Energia Em Física

7/25/2019 Energia Em Física

http://slidepdf.com/reader/full/energia-em-fisica 1/28

José Ferreira Neto

Luiz Carlos Jafelice

EnergiaD I S C I P L I N A

Energia em física

Autores

aula

01



Copyright © 2007 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da

UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Governo Federal

Presidente da RepúblicaLuiz Inácio Lula da Silva

Ministro da EducaçãoFernando Haddad

Secretário de Educação a Distância – SEED

Carlos Eduardo Bielschowsky

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

ReitorJosé Ivonildo do Rêgo

Vice-ReitoraÂngela Maria Paiva Cruz

Secretária de Educação a DistânciaVera Lúcia do Amaral

Secretaria de Educação a Distância- SEDIS

Coordenadora da Produção dos Materiais

Marta Maria Castanho Almeida Pernambuco

Coordenador de Edição

Ary Sergio Braga Olinisky

Projeto Gráfico

Ivana Lima

Revisores de Estrutura e Linguagem

Eugenio Tavares Borges

Jânio Gustavo BarbosaThalyta Mabel Nobre Barbosa

Revisora das Normas da ABNT

Verônica Pinheiro da Silva

Revisoras de Língua Portuguesa

Janaina Tomaz CapistranoSandra Cristinne Xavier da Câmara

Revisores Técnicos

Leonardo Chagas da Silva

Thaísa Maria Simplício LemosRevisora Tipográfica

Nouraide Queiroz

Ilustradora

Carolina Costa

Editoração de Imagens

Adauto HarleyCarolina Costa

Diagramadores

Bruno de Souza MeloDimetrius de Carvalho Ferreira

Ivana LimaJohann Jean Evangelista de Melo

Adaptação para Módulo Matemático

André Quintiliano Bezerra da SilvaKalinne Rayana Cavalcanti Pereira

Thaísa Maria Simplício Lemos

Imagens Utilizadas

Banco de Imagens Sedis - UFRNFotografias - Adauto HarleyStock.XCHG - www.sxc.hu

Divisão de Serviços TécnicosCatalogação da publicação na Fonte. UFRN/Biblioteca Central “Zila Mamede”

Ferreira Neto, José.

Energia: Interdisciplinar / José Ferreira Neto, Luiz Carlos Jafelice. – Natal, RN: EDUFRN, 2007. 336 p.: Il.

1. Energia. 2. Ondas. 3. Campo elétrico. 4. Campo Magnético. I. Jefelice, Luiz Carlos. II. Título

ISBN

CDD 333.79RN/UF/BCZM 2007/53 CDU 620.91



Aula 01 Energia 1

1

2

Apresentação

Há muitos pontos de vista segundo os quais podemos estudar o conceito de energia.Aqui o estudaremos do ponto de vista da Física.

Quer dizer, embora usemos essa palavra no dia-a-dia, e também na Química, Biologia,Psicologia, dentre outros, considera-se que, em última instância, a formalização básicado conceito de energia é feita em Física. Ao longo da aula, nos momentos pertinentes,comentaremos como algumas outras acepções que as pessoas usam para o termo energiapodem estar relacionadas à sua concepção física.

Visamos, nesta disciplina, desenvolver uma nova forma de olhar o que existe.Pretendemos descrever uma paisagem da natureza sob o “olhar da energia”. Ou seja: as“mesmas” coisas, o “mesmo” mundo, que você conhece e está habituado a ver desde umacerta perspectiva, nós almejamos acrescentar um outro ângulo de visão e nível de reflexão.

Esperamos que isso possa lhe trazer uma nova forma de observar os fenômenos, as relaçõesentre eles e a dinâmica do mundo físico.

Assim, nossos objetivos nesta disciplina são: estudar o conceito de energia em Físicade modo contextualizado e interdisciplinar; estimular o desenvolvimento de uma nova formade ver o mundo físico, através do olhar da energia, que realce o papel unificador desseconceito para o entendimento dos fenômenos naturais; e capacitar futuros professoresde Física, você, em particular, para o ensino do conceito de energia segundo um enfoquecontextualizador e interdisciplinar.

Objetivos

Analisar situações cotidianas sob o “olhar daenergia” como exercício de uma nova forma de ver omundo físico.

Desenvolver a problematização inicial para o estudode energia segundo um enfoque contextualizador einterdisciplinar, visando uma posterior montagem domapa conceitual associado.



Aula 01 Energia2

Atividade 1

1a 1b 1c

Ingrediente básico

Vamos iniciar este estudo considerando algumas situações típicas do mundo em quevivemos. Analise as três figuras a seguir.

Atenção - as atividades precisam, necessariamente, ser feitas antes de vocêprosseguir no estudo da aula.

Figura 1 – Exemplos de três situações típicas do mundo em que vivemos

Pense e responda: o que é necessário para que cada uma das três atividadesilustradas anteriormente ocorra?

Sugerimos que você escreva uma lista de coisas que considera necessáriaspara que aquelas atividades aconteçam. Essa lista pode conter muitas coisas.Dentre estas, certamente necessárias, nos interessa destacar uma delas, porser considerada mais básica, conforme veremos na seqüência. Mas, antes de

prosseguir, responda à questão.



Aula 01 Energia 3

s u a r e s p o s t a

Atividade 2

Para vivermos, necessitamos de muitas coisas, mas uma delas é básica: comida. Querdizer, comida é uma condição necessária, pórem não suficiente, para podermos viver.

Em particular, sem comida nenhuma das três situações ilustradas anteriormente poderia

acontecer. Na primeira figura (1a), aquela pessoa precisava de comida, do contrário nãoteriam forças para levantar a enxada e arar a terra. Na segunda figura (1b), se não houvessecomida para a pessoa e para o animal, nenhum dos dois agüentaria fazer aquele trabalho.E mesmo a pessoa no trator, na terceira figura (1c), precisou comer para se sentir forte osuficiente e poder guiar o trator.

Contudo, para a situação da última ilustração (Figura 1c) ocorrer, há outra necessidadebásica, além da comida, que precisa ser satisfeita.

O que a terceira figura (1c) tem de diferente, em termos de necessidadesbásicas, em comparação com as duas primeiras imagens?



Aula 01 Energia4

Atividade 3

As três figuras envolvem aragem da terra. Porém, na terceira figura, além de umapessoa, há uma máquina: o trator. Assim como uma pessoa precisa de comida para viver efazer suas atividades, uma máquina precisa de combustível para funcionar.

Temos, então, dois ingredientes fundamentais para que as três atividades citadaspudessem acontecer: comida e combustível.

Na verdade, podemos encarar esse dois ingredientes como sendo diferentes expressõesde um único ingrediente básico: o alimento.

Segundo esse enfoque, podemos dizer que o conceito de alimento se manifesta emnossas vidas em duas formas básicas: como comida – quando aplicado aos organismosvivos –, e como combustível – quando aplicado às máquinas.

Em resumo: entendendo alimento nesse sentido amplo, ou seja, como supridor derequisitos fundamentais para que seres vivos e máquinas possam realizar suas atividades,podemos dizer: se houver alimento, as situações anteriores – e quaisquer outras

envolvendo seres vivos e/ou máquinas –, podem ocorrer. Senão, elas não ocorrerão.

Bem, este é o ponto que nos interessa estudar nesta disciplina. O alimento (comida oucombustível) nos oferece energia.

Sem energia não vivemos e as máquinas não funcionam. Comida ou combustível nosfornecem energia, um ingrediente essencial para a realização de atividades em geral.

No entanto, tenha cuidado. Não estamos querendo dizer que com isso energia estáassociada apenas à comida ou ao combustível. Não é isso. O conceito de energia aplica-se a

todas as situações do mundo físico. Os alimentos são apenas um caso particular. Eles foram

Mas, o que a comida ou o combustível oferecem que os tornam ingredientesfundamentais para tais situações poderem acontecer?



Aula 01 Energia 5

destacados até agora porque são muito importantes para nossa vida, tanto biologicamente– para nossa existência – quanto culturalmente, pelo estilo de vida industrializado queadotamos nos últimos séculos. Todavia, tenha claro que o conceito de energia se aplicaigualmente também às situações envolvendo apenas partículas ou objetos inanimados, quenada têm a ver com organismos vivos nem com máquinas.

Contudo, mesmo que tenhamos acompanhado e entendido a exposição anterior, e

concordemos com ela, ainda há muitas questões importantes não respondidas. Por enquanto,vamos destacar três delas.

1) O que é energia?

2) Como ela se manifesta?

3) O que ela possibilita?

A primeira dessas questões, no momento, não vamos responder diretamente, pois um

de nossos objetivos é exatamente o de irmos construindo uma compreensão do conceitode energia a partir da problematização de situações contextualizadas, como as apresentadasanteriormente. Porém, ao comentarmos e aprofundarmos as respostas das outras duasquestões, estaremos, em grande medida, respondendo também à primeira pergunta.

A energia, conforme é entendida em Física, manifesta-se de várias formas, oumodalidades, algumas fundamentais e outras derivadas. Podemos agrupar as formasfundamentais de manifestação da energia em seis tipos: cinética, potencial, térmica,

elétrica, magnética e massa-energia.

Essas denominações são assim definidas:n energia cinética – é a modalidade associada ao movimento (por exemplo, todo corpo

em movimento – de rotação e/ou translação – possui esse tipo de energia);

n energia potencial – refere-se a qualquer forma de energia que “pode vir a ser utilizada”para fazer com que algo realize movimento, embora, enquanto estiver nessa forma,potencial, esse tipo de energia representa apenas uma possibilidade de uso que aindanão foi concretizada (por exemplo, dizemos que um corpo a uma certa altura em relaçãoà superfície da Terra tem energia potencial gravitacional, ou que um corpo preso à

extremidade de uma mola esticada, ou encolhida, possui energia potencial elástica, ouque uma molécula com um certo arranjo atômico tem energia potencial química – que,na verdade, é de caráter elétrico –, e assim por diante);

n energia térmica – é a forma de energia associada à temperatura (quanto maior atemperatura de um dado sistema, maior a energia térmica deste; esse tipo de energiapode ser observado no nível microscópico, caso em que é também chamada deenergia interna; expressa a energia cinética, e outras formas de energia, das partículaspertencentes ao sistema estudado; ela não pode ser observada diretamente no nível

Cinética

De origem grega, kinetiké ,

significa movimento.



Aula 01 Energia6

macroscópico); quando em trânsito, a energia térmica é conhecida também como calor(que pode ser transmitido por convecção, condução e radiação, conforme veremos aolongo desta disciplina);

n energia elétrica – é o tipo de energia associada a cargas elétricas e ao fluxo de correnteselétricas;

n

energia magnética – é a modalidade associada a um campo magnético (como as únicasformas de criar um campo magnético são através de correntes elétricas ou da variaçãotemporal de campos elétricos, essas duas formas de energia, elétrica e magnética,costumam estar intimamente relacionadas uma à outra);

n energia de massa-energia – é a energia associada à transformação da massa derepouso (de um ou mais corpos) em outras modalidades de energia. A energia demassa-energia está presente, por exemplo, em processos de fissão nuclear – situaçõesem que um núcleo atômico de número atômico grande, maior que o do chumbo, secinde – e de fusão nuclear – situações em que dois núcleos atômicos, em geral com

números atômicos pequenos, se unem –, quando parte das massas de repouso dosnúcleons envolvidos é transformada em radiação eletromagnética, energia cinética eoutras formas de energia.

Essa classificação não é única nem necessariamente a mais fundamental. Comoveremos, mesmo em Física, que visa um estudo sistemático objetivo e sem ambigüidadesdos conceitos, não é simples caracterizar energia. Por exemplo: energia térmica, na verdade,poderia ser “rebaixada” da condição de “forma fundamental” para a de “forma derivada”;em alguma medida também a “diferença”, ou a “independência”, entre as formas “elétrica”e “magnética” poderia ser questionada; além de muitos outros questionamentos dos quais

trataremos ao longo da disciplina.

O importante aqui é entender que a presente discussão – e o quadro conceitual queestá sendo montado a partir da mesma –, é um ponto de partida na tentativa de estruturarnosso entendimento de um dos conceitos mais fundamentais que existem em Física. Esseentendimento deve ser gradual e, em cada estágio, ir ficando mais complexo, para tentar darconta de explicar todos os fenômenos naturais e as relações que observamos entre eles.

Após tal percurso, esperamos ser capazes de formar um quadro unificado e coerente,que nos permita entender desde casos envolvendo situações cotidianas simples, até aquelas

relacionadas a aplicações tecnológicas contemporâneas ou a contextos físicos extremos,presentes em laboratórios ou em situações astrofísicas ou cosmológicas. Só o fato de termosesperança de compreender contextos tão diferentes como esses mencionados, através de umúnico conceito – o de energia –, já nos permite antever a importância e o poder explicativoque tal conceito tem em Física.

energia demassa-energia

A energia de massa-

energia é aquela obtida

da famosa expressão

da teoria da relatividade

especial: E = mc2,

onde E é a energia obtida

quando uma quantidade

m de massa de repouso

é convertida em energia, e

c é o valor da velocidade

da luz no vácuo.



Aula 01 Energia 7

Atividade 4

s u a

r e s

p o s t a

Este é um trecho da letra da música São João do Carneirinho, de Luiz Gonzagae Guio de Morais (1962):

Eu plantei meu milho todoNo dia de São JoséMe ajuda providênciaQuero ver se a grané

Vou colher pelo meu cálculoVinte espigas em cada pé [...]

Relacione essa letra de música com o tema desta disciplina. Explique por que oassunto tratado é tão relevante a ponto de ser incluído em uma canção popular.

Ao refletir para formular sua resposta, pense em termos do que essa letra tratae do que foi apresentado e discutido até o momento.



Aula 01 Energia8

Atividade 5

s u a r e s p o s t a

Há um ditado popular que diz: “Saco vazio não pára em pé”.

Esse ditado é usado em muitas regiões no Brasil sempre que se quer estimularalguém a se alimentar. Como os ditados em geral, esse também usa umalinguagem metafórica para transmitir sua mensagem.

Explique a metáfora usada. Explique o que se quer que as pessoas entendamquando esse ditado é utilizado. Para tanto, entenda a que o ditado se referecom a palavra “saco” e qual a analogia entre “saco” vazio não parar em pé eo “saco” estar cheio. Além disso, o que vai “preencher” esse “saco” para elepoder ficar em pé?



Aula 01 Energia 9

Atividade 6

s u a

r e s p o s t a

O milho é muito comum e apreciado em nosso país e em outras partes domundo. Mas, antigamente, ele não era conhecido em todo lugar.

O milho e todos os principais alimentos que conhecemos e encontramos navenda da esquina (como, por exemplo, banana, tomate, batata, arroz), nãosurgiram simultaneamente em todo o planeta. Sempre houve um lugar que, porquestões ambientais e biológicas (de seleção natural), propiciou o aparecimentode um alimento, mas não de outro. E assim ocorreu com praticamente todos osalimentos, em todos os lugares na Terra.

Busque informações que lhe possibilitem responder a estas questões.

a) Onde e quando o milho apareceu pela primeira vez na Terra?

b) Quem o espalhou por todo o planeta?

c) Quando e por que isso ocorreu?

d) Por que a disseminação mundial do milho não aconteceu antes?



Aula 01 Energia10

Atividade 7

s u a

r e s p o s t a

Mesmo sem dispor ainda de todas as informações necessárias para responder a essasquestões, comece a refletir sobre elas em relação às necessidades energéticas envolvidasna produção e disseminação mundial da cultura do milho. Pense sobre a energia que deve tersido investida para, inicialmente, domesticar o milho e para, posteriormente, disseminá- lopelo mundo inteiro.

Construa, a seguir, um resumo de suas principais idéias sobre os pontoslevantados no parágrafo anterior.

Do que foi discutido até agora, vimos que um ser vivo necessita de comida paracontinuar vivendo e uma máquina precisa de combustível para seguir funcionando.

Podemos interpretar tais fatos dizendo que os alimentos “armazenam” energia e que esta

é utilizada, quando possível ou necessário, por um organismo vivo ou por uma máquina.

Retomaremos adiante como os alimentos podem “armazenar” energia. Depois,trataremos de como os organismos vivos podem “utilizar” a energia das comidas para seupróprio benefício, que é a manutenção da vida, e como os combustíveis “liberam” a energiaque “guardam” e possibilitam, assim, que as máquinas funcionem.

Antes, contudo, vejamos o que se entende por energia em Física.



Aula 01 Energia 11

Energia: breve histórico, origem

do termo e seu uso atual

Dissemos que vamos estudar energia do ponto de vista da Física. Contudo, a Física nãoinventou esse conceito. A partir da concepção de energia que temos no cotidiano,ela elaborou seu próprio conceito segundo seus critérios e necessidades. A Física fez

isso com muitos dos conceitos básicos que fundamentam sua forma de interpretar o mundo.Para nossa sorte, nesse aspecto, o conceito de energia em Física não se distanciou muitodaquele que se tem no dia-a-dia.

O físico Len Fisher, no seu livro, aliás muito interessante, chamado A Ciência noCotidiano, nos diz que “de modo simples, ‘energia’ é qualquer coisa que possa ser utilizadapara trabalho físico, isto é, para movimentar alguma coisa” (FISHER, 2004, p. 15).

Note bem: a seguir, apresentamos apenas uma primeira definição, mas que contémmuito da essência desse conceito, por isso convém destacá-la (ligeiramente modificada):

Energia é qualquer coisa que pode ser utilizada para realizar trabalho físico, istoé, para movimentar alguma coisa.

Fisher (2004)

Parece que avançamos, mas nunca percamos nosso espírito crítico, porque, na verdade,até agora só fizemos associar a noção de energia à de trabalho. Quer dizer: transferimos oproblema, porque agora precisamos especificar melhor o que queremos dizer com “trabalhofísico”. Logo chegaremos lá. Antes, analisemos situações que ainda acontecem no Brasil, emparticular no interior de nossos estados, todo ano.



Aula 01 Energia12

Atividade 9

Atividade 8

Mesmo que você nunca tenha feito isso, não é difícil imaginar o que ocorreria: você secansaria. Mais ainda se não estivesse acostumado(a) a fazer isso. E quanto mais acidentadoe íngreme o terreno, mais cansaço você teria. Se tiver que subir uma ladeira, começará atranspirar; se tiver que repetir isso muitas vezes, por exemplo, durante uma tarde inteira,

sentirá muita sede e fome ao final do dia.

Por que você deverá transpirar e sentir necessidade de repor suas “energias”?

O que acontece se você puxar um carrinho de mão cheio de milho ao longo dedois quilômetros?



Aula 01 Energia 13

Atividade 10

s u a

r e s p o

s t a

Julius Mayer foi um físico alemão que viveu nos séculos XVIII e XIX. Nos primeirosanos do século XIX, ele teve uma idéia pioneira que seria decisiva para toda a Física atéhoje: propôs que calor e movimento são duas formas diferentes de uma mesma coisa; hojechamamos essa “coisa” de energia (FISHER, 2004).

Sua inspiração para criar o conceito de “energia” veio da transpiração. Não a dele, a deum cavalo que ele viu suado, após puxar um carregamento ladeira acima.

Até então, ninguém havia feito essa associação. O cavalo poderia estar suado apenasporque estava se movendo. Quer dizer, poderia ser algo próprio ao metabolismo de mamíferos,os quais, digamos, ao se moverem, transpiram. Mas, havia uma outra possibilidade e paralá foi a intuição de Mayer: talvez o suor do cavalo se devesse ao trabalho físico que ele tinhaque fazer para poder colocar a si mesmo e à sua carga em movimento.

Ou seja: um cavalo, mesmo parado e sem nenhuma carga em cima, também podetranspirar se estiver num local quente, por exemplo sob o Sol em um dia de verão. Mayer,porém, percebeu que na cena que ele presenciou havia outro princípio básico atuando. Ele

associa, então, calor a trabalho físico.

Nas palavras de Fisher (2004, p. 161, grifos do autor): Mayer “transformou a questãoda relação entre calor e movimento no problema da relação entre calor e trabalho físico

necessário para produzir movimento”.

Você está entendendo a diferença entre calor e movimento e calor e trabalhofísico? Se não, releia os últimos parágrafos, destaque as palavras-chave e vejaquais as relações entre elas.



Aula 01 Energia14

Não fique desanimado se essas coisas todas ainda lhe parecem bastante confusas.Mesmo naquela época, esses conceitos eram muito novos e não se sabia bem o quesignificavam em um sentido mais amplo. Calor era uma coisa, movimento outra e trabalho

físico ainda outra. Conceitualmente, eles nunca haviam sido relacionados, pelo menos nãoda forma que Mayer propunha.

Apesar de hoje reconhecer-se o pioneirismo de Mayer na proposta sobre o conceito

de energia (cujas idéias originais e resultados ele publicou em 1824), as coisas não foramassim diretas e fáceis na sua época. Ele se esforçou muito para que suas idéias fossemaceitas, mas, principalmente por questões típicas de sociologia da ciência, ele foi preteridoe James Prescott Joule ficou com a fama. Nesse desenrolar, pesou o fato de, na época, ocentro das ciências físicas estar localizado na Grã-Bretanha e haver, já então, um sentimentoxenofóbico dos britânicos em relação aos países da Europa, em particular para com aAlemanha (lembre- se de que Mayer era alemão).

Para melhor entender o que se quer dizer com sociologia da ciência, sugerimos quevocê leia o texto a seguir.

Breves comentários sobre sociologia da ciência e suasrelações com ensino de ciências

A sociologia da ciência estuda como os aspectos sociais, políticos, culturais,ideológicos interferem no fazer científico e influem no conhecimento que énegociado para ser oficialmente aceito como científico.

O conhecimento que temos sobre o que é ciência nos vem de duas fontes

básicas: da escola, através dos professores e livros de texto, e da mídia, atravésdos jornalistas. Às vezes, alguns dos próprios cientistas aparecem para dar seusdepoimentos. Contudo, o professor, o autor de livros didáticos e o jornalista nãosão cientistas, isto é, não vivenciam o fazer científico desde o ponto de vistainterno da comunidade científica. Por outro lado, os cientistas, em geral, sãoespecialistas em apenas uma área do conhecimento e têm uma visão parcial,senão enviesada, dos aspectos históricos, filosóficos e sociológicos de suaatividade. Além disso, os cientistas não têm formação em educação nem emjornalismo. Em resumo: as vias através das quais comumente se tem acesso aoque é ciência têm alta probabilidade de serem bastante limitadas, incompletas e

distorcidas, mesmo que involuntariamente, pelos agentes que as utilizam.Estudiosos de história, filosofia e, mais recentemente, sociologia da ciência, têmdemonstrado, há muitas décadas, que aquilo que denominamos conhecimento

científico tem um caráter transitório e, no mais das vezes, é fruto de umasérie de procedimentos e acertos definidos e acordados em convenções dacomunidade científica. Esse tipo de conhecimento está sujeito a todo o tipo deingerência e interferência oriunda das outras esferas da cultura e a espelha emtodas as suas facetas, positivas, neutras ou negativas.



Aula 01 Energia 15

Assim, é preciso ter sempre em mente que fatores extra-científicos, de carátercultural, histórico, sociológico, psicológico, político, interferem decisivamentena condução e apresentação pública de uma série de resultados consideradoscientíficos. Isso afeta inclusive o conhecimento físico que, em princípio, seriaisento e espelharia uma realidade objetiva, alheia à ingerência dos sujeitos. Já

se tem claro, porém, que tal isenção não é possível, o que ocorreu no caso daspropostas e resultados de Mayer, comentados anteriormente, e é exatamentecomo continua a ocorrer até hoje.

Os sociólogos da ciência Harry Collins e Trevor Pinch chamam a atenção de queé preciso “[...] mudar a compreensão pública do papel político da ciência e datecnologia [...]” (p. 197). Eles argumentam que “para os cidadãos que desejamparticipar do processo democrático de uma sociedade tecnológica, a ciênciaque eles precisam conhecer é a controversa” (p. 14), isto é, aquela em que hápolêmica, e mesmo os cientistas especialistas estão em desacordo. Esses autoresadvogam que o principal conhecimento que o cidadão comum precisa ter “para

votar sobre questões técnicas [...] é sobre a relação entre os especialistas e ospolíticos, os meios de comunicação e o resto de nós” (p. 196).

Para eles, “[o] que deveria ser explicado [no ensino de ciências e para o públicoem geral] são os métodos da ciência [...]” (p. 195). Não o chamado métodocientífico (cuja existência, inclusive, alguns filósofos da ciência questionam), esim o fazer científico, como este se dá, de fato, na prática, como se procede nointerior da ciência, no dia-a-dia dos laboratórios e centros de pesquisa.

Outro ponto relevante que esses autores destacam para os educadores científicosé que, na opinião deles, é muito mais importante e útil para os cidadãosaprenderem o alcance e os limites da ciência, principalmente, “o funcionamentointerno da ciência” (p. 197), do que conhecerem o conteúdo da ciência de modo“tão rigoroso e extensivo, e talvez bitolado, como é atualmente” (p. 203).

FONTE: Collins e Pinch (2003)

Retomemos, então, nossa discussão. Joule, na verdade, foi, de fato, o primeiro a realizarexperimentos bem controlados, bastante precisos e reprodutíveis. Isso fez diferença frente à

comunidade de físicos da época, levando os alardeados resultados a convencê-la.As críticas que Mayer sofreu foram, em grande parte, totalmente infundadas e baseadas

apenas em motivações sociológicas, como mencionamos anteriormente. Contudo, não haviacomo Mayer ter essa perspectiva e distanciamento crítico do que estava acontecendo. Toda aquelasituação, do ponto de vista pessoal, foi devastadora para Mayer, que chegou a tentar o suicídio.

Fisher diz que ele levou trinta e cinco anos para rastrear a origem do conceito de trabalhoem Física. Em sua busca, ele constata que energia é um conceito que surge associada aocalor. Contudo, ao procurar detalhadamente, ele descobre que “energia sempre tinha sido



Aula 01 Energia16

definida em termos de sua capacidade de executar trabalho físico” Fisher (2004, p. 43).Portanto, o conceito de trabalho é ainda mais fundamental que o de energia. “De onde veioesse conceito?”, se perguntava Fisher (2004, p. 43).

Sua resposta foi:

A definição de “trabalho”, a quantidade mais fundamental da ciência, veio inteiramenteda intuição. Não sabemos intuição de quem. Sabemos, porém, que essa definição pode

ser empregada para calcular como melhor utilizar as ferramentas que supostamentenos poupam trabalho. Elas não poupam, é claro. O que as ferramentas fazem é tornaro trabalho possível, mudando o equilíbrio entre a força que precisamos para executá-loe a distância na qual temos de mudar o ponto de aplicação dessa força para executardeterminada tarefa. (FISHER, 2004, p. 43, grifos do autor).

Esse assunto sobre a relação entre ferramentas e trabalho realizado será abordado nadisciplina de Movimentos e Mecânica Clássica.

O princípio do trabalho em Física existe há milênios e começou a ser sistematizado emusos práticos por muitas culturas, em particular na Grécia antiga, por Arquimedes.

A palavra trabalho, antes de ser “seqüestrada” pelos físicos (como diz Fisher, comhumor), provém do nosso cotidiano. A diferença é que ela foi criada quando trabalhar estava associado essencialmente a realizar esforço físico, não considerando as atividadesintelectuais, que a acepção moderna do termo comporta.

Portanto, originalmente, trabalho e esforço físico estavam intimamente associados umao outro. Esforço físico implica poder modificar as coisas. Ele pode resultar em algo útil,como, por exemplo, quando aplicado para realizar construções (casa, templo, barragem,curral etc.), caça, criação de animais, plantações, colheitas, entre tantas outras atividades

que demandam fazer força, carregar coisas de um lado para outro, cravar estacas no chão,abrir a terra, levantar pesos etc.

Ou seja, já vemos, desses exemplos típicos da vida humana nos últimos milhares deanos, que, de um modo ou de outro, trabalhar está associado a fazer força ao longo de

uma certa distância. Por exemplo: puxando uma carroça cheia de mantimentos da roça atéem casa; batendo com uma pedra num pedaço pontudo de madeira para enterrá-lo no chão;cravando uma enxada no solo para afundá-la no chão e abrir a terra; abanando a brasa parareacender o fogo etc.

Essa é a idéia natural relacionada a trabalho, da qual a Física se apropriou. Depois, parapoder servir a seus propósitos científicos, que exigiam uma definição mais consistente eprecisa, a Física aprimorou tal idéia e lhe deu uma definição útil para seu uso científico. Mas,a origem da idéia é essa, que vem diretamente da compreensão cotidiana, mais antiga, doque significa trabalho.

Assim, como uma primeira definição de trabalho em Física, temos: força multiplicada

por distância é igual a trabalho, que pode ser expressa como:

força x distância = trabalho



Aula 01 Energia 17

Atividade 11

Fisher nos alerta:

Minha pesquisa em velhos artigos científicos, livros e enciclopédias revelou quenenhum cientista jamais “provou” que trabalho = força x distância. Aconteceu que aquantidade conservada (força x distância), identificada como importante por Galileu,aos poucos foi sendo identificada com a palavra “trabalho”, de modo que por volta de1855, 150 anos depois da morte de Galileu, os cientistas já tinham seqüestrado de veza palavra da linguagem comum. A nova definição foi aceita sem questionamento porcientistas como Joule, ao estabelecer a equivalência entre calor e trabalho. (FISHER,2004, p. 174, grifos do autor).

Posteriormente, na aula 3 (Trabalho I), retornaremos a essas questões, analisandomais em detalhes vários conteúdos importantes que Fisher destaca no trecho quevocê acabou de ler.

Para finalizar essa seção, reflita sobre as seguintes questões.

Mayer nos dá um bom exemplo de que a curiosidade em entender o queobservamos à nossa volta pode desencadear mudanças e levar ao aumento doconhecimento.

a) O que você acha? Você concorda com a última afirmação? Por quê?

b) O que você sugeriria para motivar seus alunos ao ensinar-lhes sobre estes(e outros) assuntos? (Pense desde já sobre sua prática didático-pedagógicacomo professor(a) de Física, mesmo se você ainda não estiver lecionando emesmo estando ainda no início deste assunto.)



Aula 01 Energia18

Mapa conceitual daproblematização sobre energia

Nesta seção pretendemos resumir toda a discussão feita nesta aula. Para tanto,montaremos um mapa conceitual, que é uma representação na forma de diagramasque realça as relações entre conceitos estudados e pode expressar, muitas vezes,

as hierarquias conceituais entre estes (comentários objetivos e claros sobre o que são

mapas conceituais, fundamentação teórica, uso e relação com aprendizagem significativa,incluindo exemplos e orientações para se construir um mapa conceitual, podem serencontrados em Moreira (1999)).

Retomaremos freqüentemente o uso de mapas conceituais nesta disciplina. Alémde ajudarem na visualização das relações entre conceitos que queremos entender,podem ser um útil recurso instrucional, facilitando a organização conceitual e relacionaldo assunto estudado.

Nesta aula, problematizamos o conceito de energia. Dessa problematização surgiram

também outros conceitos a ele associados. Portanto, queremos, agora, expressar no formatode um mapa conceitual a problematização que fizemos até aqui sobre energia, sintetizandoas discussões feitas.

Posteriormente, aprofundaremos o estudo sobre esse assunto e isso se refletirá namudança, ou no enriquecimento, do mapa conceitual associado. Ou seja: o aprofundamentode nosso estudo sobre o conceito de energia levará, naturalmente, à atualização, aodesdobramento e à reformulação do mapa conceitual inicial representado a seguir.



Aula 01 Energia 19

Leituras complementares

FISHER, Len. A ciência no cotidiano. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2004.

O autor é um físico australiano, vinculado à Universidade de Bristol, na Inglaterra. Eleé especialista na ciência dos alimentos. Recomendamos bastante este livro, pois além debem escrito, é bem humorado e contempla uma variedade de assuntos, desde “como somarcontas de supermercado”, até “espuma de banho, espuma de cerveja e o significado davida”, passando pela explicação de “como um cientista cozinha um ovo” e pela “física dosexo”, entre vários outros temas pertinentes e bem contextualizados. Este livro tambémfornece vários subsídios para professores de Física enriquecerem suas aulas e os exemplosusados nelas.

Mapa conceitual 1 – Problematização inicial sobre energia



Aula 01 Energia20

Resumo

MOREIRA, Marco A. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. In: OSTERMANN, F.;MOREIRA, M. A. A física na formação de professores do ensino fundamental. Porto Alegre:EdUFRGS, 1999. p. 101-114.

No capítulo indicado, o autor desenvolve comentários objetivos e claros sobre o quesão mapas conceituais, abordando os aspectos da fundamentação teórica, uso e a relaçãodeles com a aprendizagem significativa. Também são incluídos exemplos e orientações

para se construir um mapa conceitual. Além disso, o livro do qual tal capítulo faz parte trazdiscussões bastante pertinentes para quem leciona Física no nível fundamental e pode serusado de forma proveitosa pelos interessados.

Nesta aula, problematizamos situações cotidianas visando à construção deuma primeira noção do conceito de energia em Física e o desenvolvimento deum olhar unificado dos fenômenos naturais. Vimos que esse conceito pode nosajudar a interpretar uma série de acontecimentos em nosso dia-a-dia a partir deuma base comum. Estabelecemos uma definição inicial de energia como sendo“qualquer coisa que pode ser utilizada para realizar trabalho físico, isto é, paramovimentar alguma coisa”. Sintetizamos essse estudo preliminar através daconstrução de um mapa conceitual, que nos permite ter uma visão panorâmica

e inter-relacionada da problematização que fizemos, dos conceitos envolvidosaté o momento e das relações entre eles.



Aula 01 Energia 21

1

2

3

Auto-avaliação

Faça uma caracterização preliminar sobre o que é energia (em Física). Tenteincluir tudo que você considera básico daquilo que leu nesta aula, mas seja clarae sucinta.

Como você usaria o conceito de energia em Física para enxergar de um modounificado as três situações seguintes? a) Crianças brincando com bilocas (bolasde gude); b) Pessoas dançando em torno de uma fogueira de São João; e c) Umanave espacial tripulada cujo foguete explode logo após o lançamento.

Mesmo sem termos estudado ainda o conceito de energia de modo formal equantitativo, nas várias modalidades em que essa grandeza se apresenta, você já

pode refletir sobre as questões seguintes e propor a resposta de cada uma delas.O que vai demandar maior quantidade de energia e por quê? a) Acender um fósforoou piscar um olho? b) Pregar um prego em uma madeira no chão ou no teto? c)Pensar sobre essas questões ou fazer um copo de suco de serigüela?

Referências

COLLINS, Harry; PINCH, Trevor. O Golem: o que você deveria saber sobre ciência. TraduçãoLaura Cardellini Barbosa de Oliveira. São Paulo: Editora UNESP, 2003.

FISHER, Len. A ciência no cotidiano. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2004.

GONZAGA, Luiz; MORAIS, Guio. São João do Carneirinho. Intérprete: Luiz Gonzaga. In:GONZAGA, Luiz. São João na roça. São Paulo: Sony BMG, 1962.

MOREIRA, Marco A. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. In: OSTERMANN, F.;

MOREIRA, M. A. A física na formação de professores do ensino fundamental. Porto Alegre:EdUFRGS, 1999.



Aula 01 Energia22

Anotações



Aula 01 Energia 23

Anotações



Aula 01 Energia24

Anotações





Documents

Energia Em Física