Aula Prática Fundamentos de Física

Aula Prática Fundamentos de Física

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
FUNDAMENTOS DE FÍSICA
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Nessa aula prática abrangeremos os seguintes temas: conservação de energia, energia cinética,
energia potencial, energia térmica, fricção (atrito), entre outros.
Nossos objetivos de aprendizagem são:
1. Explicar o conceito de Conservação de Energia Mecânica usando energia cinética, energia
potencial gravitacional e energia térmica.
2. Descrever como a alteração da massa, fricção ou gravidade afeta a energia do skatista.
3. Descrever o que ocorre com a energia no sistema quando a altura de referência muda.
RESULTADO DE APRENDIZAGEM:
UTILIZANDO O SIMULADOR PHET PARA O ESTUDO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
O PhET (Interactive Simulations) da Universidade do Colorado oferece simulações de ciência e
matemática divertidas, gratuitas, interativas e baseadas em pesquisa. Cada simulação é testada
e avaliada extensivamente para garantir a eficácia educacional. Esses testes incluem entrevistas
com alunos e observação do uso da simulação em salas de aula. As simulações são escritas em
HTML5 (com algumas simulações legadas em Java ou Flash) e podem ser executadas online ou
baixadas para o seu computador. Todas as simulações são de código aberto. As simulações
HTML5 podem ser executadas em sistemas iPads, Chromebooks, PC, Mac e Linux.
Nessa etapa de nossa aula atividade, você irá trabalhar com o simulador “Energia na pista de
skate” (figura abaixo) o qual aborda um tema muito importante na Física: a lei de conservação de
energia mecânica.
O ALUNO DEVERÁ ENTREGAR UM TEXTO SOBRE OS RESULTADOS ENCONTRADOS
O Princípio de Conservação de Energia é uma das leis fundamentais da física e afirma que:
“A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma em outra.”
Explicando: Em um sistema isolado (ou seja, sem trocas de energia com o ambiente), a quantidade
total de energia permanece constante ao longo do tempo. Isso significa que toda energia que entra ou
sai do sistema aparece em outra forma — nunca desaparece.
Exemplos de Transformações de Energia:
• Mecânica em Térmica: Quando você freia um carro, a energia cinética se transforma em
calor nos freios.
• Química em Elétrica: Em uma bateria, reações químicas geram corrente elétrica.
• Elétrica em Luminosa: Em uma lâmpada, a eletricidade se transforma em luz (e também
em calor).
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• Potencial em Cinética: Ao soltar um objeto em queda, a energia potencial gravitacional
se transforma em energia cinética.
COMO ACESSAR O SIMULADOR
1. Para acessar o simulador PhET “Energia na Pista de Skate” é necessário acessar o link
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/energy-skate-park ou
https://phet.colorado.edu/pt_BR/.
2. Clique na seta mostrada para ter acesso ao simulador.
3. Clique duas vezes em “Medições”.
4. A figura abaixo mostra o simulador.
MENUS DO SIMULADOR “ENERGIA NA PISTA DE SKATE
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1. No canto inferior esquerdo, selecione a opção “Grade”. A grade lhe auxiliará a encontrar o
valor da altura em que o skatista estará durante seu movimento.
2. No quadro da direita, selecione “Gráfico Setorial”. Essa opção permite que um gráfico (do
tipo pizza) apareça, juntamente com o skatista em movimento, onde serão mostradas as
parcelas de energia cinética, energia potencial, energia térmica e energia total. Do lado
superior esquerdo está a legenda.
3. No quadro da direita, selecione “Rapidez”. Ao selecionar essa opção, aparecerá um tipo de
velocímetro onde será mostrada a velocidade do skatista durante seu movimento.
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4. No quadro da direita, clique com o mouse no cronômetro e, mantendo a tecla esquerda do
mouse apertada, posicione o cronômetro como na figura abaixo.
5. No quadro da direita, há uma opção que permite que você escolha o tipo de pista a ser
utilizada.
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6. No quadro da direita, na opção “Atrito”, você pode escolher se haverá ou não atrito entre as
rodas do skate e a pista.
7. No quadro da direita, na opção “Gravidade”, você pode escolher o valor da aceleração da
gravidade que estará agindo sobre o skatista.
8. No quadro da direita, na opção “Massa”, você pode escolher o valor da massa do skatista.
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9. No canto superior esquerdo (em roxo) há um medidor dos tipos de energia que estão agindo
no sistema. O terminal deve ser posicionado na pista. Para tanto, clique no terminal com
o botão esquerdo do mouse e, sem soltar o botão, posicione-o no local em que você quer
medir as energias. Durante o movimento do skatista, quando ele passar pelo ponto marcado,
você poderá obter: o valor da velocidade, o valor da altura e os valores das energias.
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10. Clicando no skatista com o botão esquerdo do mouse e, sem soltar o botão, você consegue
posicioná-lo na pista. Quando o skatista estiver na pista, aparecerá o gráfico setorial
juntamente com ele.
11. Para começar o movimento do skatista, basta acessar o menu inferior central . Nesse
menu você poderá escolher se quer que o movimento seja mostrado lentamente ou mais
rapidamente. O ideal para obter os dados é a escolha do movimento lento. Você poderá
pausar o movimento quando você quiser.
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12. Exemplo:
13. Para voltar à configuração inicial, basta clicar em (canto inferior direito do simulador).
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade n° 1: Conservação de energia em um sistema.
Avaliado os resultado
(1) Posicione o terminal do menu energia em 5 pontos da pista e preencha a tabela abaixo.
Considere 𝑚𝑠𝑘𝑎𝑡𝑖𝑠𝑡𝑎 = 60 𝑘𝑔, 𝑔 = 9,8 𝑚/𝑠
2 e atrito nulo.
Tabela 1.1 – Dados obtidos pelo simulador (𝑚𝑠𝑘𝑎𝑡𝑖𝑠𝑡𝑎 = 60 𝑘𝑔)
Público9
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱) 𝑬 (𝑱)
sendo: ℎ a altura em metros; 𝑣 a velocidade (rapidez) em m/s; 𝐾 a energia cinética em Joule; 𝑈 a
energia potencial gravitacional em Joule e 𝐸 a energia total (𝐸 = 𝐾 + 𝑈) em Joule.
Analise a última tabela, está reportando algum princípio da física? Considerando os dados de altura
e de velocidade da tabela, faça uma tabela com dados calculados dos valores de 𝐾, 𝑈 e 𝐸 utilizando
as fórmulas teóricas.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade n° 2: Conservação de energia em um sistema.
Proposta: Analisar o movimento de um skatista numa pista com atrito
(2.1) Considerando os dados de altura e velocidade da Tabela 1, faça uma Tabela 2 com dados
calculados dos valores de 𝐾, 𝑈 e 𝐸 utilizando as fórmulas teóricas. Verifique se há as discrepâncias
entre dados obtidos (Tabela 1.1) e os dados calculados (Tabela 2.1). O aluno deverá apresentar a
seguinte tabela. Justifique sua resposta.
Formulário:
𝐾 =
1
2
𝑚𝑣
2
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ
𝐸 = 𝐾 + 𝑈
𝜎𝑟 = |
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
| ∗ 100  (𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜)
Tabela 2.1 – Dados coletados através do simulador (𝑚𝑠𝑘𝑎𝑡𝑖𝑠𝑡𝑎 = 60 𝑘𝑔)
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱) 𝑬 (𝑱) 𝝈𝑲 (𝑱) 𝝈𝑼(𝑱)
sendo: ℎ a altura em metros; 𝑣 a velocidade (rapidez) em m/s; 𝐾 a energia cinética em Joule; 𝑈 a
energia potencial gravitacional em Joule e 𝐸 a energia total (𝐸 = 𝐾 + 𝑈 + 𝐸𝑇) em Joule.
Para verificar as discrepâncias entre dados obtidos (Tabela 1.1) e os dados calculados (Tabela
Considerando os dados de altura (2.2) e velocidade da tabela (2.2), recalcule os valores de 𝐾 e 𝑈,
utilizando as fórmulas teóricas. Compare os valores das colunas duas últimas e calcule o erro
relativo percentual para 𝐾 e 𝑈.
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PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade n° 3: Conservação de energia em um sistema.
Proposta: Analisar o movimento de um skatista numa pista com atrito
(3.1) Posicione o terminal do menu energia em 5 pontos da pista e preencha a tabela abaixo.
Considere 𝑚 = 60 𝑘𝑔, 𝑔 = 9,8 𝑚/𝑠
2 e atrito não nulo.
Tabela 3.1 – Dados coletados
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱) 𝑬𝑻
(𝑱) 𝑬 (𝑱)
sendo: ℎ a altura em metros; 𝑣 a velocidade (rapidez) em m/s; 𝐾 a energia cinética em Joule; 𝑈 a
energia potencial gravitacional em Joule; 𝐸𝑇 a energia térmica em Joule e 𝐸 a energia total (𝐸 =
𝐾 + 𝑈 + 𝐸𝑇) em Joule.
Observação: os valores de ℎ e 𝑣 devem ser iguais aos valores apresentados na Tabela 1.1.
(2.2) Considerando os dados de altura e velocidade da tabela 3,1, recalcule os valores de 𝐾 e 𝑈,
utilizando as fórmulas teóricas. Compare os valores das tabelas 4 e 5 e calcule o erro relativo percentual
para 𝐾 e 𝑈.
Formulário:
𝐾 =
1
2
𝑚𝑣
2
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ
𝜎𝑟 = |
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝑉𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
| ∗ 100
Tabela 4.1 – Dados calculados (60 𝐾𝐺)
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱)
Tabela 6 – Erros relativos
𝝈𝑲 (𝑱) 𝝈𝑼 (𝑱) 𝝈𝑲 (𝑱) 𝝈𝑼 (𝑱)
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Avaliando os resultados
(1) Análise do comportamento do movimento do skatista numa pista sem atrito. Considere
𝒎𝒔𝒌𝒂𝒕𝒊𝒔𝒕𝒂 = 𝟔𝟎 𝒌𝒈, 𝒈 = 𝟗, 𝟖 𝒎/𝒔
𝟐 e atrito não-nulo.
Os dados da Tabela 1.1 referente à análise do comportamento do movimento do skatista numa pista
sem atrito, ilustra qual princípio da Física? Justifique sua resposta, enunciando-o.
Usando os dados da Tabela 1.1, faça os gráficos: 𝐾 × 𝑣 e 𝑈 × ℎ.
O que significa cada gráfico?
E os gráficos 𝐾 × 𝑣
2 e 𝑈 × ℎ.
(2) Análise do comportamento do movimento do skatista numa pista sem atrito. Considere
𝒎𝒔𝒌𝒂𝒕𝒊𝒔𝒕𝒂 = 𝟔𝟎 𝒌𝒈, 𝒈 = 𝟗, 𝟖 𝒎/𝒔
𝟐 e atrito não-nulo.
Considerando os dados de altura e velocidade da Tabela 1.1, faça uma Tabela 2.1 com dados
calculados dos valores de 𝐾, 𝑈 e 𝐸 utilizando as fórmulas teóricas. Compare os valores das tabelas
1 e 2 e calcule o erro relativo percentual para 𝐾 e 𝑈 mostrados.
Tabela 3.1 – Erros relativos.
𝝈𝑲 (𝑱) 𝝈𝑼 (𝑱)
Quais as conclusões que podem ser tiradas da Tabela 3.
(3) Análise do comportamento do movimento do skatista para diferentes massas.
Analise o movimento de um skatista numa pista sem atrito, considerando a massa do skatista igual
a 100 𝑘𝑔.
Compare os valores obtidos com os da Tabela 1 (𝑚𝑠𝑘𝑎𝑡𝑖𝑠𝑡𝑎 60 𝑘𝑔).
Tabela 4 1 – Dados calculados
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱) 𝑬(𝑱)
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(4) Análise do comportamento do movimento do skatista para diferentes acelerações da
gravidade.
Refaça a etapa 1.1 (análise do movimento de um skatista numa pista sem atrito) considerando a
aceleração da gravidade na Lua.
Compare os valores obtidos com os da Tabela 1.
Tabela 5 – Dados calculados
𝒉 (𝒎) 𝒗 (𝒎/𝒔) 𝑲 (𝑱) 𝑼 (𝑱) 𝝈𝑲 (𝑱) 𝝈𝑼 (𝑱)
(5) Análise dos resultados dos passos (1) a (4)
Faça uma análise dos dados obtidos tendo como base a teoria sobre Conservação de Energia e os
exemplos de aprendizagem do simulador.
CHECKLIST
✓ Acessar o site https://phet.colorado.edu/pt_BR/;
✓ Clicar no link do experimento ENERGIA NA PISTA DE SKATE;
✓ Realizar com atenção os passos que devem ser seguidos para que o simulador tenha todos
instrumentos de medida;
✓ Coletar os dados fornecidos pelo simulador considerando o movimento de um skatista numa
pista sem atrito e comparar esses dados com os obtidos utilizando as fórmulas aprendidas na
disciplina. Comparar esses dados para verificar se há algum erro envolvido na atividade;
✓ Coletar os dados fornecidos pelo simulador considerando o movimento de um skatista numa
pista com atrito e comparar esses dados com os obtidos utilizando as fórmulas aprendidas na
disciplina. Comparar esses dados para verificar se há algum erro envolvido na atividade;
✓ Analisar o comportamento do movimento do skatista para diferentes massas. Comparar os
valores obtidos com os da Tabela 1;
✓ Analisar o comportamento do movimento do skatista considerando a aceleração da gravidade
na Lua. Comparar com os valores obtidos com os da Tabela 1;
✓ Avaliar os resultados.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
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Escreva um texto contendo as informações obtidas nos experimentos, os cálculos realizados, em
conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode
exceder o tamanho de 2Mb e deve ser enviado.
Inclua referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Inclua no seu texto os conceitos de transformação de energia; enuncie o princípio de conservação
de energia e sua fórmula geral. Também inclua algumas aplicações na engenharia, energia
sustentável, entre outras.
O Uso de simuladores para potencializar a aprendizagem no ensino de Física.
Faça um pequeno texto sobre ao estudo do uso de simuladores para potencializar a aprendizagem
no ensino de Física. Para tanto, baixe o artigo ”Simuladores em aulas de Física: quando utilizar?”
e faça uma leitura crítica do mesmo. )https://portal.amelica.org/ameli/journal/509/5092220023/html/)
Tendo como base o artigo proposto, monte um mapa mental sobre o assunto abordado.
Para auxiliá-lo na confecção do mapa, leia o artigo “Mapa mental: como fazer e para que serve”
disponível em https://www.estudarfora.org.br/mapa-mental/. Acesso em julho 2022. Nesse link há um
vídeo explicando o mapa mental.
Você pode também assistir o vídeo “COMO FAZER MAPA MENTAL / técnica de estudo #mapamental |
Study Bel”. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=yX9yiNsdf1s. Acesso em julho 2022.
SILVA, Girleide M. da. Simuladores em aulas de Física: quando utilizar? Anais do CIET: EnPED
(Congresso Internacional de Educação e Tecnologias – Encontro de Pesquisadores em Educação
a Distância). São Carlos: Grupo Horizonte – SEaD – UFSCar. 2020. ISSN: 2316-8722. ISSN: 2316-
8722. Disponível em
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2a
hUKEwi3s5zxspL5AhUngpUCHeMwDZYQFnoECAYQAw&url=https%3A%2F%2Fcietenped.ufsca
r.br%2Fsubmissao%2Findex.php%2F2020%2Farticle%2Fdownload%2F1405%2F1070%2F&usg=
AOvVaw2cZa95q7wqeK0bMLXIpDZt. Acesso em julho 2022.