ROTEIRO DE AULA PRÁTICA – FUNDAMENTOS DE FÍSICA

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

FUNDAMENTOS DE FÍSICA

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:
Nesta aula prática, abordaremos os seguintes temas:

• Conservação de energia

• Energia cinética

• Energia potencial

• Energia térmica

• Fricção (atrito)

• Entre outros

Objetivos de aprendizagem:

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 iPads, Chromebooks, PC, Mac e Linux.

Nesta etapa de nossa aula prática, você irá trabalhar com o simulador “Energia na pista de skate”, que aborda um tema fundamental da Física: a Lei de Conservação de Energia Mecânica.

O ALUNO DEVERÁ ENTREGAR UM TEXTO SOBRE OS RESULTADOS ENCONTRADOS

Princípio de Conservação de Energia:
“A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma em outra.”

Explicação:
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).

• Potencial em Cinética: Ao soltar um objeto em queda, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética.

COMO ACESSAR O SIMULADOR

1. Acesse o simulador PhET “Energia na Pista de Skate” pelos links:

   • https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/energy-skate-park

   • https://phet.colorado.edu/pt_BR/

2. Clique na seta mostrada para ter acesso ao simulador.

3. Clique duas vezes em “Medições”.

MENUS DO SIMULADOR “ENERGIA NA PISTA DE SKATE”

1. No canto inferior esquerdo, selecione a opção “Grade” para auxiliar na medição da altura.

2. No quadro da direita, selecione “Gráfico Setorial” para visualizar graficamente as parcelas de energia.

3. Selecione também “Rapidez” para ativar o velocímetro do skatista.

4. Posicione o cronômetro conforme instruções visuais.

5. Escolha o tipo de pista desejado.

6. Na opção “Atrito”, defina se haverá ou não atrito.

7. Na opção “Gravidade”, defina o valor da gravidade.

8. Na opção “Massa”, defina a massa do skatista.

9. No canto superior esquerdo (em roxo), posicione o terminal de medição de energia nos pontos da pista.

10. Posicione o skatista clicando e arrastando com o botão esquerdo do mouse.

11. Para iniciar o movimento, use o menu inferior central. Pode-se ajustar a velocidade e pausar a qualquer momento.

12. Utilize o botão no canto inferior direito para voltar à configuração inicial.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Atividade nº 1 – Conservação de energia em um sistema (Sem atrito)

Instruções:

• Posicione o terminal de energia em 5 pontos da pista.

• Massa do skatista: 60 kg

• Gravidade: 9,8 m/s²

• Atrito: nulo

Tabela 1.1 – Dados obtidos pelo simulador

Fórmulas:

• K=12mv2K = \frac{1}{2}mv^2K=21​mv2

• $U=mgh$

• $E=K+U$

Atividade nº 2 – Conservação de energia com atrito

Instruções:

• Com base na Tabela 1.1, calcule os valores teóricos de K, U e E.

• Compare com os valores obtidos.

• Calcule o erro relativo percentual:

σr=∣Vmedido−VcalculadoVmedido∣×100\sigma_r = \left| \frac{V_{medido} – V_{calculado}}{V_{medido}} \right| \times 100σr​=​Vmedido​Vmedido​−Vcalculado​​​×100

Tabela 2.1 – Dados coletados e calculados

Atividade nº 3 – Pista com atrito

• Massa: 60 kg

• Gravidade: 9,8 m/s²

• Atrito: não nulo

Tabela 3.1 – Dados coletados

Tabela 4.1 – Dados calculados

Tabela 6 – Erros relativos

ANÁLISE DOS RESULTADOS

1. Skatista em pista sem atrito

• Qual princípio da Física é ilustrado pela Tabela 1.1?

• Justifique e enuncie-o.

• Construa os gráficos:

  • K × v

  • U × h

  • K × v²

  • U × h (para comparação)

2. Skatista em pista com atrito

• Massa: 60 kg

• Gravidade: 9,8 m/s²

• Atrito: não nulo

• Calcule o erro relativo percentual para K e U usando a Tabela 2.1

Tabela 3.1 – Erros relativos

• Quais as conclusões tiradas da Tabela 3?

3. Skatista com diferentes massas

• Massa: 100 kg (sem atrito)

• Compare com os dados da Tabela 1

Tabela 4.1 – Dados calculados

4. Skatista em gravidade diferente (Lua)

• Repita a etapa 1.1 com gravidade da Lua

• Compare com Tabela 1

Tabela 5 – Dados calculados

AVALIAÇÃO FINAL

CHECKLIST

• Acessar o site https://phet.colorado.edu/pt_BR/

• Clicar no experimento Energia na Pista de Skate

• Configurar todos os instrumentos de medição

• Coletar e comparar dados (com/sem atrito)

• Analisar diferentes massas

• Analisar diferentes gravidades

• Avaliar os resultados obtidos

RESULTADOS

Instruções:
Escreva um texto com:

• Resultados dos experimentos

• Cálculos realizados

• Conclusões baseadas na simulação e na teoria

• Tamanho máximo do arquivo: 2MB

Incluir referências bibliográficas ABNT (quando houver)

RESULTADOS DE APRENDIZAGEM

Inclua no seu texto:

• Conceitos de transformação de energia

• Enunciação do Princípio da Conservação de Energia

• Fórmula geral

• Aplicações na engenharia, energia sustentável, entre outras

USO DE SIMULADORES NO ENSINO DE FÍSICA

Escreva um pequeno texto baseado no artigo:

“Simuladores em aulas de Física: quando utilizar?”

• Disponível em: https://portal.amelica.org/ameli/journal/509/5092220023/html/

Monte um mapa mental com base no artigo.

Leituras auxiliares:

• https://www.estudarfora.org.br/mapa-mental/

• Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=yX9yiNsdf1s

Referência do artigo:
SILVA, Girleide M. da. Simuladores em aulas de Física: quando utilizar? Anais do CIET: EnPED, São Carlos: UFSCar, 2020. ISSN: 2316-8722.