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sábado, 30 de abril de 2011

quinta-feira, 3 de março de 2011

Efeito Joule







O Efeito Joule

Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação, conseqüentemente sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor).

A descoberta da relação entre eletricidade e calor trouxe ao homem vários benefícios. Muitos aparelhos que utilizamos no nosso dia-a-dia têm seus funcionamentos baseados no Efeito Joule, alguns exemplos são:

Lâmpada: um filamento de tungstênio no interior da lâmpada é aquecido com a passagem da corrente elétrica tornando-se incandescente, emitindo luz.
Chuveiro: um resistor aquece por Efeito Joule a água que o envolve.

São vários os aparelhos que possuem resistores e trabalham por Efeito Joule, como por exemplo, o secador de cabelo, o ferro elétrico e a torradeira.

Outra aplicação que utiliza esta teoria é a proteção de circuitos elétricos por fusíveis. Os fusíveis são dispositivos que têm com objetivo proteger circuitos elétricos de possíveis incêndios, explosões e outros acidentes. O fusível é percorrido pela corrente elétrica do circuito. Caso esta corrente tenha uma intensidade muito alta, a ponto de danificar o circuito, o calor gerado por ela derrete o filamento do fusível interrompendo o fornecimento de energia, protegendo o circuito.

Pode-se fazer uma simples demonstração do Efeito Joule utilizando para isto, três pilhas grandes, um pouco de palha de aço (Bom Bril) e dois fios flexíveis.

Coloque as três pilhas em série e conecte uma extremidade de cada fio nas extremidades da série de pilhas. Coloque a palha de aço em um local onde não possa ocorrer a propagação de chamas (em algum piso não inflamável). Encoste as duas extremidades dos fios na palha de aço, fechando o circuito e estabelecendo a passagem da corrente elétrica. Esta corrente elétrica aquece os fios de palha por Efeito Joule e, por serem muito finos, tornam-se incandescentes e pegam fogo.


(do site http://www.efeitojoule.com/2008/04/efeito-joule.html)

Tirinha:
Nas chocadeiras artificiais encontramos uma interessante aplicação do Efeito Joule. Lâmpadas incandescentes substituem a fonte natural de calor (a ave), mantendo a temperatura necessária para que o embrião no interior do ovo possa se desenvolver (37,5ºC ou 99,5ºF para chocar galinha, angola, codorna e pata). O período de incubação é de 21 dias; após a constante temperatura neste intervalo de tempo, começam a nascer os pintos que vão quebranco a casca com o bico.

Exercícios sugeridos:
Se uma chocadeira caseira for constrída utilizando-se uma lâmpada incandescente de 40 W, qual a quantidade de calor fornecida pela lâmpada durante todo o período de incubação?

Qual o consumo dessa chocadeira durante o período de incubação sabendo-se que o KWh custa R$ 0,27?

Se ligada em uma tensão de 220 V qual a corrente que percorre o filamento da lâmpada?

Qual o valor da resistência do filamento de tungstênio dessa lâmpada?

Se ligarmos a lâmpada em uma rede de 110 V a potência da lâmpada será a mesma? os pintos nascerão?

Autor: Dionei Rua

Curto-Circuito




Um Curto-Circuito é uma ligaçao de baixa impedância (ou resistência) entre dois pontos de potenciais diferentes. Essa ligação pode ser metálica quando se diz que há um curto-circuito franco ou por um arco elétrico, que é a situação mais comum, uma situação intermediária é a dos curtos causados por galhos de árvores, pássaros ou outros objetos que caem sobre as linhas de transmissão de energia elétrica. Na Tirinha acima a diferença de potencial existe entre os dois fios (fase e neutro), no entanto o ar existente entre os dois nao permite a passagem da corrente elétrica. Questões, ou indagações, podem ser levantadas a respeito da Tirinha: Porque os pássaros não estavam sendo eletrocutados antes de haver o contato entre ambos, se eles já estavam em contato com os fios? Porque quando eles se tocam passam a sofrer o choque-elétrico?

Todos, certamente, já observaram pássaros pousados sobre fios elétricos, encapados ou não, sem, no entanto, estarem levando choque-elétrico. Isso causa espanto à alguns e faz outros explicarem o fato com histórias mirabolantes e fictícias. Isso na verdade acontece porque o choque-elétrico somente ocorre se a corrente elétrica percorrer o corpo da pessoa ou do animal, ou seja, entra por um determinado local e sai por outro. A distância entre as patas dos pássaros é bem curta, não é suficiente para gerar uma diferença de potencial, necessária para haver corrente elétrica. Mas se o pássaro porventura encostar-se a outro objeto, como o poste, ou se for um pássaro grande o suficiente que a envergadura de sua asa toque outro fio, ou ainda, dois pássaros tocarem-se, estando um em cada fio, como na representação da Tirinha, estarão dessa forma "fechando um circuito", ou seja, ligando dois pontos de potenciais diferentes com uma resistência bastante baixa (o corpo do pássaro que é condutor de corrente elétrica).
O fato da resistêcia entre os dois potenciais ser de valor muito baixo faz com que a corrente alcance elevados valores (lei de ohm I=U/R)podendo causar faíscas, explosões, incêndios, etc.
Em regiões onde existem pássaros de maiores portes as redes de distribuição de energia elétrica sao construídas com os fios mais afastados, para evitar que os passáros promovam curto-circuitos.

Professor Dionei Rua

Lentes Delgadas


Gaiola de Faraday



Gaiola de Faraday



Gaiola de Faraday foi um experimento conduzido por Michael Faraday para demonstrar que uma superfície condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu interior dado que as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora (o que é fácil de provar com a Lei de Gauss), como exemplo podemos citar o Gerador de Van de Graaff.

No experimento de Faraday foi utilizada uma gaiola metálica, que era eletrificada e um corpo dentro da gaiola poderia permanecer lá, isolado e sem levar nenhuma descarga elétrica.
(Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.)

Questões a serem levantadas a respeito da Tirinha:
Porquê a experiência realizada pelo menino da Tirinha nao obteve sucesso?
Porquê apenas um dos pássaros que estavam na gaiola morreu?

(peça as respostas por e-mail diongi17@yahoo.com.br)

Primeira lei de Newton




Primeira lei de Newton


A Primeira Lei de Newton, ou Princípio da Inércia é uma das leis da Física.

A partir das ideias de inércia de Galileu, Isaac Newton enunciou a sua Primeira Lei:

"Todo corpo permanece em seu estado de repouso ou de movimento retilíneo e uniforme, a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças a ele impressas."

Esse enunciado também pode ser deduzido da Segunda Lei:

F= m.a

F = 0 , existem duas opções: ou a massa do corpo é zero ou sua aceleração. Obviamente como o corpo existe, ele tem massa, logo a sua aceleração é que é zero, e consequentemente, a sua velocidade é constante.

No entanto, o verdadeiro potencial da Primeira Lei evidencia-se quando se envolve o problema dos referenciais:

"Se um corpo está em equilíbrio, isto é, a resultante das forças que agem sobre ele é nula, é possível encontrar ao menos um referencial, denominado inercial, para o qual este corpo está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme."

Essa reformulação melhora muito a utilidade da primeira lei de Newton. Para exemplificar tomemos um carro. Enquanto o carro faz uma curva, os passageiros têm a impressão de estarem sendo "jogados" para fora da curva. É o que chamamos de força centrífuga. Se os passageiros possuírem algum conhecimento de Física tentarão explicar o fenômeno com uma força. No entanto, se pararem para refletir, verão que tal força é muito suspeita. Primeiro: ela produz acelerações iguais em corpos de massas diferentes. Segundo: não existe lugar nenhum onde a reação dessa força esteja aplicada, contrariando a Terceira Lei de Newton. Como explicar a misteriosa força?

O erro dos passageiros foi simples: eles não escolheram um referencial inercial. Logo, obviamente as leis de Newton falhariam, pois estas só valem nestes referenciais. Se um referencial inercial fosse escolhido, como um observador do lado de fora do carro, nada de anormal seria visto, apenas os passageiros tentando manter sua trajetória em linha reta e o carro forçando-os a virar. Quem estava sob ação de forças era o carro.

Muitos outros exemplos existem de forças misteriosas que ocorrem por tomarmos referenciais não-inerciais, podemos citar, além da força centrífuga, as forças denominadas de Einstein, e a força de Coriolis.

Então é importante lembrar: A importância da primeira lei de Newton é estabelecer um referencial no qual a segunda lei de Newton seja válida. Tal referencial é denominado de referencial inercial.

Princípio da física (dinâmica) enunciado pela primeira vez por Galileu Galilei e desenvolvido mais tarde por Isaac Newton, que descreve o movimento dos corpos desprezando o efeito do atrito:

"Se um corpo se deslocar em linha reta com uma certa velocidade, continuará indefinidamente em movimento na mesma direção e com a mesma velocidade se nenhuma força agir sobre ele."

A grande novidade deste princípio foi reconhecer pela primeira vez que o atrito é uma força a que todos os corpos estão sujeitos, exceto os que se deslocam no vácuo, contrariando frontalmente as teorias de Aristóteles.

O principio da inércia explica o que acontece para que os copos e pratos sobre uma toalha possam continuar sobre a mesa se a toalha for puxada abruptamente. Entendemos que se os pratos copos e talheres estiverem em repouso sobre a mesa, estes vão permanecer eternamente em repouso até que algo aconteça para movê-los de lá. Com o puxão da toalha de maneira correta, não se consegue imprimir força suficiente para que os corpos entrem em movimento, então eles permanecem em seus lugares.

O mesmo efeito pode ser observado quando estamos em pé dentro de um transporte coletivo (comboio, metrô ou autocarro) e este começa a se mover. Nosso corpo tende a "ir para trás" em relação ao autocarro, mas em relação ao chão, nosso corpo simplesmente tentará permanecer parado.

O princípio da inércia nasceu em experiências com bolas metálicas descendo por um plano inclinado, passando depois por uma superfície horizontal e finalmente subindo um outro plano inclinado.

Ao diminuir a inclinação deste último, sucessivamente, Galileu notou que a esfera percorria distâncias cada vez maiores, atingindo quase a mesma altura. Inferiu então que, na ausência de atrito, se a inclinação do último plano fosse nula, ou seja, ele fosse horizontal, a esfera rolaria infinitamente. Dessa forma, mostrou a necessidade de se ir além da experiência, para buscar as leis mais gerais do movimento.



(Fonte:Wikipédia)

TIRINHA:
Mas o que tem a inércia haver com a situação representada na tirinha? No primeiro quadrinho vemos que um dos personagens (o caroneiro) não está fazendo uso do cinto de segurança, cujo papel consiste em não permitir que a pessoa seja arremessada ao párabrisa caso o veículo freie bruscamente. Como explanado acima, a primeira lei de Newton define que se um corpo está em movimento ele tenderá a continuar um movimento a menos que uma força contrária faça-o parar. Na tirinha, quando o motorista freia subitamente, tanto o caroneiro quanto o motorista tendem a continuar em movimento, no entanto, o motorista é mantido junto ao banco por ação do cinto de segurança, enquanto o caroneiro é arremessado contra o parabrisa.

quarta-feira, 2 de março de 2011

O Potencial das HQs em sala de aula


Planejar uma aula de física em uma sociedade moderna irrigada por constantes avanços tecnológicos e inúmeras fontes de conhecimento, como a internet, a televisão, o cinema, os outdoors, as mídias impressas, etc; é uma tarefa que instiga a maioria dos professores a pensar na praticidade, na atratividade e na eficácia dessa aula. Nesse sentido em nossa sociedade observa-se, cada vez mais, a valorização do audiovisual, cujos recursos se multiplicam a cada dia.
Somos constantemente bombardeados com imagens das mais diversas fontes, e, ao pensar no ensino, não podemos desprezar esta influência no cotidiano do aluno. A teoria histórico-cultural de Vygotsky enfatiza que o desenvolvimento cognitivo do indivíduo (pensamento, linguagem, comportamento, memória) tem origem em processos sociais, ou seja, as relações sociais se convertem em funções psicológicas através da mediação (VYGOTSKY, 2001).
Acreditamos que as Histórias em Quadrinhos (HQs) e Tirinhas como recurso pedagógico, podem ser importantes no processo de ensino e aprendizagem, pois em pesquisa anterior, realizada com os alunos, notamos que estes realmente conseguem abstrair conceitos físicos das HQs e Tirinhas. Através desta pesquisa ficaram evidentes vários elementos favoráveis da utilização das Histórias em Quadrinhos e Tirinhas no ensino de Física. Sua forma de construção traz elementos lúdicos e uma linguagem cognitiva, que associa imagem e texto, apresentando-se de uma forma familiar ao aluno, acostumado às informações audiovisuais.
Ainda nesta pesquisa, vimos que as HQs e Tirinhas, devido aos contextos que trazem em seu enredo, resgatam os conhecimentos cotidianos do aprendiz, que Vygotsky chamou de conceitos espontâneos. Os conceitos cotidianos são aqueles que o estudante adquire no meio em que vive, a partir de interações entre a família, grupos de amigos, enfim em seu meio social. Ou seja, são conceitos construídos com base na observação, manipulação e vivência direta dos sujeitos e compreendidos como uma construção social, mediada pela interação com o outro (REGO, 1995; MALDANER e ZANON, 2001).
Pela sua forma de estrutura, unindo imagem ao texto, percebemos que as HQs resgataram e desenvolveram os conceitos cotidianos trazidos à tona em seu contexto, pois as Tirinhas utilizadas foram previamente elaboradas repletas de conceitos científicos. Percebemos que os conceitos cotidianos passaram de elementares a complexos e os conceitos científicos fizeram o caminho contrário, pois o aluno percebia, primeiramente, o conceito científico, ou o conteúdo, inserido na tirinha e, no decorrer do contexto, percebia sua “utilização” em situações cotidianas contextualizadas. De acordo com Vygotsky
[...] o conceito espontâneo da criança se desenvolve de baixo para cima, das propriedades mais elementares e inferiores a superiores, ao passo que os conceitos científicos se desenvolvem de cima para baixo, das propriedades mais complexas e superiores para as mais elementares e inferiores (2001, p.348).

Este movimento dos conceitos permite que eles evoluam em significado. Para Maldaner (2000, p.149),
[...] os conceitos científicos se enriquecem de vivência e concretude indo ao encontro dos conceitos cotidianos, e estes se organizam, adquirindo novos significados, mais generalizantes e menos “pregados” na vivência. [...] este processo somente é possível com a mediação dos instrumentos próprios da escola.

Na referida pesquisa, ficou claro o quanto esse material pedagógico (as Hqs e Tirinhas) tem utilização e função no processo da aprendizagem.