Colégio Monteiro Lobato

Caderno de Física

Professor Roberto Pettres

2012

Caderno de Física

PROJETO DE MÁQUINAS TÉRMICAS: CALOR TRANSFORMADO EM TRABALHO E MOTIVOS QUE INTERFEREM NO MOVIMENDO

DA MÁQUINAFÍSICA

Amanda Stephanie de Souza Palavras-Chave: Máquinas Térmicas, Trabalho, Movimeto, Física Aplicada.

1 INTRODUÇÃO Ilustrando a explicação sobre o tema “máquinas térmicas” e aprofundando em seu funcionamento, relacionando a parte de trabalho e movimento do projeto, foi realizada a esperiência do “carrinho”, sendo que através do vídeo se teve a ideia inicial (vídeo), que foi amadurecida tendo como resultado o trabalho final.

2 DEFINIÇÃO DE MÁQUINA TÉRMICA Uma máquina térmica, de acordo com a física, é definida como uma um dispositivo que é capaz de converter calor em trabalhoi onde seu calor não é completamente aproveitado e transformado, ou seja, nenhum máquina térmica tem rendimento 100%.

3 TRABALHO O trabalho trata-se da força que se aplica a um certo objeto e o mesmo é realizado quando exite troca de energia em um sistema físico. Devido essa força aplicada e a troca de energia, o corpo acaba se movimentando. Este processo é representado pela equação matemática à seguir:

T= f.d.cosα (1)

Onde T representa o trabalho, f a força aplicada, d o deslocamento do corpo e cosα é o cosseno do ângulo entre a direção e a força aplicadaii.

4 PROJETO Tem-se a estrutura, a qual diferente da ideia inicial foi sofrendo modificações e adaptações durando o desenvolvimento. Simplicitamete, a primeira parte da ideia se resume no calor proveniente do fogo que esqueta a latinha, conduzindo o calor para a água, evaporado-a, desta maneira fazendo todo o resto funcionar.

Figura 1: Esboço do projeto, a ideia principal através de um desenho simples.

5 FATORES QUE DIFICULTAM A MOVIMENTAÇÃO DO “CARRINHO”

Para que o projeto seja considerado uma máquina térmica, fatores muito além da fonte de calor precisam ser levados em consideração, fatores esses que implicam no movimento ou não do “carrinho”. Primeiramete tem-se a massa do “carrinho”, um dos principais fatores que possibilitam seu movimento, por isso a escolha de materiais leves no decorrer de sua produção. Para que o vapor da latinha não escape por lugares indesejados, que não implicarão no fim desejado, é preciso que esta seja bem vedada. Ainda se tem também a questão do atrito, não só quando se fala da relação experiência e superfície, mas também entre as roldanas, eixo e roldanas e o eixo e a estrutura do objeto. (Ver Figura 1) Todos os fatores que podem implicar no êxito ou na falha da ideia apresentada.

6 CONCLUSÕES Levando-se em consideração o princípio de máquinas térmicas, trabalho e os diversos fatores que implicam no bom funcionamento do projeto, foi possivel ter diversas ideias sobre a aplicação das máquinas térmicas do dia-a-dia, não só neste, mas também na visualização dos outros trabalhos apresentados.

REFERÊNCIAS Vídeo Base: http://www.youtube.com/watch?v=1YcKdPcb_EE

i Cordeiro, Luís Fernando, Apostila Positivo 2º Ano do Ensino médio, Terceiro Bimestre, Física, unidade 17 página 49. Ano 2011.

ii http://www.infoescola.com/fisica/trabalho-fisica/

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ÓPTICA: ESPELHOS ESFÉRICOSFÍSICA

Ana Carolina Barbosa dos Santos Palavras-Chave: luz, fenômenos da dispersão da luz, espelhos esféricos, óptica, orientação dos raios, geometria da superfície.

1 INTRODUÇÃO

O trabalho tem como assunto a óptica, tratando especificamente os espelhos esféricos: convexo e côncavo. O objetivo do mesmo é esclarecer os fenômenos da dispersão da luz e mostrar o seu uso no cotidiano.

1.1 Histórico

Desde a Antiguidade, alguns filósofos gregos como Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.) tentavam explicar o que é a luz e porque enxergamos os objetos como tal. Segundo ele, quando os raios incidem sobre algum objeto, capta átomos deste e ao se projetar atinge nossos olhos. Só que sua hipótese apresentava vários pontos vagos, pois levou alguns a pensar e criticar que a imagem com o tempo se desgastaria. Então ele explicou que “nossa alma”, o sobrenatural, transmite a imagem para nosso cérebro. Assim como Aristóteles, os antigos filósofos gregos não estabeleciam diferenças entre luz e visão.

Alhazen (965 -1040 d.C.) em suas obras se destacou pela refração da luz.

Roger Bacon (1214-1294 d.C.) inventou o primeiro óculos. [1]

No século XVII, os estudos da óptica tiveram mais relevância. Em 1608, não se sabe ao certo quem, mas costuma-se dizer que o neerlandês Hans Lippershey inventou o primeiro telescópio na Holanda [2]. Um ano mais tarde, Galileu aperfeiçoou este para uso astronômico. Logo em 1672, Isaac Newton desenvolveu o telescópio de reflexão e a teoria sobre a luz e o calor. Daí em diante, os estudos da óptica fluiram e se aperfeiçoaram, com nomes de destaques como: Willebrord Snell, Kepler, René Descartes, Pierre de Fermat, entre outros. 1.2 A luz e a sua propagação

A luz nada mais é que uma forma de energia radiante que sensibiliza nossos olhos. Ela se propaga nos meios materiais e no vácuo. A luz proveniente do sol, por exemplo, tem velocidade igual a 300000000 m/s.

Para representar a propagação da luz, usamos raios de luz, que são linhas orientadas, representando a direção e o sentido da propagação desta.

O conjunto de raios de luz é um feixe de luz e classificado em raios: paralelos, que tem como característica não interceptar um ao outro; convergentes, no qual os raios se aproximam um dos outros podendo cruzar um mesmo ponto; e divergentes, o qual os raios têm origem de um mesmo ponto e afastam-se uns dos outros. [ver figura 1, 2 e 3].

Raios paralelos [1]

Raios convergentes [2]

Raios divergentes [3]

1.3 Fenômenos da propagação da luz

Quando a luz incide e atinge uma superfície de separação de dois meios, como o ar e a água, por exemplo, esta pode sofrer fenômenos como:

absorção da luz: ocorre quando a luz é absorvida pela superfície, ex.: uma mulher de vestido vermelho está sendo iluminada por uma luz monocromática verde, logo o vestido absorverá todas as cores e refletirá o preto [6].

Reflexão difusa: os feixes de raios paralelos

atinge outro meio e perde a orientação paralela [5].

Reflexão regular: quando um feixe de luz paralelo incide sobre uma superfície polida e não perde sua orientação paralela [4].

Refração: quando a luz ao atravessar outro meio,

sofre desvio [7].

1.4 Espelhos esféricos: côncavo e convexo

Conforme a geometria da superfície espelhada, temos diferentes tipos de espelho: planos, parabólicos, esféricos, etc.

Quando o espelhamento é feito na superfície interna da calota esférica [8], o espelho esférico se denomina côncavo. Este tipo de espelho é utilizado em alguns tipos de telescópios, projetores, consultórios odontológicos [10], no uso da maquiagem [9], etc., pois aumenta a imagem quando o objeto se situa próximo ao espelho (entre o vértice e o foco), obtém-se a imagem virtual, direita e maior [11], o que resulta na melhor nitidez e visualização detalhista do objeto observado.

Já quando o espelhamento é feito na superfície externa da calota esférica, o espelho esférico se denomina convexo [12]. Este tem o objetivo inverso do espelho côncavo, ou seja, ao invés de ampliar a imagem ele amplia o campo visual. Geralmente é encontrado em corredores de supermercados [14], farmácias, saídas de estacionamentos e retrovisores de veículos. A imagem formada por este tipo de espelho é sempre virtual, direita e menor [13].

[8]

(figura 9)

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

2 CONCLUSÕES

Conclui-se a partir desse trabalho sobre óptica que a física está mais presente no cotidiano da sociedade do que a mesma possa imaginar, pois o que se aprende em sala não é só teoria, dado que, pode-se notar o uso dos espelhos esféricos no comércio para prevenir furtos, consultórios odontológicos, para ampliar a visão do dente para o dentista, entre outras aplicações.

3 REFERÊNCIAS [1]http://www.slideboom.com/presentations/45736/historia-da-otica. [2] http://pt.wikipedia.org/wiki/Telesc%C3%B3pio [3] http://www.aulas-fisica-quimica.com/8f_14.html [4] http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/fenomenos-opticos.htm. [5] http://www.infoescola.com/fisica/espelhos-concavos/ [6] http://www.infoescola.com/optica/espelho-convexo/

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CAMPO MAGNÉTICO DA TERRAFÍSICA

Angelo Pinheiro dos Santos Júnior Palavras-Chave: Planeta, Campo Magnético, Proteção, Asteróides, Raios UVA E UVB.

1 INTRODUÇÃO O campo magnético da Terra foi criado a 4,5 bilhões de anos, com o choque de um asteroide muito maior que a Terra, formado todo por ferro, fazendo com que esse elemento fundisse e se fixasse no interior do Planeta [1]. Essa massa de ferro localizada no interior emite 1% de toda sua força pelos polos, suficiente para proteger a Terra de raios UVA, UVB e possíveis asteroides.

Figura 1: Força que sai pelos polos Norte e Sul, protegendo a

Terra.

2.2 Lei de Schumman Essa lei constatou que a Terra é protegida por um campo eletromagnético que se forma entre o solo e a parte inferior da ionosfera, responsável pelo equilíbrio da biosfera. 2.3 Localização dos pólos geográficos e magnéticos Contrariando a ordem, o polo norte magnético fica mais próximo do polo sul geográfico, sendo que o polo sul magnético se localiza mais próximo do polo norte geográfico [2]. 2.4 Formação das Auroras Astral e Boreal Auroras são brilhos observados no céu noturno nas regiões polares. Isso ocorre devido o fato do impacto entre partículas de vento solar com a atmosfera terrestre, sendo atraídas pelo campo magnético terrestre [3].

Figura 2: A imagem mostra a força de atração e área de atuação

onde está o campo magnético terrestre.

3 CONCLUSÕES Podemos concluir com esse trabalho que o campo magnético formado a 4,5 bilhões de anos ainda é muito importante para manter a vida possível no Planeta Terra, devido ao fato que inibe a entrada de raios mais perigosos para a fauna e flora terrestre além de determinados asteróides carregados eletricamente.

REFERÊNCIAS [1]HTTP://BIBLIBLOGUE.WORDPRESS.COM/2011/03/30/BIBLICIENCIA-19-%E2%80%93-%E2%80%9CCAMPO-MAGNETICO-TERRESTRE%E2%80%9D-POR-DAVIDE-LOURENCO/ [2]http://salteadoresdaarca.wordpress.com/2008/02/22/lei-de-shumann-e-os-desvios-no-campo-magnetico-da-terra/ [3]http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Magnetosphere_schematic.jpg

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PROCESSOS FOTOGRÁFICOSFÍSICA

Anna Luiza Koszela

Palavras-Chave: Câmera escura, Fotografia, Processos fotográficos.

1 PRIMEIRO CONCEITO DE PROCESSO FOTOGRÁFICO

Surgiu por volta de 350 a.C. quando Aristóteles criou um método de observação de eclipses solares sem que sua visão fosse prejudicada, a câmara escura.

1.1 Câmara Escura Consiste em um equipamento formado por uma caixa de paredes totalmente opacas, sendo que no meio de uma das faces há um pequeno orifício, o princípio da propagação retilínea da luz permite que os raios luminosos que atingem o objeto de tamanho O, passem pelo orifício da câmara e sejam projetados no anteparo fotossensível na parede paralela. Esta projeção produz uma imagem real I, invertida do objeto na superfície (ver Figura 1 ). Quanto menor o orifício, mais nítida é a imagem formada, pois a incidência de raios luminosos vindos de outras direções é bem menor, no entanto, com a diminuição da entrada de luz, havia um considerável escurecimento da imagem produzida [1].

Figura 1: Câmara escura.

2 SEGUIMENTO DOS PROCESSOS Por haver o escurecimento das imagens quando o orifício foi diminuído, e a falta de nitidez justamente pelo mesmo motivo foi desenvolvido o mecanismo de uso de lentes pelos italianos Giovani Battista Della Porta, Daniel Barbaro e Gerolomo Cardano (1501 - 1576). Cardano, utilizou uma lente biconvexa e levou em consideração a capacidade de refração do vidro, que convergia os raios luminosos refletidos no objeto, formando assim uma imagem de maior qualidade. Já a inversão das imagens foi resolvida aplicando-se espelhos [2].

3 NIÉPCE Em 1827, Niépce expôs uma placa de estanho coberta de betume na câmara escura e obteve, depois de uma exposição de oito horas, uma imagem de um pombal, que

era a vista da janela da sua sala de trabalho. Niépce morreu em 1833. 4.1 DAGUERRE Daguerre prosseguiu com os experimentos em Paris. Utilizou chapas revestidas a prata e sensibilizadas com iodeto de prata, abandonando definitivamente o betume. Em 1835 descobriu que o vapor de mercúrio revelava as imagens, o que permitia reduzir radicalmente a duração da exposição. Em 1837 Daguerre descobriu um processo para interromper a ação da luz, com um banho de cloreto de sódio. Data desse ano aquela que é considerada a primeira fotografia batizada de daguerreótipo. Os primeiros daguerreótipos eram de má qualidade pois eram facilmente estragados pelos dedos e pelas variações de temperatura e umidade. A imagem tinha pouco contraste tonal, e a imagem era única, não havia a possibilidade de cópias. Para realizá-las, era necessário que a pessoa ficasse sentada em uma cadeira especial, imóvel, quantas vezes fosse o número de imagens desejadas, por um período de 20 minutos para cada foto. 4.2 CALÓTIPO Além de Daguerre o inglês Fox Talbot, na Inglaterra, inventa o Calótipo em 1841. Este foi obtido expondo papel sensibilizado, durante cerca de dez minutos, à luz direta do sol, num pequeno aparelho de tomada de vistas (antecedente da câmara fotográfica) com pequena distância focal. Para corrigir a inversão inicial das imagens obtidas, Talbot colocou outra folha de papel sensibilizado com prata sobre a imagem negativa (parafinada para ficar transparente) e expôs as duas diretamente à luz, ficando a segunda folha com a imagem positivada [3].

4 KODAK A fotografia despontou no mundo com a Kodak. Em 1888, a empresa lançou uma câmera portátil, de película (uma longa camada de nitrato de celulose que, a cada foto, era enrolada em uma espécie de carretel.), capaz de produzir 100 imagens, com o slogan: “Aperte o botão que nós fazemos o resto!”.

5 CONCLUSÕES Conclui-se que através de diversos testes e da persistência de alguns pesquisadores que foi possível chegar ao resultado que temos hoje, utilizando cameras com chips, que por meio de pulsos elétricos, formam a imagem e a

armazenam, e dependendo da capacidade do cartão de memória, fazem mais de mil imagens, além de permitirem modificações antes da revelação.

REFERÊNCIAS [1]http://www.historiadetudo.com/camera.html [2]http://www.infoescola.com/fotografia/camara-escura/ [3]http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Fundamen

tos/camaraescura.php

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CALORIMETRIAFÍSICA

Bárbara Passos Hladkyi

Palavras-Chave: Física aplicada, Estudo do calor, Trocas de calor.

1 INTRODUÇÃO

1.1 Calor Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar a temperatura do corpo "mais quente "diminui, e a do corpo "mais frio “aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Está reação é causada pela passagem de energia termica do corpo "mais quente "para o "mais frio", a transferencia de energia é o que chamamos Lde calor.

Figura 1. Trocas de calor

1.2 Calor Latente Ocorre mudança de estado físico nas substancias.

(1)

Figura 2. Trocas de estados físicos

1.3 Calor sensível Provoca Apenas a variação de temperatuda do corpo .

(2)

1.4 Capacidade Térmica

É a capacidade de um corpo de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor. Ela é dada como a razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura.

(3)

Figura 3.Tabela de calor especifico de materiais mais comuns

1.5 Calor Especifico

É a capacidade específica de uma substância de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor para cada massa unitária que esta vier a se incluir. Isto quer dizer que a Capacidade Térmica de um corpo é dada pelo Calor Específico da substância que o compõe e sua massa.

(4)

Figura 4. Tabela de calor especifico de materiais mais comuns.

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MÁQUINAS TÉRMICASFÍSICA

Bertrand Arthur

Palavras-Chave: Fluido de trabalho, James Watt , Erro! Fonte de referência não encontrada..

1 INTRODUÇÃO

Máquinas térmicas; utilizam energia na forma de calor como gás ou vapor em expansão térmica e também numa fonte quente eleva de temperatura que trocar calor por frio, obedecendo a Segunda Lei da termodinâmica. E a experiência de Heron. E o Rendimento do motor ver Tabela de rendimento.

2 MÁQUINAS TÉRMICAS

São máquinas que realizam trabalho e lidam com a variação de temperatura, as máquinas térmicas retiram calor da fonte quente e transferem-no para a fonte fria. Ela tem maior eficiência se transforma mais calor em trabalho, transferindo, menos calor na fonte fria.

Utilizam energia na forma de calor para provocar a realização de um trabalho mecânico. Então o cilindro com pistão móvel é um dos principais componentes dessas máquinas: o gás preso dentro do cilindro sob pressão, quando aquecido, expande-se, deslocando o pistão e realizando trabalho.

As máquinas térmicas e outros dispositivos que funcionam por ciclos utilizam normalmente um fluido para receber e ceder calor ao qual se dá o nome de Fluido de trabalho. O trabalho líquido do sistema é simplesmente a diferença de trabalho da fonte quente e da fonte fria:

: é total da máquina térmica;

: é o trabalho da fonte quente;

: é o trabalho da fonte fria.

O rendimento é a eficiência com que uma máquina térmica funciona.

Motores a diesel da ordem de 50%; Grandes turbinas a gás da ordem de 80%. Ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%.

O calor flui do reservatório à temperatura elevada fonte quente para o reservatório à temperatura mais baixa fonte fria, obedecendo a Segunda Lei da termodinâmica e transformando parte do calor que sai da fonte quente em trabalho.

Tanto as máquinas térmicas a vapor, que operam com o vapor d'água produzido em uma caldeira, quanto as máquinas térmicas de combustão interna que operam devido aos gases gerados pela queima de combustíveis, têm seu funcionamento baseado no aumento da energia interna das realizado, e tanto a energia interna, quanto o trabalho, dependem da quantidade de energia na forma de calor que foi transferida à substância.

3 EXPERIÊNCIA

Criado por Heron de Alexandria grego mecânico e matemático, ficou conhecido por inventar um mecanismo para provar a pressão

Tabela de rendimento

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do ar sobre os corpos, então foi documentado como, simplesmente a "Máquina a Vapor de Heron". Durante séculos não teve utilidade. No século 18, tempo em que inicia a 1ª Revolução Industrial, é que o invento de Heron assim teve um significado na tecnologia a serviço do homem.

Conclusão

A minha experiência de Heron não teve sucesso foi usado uma lâmpada para fazer um teste que um vídeo mostrava, durante essa experiência estava dando certo, mas não teve força para rodar pela causa da linha, quando estava dando para rodar um ciclo inteiro a lâmpada estourou embaixo, então tentamos fazer de latinha mas não teve muito sucesso pela causa do peso que não fazia rodar. Olhando lado positivo não precisa cometer esse erro de novo assim aprendendo com ele. No ponto histórico desta maquina é muito antes da maquina de vapor da revolução industrial, isso mostra que uma criação veio de algo como ter uma ‘‘base’’ de uma ideia, começando da panela de vapor ente século 17 e 18, e então James Watt teve a sua ideia para criar a maquina de vapor.

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MATÉRIA ESCURAFÍSICA

Caroline Barino Neufeld Palavras-Chave: universo, matéria escura, galáxias, partículas, axions, big bang.

1 RESUMO Este documento fornece informações sobre a Matéria Escura, e como os cientistas explicam essa teoria.

2 INTRODUÇÃO - O INÍCIO Cientistas procuram entender a origem do Universo e dizem que entender a Matéria Escura é fundamental para isso. Estima-se que tenha sido criada no momento do Big Bang e desempenhou um papel crucial ajudando a Matéria Comum a se aglomerar para formar estrelas e planetas. A caça por esta Matéria começou há um século, quando os astrônomos finalmente tinham ferramentas para ver as profundezas do céu, foi então que as perguntas começaram a surgir.

3 MATÉRIA ESCURA A Matéria Escura é diferente de tudo que já foi encontrado na Terra. Possui uma massa invisível com uma atração gravitacional que pode afetar a velocidade de galáxias inteiras de um aglomerado. Ela age como um esqueleto, unindo estrelas e galáxias no espaço. Acredita-se que por ser fria e não interagir muito, a Matéria Escura foi unida pela gravidade lentamente com o tempo, formando sementes para Matéria Normal se aglutinar em galáxias. Tudo que se consegue construir com átomos, prótons e nêutrons comuns não é o bastante para justificar o total de matéria que se vê em galáxias e aglomerados. A ciência não provou diretamente a existência de partículas desta Matéria misteriosa, existem varias suspeitas, mas nenhuma resposta. Ela não emite nem absorve luz, sabe-se disso, pois ao ser realizado um teste no espaço utilizando feixes de luz, com a intenção de localizar esse grande mistério, foi visto que o raio de luz foi desviado, a chamada Lente Gravitacional [1].

4 AXIONS Os axions são muito leves e acredita-se que também tenham sido criados no momento do Big Bang. Porém, sua teoria, sugere que possam mudar para prótons enquanto a Matéria Escura é estável. Houve um tempo em que acreditava-se que axions e Matéria Escura eram a mesma coisa, ou, que eram algo em comum. Agora, com novos estudos, apesar de ambos serem apenas teoria, sabe-se que Matéria Escura é uma partícula nova e exótica, diferente de todas as coisas existentes na Terra [1].

5 TEORIA ACEITA A teoria mais aceita é que a Matéria Escura seja o

chamado ‘wimps’. Que são partículas de grande massa e interação fraca. Não foram detectadas, porém, suas características combinam perfeitamente com as da Matéria Escura.

6 LENTE GRAVITACIONAL O chamado “lente gravitacional” é quando existe um aglomerado ou outra galáxia, por exemplo, com grande quantidade de matéria. O efeito gravitacional desta massa faz com que a luz sofra um desvio (ver Figura 1)

Figura 1: Lente Gravitacional.

7 CONCLUSÕES Após a realização deste, conclui-se que a ciência está em constante evolução e com isto novas teorias estão surgindo. A partir da comprovação que esta nova matéria realmente exista, será possível dar respostas para muitas perguntas que foram feitas no decorrer do século. Esta Matéria pode ser a resposta para o surgimento do Universo e muitos cientistas apostam nisso.

8 REFERENCIAS [1] http://www.history.com/

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CINEMÁTICAFÍSICA

Carolina Antônio Calzolari

Palavras-Chave: Cinemática, Movimentos, Física, Referencial, Velocidade Escalar, Variação de Espaço.

1. INTRODUÇÃO Cinemática esta presente no nosso dia-a-dia em inúmeros momentos. Portanto, não é atoa que cinemática é um dos temas que mais caem em questões de vestibulares. Escolhi cinemática como tema para poder entender o que acontece fisicamente no nosso dia-a-dia e principalmente, não haver dúvidas na hora de resolver alguma questão de vestibular.

2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

2.1 Referencial É qualquer corpo, ou objeto independente que possa ser comparado em relação a localização.

2.2 Ponto Material Significa o objeto que esta sendo analisado na incógnita, seja ele um carro, maça... Na maioria dos problemas, o ponto material em si não possui algum dado que interfira no resultado.

2.3 Movimento e Repouso Ao analisar o referencial, de duas uma: ou ele esta em repouso ou ele esta em movimento. Em repouso, o corpo esta a 0 km/h e em movimento ele esta em qualquer valor diferente de zero, seja ele positivo ou negativo.

2.4 Trajetória A trajetória é o percurso que é analisado na questão. É o caminho em que o corpo pretende passar,ou já passou.

2.5 Ponto de Origem Em toda questão de movimento na física, existe o ponto de origem. O ponto de origem é aonde o referencial se localiza no inicio do problema.

3. VARIAÇÃO DE ESPAÇO E DE TEMPO

A variação de espaço é a diferença entre o espaço final (aonde o ponto material termina o seu percurso) e o espaço inicial (aonde se localiza o ponto de origem)

▲s= s²-s¹ Já a variação de tempo, é calculada da mesma maneira, independentemente na grandeza que é

analisada. Porém ambos os valores tem que ser analisados na mesma grandeza.

▲t=t²-t¹

4. VELOCIDADE ESCALAR MÉDIA A velocidade escalar média é a relação entre a variação de espaço dividida pela variação de tempo.

Equação 1: Fórmula da velocidade escalar média

5. TIPOS DE MOVIMENTO 5.1 Movimento Progressivo Acontece quando a velocidade escalar é apresenta valor positivo, significa que o móvel se desloca a favor da orientação da trajetória. 5.2 Movimento Retrogato Quando a velocidade escalar contém algum valor inferior a zero,ou seja negativo. O resultado quer dizer que o móvel se desloca ao contrário da trajetória. 5.3 Movimento Uniforme Movimento uniforme é quando a variação de espaço,ou as distancias percorridas pelo objeto ao longo da trajetória, são iguais em intervalos de tempos semelhantes. Um movimento uniforme pode ocorrer tanto em trajetória retilína (MRU – movimento retilíneo uniforme) quando em uma curvulínea (MCU – movimento curvulineo uniforme) 5.4 Aceleração Escalar Média A aceleração escalar média é a razão entre a variação de velocidade pela variação de tempo. 6. Conclusões Cinemática é um dos temas mais básicos da física, por isso é necessário entende-lo. Pequenas palavras ao interpreta-las em um exercício pode mudar completamente o sentido da questão,a forma de analisa-la e como resolve-la. Com o pequeno resumo sobre o trabalho foi possível compreender essas diferenças, para

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resolver enfim qualquer questão de cinemática sem receio. 7. Referências CINEMÁTICA. Disponível em: < http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Cinematica/velocidade.php>. Acesso em: 25 set. 2012 CINEMÁTICA. Disponível em: < http://professoradanielamendes.blogspot.com.br/2010/08/video-aula-fisica-cinematica.html>. Acesso em: 25 set. 2012 CINEMÁTICA. Disponível em: < http://www.fisica.net/einsteinjr/cine.htm>. Acesso em: 25 set. 2012

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MOTOR ELÉTRICOFÍSICA

Eron Rodolfo Raquelle Palavras-Chave: Motor elétrico, Motor por indução, Campo Magnético, gerador, dínamo.

1 HISTÓRIA Podemos considerar o ano de 1886 como o ano de nascimento da máquina elétrica, pois foi nesse ano que o cientista alemão Werner von Siemens construiu o primeiro gerador de Corrente Continua Auto-induzida. Mas sua descoberta ocorreu a muito tempo atras, mais exatamente no ano de 641 a.C. quando o Grego Tales verificou que friccionando uma peça de Âmbar com um pano, esta começava a atrair corpos leves [1].

2 TIPOS DE MOTORES Os motores elétricos se dividem em uma classe muito ampla:

Motores CC (corrente contínua)

Ímã Permanente com ou sem escova (motor

CC brushless)

Série

Universal

Shunt ou paralelo

Composto(Composição de shunt e paralelo) Motores CA (corrente alternada)

Assíncrono (de indução)

Polifásico

Rotor gaiola ou em curto-circuito

Rotor enrolado ou bobinado

Monofásico

Rotor gaiola ou em curto-circuito

Fase dividida

Capacitor de partida

Capacitor permanente

Polos Sombreados

Dois capacitores

Rotor enrolado ou bobinado

Repulsão

Repulsão de partida

Síncrono

Polifásico

Monofásico

Ímã permanente

Histerese

Relutância

De passo

Ímã Permanente

Relutância variável

Híbrido

2.1 MOTOR DE CORRENTE ALTERNADA Um exemplo de motor de corrente alternada é o motor de indução, um motor de indução é composto basicamente por duas partes, o estator e o rotor denominado entreferro. O estator constitui a parte estática e o rotor a parte móvel. O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente ou de aço silício para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas ou histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em operação deverão criar um campo magnético no estator. O rotor também é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente, com o formato também de anel e com os enrolamentos alojados longitudinalmente [2]. Existem dois tipos de geradores ou motores de indução:

Gerador de Indução Gaiola de esquilo: No qual o rotor é composto de barras de material condutor que se localizam em volta do conjunto de chapas do rotor, curto-circuitadas por anéis metálicos nas extremidades.

Gerador de Indução com rotor Bobinado: No qual o rotor é composto de enrolamentos distribuídos em torno do conjunto de chapas do rotor.

3 EQUAÇÕES

(1)

P = U . I (2)

REFERÊNCIAS [1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Werner_von_Siemens www.coe.ufrj.br/~richard/.../Catalogo%20de%20Motores.

pdf [2] www.brasilescola.com › Física › Eletricidade

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ANTIMATÉRIA: APLICAÇÕES E ESTRUTURAFÍSICA

Flávio Eduardo Ruzycki Stasiak Palavras-Chave: Antimatéria, anti-átomo, big-bang, aniquilação, física teórica.

1 INTRODUÇÃO O conceito de antimatéria reflete exatamente o seu significado: É exatamente o oposto da matéria comum com a qual nos deparamos todos os dias, e isso é estranhamente possível. Os átomos (ou anti-átomos) de antimatéria são formados por partículas elementares, como: Pósitrons (sem massa e de carga positiva, que orbitam ao redor do núcleo) anti-prótons (possuem massa e carga negativa, se concentram no núcleo), e os nêutrons, como no átomo de matéria. A antimatéria, porém, possui uma propriedade interessante: Quando encontra-se com matéria aniquila-se totalmente, convertendo toda a sua massa em energia e assim liberando fótons. A energia proveniente da antimatéria é totalmente limpa, pois seu uso não libera substâncias tóxicas, apenas fótons (luz). Essa interessante propriedade abre os nossos olhos para uma nova possibilidade: O uso da antimatéria como combustível. Não é comum vermos (exceto em Star Wars) um veículo movido à antimatéria, seria o ideal, mas a sua produção ainda é extremamente cara, tanto que só é possível sua “criação” em grandes colisores de partículas, como o LHC (large hadron collisor). A sua fonte, portanto, deve ser algo que já existe, uma antimatéria pronta, e isso pode ser possível, o que nos leva à teoria de formação da antimatéria.

2 TEORIA DA FORMAÇÃO DE ANTIMATÉRIA Segundo pesquisadores, nos instantes iniciais do big bang, logo após a explosão, uma infinidade de partículas foram criadas e entraram em processo de expansão muito rápido, e nesse processo, pode ter acontecido o choque e a total aniquilação de matéria-antimatéria, nos restando apenas uma pequena fração da quantidade original de matéria; outra possibilidade é que esses universos opostos tenham sido separados por apenas um fator: O espaço. É possível que, após viajarmos algumas galáxias, possamos chegar em um universo (com possibilidade de vida como a nossa) formado apenas por antimatéria, e é possível ainda que consigamos transportá-la para a Terra, alguns físicos teóricos escreveram sobre o assunto, e afirmaram que o transporte deve ocorrer por eletromagnetismo (visto que não pode haver contato direto com a matéria).

3 OBTENDO ANTIMATÉRIA A antimatéria (assim como muitas outras partículas) é obtida através do choque de núcleos pesados em aceleradores de partículas [1], e para retê-los são

necessários campos magnéticos muito pesados. A equipe do CERN( the European Organization for Nuclear Research), em 2010, aprisionou 38 anti-átomos de hidrogenio, que ficaram retidos por um décimo de segundo.

4 OUTRAS APLICAÇÕES O uso não é restrito à combustíveis, já há uma grande utilidade para a antimateria na chamada medicina nuclear, é a tomografia por emissão de pósitrons. A PET produz imagens do organismo pela detecção da radiação emitida por substâncias radioativas. Essas substâncias são injetadas no corpo, sendo normalmente marcadas com um átomo radioativo, como carbono-11, flúor-18, oxigênio-15, ou nitrogênio-13, que têm um tempo de decaimento curto. Esses átomos radioativos são formados bombardeando substâncias químicas normais com nêutrons, para criar isótopos radioativos de meia vida curta. A PET detecta os raios gama emitidos no local onde um pósitron, emitido da substância radioativa, colide com um elétron no tecido [2]. A bomba de antimatéri é algo que revolucionaria o mercado da guerra, já que um grama de antimateria equivale à um kg de urânio enriquecido, seriam necessárias 1000 bombas de Hiroshima para chegar à mesma liberação de energia de uma bomba de antimateria. Segundo o CERN, são produzidos 107 antiprótons por segundo em seu acelerador de partículas. Eles afirmam também que 1g (um grama) de antiprótons equivale a, aproximadamente, 6x1016 partículas, e seriam necessários 6x1030s para produzir essa quantidade, ou seja, aproximadamente 2 bilhões de anos.

REFERÊNCIAS [1]http://cienciahoje.uol.com.br/blogues/bussola/2011/04/antimateria-pesada [2]http://www.cetac.com.br/pet_ct.html

Caderno de Física

MOTOR STIRLINGFÍSICA

Guilherme Chaise Bonatto Palavras-Chave: Máquinas térmicas, Motor Stirling, Robert Stirling, Ciclo Stirling.

1 INTRODUÇÃO As máquinas térmicas são mecanismos capazes de transformar energia térmica em variados outros tipos de energia, a partir da variação de temperatura entre uma fonte quente e uma fonte fria elas realizam um trabalho. Essas máquinas surgiram por volta do século I d.C., quando o inventor grego Heron construiu um dispositivo onde havia uma esfera de metal com dois furos por onde escapava o ar quente proveniente do aquecimento da água e consequentemente fazia com que a esfera girasse sobre um eixo. Basicamente o projeto de Heron abordava uma transformação de calor em energia mecânica. Contudo a máquina de Heron não fora produzida para conceber uma grande quantidade de energia mecânica, esse tipo de máquina só passou a ser fabricada em torno do século XVIII, contribuindo assim para o surgimento das indústrias. Para exemplificar o funcionamento de uma maquina térmica será apresentado o motor stirling.

2 PARTE EXPERIMENTAL O motor stirling foi inventado por Robert Stirling em 1816 e, assim como toda máquina térmica, aproveita a variação de temperatura para gerar um trabalho. No entanto ele se diferencia dos demais motores à combustão, como os da maioria dos automóveis, por simplesmente não ocorrer explosões dentro do motor, fato esse que o torna muito mais silencioso. No motor stirling os gases contidos dentro do motor não são dissipados para o meio exterior e sim constantemente reaproveitados (Ver mais em [1, 2 e 3].

2.1 Como funciona O modelo do motor foi feito a partir de materiais caseiros, utilizando-se desde uma lata de abacaxi em calda até fios de luz desencapados. Por esse fato o rendimento do motor não poderia ser nem perto de um feito com materiais próprios, porém a mecânica de funcionamento é basicamente a mesma. Abaixo temos um modelo e o que foi desenvolvido:

Figura 1: Modelo esquemático de uma máquina térmica.

Figura 2: Modelo de uma máquina térmica.

Em 1 temos uma lata de abacaxi em calda que atua como pistão principal. Ao ligar-se a chama do fogão a fôrma se aquece por meio de condução de calor, que da mesma forma aquece a lata (1). Com o aquecimento da lata aumenta-se o grau de agitação das partículas de ar dentro da mesma, fazendo com que elas ocupem um maior espaço e assim façam com que o deslocador presente dentro da lata se movimente para cima juntamente com o ar quente. Contudo se o ar quente sobe o ar acima do deslocador, que estava frio, desce, e ao ser aquecido sobe. Isso ocorre sucessivamente, criando uma corrente de convecção dentro do recipiente. Para regulagem de pressão e resfriamento há um segundo pistão (2/3), confeccionado a partir de um cotovelo de PVC (2) e uma bexiga (3). Quando o deslocador do pistão

principal (1) ultrapassa a metade da lata há a abertura de uma passagem por onde entrará o ar frio impulsionado pela bexiga, pois ambos os pistões estão ligados a um mesmo virabrequim (5), logo, quando o virabrequim der meia-volta o pistão principal estará no seu ponto mais alto e a bexiga será empurrada para baixo fazendo com que o ar frio presente no pistão secundário adentre no recipiente de pressão (1). O cano de PVC utilizado em 6 é apenas um apoio para o virabrequim e em 4 temos um fio de luz (cobre) desencapado que faz a ligação do pistão secundário com o virabrequim, que também fora feito com fio de cobre. A ligação do pistão principal com o virabrequim fora feito com um fio de pesca de 10 lbs. O motor stirling opera a partir do ciclo stirling, composto por uma expansão isotérmica, seguida de um resfriamento isovolumétrico, uma compressão isotérmica e por fim um aquecimento a volume constante.

Figura 3: Ciclo de uma máquina térmica.

3 POSSIVEIS RAZÕES DO NÃO FUNCIONAMENTO DO MOTOR.

Apesar de ter sido confeccionado de forma cuidadosa, o motor não realizou o trabalho a ele requisitado. Dentre os porquês do não funcionamento do modelo, temos, principalmente, o peso do deslocador principal e os prováveis vazamentos de pressão.

3.1 Demasiado peso do deslocador principal O deslocador principal fora feito de Bombril, um material leve, porém ele precisaria ter um diâmetro próximo do da lata e para isso foram utilizados dois pedaços de Bombril. Fato esse que pode ter ocasionado certo atrito do Bombril com as paredes do recipiente de pressão, necessitando assim de uma maior força para fazer com que o deslocador se movimentasse e por conseqüência, movimentasse o virabrequim.

3.2 Vazamentos de pressão Em relação aos vazamentos de pressão, temos como principal apoio desta tese o fato de o buraco por onde passou o fio que ligava o deslocador principal ao virabrequim ser um pouco mais largo do que o próprio fio, possibilitando assim os vazamentos de parte da pressão.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS As máquinas térmicas estão presentes no dia-a-dia de todos e representaram o principio para o desenvolvimento dos mecanismos da atual geração, mostrando assim que diante da variação de temperatura podemos realizar

diversas formas de trabalho, inclusive a simples forma demonstrada pelo modelo caseiro do motor stirling, que a partir do aquecimento de partículas de ar movimenta um eixo. Existem milhões de aplicações da física para as máquinas térmicas, e a partir delas se desenvolvem até pesquisas para aproveitar a propagação de calor através de ondas sonoras, talvez a provável inovação do futuro.

REFERÊNCIAS [1]http://ciencia.hsw.uol.com.br/motores-stirling.htm.

HowStuffWorks Brasil – Como funcionam os Motores Stirling:

[2] Universidade Estadual de Campinas – Unicamp. Relatório Final. F 609 – Tópicos de Ensino de Física I, Prof.º Dr. José Joaquim Lunazzi. Aluno: Renato Peron da Silva

[3]http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2008/RenatoP-Llagostera_RF2.pdf

Caderno de Física

MOTOR STIRLINGFÍSICA

Hemanuelly Cristina Trombetta Palavras-Chave: Virabrequim, Gases Ideais, Motor, Física Aplicada.

1 INTRODUÇÃO Este documento fornece informações sobre o Motor Stirling. Inventado em 1816, por Robert Stirling, foi uma contra os motores a vapor.

Esse tipo de motor tem funcionamento com um ciclo termodinâmico composto de 4 fases e executado em 2 tempos do pistão: compreesão isotérmica (temperatura

constante), aquecimento isométrico (volume constante), expansão isotérmica e resfriamento isotérmico (

Figura 2). Consiste em duas câmaras em diferentes temperaturas que aquecem e resfriam o gás de forma

alternada, provocando expansão e contração cíclicas, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um eixo comum. Os gases utilizados nos modelos mais simples são: ar, hélio ou

hidrogênio pressurizado ou nitrogênio. A figura representa o funcionamento do ciclo Stirling com suas diversas ases sem

considerar as perdas (ciclo ideal) ( Figura 5). Teoricamente é o motor mais eficiente que qualquer motor. Há 3 configurações básicas deste tipo de motor : Alfa – com cilindros em V; Beta – com êmbolos co-axiais num mesmo cilindro e Gama – com cilindros em linha. Alguns modelos desse motor foram construídos pela Phillips nos anos 50 e 60, e chegaram a 45% de aproveitamento, superando motores convencionais de gasolina, diesel e as máquinas a vapor.Para diminuir as perdas térmicas ,geralmente é instalado um “regenerador” entre a câmara fria e a quente.É silencioso ,apresenta baixa vibração,por não ter a explosão,também é multicombustível. Sua maior dificuldade é na hora de dar a partida e variar a velocidade de rotação rapidamente. O principio do Motor Stirling é completamente diferente dos motores de combustão interna comum. De acordo com a lei dos gases idéias, que relacioina as propriedades do gás: temperatura (T), pressão (P) e volume (V) com o numero de mols (n) (segue na Equação 1).No processo do motor starling ,o ar aquecido empurra o deslocador para cima,fazendo o virabrequim dar meia-volta.Com a defasagem no virabrequim,no momento em que está na posição inicial a bexiga está um pouco esticada.Ao subir e atingir o ponto mais alto do seu movimento , o virabrequim faz com que a bexiga seja empurrada para fazendo ar frio entrar na base do recipiente de pressão.Isto esfria o gás dentro do recipiente e com isso há a compressão isotérmica.(Equação 2). A eficiência térmica (Ef) do ciclo de Starling ( Equação 3).

2 COMPONENTES E FUNÇÕES

Os componentes e funções do modelo utilizado são ilustrados pela ( Figura 1).

Figura 1 – Modelo utilizado. CD – Simula um volante na experiência. Porca- Prende o CD a Haste de Suporte Haste de Suporte – Dá a sustentação ao pistão

Virabrequim - Suporta o movimento do deslocador ( Figura 3). Fio de Conexão- Conecta o virabrequim ao regulador de pressão com a bexiga ( Figura 4). Bexiga- Dá a flexibilidade para o fio de conexão seguir o movimento do virabrequim. Cotovelo de PVC- Necessário para simular um segundo pistão, que regulariza a pressão. Deslocador- Desloca dando o movimento ao pistão e é o que gera o movimento do CD. Base do Recipiente de Pressão – Com o movimento do deslocador, dado pelo virabrequim,essa base é aonde há a compressão do ar e expansão. Base de Sustentação – Sustenta toda o experimento. Base de Madeira – Base da experiência.

3 FIGURAS

Figura 2 – Transformações dos gases nesse experimento

Figura 3 – Ilustração de como fica o anexo do virabrequim

ao deslocador do motor Stirling

Figura 4 – Ilustração de como fica a Figura 2 no resto do corpo do deslocador ,que inclui uma bexiga para

movimentação.

Figura 5 – Ciclo de Carnot que oferece o maior rendimento

possível.

4 EQUAÇÕES

PV=nRT (1)

De acordo om a lei dos gases ideias , que relaciona as propriedades do gás : temperatura(T),pressão(P) e volume (V) com o numero de moles (n). Onde (R) é a constante dos gases.

Q=W=pV In (V2/V1) (2)

Ef=(Qs–Qr)/Qs=[p1V1In(V2/V1)p3V3In(V3/V4)/p1V1In (V2/V1) (3)

Ef=[mRT1In(V2/V1)-RT3In(V3/V4)/mRT1In(V2/V1) (4)

Mas

V2=V3 e V1=V4 (5)

Assim V2/V1 = V3/V4 e:

Ef = (T1 – T3)/T1 = (TH – TL)/TH (6)

Ef= 1- T1/TH

5 CONCLUSÕES O motor starling é um caso que resolveria o problema da poluição tanto sonora quanto atmosférica, já que há um aproveitamento térmico de até 45% e praticamente não emite ruído. Mas com o problema de arrancada e variação de velocidade isso não é possível de ser encontrado nas ruas. É um motor utilizado em submarinos, como já dito, pois nesse caso, é necessário o maior aproveitamento do trabalho.

REFERÊNCIAS [1].http://www.physics.sfasu.edu/astro/courses/egr112/Stirlin

gEngine/stirling.html [2]. http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirling [3]. http://carros.hsw.uol.com.br/motores-stirling2.htm

[4]. http://www.arena.com.pt/ntec.html [5]. http://www.monsterguide.net/lang/pt/how-to-build-a-

stirling-engine.shtml [6].http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/indexe.htm [7].http://www.boydhouse.com/stirling/index.html [8]http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F8

09_F895/F809/F809_sem1_2008/RenatoP-Llagostera_RF2.pdf

Caderno de Física

PROTÓTIPO DE MAQUINA TERMICAFÍSICA

Inaiê Dias Strapazzon Palavras-Chave: Protótipo, Máquina térmica, Física Aplicada.

1 INTRODUÇÃO Consiste na parte teórica de uma exemplificação simples, de como funciona a primeira etapa deste protótipo, considerando o calor.

2 MÁQUINAS TÉRMICAS O principio da Maquina Térmica é a sua capacidade de converter calor em trabalho [1].

3 PROTÓTIPO. Sua estrutura é inteiramente realizada com materiais leves e recicláveis, seu mecanismo é simples e consiste em apenas uma fonte de energia, o calor. Este aquece o fluido, fazendo com que o vapor gerado mova o catavento e com ele a primeira roldana, está move a segunda roldana, localizada no eixo dianteiro da estrutura (um carro), desta forma o trabalho realizado é o movimento.

4 PROJETO. Como qualquer outra maquina térmica, consiste em duas etapas (ver figura1 ), a primeira é o calor, e a segunda é o trabalho.

Figura 1

Figura 1: Escrever o que significa.

5 PRIMEIRA ETAPA. O processo de transformação de calor em energia, mesmo sendo uma maquina simples, passa por quatro momentos. (ver figura2).

Figura 2: Escrever o que significa.

5.1 RADIAÇÃO. Neste primeiro momento o calor passa da fonte térmica para a lata através de radiação (ver figura3), está lata funciona como uma espécie de panela.

Figura 3: Escrever o que significa.

5.2 CONDUÇÃO. A energia térmica recebida por radiação, se espalha por toda a lata através de condução (ver figura4).

Figura 4: Escrever o que significa.

5.3 2ª CONDUÇÃO. O calor, que aquece a lata, passa por condução para a água presente dentro dela (ver figura5).

Figura 5: Escrever o que significa.

5.4 CONVECÇÃO. Utilizando a energia térmica, recebida da lata, a água começa um ciclo de convecção, até entrar em estado de ebulição, onde o ciclo não é retornável, pois existe uma válvula de escape.

Figura 6: Escrever o que significa.

6 CONCLUSÃO Este protótipo foi apenas uma forma, de exemplificar que o conceito de máquinas térmicas, realmente funciona. Vale ressaltar, que nenhuma maquina térmica tem rendimento de 100%. Neste trabalho não se pode constatar o grau de rendimento, mas sim que pressão e temperatura contribuem na realização de trabalho, se o aparato for configurado de maneira correta. Desta forma, utilizamos diariamente diversas máquinas térmicas, sem nem ao menos percebermos.

REFERÊNCIAS [1] Cordeiro, Luís Fernando, Apostila Positivo 2º ano do

Ensino Médio - Física, Terceiro Bimestre, unidade 17, pp. 49.

Caderno de Física

LOCOMOTIVA A VAPOR: CALDEIRAFÍSICA

Jayne Moro Pereira Palavras-Chave: Instruções, Caldeira, Acessórios.

1 INTRODUÇÃO Este trabalho traz informações sobre a locomotiva a vapor, ela começou na Inglaterra com a primeira revolução industrial. Ela mais importante por causa da sua facilidade para carregar cargas pesadas sobre um trilho. E também como o mesmo nome aqui no Brasil é a Maria fumaça que por onde passava tinha uma nuvem de vapor branco que era da lenha queimada.

2 ESPECIFICAÇÕES GERAIS A locomotiva a vapor é separada em duas partes principais, como a caldeira é aonde se produz o vapor de água. Ela tem o procedimento de obter o calor do carvão e transmitir pra as outras partes da locomotiva para que transforme o movimento circular para as rodas. CALDEIRA: A caldeira compreende as seguintes partes CAIXA DE FOGO: Em cujo interior se aloja a fornalha. CORPO CILÍNDRICO: Contendo os tubos super-aquecedores, que são destinados ao aumento da superfície de aquecimento onde se da a vaporização completa da água, de maneira a não trabalhar com vapores saturados nos cilindros. CAIXA DE FUMAÇA: Onde os gases da fornalha se encontram com o vapor vindo dos cilindros e saem pela chaminé.

3 ASPECTOS HISTÓRICOS REGIONAIS A locomotiva a vapor, hoje só ficou na memória no Brasil, o único transporte parecido é o trem, que é usado muito para transporte de grãos de muitas regiões do norte do Paraná para o porto de Paranaguá por exemplo. A locomotiva a vapor tem como principal parte a sua caldeira onde o vapor passa pelos tubos aonde vai ate a chaminé fazendo assim um movimento continuo. Assessórios da Caldeira Injetores (um de cada lado da caldeira) misturam vapor com água e forçam-no para dentro da caldeira, através de tubos de distribuição. Injetores do tipo não-elevador são localizados por baixo da cabine. Os do tipo elevador são montados na cabine ou quase adiante dela, cerca da mesma altura que a válvula de controle da Caldeira. A válvula retentora previne para que a água não volte da caldeira.

4 MODELO DE MÁQUINA TÉRMICA Combustível e água do tênder são transferidos para a Fornalha e a Caldeira, respectivamente. O combustível é

queimado na Fornalha, sendo os gases quentes arrastados através dos tubos da Caldeira para dentro da Caixa de Fumaça, de onde serão finalmente expelidos para cima, através da chaminé. Ao passar pelos tubos, o calor dos gases é transferido para a água dentro da Caldeira, convertendo uma parte desta em vapor que, sendo acumulado no Domo de Vapor [1], gera pressão e é transferido, quando solicitado — através de uma válvula controladora (ou Regulador de Pressão) e de um tubo — para as válvulas direcionais, e daí para os cilindros (ver Figura 1).

Figura 1: é uma transformação da água para o vapor numa

locomotiva

O esquema abaixo ilustra o funcionamento de uma locomotiva a vapor. Observam-se chamas representando a fornalha, onde o combustível é queimado, em seguida os gases da combustão são conduzidos até a saída pela, podemos dizer chaminé, mas antes passam por tubos cheios de água, que será aquecida e transformada em vapor [2]. Em seguida podemos acompanhar o movimento do vapor descendo pela seta branca, apontando que o vapor esta indo para o cilindro. Quando o vapor chega até o cilindro podemos ver dois caminhos um vermelho e outro amarelo. Ambos os caminhos são aberto ou fechado por um mecanismo ligado à roda e que acompanha perfeitamente o movimento do cilindro. O caminho vermelho é o do vapor aquecido de entrada cuja força movimenta o êmbolo. O caminho amarelo é o de saída do vapor por uma segunda chaminé. ( ver Figura 2)

Figura 2: Locomotiva em cores

5 CONCLUSÕES A locomotiva a vapor é um meio de transporte que começou na Inglaterra na primeira revolução industrial, mas sua explosão, digamos foi na guerra mundial aonde era mais necessário de transporte. A locomotiva a vapor é um meio que hoje como já disse é pouco utilizada, só mesmo nos estados unidos que ela ainda tem utilidade, hoje tem se o trem e o metrô modos mais inovadores. Uma das desvantagens da locomotiva é a utilização de carvão mineral aonde polui mais o meio ambiente, e também ela é bem mais lenta do que outros transporte, mas a quantidade de carga que ela transporta ajuda em muito.

REFERÊNCIAS [1]http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/locom0/lo

com0. [2]http://vfco.brazilia.jor.br/locos/funcionamento.Locomot

iva.Vapor.shtml

Caderno de Física

MÁQUINAS TÉRMICASFÍSICA

Larissa da Silva Souza Palavras-Chave: Máquinas Térmicas, Física, Calor, Trabalho.

1 INTRODUÇÃO O trabalho apresentado será sobre Máquinas Térmicas, que tem uma grande importância na sociedade desde muito tempo atrás, quando foram criadas as primeiras máquinas a vapor (Revolução Industrial), navios/trens a vapor, entre outros. Ela revolucionou a sociedade por ser um novo modo de trabalho e de locomoção.

2 SÍMBOLOS η = rendimento W = trabalho Q = calor Tf = temperatura absoluta da fonte fria Tq = temperatura absoluta da fonte quente

3 MÁQUINAS TÉRMICAS

3.1 Como funcionam As máquinas térmicas são capazes de converter calor em trabalho, elas retiram calor da fonte quente e passam para a fonte fria, e funcionam em ciclos.

3.2 História Heron, um inventor grego, foi o primeiro a criar uma máquina térmica (naquela época não havia esse conceito), em que o aquecimento da água produzia o vapor e que fazia a esfera de metal acoplada a máquina, girar, porém ele não produzia energia mecânica em grande escala. Outro inventor, James Watt, criou um novo modelo de máquina térmica, que fazia a movimentação de moinhos e bombas, e foi a partir dele, que foram criadas as locomotivas a vapor, que deram início a Primeira Revolução Industrial [1].

3.3 Rendimento O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho que ela fornece e o calor que saí da fonte quente. Ele é quem determina a eficiência da máquina. A máquina térmica poderia chegar a um rendimento de 100%, mas na realidade, isso é impossível.

3.4 Ciclo de Carnot O ciclo de Canort é a idealização de uma máquina térmica, do francês Carnot, que teria um rendimento máximo (100%).

3.5 Exemplos Alguns exemplos de máquinas térmicas são as geladeiras, motores de automóveis, locomotivas, barcos e máquinas a vapor, entre outros.

4 SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA A Segunda Lei da Termodinâmica pode ser definido no seguinte enunciado: “É impossível construir uma máquina que, operando em ciclos, retire calor de uma fonte quente e o transforme integralmente em trabalho”.

5 EXPERIMENTO

5.1 Materiais Os materiais necessários para fazer esse experimento são: tudo de vidro, seringa, tubo flexível, cola, fita adesiva, álcool em gel, tampa de alumínio, placa de alumínio, placa de madeira, fósforo, bloco de madeira, arame flexível.

5.2 Objetivo O objetivo desse experimento era fazer com que o fogo aquecesse a água (que se encontrava dentro do frasco de vidro) transformando-se em vapor, passando esse vapor pelo tubo flexível que ao chegar à seringa, faria o êmbolo se mover.

5.3 Por que falhou? As possíveis explicações pela falha do experimento foram: o vapor da água fez com que o tubo flexível se dilatasse, reduzindo a pressão do vapor, não submetendo a seringa à uma pressão maior. Outra razão foi o uso de uma grande quantidade de água, sendo mais dispendioso transformá-la em vapor.

6 EQUAÇÕES

Rendimento da Máquina Térmica

η= W/Q. (1)

Ciclo de Carnot

η= 1- Tf/Tq (2)

7 CONCLUSÕES Com este trabalho foi possível verificar a grande importância das máquinas térmicas e da revolução que elas fizeram na sociedade, pois foi a partir delas que o homem mudou o modo de produção, de trabalho, de locomoção. E essas maquias continuam na sociedade nos dias atuais, e passaram por evoluções. A compreensão desse tema é muito importante, já que ele não é restrito apenas a física, mas também a outras matérias.

REFERÊNCIAS [1] Brasil Escola, Marco Aurélio da Silva; Fisicacomdaenyesabrina, Daeny e Sabrina, 2010; InfoEscola, 2009; Scribd, Diogo rança da Silva, José Ernesto V. Fassarela e Laís Felinto Pereira, 2010; Wikipedia, a enciclopédia livre, 2012;

Caderno de Física

ELETRICIDADE: PRODUÇÃO E APLICAÇÕESFÍSICA

Letícia Braga Dutra Palavras-Chave: Eletricidade, Aplicações da eletricidade, produção de eletricidade.

1 INTRODUÇÃO A eletricidade está presente nas nossas vidas, em nosso cotidiano, praticamente em tudo o que fazemos como, por exemplo, quando tomamos banho, ao ascendermos uma lâmpada, quando utilizamos a televisão, etc. O estudo dessa área da física se faz necessário, pois ajuda a compreender os inúmeros fenômenos elétricos na natureza e da necessidade do ser humano na utilização de aparelhos elétricos modernos.

2 ELETRICIDADE A eletricidade é resultado da existência de carga elétrica nos átomos que constituem a matéria. Como se sabe, um átomo é composto por prótons, elétrons e nêutrons, que não possuem carga. Os prótons e os nêutrons ficam no interior do núcleo do átomo, os elétrons ficam na eletrosfera ao redor do núcleo.

Figura 1: Os gregos antigos foram os primeiros a saber que a matéria é formada por tais partículas, as quais chamaram átomo, que significa indivisível. Os átomos porém são compostos de partículas menores: os prótons, os nêutrons e os elétrons. 2.1 Eletrostática e eletrodinâmica A eletrostática estuda as cargas elétricas em repouso. O Gerador de Van de Graaf é um caso de eletrostática.o gerador de Van Graff foi inventado or volta de 1929 pelo engenheiro estado-unidense Robert Jemison van de Graaff e logo foi empregado em fisica moderna para produzir as tensoes muito elevadas necessarias em aceleradores de particulas .

Figura 2: princípios de eletrostática, eletricidade e

eletromagnetismo.[2]

Figura 3: campo elétrico efeito produzido por uma carga no espaço que a contém, o qual pode exercer força sobre outras

partículas carregadas.[1]

Já a eletrodinâmica é o estudo das cargas elétricas em movimentação, ou seja, o estudo de corrente elétrica e das propriedades dos circuitos que são percorridos por ela.

2.2 Eletromagnetismo Nessa área da Física são estudadas as relações entre a eletricidade e o magnetismo, bem como a ligação entre os fenômenos magnéticos e elétricos.

Figura 4:fluxos energéticos transmitidos pela luz [5]

Figura 4: Muito utilizado para produzir tensões muito elevadas

necessárias em aceleradores de partículas.

3 PRODUÇÃO E APLICAÇÃO As primeiras usinas geradoras de energia utilizavam madeira como combustível, hoje, são utilizados principalmente o petróleo, o gás natural, o carvão, o potencial hidroelétrico e nuclear, ainda em pequena escala o hidrogênio, a energia solar, e a geradores do vento. Para transformar a energia mecânica em energia elétrica, geralmente interrompe-se um rio construído uma barragem. Isto provoca a formação de um lago artificial chamado reservatório. A água captada no reservatório é conduzida até a casa de força através de canais, túneis ou condutos metálicos fazendo movimentar uma turbina e também o gerador, pois este é acoplado mecanicamente à turbina. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga.A energia elétrica produzida no gerador é levada através de condutores até o transformador elevado, onde tem sua tensão (voltagem) aumentada, para uma condução adequada através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. A eletricidade é usada dentro das telecomunicações, e em verdade o telégrafo elétrico, demonstrado operacional em 1837 por William Cooke e Charles Wheatstone, constituiu uma das suas primeiras aplicações práticas. Com a construção na década de 1860 do primeiro sistema telegráfico intercontinental, e posteriormente transatlântico, a eletricidade possibilitou a comunicação quase instantânea através do globo. Mesmo que parte considerável desse mercado sejo hoje ocupada pelas comunicações via fibras ópticas e via satélite, a eletricidade nunca deixou de ser parte essencial ao processo.[3] Uma das aplicações da eletricidade encontra-se claramente visível no motor elétrico, que provê uma limpa e eficiente forma de gerar movimento. a eletricidade encontra aplicações notórias na logística atrelada ao setor de transportes e outras áreas, incluindo-se no caso os metrôs e os trens.

4 EQUAÇÕES

R=U.i (1)

R:é a resistencia eletrica

I: é a intensidade da corrente eletricia

U: é a diferença de potencial

5 CONCLUSÕES Esse trabalho mostra que a eletricidade é o termo que abrange uma variedade de fenômenos resultantes da presença e fluxo de cargas elétricas. Esses incluem muitos fenômenos facilmente reconhecíveis, tais como relâmpagos, eletricidade estática, e correntes elétricas em fios elétricos. Além disso, a eletricidade engloba conceitos relacionados ao magnetismo, como o campo eletromagnético e a indução eletromagnética. (Melhorar a conclusão)

REFERÊNCIAS [1]http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Field_lines.svg [2]]http://www.maringa.com/noticias/9485/Professor+desmistifica+elementos+da+Fisica [3]http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade [4]http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lightning3.jpg [5]http://www.akademiadamente.com/pnews/php/frame7_todos.php?id_categoria=6

Caderno de Física

MÁQUINAS TÉRMICAS – BARCO A VAPORFÍSICA

Lucas Giacomini Bernardi

Palavras-chave: Máquina térmica, Barquinho pop pop.

1 INTRODUÇÃO

A máquina térmica converte a fonte de calor em trabalho, operando em ciclos [1]. Com isso, pode-se realizar um experimento, onde utiliza-se uma vela como fonte de calor, aquecendo um recipiente com gotículas de água, que, ao passar do processo de ebulição (100ºC) a água sai pelos canudos que está em baixo do barco e isso fazendo o barco entrar em movimento.

2 TEXTO

A máquina térmica é tudo aquilo que converte o calor em trabalho, geralmente de uma fonte quente para uma fonte fria. Apesar de existirem várias máquinas térmicas, todas têm o mesmo ciclo. Produzem também um rendimento, geralmente baixo, nunca chegando a 100%. O barquinho a vapor pode ser construído com apenas uma latinha, de 350 ml, canudos dobráveis, papelão, para ser o “casco” do barco, velas e cola epóxi. Primeiro, deve ser cortado o meio da lata para fazer um meio “oco” onde ficará a água que entrará em ebulição. Deve-se dobrar o alumínio cortado da latinha para que fique o espaço para a água. Após isso, coloque os canudos dobráveis nela, fazendo com que tenha um ângulo de 90º e passe a cola epóxi, NÃO DEVE HAVER NENHUM VAZAMENTO, caso contrário, o vapor pode escapar pelos buracos, e ele só deve sair pelos canudos, se não o rendimento do barco será menor. Deve ser feito um buraco no papelão, onde o final do canudo fique na popa do barquinho, ai é só passar o alumínio com canudos nesse buraco feito e colar também. Coloque as velas em baixo do alumínio, para aquecê-lo e fazer as gotículas evaporarem. Ele já terminado deve ser parecido com a Figura 1 [2].

Figura 1: Barco a vapor pronto

Para o barco funcionar, deve-se colocar água nos canudos e assoprar, ou apenas chacoalhar, para a água entrar no recipiente que vai receber o calor. O funcionamento do barco, se deve a fonte de calor, pois conforme ela esquenta o alumínio, passando de 100ºC, começa entrar no estado de ebulição, e com alta pressão, isso faz com que a água que estavam nos canudos sejam empurradas, fazendo o barco entrar em movimento. Porém, quando entra em contato com a água mais fria, ele volta a ser líquido, deixando de ser vapor, com a pressão já menor, ele volta ao recipiente, fazendo o ciclo. As “travadinhas” observadas são explicadas pelo retorno da água para o recipiente, da fonte quente para a fonte fria, anulando as forças em curto período de tempo.

4 CONCLUSÃO

A máquina térmica está no nosso cotidiano, podemos citar exemplos como, geladeira, ar condicionado, fogão, entre outros e requerem sempre uma fonte de calor, e uma fonte fria onde possa realizar o trabalho.

5 REFERÊNCIAS

[1]http://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmica [2]http://www.youtube.com/watch?v=QHcXqpYGJ8M.

Caderno de Física

TRABALHO DE FÍSICA – MÁQUINAS TÉRMICASFÍSICA

Lucas Kalat

Palavras-Chave: Máquinas Térmicas, Máquina de Heron, 2ª Lei da Termodinâmica. 1. INTRODUÇÃO Este trabalho fornece informações sobre o funcionamento de máquinas térmicas, além de explicar o conceito da máquina de Heron. O experimento realizado para representar uma máquina térmica também será explicado neste trabalho. 2. MÁQUINAS TÉRMICAS Máquinas térmicas são equipamentos que transformam a energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho) [1]. 2.1 Funcionamento Para que uma máquina térmica possa funcionar de forma contínua, é preciso de duas fontes térmicas, uma mais quente que a outra. A máquina retira calor da fonte mais quente, convertendo-a em trabalho, e o restante da energia é perdido para a fonte mais fria [2]. Dessa forma, a máquina funciona de modo contínuo (enquanto existir alguma fonte térmica). 2.2 Rendimento O rendimento de uma máquina térmica é a energia total que a máquina produzirá, ou seja, é a energia que foi retirada de uma fonte e transformada em trabalho [1]. É impossível que uma máquina térmica atinja um rendimento total (100%), pois uma parte da energia sempre será perdida para uma fonte térmica mais fria [2]. 3. MÁQUINA DE HERON A Máquina de Heron (ver Figura 1) foi inventada por Heron de Alexandria, em meados do século I [3]. Foi a primeira máquina a vapor registrada. Na época, não teve nenhuma importância significativa, mas foi uma das precursoras da criação de outras máquinas a vapor na Revolução Industrial [4].

Figura 1: Máquina de Heron

A máquina é constituída de uma esfera metálica e uma caldeira, que contém água. A caldeira é ligada junto com a esfera, por dois tubos verticais. A esfera possui duas extremidades, que são alongadas por dois tubos. Estes tubos se situam em direções opostas, e é por onde o vapor d’água escapará. 3.1 Funcionamento Para a máquina funcionar, é necessário aquecer a água dentro da caldeira. Então, é utilizada uma fonte de calor quente, em baixo da caldeira. A fonte de calor aquecerá a água, fazendo-a entrar em ebulição (aos poucos). O vapor proveniente da água passará pelas duas colunas verticais, chegando à esfera. Na esfera, o vapor escapará pelos tubos. A força do vapor, passando pelos tubos, empurrará a esfera, fazendo com que ela gire. Nesse momento, já é possível perceber que a energia térmica é transformada em energia mecânica, pois a força do vapor d’água irá girar a esfera. 4. TRABALHO EXPERIMENTAL A nossa equipe do projeto de física tentou fazer uma representação da Máquina de Heron. Infelizmente, o projeto não funcionou, devido a alguns problemas que foram ocorrendo de acordo com o andamento do projeto. 4.1 Tentativa com a lâmpada No início do projeto, foram utilizados: uma lâmpada, um fio barbante, dois canudos, um maçarico e água. A lâmpada representou a esfera; o fio barbante foi utilizado para pendurar a lâmpada; os canudos foram as extremidades por onde o vapor sairia; o maçarico foi a fonte de calor quente; e a água para se transformar em vapor. Diferentemente do projeto original, foi utilizado a lâmpada com caldeira e esfera ao mesmo tempo, devido à falta de recursos. Os canudos foram introduzidos no bocal da lâmpada, e foram dobrados para permanecerem em direções opostas. A lâmpada permaneceu suspensa no ar pelo barbante. A água foi esquentada pelo maçarico, que permaneceu em baixo da lâmpada. Quando a água começou a evaporar, foi possível observá-la saindo pelos canudos. A lâmpada chegou a realizar algum movimento, mas foi impedida pelo fio do barbante, que estava preso fixamente próximo ao teto. Para resolver o problema, utilizamos uma peça. A peça é constituída de duas partes: uma que foi fixada na lâmpada e outra no barbante. Dessa maneira, a lâmpada conseguiria rodar livremente, sem estar ligada diretamente ao barbante, apenas ligada por intermédio da peça.

Caderno de Física A segunda tentativa foi marcada por outro problema: o tamanho do canudo utilizado para a saída do vapor. A saída dos canudos era grande, e a passagem do vapor não gerava pressão e força suficiente para a lâmpada girar. Então, foram trocados os canudos por canudos de pirulito, onde a passagem de ar é muito mais estreita. Dessa forma, seria possível fazer a lâmpada girar. A terceira tentativa provavelmente funcionaria, mas antes de acontecer, a lâmpada estourou devido à exposição ao calor do maçarico. 4.2 Tentativa com a lata de extrato de tomate Quando a lâmpada estourou, pensamos que se utilizássemos outra poderia também estourar facilmente, então resolvemos utilizar algo mais resistente, como uma lata de extrato de tomate. Dessa vez, os canudos de pirulitos foram colocados na lateral da lata, e a tampa foi lacrada para que não escapasse pressão. Na tampa, o barbante foi preso junto à peça, para que a lata pudesse girar. A chama do maçarico começou a esquentar a água dentro da lata, e começou a sair vapor pelos canudos. Mesmo assim, a lata não girou. Pensamos que o problema era na lubrificação da peça, que poderia estar ‘’travando’’ a lata. Em outra tentativa, mesmo com a peça lubrificada, a lata não girou. Sendo assim, decidimos prender a parte de cima da peça fixamente, ou seja, fazer com que só a lata pudesse se movimentar, e que o resto do sistema ficasse fixo. Para isso, utilizamos dois fios de arame. Passamos os fios pelo centro da parte superior da peça, em direções opostas, e os prendemos para que ficassem esticados (horizontalmente). Finalmente, o experimento parecia que funcionaria, pois não tinha mais nenhum problema ‘’visível’’ que poderia atrapalhar. Mas a lata não girou. Depois de algumas outras tentativas, percebemos que o vapor que escapava da lata não tinha força suficiente para fazê-la girar. Sendo assim, o principal problema foi o último a ser percebido: o peso da lata. 5. CONCLUSÃO Neste trabalho, foi possível esclarecer o funcionamento e complexidades das máquinas térmicas, como são constituídas e quais são as condições necessárias para elas funcionarem. O experimento, que foi uma representação da Máquina de Heron, não funcionou devido ao peso da lata de extrato de tomate, e devido à pressão do vapor que saiu dos canudos. Mesmo não tendo funcionado, o experimento foi útil para visualizar o funcionamento de uma máquina térmica, ampliando o nosso conhecimento sobre esse assunto. 6. REFERÊNCIAS [1] Apostila Positivo, 2ª Série, Física – pág. 49 e 50, 2012. [2] http://www.if.ufrgs.br/~leila/maquina.htm [3]http://www.brasilescola.com/fisica/maquina-termicaaplicacao-segunda-lei-termodinamica.htm [4]http://fisicalegal.net.br/Resources/Heron/heron.html

Caderno de Física

MÁQUINA TÉRMICA-TEORIAS E EXPERIÊNCIAFÍSICA

Lucas Weldt de Souza Palavras-Chave: Instruções, Física Moderna, Maquinas Térmicas, Teorias.

1 INTRODUÇÃO Neste documento são mostrados princípios básicos da Física com base em Máquinas Térmicas. Uma experiência realizada e gravada pode demonstrar passo a passo de uma máquina a vapor, que, já revolucionou uma época e que hoje em dia é essencial.

2 MÁQUINAS TÉRMICAS Uma Máquina térmica é toda máquina capaz de transformar uma forte de calor em trabalho. “Elas funcionam em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes, uma fonte quente que é de onde recebem calor e uma fonte fria que é para onde o calor que foi rejeitado é direcionado” [1]. Com isso pode-se entender que há uma fonte de calor, um trabalho realizado e uma outra fonte dissipada, como sonora, visual entre outras, como mostra a imagem a seguir:

Figura 1: Ilustração de fontes de calor de uma máquina térmica

É Possível calcular o rendimento de cada máquina realizando o seguinte cálculo:

Q1 = t + Q2 → t = Q1 – Q2 (1)

O resultado deste breve cálculo representará uma porcentagem. Vale relembrar que nunca uma máquina térmica real até os dias atuais terá seu valor de rendimento 100%

3 EXPERIÊNCIA A experiência realizada no vídeo e apresentada em sala mostrava uma latinha com um furo realizado com uma seringa e um canudo de pirulito. Ao encaixar o canudo ao furo, é necessário derreter um pouco a ponta de outro canudo e colocar para fixar bem o canudo. Lembrando sempre que para a latinha girar é necessário que o canudo não fique reto formando 90º e sim inclinado para o lado para que impulsione a rotatividade da latinha. A lata deve

estar com água dentro e uma fonte de calor embaixo podendo ser velas ou uma boca de fogão. Após certo tempo, a água presente dentro da lata irá começar a mudar seu estado físico de líquido para vapor. As paredes da lata começarão a dilatar, pois a pressão irá subir, porém como há apenas uma saída de escape onde foi realizado o furo com a seringa e o encaixe do canudo, a pressão nesse ponto será menor e impulsionará a latinha de tanta força que começará a girar até toda a água evaporar. Esta experiência pode ser realizada também ao invés de um furo com canudo fino, apenas três furos onde a altura seja a mesma e a distância lateral também.

4 FATORES QUE PREJUDICAM A EXPERIÊNCIA

Ao realizar a experiência pode-se encontrar algumas dificuldades como: Suspender a latinha por um fio - Esse fio não pode ser grosso como um elástico e nem fino como um fio de costura, pois o mesmo queima com a elevação da temperatura, o ideal é utilizar um fio de Nylon. Colocar muita água na latinha – isso pode prejudicar seu projeto, pois assim pode ficar muito pesada, dificultando a rotação da mesma.

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Hoje não percebemos o calor e suas grandezas, mas está em todo lugar com suas importâncias. As máquinas térmicas revolucionaram um tempo mudaram o mundo, e é extremamente necessário para os dias de hoje. Com pequenos cálculos e um pouco de conhecimento consegue-se montar uma simulação de uma máquina térmica.

6 REFERÊNCIAS [1] http://www.infoescola.com/fisica/maquina-termica/

Caderno de Física

MÁQUINAS TÉRMICAS – GELADEIRAFÍSICA

Maria Alice Ferreira Sanches

Palavras-Chave:Máquinas térmicas, geladeira, compressor,física.

1. INTRODUÇÃO

Máquina térmica é toda máquina capaz de converter calor (independente da fonte de onde ele venha) em trabalho, ou seja: em energia mecânica. Esse calor, ao ser transformado, faz a máquina funcionar. Existem vários tipos de máquinas térmicas, como exemplo apresentado neste trabalho, teremos o funcionamento da geladeira.

2. ESPECIFICAÇÕES GERAIS

A geladeira é uma máquina térmica, pois apresenta um compressor. Esse é o que faz o vapor (derivado de todo o processo realizado pelo líquido refrigerante presente na serpentina) ser empurrado para o condensador, e assim ser resfriado para que o ciclo se repita.

Figura 1: Funcionamento da Geladeira

3. A GELADEIRA

A geladeira é uma máquina térmica, pois apresenta um compressor. O ciclo acontece da seguinte forma: O compressor suga o fluido refrigerante do evaporador, reduzindo sua pressão. O fluido é comprimido pelo compressor e vai para o condensador. No

condensador, o fluido refrigerante (que está sob alta pressão) libera o calor para o ambiente e se torna líquido. O próximo componente do circuito é o elemento de controle, que pode ser um tubo capilar ou válvula de expansão. O elemento de controle reduz a pressão do refrigerante (agora líquido) que foi formado no condensador. Essa redução de pressão permite a evaporação do refrigerante, que volta ao estado gasoso ao passar pelo evaporador. Porém, essa mudança da fase necessita de calor, e então o fluido retira calor de dentro do sistema de refrigeração (através do evaporador) e então o condensador libera calor para o ambiente. O elemento de controle oferece certa resistência à circulação do refrigerante, separando o lado de alta pressão (condensador) do lado de baixa pressão (evaporador).

5. CONCLUSÃO

As máquinas térmicas são muito comuns hoje em dia, apesar de muitos acreditarem que é algo complexo e diferente. Porém, com esse exemplo da Geladeira, percebe-se o quão presente está essa tecnologia no dia-a-dia das pessoas, e que não são tão complexas quanto parecem, pois seu funcionamento é básico e sem muitas complicações.

REFERÊNCIAS

http://www.embraco.com/DesktopModules/DownloadsAdmin/Arquivos/00004.pdf

Caderno de Física

Caderno de Física

ACÚSTICAFÍSICA

Mariana Koszela Palavras-Chave: Acústica, Som, Onda sonora.

1 INTRODUÇÃO A acústica estuda o som, as fontes sonoras, propagação e fenômenos correspondentes sofridos pela onda mecânica sonora. Os mais diversos objetos são responsáveis pelo som, que é um fenômeno ondulatório. Ele se propaga através dos diferentes estados físicos da matéria [9]. A acústica é dividida entre: - Geradores de som; - Transmissão do som; - Propagação [2].

1.1 O Som: É denominado som toda onda mecânica nas condições de intensidade suficiente e freqüência limitada. Se a freqüência da onda sonora pertencer ao intervalo subjetivo 20Hz -------- 20000Hz [5], esse som pode ser ouvido por nós, seres humanos [4]. O nosso ouvido é sensibilizado por uma onda mecânica que é propagada em um campo ondulatório, como por exemplo o ar. Desde que essa onda apresente uma intensidade suficiente e que sua freqüência seja encontrada dentro de um determinado espaço de tempo. Essas sensibilizações são denominadas sensações sonoras [9].

1.2 Transmissão do Som: A transmissão do som ocorre, porque o ar age como agente transmissor. O som não é capaz de se propagar no vácuo, porque é preciso um meio material para que o som se reproduza. A transmissão do som é melhor nos sólidos que nos líquidos e nos líquidos, melhor que nos gases. Já as fontes sonoras é qualquer dispositivo capaz de produzir ondas sonoras num meio material elástico. Os sons são distinguidos um dos outros por causa de suas características, como a intensidade, que é a quantidade de energia transportada pelo som, a altura que esta relacionada com a freqüência do som e o timbre que corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som [3].

1.3 Propagação: Para que a propagação ocorra, é necessário que aconteça a compressão e a dilatação em propagação do meio. As ondas sonoras se propagam longitudinalmente e quando passa, a onda sonora faz com que as partículas de ar vibrem em torno do seu equilíbrio. A propagação de sons nos meios gasosos depende da temperatura [5]. É denominado onda de infra-som, as ondas com freqüência menor que 20Hz e ultra-som as que tem freqüência maior que 20000Hz, e o som audível esta entre essas duas freqüências, como mostra a figura a seguir:

Figura 1: Capacidade de captar a frequência das ondas

sonoras[5].

2 FÍSICA ACÚSTICA Esse tipo de física investiga como a energia sonora sai dos materiais de propagação, como por exemplo um instrumento. Investiga também suas interações e seus efeitos com o meio sólido, líquido, gasoso e no plasma. A intensidade de energia de onda vai se tornando cada vez menor enquanto se afasta da fonte sonora. Em um ambiente fechado, a onda sonora se propaga varias vezes, refletindo nas paredes, ou no teto e a intensidade fica mais ou menos inváriavel. Otto von Guericke, provou que o som não pode ser propagado no vácuo e Jakob I. Bernouilli e Leonhard Euler, mostraram que ao vibrar hastes metalicas, é possivel determinar variações de velocidades do som, nos diferentes meios fisicos. Os fenomênos fisicos relacionados com a acústica são o eco, a reverberação, o reforço, a ressonância e o Efeito Doppler [2].

2.1 ECO É o fenomêno de reflexão. [6] Ele chega ao ouvinte um pouco depois que o som foi emitido. A intensidade de um eco é medido em dB (decibel) com relação à onda transmitidada diretamente [7].

2.2 REVERBERAÇÃO É um efeito fisico provocado pelo som, é uma reflexão multipla de frequência. A onda se reflete a primeira vez, ate a ultima, percorrendo sempre o mesmo caminho. Como nosso ouvido não é capaz de perceber dois sons produzidos em um tempo inferior a 1/17s, essas reflexões ocorem dentro de um tempo inferior aisso, por isso percebemos apenas um som contínuo, que vai perdendo a força no decorrer que a onda se reflete [8].

2.3 REFORÇO Quando o som atinge diretamente nosso ouvido, atingindo o timpano ele o excita. Completando-se por 0,1 segundo. Se ele chegar antes de 0,1 segundo o som refletido reforça a ecitação do tímpano e reforça a ação do som direto [9].

2.4 RESSONÂNCIA É quando a onda vibra na mesma frequência por influência da outra onda [9].

2.5 EFEITO DOPPLER O Efeito Doppler é quando o ouvinte percebe as frequências diferentes das emitidas por uma fonte e acontece por causa da velocidade entre a onda e o movimento que ela faz até chegar ao ouvido, ou a fonte [10].

3 MODELOS MATEMÁTICOS

A relação da velocidade de propagação de uma onda sonora é dada por: V = λ . f (1)

\/= velocidade da onda. λ= comprimento da onda. f= frequência da onda.

A frequência de uma onda é dada por:

f= 1/T (2)

f= frequência. T= tempo.

4 CONCLUSÃO Conclui-se com esse trabalho que as ondas sonoras só podem se propagar em meios materiais, e nunca no vácuo. Cada onda possui uma característica, pois são originadas por fontes distintas, mesmo em casos em que a altura e a intensidade sejam iguais, os timbres sempre são diferentes, permitindo diferenciá-los.

REFERÊNCIAS [1]http://www.brasilescola.com/fisica/transmissao-somentendendo-um-pouco-os-fenomenos-sonoros.htm [2]http://eletronica-electricidade.blogspot.com.br/2011/05/acustica.html [3]http://www.infoescola.com/fisica/acustica/ [4] http://www.algosobre.com.br/fisica/acustica.html [5]http://www.ebah.com.br/content/ABAAABfH0AC/resumo-fisica [6]http://pt.wikibooks.org/wiki/Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%A0_F%C3%ADsica/Eco [7] http://pt.wikipedia.org/wiki/Eco [8]http://pt.wikipedia.org/wiki/Reverbera%C3%A7%C3%A3o [9]http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=fisica%20acustica%20batimento&source=web&cd=19&ved=0CFAQFjAIOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.arq.ufsc.br%2Farq5661%2Ftrabalhos_2008-2%2Facustica%2Fauditorios.doc&ei=NlBjUJr6AqqV0QGo5YDIBA&usg=AFQjCNGm9XcWWOOiuc1rug4mTUHHTUSUOA [10]http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/doppler.php [11] http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda

Caderno de Física

MÁQUINAS TERMICASFÍSICA

Monyque M. de Barros Palavras-Chave: Maquinas térmicas, cata-vento a vapor.

1 INTRODUÇÃO Máquinas térmicas são aquelas que lidam com a variação de temperatura, retiram calor de uma fonte quente e jogam para uma fonte fria, provocando assim a realização de um trabalho mecânico [1, 2].

2 ESPECIFICAÇÕES GERAIS Pode-se observar na experiência realiza que o vapor da sopa girava com cata-vento, fazendo com que o mesmo girasse. (ver Figura 1)

Figura 1: Legenda da figura.

3 CONCLUSÕES Pode-se concluir que mesmo uma simples fonte de calor, pode fornecer energia para uma maquina térmica.

REFERÊNCIAS [1]http://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080603153238AAmjUU2 [2] http://www.youtube.com/watch?v=SBzsuT2yf0Q

Caderno de Física

MÁQUINAS TÉRMICAS – MOTOR A EXPLOSÃOFÍSICA

Reverson Morais

Palavras-chave: combustão,pistão,válvula.

1 INTRODUÇÃO O Motor a Explosão é o tipo de motor que transforma a energia de uma reação química em mecânica, através da compressão de gases e explosão,causada por uma alta temperatura ou se quer uma faísca,que denomina o nome do mesmo.

2 MOTOR A EXPLOSÃO Umas das mais famosas máquinas térmicas é o motor a explosão, utilizados na maioria das vezes em carros e diversos automóveis, o motor é formado por quatro pistões com uma espécie de roldana em baixo e nas laterais ao do motor. Tudo começa por uma faísca provocada pela chave de ignição, a partir dessa faísca ocorre a combustão e passa a utilizar a gasolina como um gás,que junto com o ar entra pela válvula de admissão dos pistões,essa mistura de ar e gás combustível fica presa na câmara do pistão e quando ele sobe prensa os dois elementos, uma vela localizada acima do pistão acende,causando a explosão e impulsionando o pistão de volta para baixo,então a outra válvula da direita se abre (válvula de escape) retirando o que sobrou da explosão e contagiando o resto do motor com a energia [1]. E assim ocorre tudo novamente em um processo contínuo (Figura 2), sabendo que esses motores dependendo da marca podem variar entre quatro e até três pistões, sua ordem de rotação também poderá ser totalmente modificada, a capacidade desses motores em média é de 4 a 6 mil rotações por minuto.A parte térmica desse motor é que ele é totalmente utilizado através do calor,desde sua combustão até o processo de explosão enérgica,ocorre calor intenso sendo que o objetivo do tema “Máquinas Térmicas” é identificar seu meio térmico de cada equipamento,no que ele é utilizado e enfim.

3 DEMONSTRAÇÃO Em sala foi realizada uma demonstração virtual através da tecnologia de um jogo demonstrando o funcionamento e mais a movimentação do motor em tamanho grande, além de uma breve explicação do seu funcionamento e sua utilização, conforme a imagem abaixo.( Figura 1).

Figura 1: Modelo de um motor.

Figura 2: Funcionamento de um pistão.

4 CONLUSÃO O Motor a Explosão foi muito útil antigamente e ainda é bastante útil, pois é usado nos automóveis, criado com esse intuito para os carros antigos, o método sofreu modificações ao longo dos anos, como exemplo a chave de ignição, mudando para modelos baseados em cartões ou botões, utilizando-se de mecanismos elétricos, tornando o processo inicial de funcionamento de uma máquina térmica mais eficiente e rápido.

REFERÊNCIAS [1]http://www.adorofisica.com.br/trabalhos/fis/equipes/maquinasavapor/motorexplosao.htm ; http://www.carroantigo.com/portugues/conteudo/curio_motor_explosao.htm ; http://www.youtube.com/watch?v=Lz62QU0UceQ

Caderno de Física

REFLEXÃO DA LUZ EM ESPELHOS PLANOSFÍSICA

Rômulo Smanioto Mendes Palavras-Chave: Instruções, Ótica, Leis da ótica.

1 INTRODUÇÃO Quando uma luz é emitida a uma superfície e ela retorna o meio aonde se propagou, esse fenômeno é chamado de reflexão. Para que isso acontece essa superfície tem que ser um espelho, e para que seja classificada como um espelho tem que haver uma reflexão de 70 a 100 % da imagem [1].

2 ESPELHOS PLANOS Um espelho plano forma, de um objeto real, uma imagem virtual, direta, de mesmo tamanho e simetria. Onde a distância do objeto ao espelho é igual o da imagem ao espelho.

2.1 Incidência de um raio Um raio incidido num espelho plano formará um ângulo I, e o raio refletido, formará um ângulo R [2].

Figura 1: Raio de incidência e refletor

2.2 Leis da Reflexão A 1º lei da reflexão, diz que o raio de incidência e o raio refletido são coplanares. A 2º lei da reflexão, diz que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão [3].

2.3 Características das imagens de um espelho plano O ponto objeto e o ponto imagem são simétricos em relação ao espelho. O ponto imagem está sempre atrás do espelho e sempre virtual. A altura do objeto é igual a altura da imagem, e é sempre reversa.

2.4 Imagem no espelho plano A imagem é simétrica ao objeto, e se o objeto não for colocado a frente do espelho, haverá um prolongamento do objeto [4]. E se houver um deslocamento do objeto numa velocidade x, a imagem deslocará com uma velocidade x. E como o objeto e a imagem se deslocam em sentidos contrários, a relação entre a velocidade dos dois será de 2x. E se o espelho gira com um ângulo em torno de um eixo normal ao plano de incidência, o raio refletido gira no mesmo sentido de um ângulo, mas no dobro do que o espelho girou. 3 CONCLUSÕES Conclui-se que se um raio incide em um espelho pleno, o raio que reflete, sempre será o mesmo, pois a superfície é plana, assim não havendo curvatura na mesma.

REFERÊNCIAS [1]http://www.fisicaevestibular.com.br/optica2.htm. [2]http://www.brasilescola.com/fisica/reflexao-luz-

espelhos-planos.htm [3]http://www.ensinodefisica.net/2_Atividades/flu-

reflexao_da_luz_espelhos_planos.pdf [4]http://fisicando.br.tripod.com/fisica/2espeplano.htm

Caderno de Física

MÁQUINAS TÉRMICAS: LOCOMOTIVA A VAPOR – FUNÇÃO DO MECANISMOFÍSICA

Sophia Gabriela Lofiego Mello Palavras-Chave: Energia Mecânica, Fonte de calor, Locomotiva a Vapor, 2ª Lei da Termodinâmica.

1 INTRODUÇÃO No final do século XVIII, houve a grande Revolução Industrial. Característico dessa época foi à invenção da máquina a vapor (térmica), tema deste trabalho. A primeira máquina a vapor surgiu em 1712, criada pelo inglês Thomas Newcomen. O uso da mesma facilitou o transporte de carga e pessoas, trabalho esse, realizado por animais até então. Assim, a locomotiva a vapor merece destaque especial, já que contribuiu para a evolução do mundo.

2 MÁQUINAS TÉRMICAS: LOCOMOTIVA A VAPOR – FUNCÃO DO MECANISMO

2.1 2ª Lei da Termodinâmica A 2ª Lei da Termodinâmica, expressa, de forma concisa, que é impossível construir uma máquina, que sem intervenção de uma força exterior, consiga transformar todo calor absorvido de uma fonte, em trabalho. Trazendo para o tema central do trabalho, graficamente falando, imaginemos uma caldeira de uma locomotiva a vapor. Esta não poderia produzir trabalho se não fosse porque o vapor está em elevadas temperaturas, e elevada pressão em relação ao meio externo. 2.2 Máquinas Térmicas A nomeação dada a qualquer motor que funcione pela transformação de energia térmica em energia mecânica através da expansão do vapor de agua. A pressão adquirida pelo vapor de água é utilizada para deslocar os êmbolos que permite o movimento das rodas das locomotivas. Pode acontecer pela transformação da energia cinética que impulsionam geradores elétricos.

Figura 1: Máquina Térmica.

As máquinas térmicas podem realizar trabalho mecânico, como movimentar a locomotiva a vapor. Seu funcionamento depende de uma fonte de energia, convertendo-a em energia térmica da água, fazendo com que, após isso, o vapor se expanda, enquanto sua temperatura diminui. As máquinas térmicas retiram calor (Q1 – energia absorvida pelo vapor) de uma fonte quente, realiza um trabalho (W – movimento que a máquina realiza) e rejeita uma quantidade de calor para uma fonte fria (Q2 – energia cedida pelo vapor). W significa a diferença entre o trabalho realizado pelo gás e sobre o gás.

Figura 2: Exemplo prático de máquina térmica.

Como a quantidade total de energia não pode aumentar ou diminuir, temos a equação:

Q = W + Q2 (1)

2.3 Locomotiva a vapor – Mecanismo

A combustão proveniente da combinação do carbono e hidrogênio que estão no carvão, com o oxigênio do ar, produzem calor, sendo um exemplo da transformação da energia química em energia térmica. A água à temperatura elevada entra em ebulição e se transforma em vapor. Este, ao ser formado aumenta de volume. Assim a força expansiva do vapor, que é uma energia térmica, convenientemente aproveitada, pode transformar-se em energia de movimento e ser empregada nas máquinas a vapor como força motriz (1).

Como mostra a Figura 3, esquematiza-se o funcionamento de uma locomotiva a vapor.

Figura 3: Ilustração em desenho de um protótipo de Locomotiva

a Vapor.

Observa-se na Figura 3 a fornalha, onde o combustível (podendo ser carvão, ou madeira) é queimado, em seguida os gases da combustão são conduzidos até a saída pela chaminé, mas antes passam por tubos cheio de água, esta será aquecida e transformada em vapor. Logo após, podemos acompanhar o possível movimento do vapor descendo pela seta branca, mostrando que este esta indo para o cilindro. Quando chega até o cilindro observamos dois caminhos: um rosa e outro amarelo. Ambos os caminhos são aberto ou fechado por um mecanismo ligado à roda e que acompanha perfeitamente o movimento do cilindro.

O caminho rosa é o do vapor aquecido de entrada cuja força movimenta o embolo, e por fim, a roda e toda a locomotiva. O caminho amarelo é o de saída do vapor por uma segunda chaminé.

3 CONCLUSÕES Máquinas térmicas, como a locomotiva a vapor, podem movimentar o mundo e fazem com que ele “gire” desde a 1ª Revolução Industrial, época em que houve grandes descobertas e avanços tecnológicos. Nota-se que as locomotivas a vapor possuem um funcionamento baseado no princípio da Lei da Termodinâmica e das máquinas

térmicas, sendo uma. Assim, realiza a transformação da energia térmica em trabalho, produzindo o movimento, e transportando cargas e pessoas no decorrer dos séculos.

REFERÊNCIAS [1]http://crv.educacao.mg.gov.br/SISTEMA_CRV/index.aspx?ID_OBJETO=58363&tipo=ob&cp=780031&cb=&n1=&n2=Módulos%20Didáticos&n3=Ensino%20Médio&n4=F [2]http://www.cienciamao.if.usp.br/dados/snef/_ensinandoasleisdatermodi.trabalho.pdf [3]http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/MTAula1.pdf [4]http://pt.wikipedia.org/wiki/Locomotiva_a_vapor [5]http://www.adorofisica.com.br/trabalhos/fis/equipes/maquinasavapor/maquinavapor.htm [6]http://vfco.brazilia.jor.br/locomotivas-a-vapor.shtml [7]http://www.if.ufrgs.br/~leila/maquina.htm [8]http://pt.wikipedia.org/wiki/Segunda_lei_da_termodin%C3%A2mica