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By Ferramentas Blog

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sexta-feira, 25 de junho de 2010

Alunos da Escola Estadual Jerônimo Arantes

Já incluí neste Blog a matéria para a nossa prova. Bons estudos!

Imagine um elástico, ou uma mola, como na figura, que é esticado ao máximo em 5 cm. Se a constante elástica é K, qual o valor da energia elástica no ponto máximo de esticamento?{Use Epe = (k.x2)/2}Considere k=10 J/m2.

Epe = 0,0125 J.


Créditos da imagem para http://www.alunosonline.com.br.

No movimento de uma mola ou de um elástico, qual o significado da constante elástica K?

A constante elástica K se refere à característica da mola utilizada.

Se um automóvel tivesse um motor 100 % eficiente, transformando toda a energia do combustível em trabalho, o motor estaria quente ao seu toque? Ele despenderia calor para o ar ao seu redor? Ele faria qualquer barulho? Ele vibraria? Alguma parte do combustível queimada teria sido não utilizada?

Um motor 100 % eficiente é aquele em que não há dissipação da energia. Não seria dissipada em energia térmica, esquentando o motor, nem em energia sonora, fazendo barulho, nem em energia mecânica, vibrando. Também não haveria sobra de combustível no processo.

Ligar o ar condicionado de um carro geralmente aumenta o consumo de combustível. Mas para certos valores de velocidade, um carro com janelas abertas e ar condicionado desligado pode consumir mais combustível. Explique.

Com as janelas abertas, para certos valores de velocidade, aumentará a resistência do ar sobre o carro. Esta força dissipativa exigirá um maior consumo de energia e, consequentemente, de combustível, para manter a velocidade.

Considere uma bola arremessada diretamente para cima no ar. Em que posição sua energia cinética é máxima? Onde é máxima sua energia potencial gravitacional?

A energia cinética é máxima quando, ao voltar, ela bate no solo, pois neste ponto sua velocidade é máxima. A energia potencial gravitacional é máxima quando ela atinge a altura máxima. Neste ponto, a energia cinética é nula, pois a velocidade é nula.

Diz-se que uma máquina ineficiente “desperdiça” energia. Isso significa realmente que a energia é perdida? Explique.

Na verdade, não existe “desperdício” de energia, pois, de acordo com o Princípio de Conservação de Energia, a energia não pode ser destruída ou perdida. Ela apenas é convertida em outra forma de energia ou transferida para fora do sistema.

A energia que precisamos para viver vem da energia potencial quimicamente armazenada nos alimentos, que é convertida em outras formas quando é metabolizada. O que acontece a uma pessoa cujo trabalho fornecido na saída (esforço físico) é menor do que a energia que ela consumiu (alimentação)? E se o trabalho fornecido na saída for maior do que a energia consumida? Uma pessoa subnutrida pode realizar trabalho extra sem alimentação extra?

Quando o trabalho é menor que a energia consumida, haverá acúmulo de energia, comumente em matéria orgânica gordurosa. Se o trabalho for maior que a energia consumida, haverá um consumo da energia armazenada em matéria orgânica, e a pessoa emagrecerá. A pessoa subnutrida dificilmente poderá realizar trabalho extra, já que não tem energia suficiente.

Qual é, em última instância, a fonte das energias advindas da queima de combustíveis fósseis, das hidrelétricas e dos moinhos de vento?

A energia solar. A matéria orgânica do passado que formou os combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão mineral, foi produzida pela energia solar, que sustentou as formas de vida animais e vegetais do passado. A energia solar é responsável pelos fenômenos atmosféricos e terrestes relacionados com o movimento do ar e das águas, que proporcionam o funcionamento das usinas hidrelétricas e eólicas.

Um amigo lhe afirma que a energia do petróleo é, de fato, uma forma de energia solar. Seu amigo está correto ou errado?

O amigo está certo, pois o petróleo é o resultado da transformação de matéria orgânica (vegetal e/ou animal) depositada no passado, sob a ação de determinadas condições de temperatura e pressão. A matéria orgânica vegetal antiga, assim como a atual, acumulou suas reservas de energia, em geral, graças à fotossíntese, que dependeu da energia radiante do sol. Como a matéria orgânica animal antiga acumulou sua energia da matéria vegetal, ela também dependeu da energia radiante do sol. Assim, em última instância, a energia do petróleo é uma forma de energia solar. Veja mais sobre a exploração do Petróleo no site da Petrobrás, no endereço: http://www.petrobras.com.br/pt/energia-e-tecnologia/fontes-de-energia/petroleo/.

Qual é a fonte de energia do brilho e calor do sol? Quantas toneladas de massa do sol são convertidas em energia, a cada segundo? O que é o fóton?

É a energia nuclear originada pela fusão de átomos de hidrogênio em átomos de hélio. A cada segundo, 4 milhões de toneladas de hidrogênio é liberada no espaço na forma de energia radiante. Uma pequena parte dessa energia chega ao nosso planeta. Fóton é a partícula que compõe a energia. Fotos e filmes sobre o sol podem ser encontrados em http://www.solarviews.com/portug/sun.htm#views.   (Veja o vídeo History Channel – Os segredos do sol – parte 1, no Blog).

Uma manga pendurada em um ramo possui energia potencial por causa da sua altura. Se ela cai, em quê esta energia se tornou imediatamente antes de a maçã bater no solo? E quando ela bate no solo?

A energia potencial se transforma gradualmente em energia cinética antes de a maçã bater no solo. Quando bate no solo, toda a energia potencial foi convertida em energia cinética. Consideramos aqui que a altura no solo é nula e que o sistema é conservativo.

Qual será a energia cinética do martelo de um bate-estacas quando ele sofre um decréscimo de 10 KJ na energia potencial?

A energia cinética terá um acréscimo de 10 KJ.

Qual a energia potencial de uma laranja no instante em que, após sua queda de 2 metros em relação ao solo, bate no solo? Qual a sua energia cinética quando bate no solo com velocidade de 5 m/s2 e se pesa 200 gramas?

A energia potencial gravitacional da laranja, no instante em que bate no solo, é nula, considerando que a altura neste momento é nula. Sua energia cinética é máxima, pois, neste  ponto, a velocidade é máxima. O valor da energia cinética é de 2,5 Joules. Lembre que é necessário converter a massa para quilogramas.

Qual a energia cinética de um pássaro parado num galho de uma árvore a 3 metros em relação ao solo? Qual a sua energia potencial? [Lembrando que Ec = (m.v2)/2 e Epg = m.g.h] Considere a massa do pássaro igual a 10 kg.

A energia cinética é nula porque o pássaro está parado. A energia potencial gravitacional é igual a 300 Joules.

Fileiras de geradores eólicos são usados em regiões ventosas para gerar energia elétrica. A potência gerada afeta a rapidez do vento? Ou seja, nos lugares atrás desses “moinhos de vento” haveria mais vento se os moinhos de vento não estivessem lá?

       A potência gerada afeta a quantidade e rapidez do vento, pois a energia mecânica do ar é “roubada” pelas   hélices dos cata-ventos.
       Isto pode acontecer por meio de moinhos por turbinas eólicas (o que os diferencia é o gerador utilizado).
      Conheça alguns dos dispositivos por trás das hélices: 

Crédito da imagem para: http://planetasustentavel.abril.com.br.

Um automóvel consome mais combustível quando o ar condicionado está ligado? E quando o rádio está ligado? E quando os faróis estão ligados?

Um automóvel consome mais energia quando alguns desses dispositivos estão ligados. A bateria do carro é recarrega por um alternador, que depende do movimento do motor, que por sua vez, se movimenta consumindo combustível. A seguir, verá um esquema de um alternador (crédito para http://geocities.ws).

r:

O que acontece quando a energia interna de algo aumenta?

Quando a energia interna de algo aumenta, a sua temperatura, em geral, aumenta, quando não há uma realização de trabalho. Este aumento da temperatura dependerá das características térmicas do material onde há a variação da energia interna e de outras condições, como a pressão e volume a que está submetido. A figura abaixo (crédito para http://n.i.uol.com.br/)  relaciona o trabalho e a energia interna:


Qual a diferença entre energia cinética e energia potencial?

A energia mecânica é a energia relacionada ao movimento. Pode ser cinética ou potencial. A energia potencial é a energia armazenada para a realização de um movimento. Pode ser elástica, gravitacional... A energia cinética é a energia do movimento. Quanto maior a velocidade, maior a energia cinética.
Use o simulador no site Píon para entender melhor a conservação da energia mecânica.

Explique a diferença entre energia, trabalho e força. Como calculamos a potência de uma máquina?

Energia é um conceito que pode ser caracterizado mas não definido. Ela dá a capacidade para a realização do trabalho. Não pode ser criada ou destruída, mas transferida ou transformada em outras formas de energia ou em matéria. Existem vários tipos de energia (mecânica, química, elétrica, térmica...) e diversas fontes de energia (petróleo, carvão, vento, sol...). É muitas vezes medida em joules (J) ou calorias (Cal). Uma caloria equivale a 4,18 Joules.
Força é simplesmente um puxão ou empurrão. É uma grandeza vetorial, pois tem módulo (intensidade), direção e sentido. Pode causar um deslocamento ou uma deformação, em virtude de uma aceleração. Vários tipos de força podem atuar em uma partícula, em um corpo ou em um sistema, como o Peso, a Tração, a Reação Normal do Apoio, a Força de Atrito, a Força Elástica, a Força Elétrica, a Força Magnética, dentre outras. A Força Resultante é a soma vetorial das forças no sistema considerado. A Força Resultante pode ser nula. Um sistema também pode sofrer alterações em virtude da ação de forças externas. A segunda lei de Newton permite o cálculo de um força com F = m.a, sendo F o valor da força, m a massa e a aceleração causada pela força. É comum a força ser medida em Newtons (N).
Trabalho é a relação entre uma força e o deslocamento que esta força realiza. Envolve a energia gasta para a realização de uma atividade, uma deformação ou o aumento da energia interna, elevando, desse modo, dependendo da substância, a temperatura. É comum ser medido em Joules (J). Existem vários tipos de trabalho, assim como há vários tipos de forças: trabalho da força peso, trabalho da força elástica, trabalho da força de tração...
Calculamos a potência de uma máquina medindo quanta energia ele gasta para funcionar ao longo do tempo. É usualmente medida em Watts (W).

Com base nos livros didáticos de geografia atualizados, desenhe um gráfico que mostre como é o consumo de energia no Brasil, por fontes de energia ou por setores da economia.

Veja um exemplo de http://www.conecteeducacao.com.

Pesquise qual a relação entre terremotos e a energia.

       A energia acumulada no interior da terra leva ao movimento de placas tectônicas. Quando se encontram, este choque entre as placas causa terremotos. A energia geotérmica é transformada em energia mecânica. Veja o vídeo clicando aqui  para verificar a relação entre os terremotos e a energia. Veja também este outro vídeo.

Pesquise na internet o caminho da energia no seu televisor, no seu telefone ou em outro aparelho elétrico. A energia elétrica é transformada em que outras formas de energia?

   Veja no site http://www.hsw.uol.com.br/, na seção de eletrônicos.

Consultando a conta de energia da sua casa, em KWh, quanta energia elétrica sua família consome por mês? Qual o valor em Joules? ( 1 KWh = 3 600 000 J) Em que outras formas de energia ela é convertida dentro da sua casa?

 Se uma família consumiu 100 KWh de energia elétrica, basta multiplicar por 3600000. Significa que, em cada hora, durante o mês de referência, a família consumiu 100 mil Joules por segundo de energia elétrica. Em Joules, o consumo total, no mês, será de 360 milhões de Joules. Dentro do lar, pode ser convertida em energia radiante, nas lâmpadas, ou energia sonora, no aparelho de som. Veja aqui , o programa energia inteligente, da CEMIG. Tem até um simulador de consumo de energia.

Procure uma maneira simples de transformar energia mecânica em energia térmica. Prove que houve uma transformação.

Bater uma massa de bolo. A energia mecânica do movimento também é convertida em energia térmica pois a temperatura da massa aumenta. Um termômetro ou simplesmente o tato pode determinar isto.

Que papel a energia geotérmica teve na formação dos continentes, mares e atmosfera terrestres? Consegue imaginar como era a paisagem do nosso planeta naquele tempo?

Ela recebe essa denominação porque esta relacionada com o calor proveniente do interior da terra. À medida que se entra no subsolo, em direção ao centro da terra, a temperatura vai aumentando gradativamente. Calcula-se que, em profundidades superiores a 5000 km, a temperatura esteja em torno de 4000°C.
No passado, esta energia foi transformada em energia mecânica, evidente nos movimentos das placas tectônicas, e no surgimento de vulcões. Os dobramentos do tectonismo, a lava que esfriou e formou o solo, e eventos relacionados formaram os continentes. A liberação de vapor de água, que depois se condensou, e de gases, resultou na formação posterior das fontes de água e da atmosfera. A paisagem nesta época primitiva era certamente hostil e extremamente quente, permeada por vulcões ativos e terremotos por todos os lados. Neste site você encontrará informações importantes sobre o papel da energia geotérmica. Veja também este vídeo.  

Faça uma lista de 5 atividades do seu dia-a-dia que dependem de energia. Mencione o tipo de energia relacionada em cada uma.

Exemplos: tomar banho (energia elétrica e energia mecânica), correr (energia mecânica), transporte no automóvel (energia química da bateria e do combustível, energia térmica no motor, energia mecânica no motor e nas rodas), acender uma lâmpada (energia elétrica e energia radiante), cozinhar (energia calorífica, energia elétrica, energia térmica e energia química).

Quais os países que mais consomem energia? Consegue perceber se há alguma ligação entre energia, riqueza e industrialização?

Os países desenvolvidos, pois o seu elevado índice de consumo e nível de produção industrial exige mais energia.

Qual o tipo de energia mais consumido no mundo?

É a energia elétrica, e principalmente a partir do petróleo.

Qual a relação entre a energia armazenada no álcool com a energia irradiada pelo sol?

A energia química nas moléculas de álcool, foi produzida a partir da fotossíntese, que ocorreu graças à obtenção da energia irradiada pelo sol. Para conhecer melhor o processo de produção do álcool veja este vídeo

Quando respiramos, que substâncias químicas reagem entre si e quais os produtos desta reação? Ocorre liberação de energia? O que isto indica quanto à importância de exercícios físicos para perdermos peso?

C6H12O6  (carboidrato) + 6H2O (água) + 6O(oxigênio)  --------------->12H2 O (água) + 6CO2 (gás carbônico)+ ENERGIA (674 Kcal)

Portanto, ocorre liberação de energia. Quanto mais exercício físico for realizado, haverá uma maior conversão da matéria do corpo em energia. O corpo queimará os hidrocarbonetos (açúcar), os lipídios (gordura) e as proteínas, nesta ordem. Vejam os vídeos 1 e 2, que selecionei, sobre a respiração celular. 

Na fotossíntese que ocorre nas plantas, a energia da luz se “junta” com que dois tipos de reagentes químicos? Quais as substâncias resultantes desta reação?

12H2 O (água) + 6CO2 (gás carbônico)+ Luz (674 Kcal)   ------>  C6H12O6  (carboidrato) + 6H2O (água) + 6O(oxigênio). 
Veja a figura (fontewww.portalsaofrancisco.com.br).


Veja também os vídeos 1 e 2 sobre este assunto. 

Escreva a equação química que representa a reação de fusão de 4 átomos de hidrogênio em um átomo de hélio.

2 1H + 2 1H  ----->    3 2He + 1 0n + energia (n = neutrinos) é uma das reações de fusão possíveis.  Veja a figura com créditos para http://2.bp.blogspot.com/.

Calcule quanta energia, em Joules, seria obtida a partir da sua massa corporal, em Kg.

 Usando E = mc2
  - energia em Joules
 m - massa em Kg
 Considerando c = 3 . 108 m/s (velocidade da luz)



Considerando uma pessoa cuja massa é de 70 quilogramas:

E = (70) . (3 . 108 ) 2

E =  6,3 . 10 18 J

Explique o que significa lixo nuclear. Quais os riscos para a saúde humana?


Lixo nuclear ou atômico se refere ao resíduo (sólido, líquido ou gasoso) radioativo da fissão nuclear (veja na figura -créditos para http://1.bp.blogspot.com) que ocorre a nível dos reatores nas usinas nucleares. Costuma-se colocá-los em caixas de concreto hermeticamente (para não deixar penetrar ou sair o ar) fechadas, que são enterradas, jogadas no mar ou em piscinas especiais. A queima do urânio nos reatores nucleares dá origem ao plutônio, um material extremamente tóxico e perigoso, que já foi utilizado para a  produção de armas. Veja a reportagem sobre lixo nuclear neste Blog e no Efeito Joule.
 Uma única partícula se aspirada pode causar câncer de pulmão. São materiais radioativos, isto é, transmitem energia através de ondas e partículas. Os efeitos da radioatividade nos seres humanos são bastante discutidos. A partir de certa dosagem, a radioatividade pode provocar alterações no sangue, danificar órgãos vitais, queda de cabelos, câncer, alterações genéticas, queimaduras e até a morte. Acidentes como o de Three Mile Island, na Pensilvânia, EUA, em 1979, e o de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986, dentre outros, mostrarão o perigo do uso de materiais radioativos. Há muita informação adicional sobre a exposição e efeitos da radiação no livro Física Conceitual de Paul G. Hewitt, da Editora Bookman, 2002. Mais iformaçãoes estão disponíveis no site da CNEN, nas apostilas disponíveis para alunos. Veja também a galeria de fotos da Central Nuclear.
 

O mapa abaixo indica algumas regiões no Brasil onde há reservas de Urânio: Créditos para 1.bp.blogspot.com

A produção da energia nuclear depende de que processo físico? Qual o elemento químico mais utilizado e onde pode ser encontrado? Quais as duas usinas de energia nuclear no Brasil e onde se localizam?

A produção da energia nuclear depende da fissão e da fusão nucleares. O reator é o equipamento fundamental das usinas atômicas, e onde ocorre a fissão(divisão, quebra) dos átomos de urânio. Em resumo, a fissão consiste no seguinte: quando os átomos do urânio (ou tório) são bombardeados por nêutrons, seus núcleos fragmentam-se, liberando enorme quantidade de energia. Os nêutrons dos átomos fragmentados, por sua vez, vão bombardear outros átomos, que também se quebram, e assim sucessivamente numa reação em cadeia (veja a figura - créditos para http://www.biodieselbr.com) . Quando os átomos do urânio sofrem essa fissão nuclear, diz-se que ele sofreu uma queima. Núcleos de átomos de determinados elementos, como o hidrogênio e o urânio, são partidos ou unidos para liberar, nesse processo, a energia. Esta energia aquece uma caldeira, cujo vapor moverá turbinas que acionarão geradores para a produção de energia elétrica. O elemento químico mais usado no nosso país é o urânio. No Brasil, existem duas usinas, Angra I e  Angra II, localizadas na cidade de Angra dos Reis, no Rio de Janeiro. Veja neste site (clique aqui)  a animação Fontes da energia para visualizar o funcionamento de diversas usinas, inclusiva da usina nuclear.

Por que as regiões com elevações no relevo são mais utilizadas para a construção de usinas hidrelétricas? Explique fisicamente os motivos.

O movimento das águas, como se manifesta a energia mecânica, é determinante para a rotação de mecanismos, como turbinas, que acionarão geradores de energia elétrica. Quanto mais acidentado for o relevo, maior energia mecânica será oferecida pela água e, consequentemente, uma maior eficiência na conversão para a energia elétrica. No Brasil, a maior parte dos rios pode ser considerada como de planalto, entremeados de corredeiras e quedas-d’água, o que aumenta o seu potencial como fonte de energia mas diminui suas condições naturais de navegabilidade. A Bacia do Paraná é a mais aproveitada para a geração de energia hidrelétrica. Veja neste site interessante a animação Caminhos da energia, para visualizar o funcionamento de uma usina hidrelétrica.

Explique por que a atividade industrial é a principal impulsionadora do consumo energético.

Quanto maior o nível de industrialização, maior a necessidade e consumo de energia. Pode verificar, no mapa Consumo de Energia Elétrica no Mundo, que os países industrializados consomem mais energia elétrica.

Consumo de energia elétrica no mundo

 

consumoeletricidade

segunda-feira, 21 de junho de 2010

quarta-feira, 9 de junho de 2010

A energia do ar condicionado, faróis e rádio do automóvel

Numa de nossas aulas, no 1° ano da Escola Estadual Jerônimo Arantes, alguns ainda continuaram com dúvidas sobre a pergunta: Um automóvel consome mais combustível quando seu ar condicionado está ligado? Quando seus faróis estão ligados? Quando seu rádio está ligado, enquanto se encontra estacionado?
Solução: A resposta é sim para essas três questões, pois a energia consumida em última instância veio do combustível. Mesmo a energia retirada da bateria deve ser constantemente reposta pelo alternador do carro, o qual é girado pelo motor, que por sua vez funciona retirando energia do combustível. (veja o livro FÍSICA CONCEITUAL de Paul G. Hewitt. Porto Alegre: Bookman, 2002).

Como foi calculada a velocidade da luz?

Esta foi a pergunta de um aluno curioso do 1° ano da Escola Estadual Jerônimo Arantes. Foi uma pergunta muito interessante. Por isso, resolvi recomendar um site que contém esta resposta. Clique aqui e confira.