica pode se propagar de um corpo para outro por: condução, convecção ou irradiação. Condução Essa forma de propagação de calor ocorre com a transferência do mesmo de uma partícula a outra. Ela ocorre principalmente nos metais.
Ex: uma colher colocada dentro de um copo com água quente terá seu cabo aquecido. Convecção É a transmissão do calor pelo deslocamento de determinada massa de matéria e não pela vibração de suas partículas, como na condução. A convecção é própria dos líquidos e dos gases. Ex: A porção de água do fundo de uma panela colocada sobre a chama é aquecida e sobe por se tornar menos densa. A mesma coisa ocorre com as massas de ar, que quando aquecidas sobem. O espaço passa a ser ocupado pelo ar mais frio o que leva à formação dos ventos. Irradiação Na irradiação a energia térmica é transmitida por raios luminosos invisíveis aos nossos olhos: os raios infravermelhos. Eles tem como característica se propagarem no vácuo. O calor do Sol, assim como o calor de uma fogueira ou de uma lâmpada incandescente, é transmitido por irradiação e atravessa o espaço. Dessa forma não pode ser transmitido por nem por condução e nem por convecção.
TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS PRODUZIDAS PELO CALOR Quando uma substância absorve ou perde calor, muitas de suas propriedades físicas variam. A temperatura geralmente varia, mas há casos em que o corpo pode mudar de estado físico. A dilatação é outra alteração bastante comum. Quando o corpo é aquecido, suas partículas ganham energia, passam a se mover mais e se distanciam, fazendo com que suas dimensões aumentem. Quando perdem calor, suas moléculas diminuem o seu movimento e passam a ocupar um espaço menor, ocorrendo uma contração. Esse fenômeno explica porque é necessário deixar um espaço entre as peças de cerâmica ou nos azulejos. Quando ocorre uma dilatação da peça, o rejunte entre elas se rompe evitando que a cerâmica se solte. O mesmo vale para as pontes que apresentam frestas para permitir a dilatação ou ainda nos trilhos de trem. Outro efeito do calor é a luz. Todos sabem que o carvão quando aquecido passa a emitir luz, assim como as lâmpadas incandescentes. QUESTÕES PARA FIXAÇÃO 1) Em física, as palavras calor e temperatura podem ser usadas como sinônimo? Por quê? 2) Com relação aos termômetros: a) Qual é o princípio da física usada nesses instrumentos? b) Como um termômetro de mercúrio funciona? 3) O que significa dizer que o termômetro mede a temperatura do corpo? 4) Utilizando um exemplo, explique o que significa equilíbrio térmico. 5) Podemos afirmar que a energia cinética das partículas de um corpo é relacionada com a temperatura? Explique. 13 6) Dê dois exemplos de bons condutores de calor e dois de isolantes térmicos que você usa no seu diaa-dia. 7) Compare a transmissão de calor por condução e a transmissão de calor por irradiação. 8) A luz do Sol aquece os mares e forma o vapor de água. Este sobe e forma as nuvens. Quando são resfriadas, as nuvens se condensam e formam gotas, que origina a chuva. O texto acima é uma descrição simplificada do ciclo da água na natureza. Quais as formas de propagação de calor envolvidas nesse fenômeno? Justifique sua resposta. 9) O isopor é formado por finíssimas bolsas de material plástico, contendo ar. Por que o isopor é um bom isolante térmico? 10) Num antigo jingle de uma propaganda, ouvia-se o seguinte diálogo: - Toc, toc, toc, - Quem bate? - É o frio! E no final eram cantados os seguintes versos: "Não adianta bater, eu não deixo você entrar, os
cobertores das Casas Pernambucanas é que vão aquecer o meu lar". Que comentário você tem a fazer sobre a veracidade física dessa propaganda? 11) Qual a aplicação prática dos materiais isolantes térmicos? 12) Por que as panelas, em geral, têm seus cabos metálicos revestidos com madeira ou plástico? SOM O som é produzido pela vibração dos corpos e se propaga através de ondas.. Para compreender isso melhor, apoie uma régua na extremidade de uma mesa e dê pancadas de forma que ela vibre várias vezes de modo que você possa escutar o som produzido. Se você aumentar ou diminuir o comprimento da régua, os sons podem ficar mais fortes ou mais fracos e também mais agudos ou mais graves. O som necessita de um meio material para se propagar, ele não se propaga no vácuo, isto é, na ausência de matéria Frequência A frequência de uma onda é definida como o número de vibrações em um determinado tempo. Todos sabem que um violão produz sons diferentes dependendo das corda que é vibrada. A unidade de medida da frequência é o Hertz. É comum usar também seus multiplos: quilohetz, megahertz e gigahertz. O som sempre se propaga num meio material, seja eles sólido, líquido ou gasoso. A velocidade de propagação depende do meio. Nos sólidos as partículas estão bem próximas umas das outras; assim, o som se transmite facilmente, de partícula a partícula. Nos líquidos as partículas estão mais afastadas; portanto, o som atinge uma velocidade menos. Nos gases a velocidade é ainda menos. No ar, a velocidade do som é de 340 m/s. O som e a audição
A frequência do som audível para o ser humana está entre 20 Hz e 20 000 Hz, isto é, sons que vibram de 20 vezes por minuto até 20 000 vezes por minuto. Sons com frequência abaixo de 20 Hz são denominados infra-sons e aqueles com frequência superiores a 20 000 Hz são os ultra-sons. Qualidades do som Quando falamos da altura do som, estamos nos referindo a sua frequência, que nos permite distinguir sons graves ( baixos) e agudos ( altos). Os sons muito graves tem frequência próxima aos 20 Hz e os agudos são próximos dos 20 000 Hz. A intensidade do som é medida na unidade Bel, normalmente usamos um submúltiplo que é o decibel. Ela está relacionada com tamanho da onda sonora. Sons acima de 80 decibéis audição ou ao strees. considerados prejudiciais a nossa saúde e podem levar à perda da Reflexos sonoros: o eco As ondas, em geral, possuem a capacidade de refletir ao encontrarem um obstáculo, retornando ao ponto de origem. No caso das ondas sonoras, esse fenômeno especialmente interessante, causado pela reflexão do som, é o que chamamos de eco. Esse fenômeno não ocorre em qualquer circunstância. É necessária uma distância de 17 metros da fonte sonora e do obstáculo onde irá ocorrer a reflexão. QUESTÕES PARA FIXAÇÃO
1) Pensando no processo de produção e propagação do som no ar, explique como o som se propaga num líquido. Qual é a diferença? 2) O que é frequência? 3) O que é frequência? Como é medida? 4) Qual a velocidade do som no ar? 5) Qual a frequência audível para o ser humano? 6) O que são infra-sons? E ultra-sons? 7) Relacione sons graves e agudos com a frequência. 8) O que é decibel? 9) Explique como ocorre o eco.