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9 o ano Ensino Fundamental Manual do Professor Física Carlinhos N. Marmo Luiz Carlos Ferrer 1 caderno MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 1 10/11/18 12:03 PM Direção geral: Guilherme Luz Direção executiva: Irina Bullara Martins Lachowski Direção editorial: Luiz Tonolli e Renata Mascarenhas Gestão de conteúdo: Carlos Eduardo Lavor (Caê) Gestão de projetos editoriais: Marcos Moura e Rodolfo Marinho Gestão e coordenação de área: Julio Cesar Augustus de Paula Santos e Juliana Grassmann dos Santos Edição: Alexandre Braga D'Avila, Helder Santos, Maria Ângela de Camargo (Física) Gerência de produção editorial: Ricardo de Gan Braga Planejamento e controle de produção: Paula Godo (ger.), Adjane Oliveira (coord.), Daniela Carvalho e Mayara Crivari Revisão: Hélia de Jesus Gonsaga (ger.), Kátia Scaff Marques (coord.), Rosângela Muricy (coord.), Danielle Modesto, Marília Lima, Tayra Alfonso; Amanda T. Silva e Bárbara de M. Genereze (estagiárias) Arte: Daniela Amaral (ger.), André Vitale (coord.) e Daniel Hisashi Aoki (edit. arte) Diagramação: JS Design Iconografia: Sílvio Kligin (ger.), Roberto Silva (coord.), Douglas Cometti (pesquisa iconográfica) Licenciamento de conteúdos de terceiros: Thiago Fontana (coord.), Angra Marques (licenciamento de textos), Erika Ramires e Claudia Rodrigues (Analistas Adm.) Tratamento de imagem: Cesar Wolf, Fernanda Crevin Ilustrações: JS Design, Luis Moura Cartografia: Eric Fuzii (coord.) Design: Daniela Amaral (proj. gráfico e capa) Foto de capa: Eric Isselee/Shutterstock/Glow Images Ilustração de capa: D’Avila Studio Todos os direitos reservados por SOMOS Sistemas de Ensino S.A. Rua Gibraltar, 368 2 Santo Amaro CEP: 04755-070 2 São Paulo 2 SP (0xx11) 3273-6000 © SOMOS Sistemas de Ensino S.A. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Marmo, Carlinhos N. Ensino fundamental 2 : física 9º ano : cadernos de 1 a 4 : professor / Carlinhos N. Marmo, Luiz Carlos Ferrer. -- 1. ed. -- São Paulo : SOMOS Sistemas de Ensino, 2019. 1. Física (Ensino fundamental). I. Ferrer, Luiz Carlos. II. Título. 2018-0058 CDD: 372.35 Julia do Nascimento – Bibliotecária – CRB-8/010142 2019 ISBN 978 85 468 1758 0 (PR) 1a edição 1a impressão Impressão e acabamento Uma publicação MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 2 10/11/18 12:03 PM SUMÁRIO 8 FÍSICA .............................................................................................................. 4 Esclarecimentos iniciais ................................................................................... 5 O Caderno 1 ....................................................................................................... 8 1. Fenômenos periódicos ........................................................................................................... 9 2. Ondas: conceitos iniciais ...................................................................................................... 17 3. Equação Fundamental da Ondulatória .................................................................................. 23 4. Ondas marinhas e sísmicas .................................................................................................. 28 5. Ondas sonoras ...................................................................................................................... 33 6. Ondas eletromagnéticas ....................................................................................................... 37 Módulo Interdisiciplinar........................................................................................................... 43 MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 3 10/11/18 12:03 PM 84 Ensino Fundamental FÍSICA Dando continuidade ao programa de Física iniciado no 8o ano, reiteramos alguns dos princípios que norteiam o planejamento do material. • Tornar claro para os alunos que a Física é uma área do conhecimento que está relacionada com as de- mais áreas da Ciência da Natureza (a Biologia e a Química) e outras, como a Geologia, a Astronomia, a Matemática, a História, a Geografia, etc. • Abordar situações que promovam discussão e interação entre conteúdos atitudinais e comportamentais. Além de compreender as informações discutidas em aula, os alunos devem aplicá-la em situações diversas e sustentar suas explicações por meio de argumentos concretos. Para isso são fundamentais as atividades práticas, a leitura de textos e a discussão dos dados apresentados nos trabalhos e nas pesquisas. • Oferecer aos alunos oportunidades para que vivenciem um comportamento investigativo (científico) ao longo do curso. A observação, a coleta, o tratamento e o registro de dados, o levantamento de hipó- teses, o confronto entre situações concretas e abstratas, as fundamentações objetivas complementadas por cálculos matemáticos são habilidades importantes e desejadas no estudo das ciências da natureza. Resumindo, a nossa intenção é abordar a Física como área do conhecimento relacionada às demais. Acre- ditamos que, em sala de aula, o professor seja o elemento fundamental para estabelecer e manter o equilíbrio entre o “saber” e o “saber fazer” nas diferentes situações de aprendizagem. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 4 10/11/18 12:03 PM 85 M a n u a l d o P r o fe s s o r Pressupostos teóricos Saber Saber fazer Ser Informações Habilidades Dominar situações Conceitos Atitudes Emitir opiniões fundamentadas Conhecimento Competências Reconhecer seus limites Relações de causa e efeito Retomadas Autoconfiança SER SABER SABER FAZER • Dominar informações • Emitir opiniões fundamentadas • Reconhecer seus limites • Autoconfiança Informações Conceitos Conhecimentos Relações de causa e efeito Habilidades Atitudes Competências Retomadas Esclarecimentos iniciais • Pensa: é capaz de estabelecer relações entre concei- tos e fatos, interpreta, consegue fazer uma “leitura” do que acontece ao seu redor. • Aprende: retém informações, fatos e conceitos, relacionando-os com elementos da realidade e não limitando-se a memorizar e repetir frases sem com- preender seu significado. Compara, deduz, sintetiza, analisa e estabelece operações de pensamento. • Age: ao reter informações, interage com elas produ- zindo conhecimento e desenvolvendo ou aprofun- dando habilidades que permitam enriquecer o “sa- ber fazer”, desenvolvendo atitudes frente a situações do dia a dia. Desenvolve e manifesta competências, aprimorando-se a cada ano em seus estudos. • Faz: aumenta ou desenvolve sua autoconfiança, reco- nhece e estabelece seus limites, ousa, é perseverante nas situações adversas, procura por conhecimento. Emite opiniões fundamentadas, com domínio de infor- mações. Apresenta soluções aos problemas propostos. Nosso aluno, esse “ser” em desenvolvimento com inúmeras potencialidades, também precisa compreen- der que a Ciência não é algo pronto, acabado e imu- tável, tampouco exclusividade de cientistas e gênios. Desmistificá -la é permitir que todos participem da sua construção. Ela não deve ser vista como verdade abso- luta, como atividade acabada em si mesma, mas sim em construção e constante modificação. Sempre à procura de novas explicações. Também é relevante reforçar que o “processo de aprendizagem” continua na sala de aula, e não apenas co- meça. Afinal, “aula dada, aula estudada”, não é mesmo? Assim, não deixe de reforçar junto aos seus alunos que as atividades teóricas ou práticas desenvolvidas dentro ou fora da sala de aula, no dia a dia, são muito impor- tantes para complementar a aquisição e sedimentação do conhecimento, o desenvolvimento de habilidades e a manifestação de competências e atitudes. Professor, programe com os alunos os experimentos Muitos conceitos teóricos tornam-se mais concretos para os alunos quando eles realizam efetivamente os experimentos. Por isso, ao longo de todos os cadernos do curso de Física são propostas diversas atividades ex- perimentais. Sugerimosenfaticamente que os experimentos de- talhados com materiais, procedimentos e questões con- clusivas sejam realizados pelos alunos (em grupos de 4 ou 5). Eles foram planejados para que os alunos te- Essas ações devem ocorrer concomitantemente e ser complementares. Qualquer que seja o tipo de atividade proposta (teó rica, interpretação de texto científico, experimental, pesquisa em livros ou na internet), é preciso, além de enfocar conteúdos básicos, quer sejam eles conceituais, procedimentais ou atitudinais, provocar uma interação permanente, qualificada e recíproca entre o “saber” e o “saber fazer”, ajudando o aluno e participando de sua formação como um “ser” que pensa, aprende, age e faz. Esses termos podem ser melhor explicitados da seguinte maneira: MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 5 10/11/18 12:03 PM 8 6 Ensino Fundamental nham contato com alguns instrumentos, aprendam a manuseá-los entendendo seu princípio básico de fun- cionamento e sua principal utilidade e percebam que, mesmo havendo muito rigor e cuidado, os resultados obtidos por cada grupo podem ser (e provavelmente serão) um pouco diferentes, o que pode ocorrer pelos mais diversos motivos, passando pelos erros de leitura, falhas dos instrumentos, etc. Muitas escolas já dispõem de alguns materiais de laboratório. Entretanto, caso seja preciso adquirir algum outro, perceba que não há necessidade de que seja algo sofisticado. Instrumentos como copos graduados, béque- res e provetas, por exemplo, podem ser feitos de plás- tico e facilmente encontrados no comércio, com preços relativamente acessíveis e com a vantagem de não se quebrarem facilmente. Um instrumento que pode ser mais difícil de adquirir, pelo seu maior custo, é a balan- ça. Entretanto, ela permite a exploração de uma série de conceitos físicos importantes; por não fazer parte do cotidiano dos alunos, há maior necessidade de eles manusearem especificamente esse instrumento. Não deixe de consultar o Manual do Professor ao receber o caderno com que você trabalhará em cada bimestre letivo. Muitas informações e sugestões estarão disponíveis para ajudá-lo no seu dia a dia, como: pla- nejar as aulas; providenciar antecipadamente o material necessário para os experimentos propostos; dividir a classe em grupos para determinados experimentos; co- mentários sobre os experimentos realizados; respostas das questões; etc. Estrutura do Caderno do Aluno No Caderno, ordenado em Módulos, não consta o número de aulas, que é indicado apenas no Manual. Os Módulos são organizados de forma variada, adequando-se ao conteúdo abordado no Caderno. Em todos eles, po- rém, o conteúdo teórico é acompanhado de atividades; além disso, há indicações de tarefas para casa conforme a sequência dos conteúdos desenvolvidos no Módulo, permitindo ao professor e aos alunos verificar se os con- ceitos básicos foram assimilados. Estruturalmente, cada Módulo inclui: • Número e título. • Teoria: conceitos básicos sobre os assuntos, tendo o texto como ponto de partida. • Atividade: sejam experimentais ou não, devem ser realizadas com a observação e mediação do profes- sor. Por vezes também se incluem desafios, que são propostos para motivar os alunos a raciocinar sobre determinada questão com maior grau de complexida- de. Convém que esses desafios não sejam utilizados como tarefa de casa, pois nem sempre as soluções são fáceis, exigindo interferência ou pistas por parte do professor para a sua realização. Eles sempre apa- recem antes da seção Em casa. • Em casa: exercícios propostos como tarefa, que reto- mam a matéria do Módulo (para cada aula, propomos ao menos uma tarefa) com a finalidade de habituar os alunos ao estudo diário. Pode ocorrer, ainda, de o Módulo apresentar as se- ções Atividade complementar e Leitura complemen- tar, ambas não obrigatórias, aparecendo após a seção Em casa. Elas trazem, respectivamente, exercício e texto relacionados aos temas desenvolvidos no Módulo. Devem ser utilizadas a critério do professor. • Você sabia?: apresenta conteúdos que enriquecem o conhecimento sobre determinado aspecto do tema trabalhado. A dinâmica das aulas de cada Módulo pode variar, mas basicamente sugere-se que a aula seja iniciada com a correção da tarefa feita em casa. Após a correção, in- troduz-se o conteúdo teórico da aula, isto é, o momento em que é apresentada a temática da aula, seja com o início de uma atividade experimental, seja com a leitura compartilhada de um texto, ou ainda um debate coletivo a partir de uma questão colocada pelo professor. Após esta introdução, é importante a realização de algumas atividades sobre o que foi aprendido pelos alunos. É inte- ressante dedicar o último momento da aula à explicação sobre a tarefa para casa (proposta na seção Em casa). Estrutura do Manual do Professor O Manual do Professor (ou apenas Manual) é o nosso meio de diálogo com o professor. Ele contém os objeti- vos de cada Módulo, bem como sugestões de estratégias para desenvolver os conteúdos. Sugerimos um roteiro de trabalho com os conteúdos e as atividades de cada Módulo, bem como a indicação de tarefas. Consideramos essencial que se utilizem outras estra- tégias, além das aulas expositivas, para que os alunos tenham oportunidade de experimentar e desenvolver outras formas de aprendizagem procedimental e atitudi- nal e sejam contempladas as várias potencialidades de expressão dos alunos. O Manual apresenta a seguinte organização para cada Módulo: • Número e título: os mesmos que aparecem no Caderno. • Número de aulas: sugerido para o Módulo – em cada Caderno do 9º ano há, no total, 12 aulas de Física. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 6 10/11/18 12:03 PM 87 M a n u a l d o P r o fe s s o r • Objetivos: lista dos objetivos a serem concretizados pelo professor junto aos alunos. • Roteiro das aulas: sugestão de distribuição dos conteúdos e das atividades pelas aulas do Módulo, de modo a facilitar o planejamento do professor. • Noções básicas: conteúdos que os alunos deverão ter assimilado ao final das aulas do Módulo. • Estratégias e orientações: sugestões de como ex- plorar a teoria e desenvolver as atividades. • Respostas e comentários: referências para a corre- ção de atividades de classe, testes e tarefas de casa. • Sugestão de atividade extra: propostas que po- derão ser realizadas em aula ou como trabalho ex- traclasse. • Sugestão de material para consulta: propostas de recursos bibliográficos, como textos, livros, revistas, sites, filmes, vídeos e áudios para consulta do pro- fessor e dos alunos. Simulações e materiais a serem providenciados neste caderno Módulo 1 No Módulo 1 as atividades experimentais são virtuais com fotos e ilustrações inseridas no texto da aula e que devem ser trabalhadas passo a passo pelo professor. Módulo 2 Simulação de um experimento sobre ondas. O texto inicial da aula leva o aluno a refletir sobre um experimento sem ter a necessidade de realizá-lo concretamente. Optamos por esse recurso devido à dificuldade em se conseguir material apropriado para reproduzi-lo. Caso o professor queira reproduzir o experimento, poderá utilizar: • cuba de ondas (optativo, se houver o material na escola); • um tanque ou uma caixa-d'água de 250 L ou 500 L (também optativo, caso haja disponibilidade na escola); • um experimento similar poderá ser visto em sites de universidades (o site está indicado em Estra- tégias e orientações). Para isso o professor deve providenciar material para projeção (computador com internet e datashow) ou uso do laboratório de multimídia. Se a escola já tem ou puder adquirir uma mola Slinky sugerimos que demonstre aos alunos o experimento apresentado neste Manual nas Estratégias e orienta- ções do módulo 2. Caso não haja possibilidade de usar uma mola Slinky, você poderá optar por molas de plástico (são bem me- nores que a mola Slinky), mas que também servem para demonstrar algumas das características dasondas perió- dicas. Elas podem ser adquiridas em sites de venda. Módulo 3 Materiais necessários para a construção da máquina de ondas: • palitos de sorvete retangulares com no mínimo 100 pa- litos (podem ser substituídos por palitos de churrasco); • um rolo de fita adesiva de largura média (plástica ou fita-crepe); • duas pilhas de livros (ou suporte universal de labo- ratório); • uma tesoura sem ponta; • um pincel atômico (canetinha) para marcar madeira; • massinha de modelar. Módulo 4 No Módulo 4 as atividades experimentais são virtuais com fotos e ilustrações inseridas no texto da aula e que devem ser trabalhadas passo a passo pelo professor. Módulo 5 Caso queira realizar o experimento que está propos- to no Módulo 5 do Manual do Professor, providencie antecipadamente: • um pedaço de bexiga (balão de aniversário); • tesoura sem ponta; • um copo resistente vazio e seco; • clipes metálicos; • rolo de fita adesiva de largura média e/ou fina; • 10 a 15 grãos de arroz cru. Módulo 6 Materiais necessários para o experimento “Gerando ondas eletromagnéticas”: • 1 lima (ferramenta para lixar metais) ou ralador me- tálico de queijo; • alguns elásticos (ou fita adesiva); • 1 bateria de 9 V; • 2 pedaços de fios de cobre grossos e desencapados; • 1 equipamento de som que sintonize estações de rádio AM. Bom trabalho e conte conosco. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 7 10/11/18 12:03 PM 8 8 Ensino Fundamental O CADERNO 1 Para facilitar o desenvolvimento e a organização do trabalho bimestral, colocamos em itens algumas providências importantes que devem ser antecipadas pelo professor, como os materiais necessários para a realização de experimentos que devem ser executados pelos alunos ou minimamente demonstrados pelo professor. Fica a critério do professor providenciá-los ou ainda providenciar os mais necessários e solicitar para os grupos de alunos que desenvolverão os experimentos que providenciem os outros materiais. Em ambos os casos, sugerimos a consulta prévia aos detalhes dos experimentos no Caderno do Aluno e a organização de um “organograma bimestral” de atividades práticas, considerando principalmente o tempo de preparação, execução, discussão e conclusão do experimento, a fim de evitar atrasos na pro- gramação que deverá ser desenvolvida ao longo do bimestre. Ao iniciar o ano letivo, o professor pode se deparar com algumas situações dissonantes quanto aos conteúdos já trabalhados com os alunos que passam a integrar o 9o ano e talvez precise/ou deseje propor algumas soluções e estratégias diferenciadas para completar pré-requisitos ou mesmo retomar parte da programação de Física que começou a ser desenvolvida no 8o ano. Seguem alguns exemplos: 1a situação: todos os alunos do 9o ano já trabalharam com o caderno Anglo durante o 8o ano. Nesta situação a continuidade da programação tem sequência normal, não havendo necessidade de nenhuma “programação extra”. 2a situação: boa parte dos alunos são novos na escola e não utilizaram cadernos Anglo (não desenvol- vendo conteúdos de Física no 8o ano). 3a situação: a escola adotou o sistema Anglo a partir deste ano e no ano anterior (8o ano) os alunos não tiveram contato com os conteúdos trabalhados em Física. Para a segunda e terceira situação, é possível desenvolver algumas estratégias que permitam que todos os alunos tenham os pré-requisitos necessários para estudar os conteúdos do 9o ano. Se a escola e o professor considerarem importante (nós, autores, consideramos necessário), o professor poderá consultar e/ou fazer download do Projeto reforço-revisão geral no site do Anglo Convênio – Ensino Fundamental II, Física – na pasta Material Complementar. Neste projeto, bastante sintetizado, estão propostos os principais objetivos e conteúdos desenvolvidos ao longo do 8o ano. Optamos por indicar alguns dos principais temas (e sem grandes aprofundamentos), em virtude do tempo necessário para sua execução. Para o desenvolvimento deste projeto, dentre muitas outras opções da escola e do professor, apresentamos algumas sugestões: • Realizá-lo paralelamente, com aulas no contraperíodo, durante quatro a cinco semanas. • Usar períodos de plantões (se na escola existir essa possibilidade no Ensino Fundamental). • Usar parte das aulas nos três meses iniciais (10 minutos no máximo de cada aula) ou uma aula por semana corrigindo em aula os exercícios da apostila que devem ser resolvidos pelos alunos como tarefa de casa. • Desenvolver esse projeto ao longo do primeiro semestre com uma aula semanal no contraperíodo. Consideramos importante que o aluno tenha contato e sedimente os principais conceitos discutidos e trabalhados no 8o ano em Física. Acreditamos que esse processo poderá contribuir para o desenvolvimento de habilidades e competências e melhor compreensão dos conceitos que são estudados e aprofundados no 9o ano e no Ensino Médio. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 8 10/11/18 12:03 PM 89 M a n u a l d o P ro fe ss o r 1. FENÔMENOS PERIÓDICOS AULAS 1 e 2 Para compreender melhor o conceito de ondas trabalhamos preliminarmente a ideia de acontecimentos perió- dicos. Caracterizar a periodicidade de alguns fenômenos naturais possibilita discutir concretamente os conceitos de período e frequência. Objetivos • Reconhecer e caracterizar alguns fenômenos periódicos naturais. • Desenvolver os conceitos de período e frequência no tratamento de fenômenos periódicos. • Estabelecer relação entre período e frequência associando-os às suas respectivas unidades estabelecidas no Sistema Internacional (SI). • Utilizar modelos para discutir e analisar um sistema massa-mola, sob o ponto de vista cinemático, dinâmico e energético. Roteiro de aulas (sugestão) Aula Descrição Anotações 1 Fenômenos periódicos Frequência e período de um fenômeno periódico Atividade 1 Atividade 2 Orientações para as tarefas 1, 2 e 3 (Em casa) 2 Correção das tarefas 1, 2 e 3 Estudando fenômenos periódicos por meio do sistema massa-mola Atividade 3 Orientações para as tarefas 4 e 5 (Em casa) Observação: As seções Rumo ao Ensino Médio e Texto complementar podem ser trabalhadas em sala ou indicadas como tarefa. Noções básicas • Rediscutir e caracterizar alguns fenômenos periódicos que ocorrem na natureza. • A partir do conceito de periodicidade, elaborar e compreender o conceito de onda e algumas de suas caracte- rísticas como período e frequência. • A partir do modelo massa-mola, retomar o conceito de modelo, recordar e utilizar conteúdos já trabalhados no 8o ano como modalidades e interconversão de energia (conversão de uma modalidade de energia em outra modalidade) e leis de Newton. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 9 10/11/18 12:03 PM 810 Ensino Fundamental Estratégias e orientações A programação de conteúdos para a primeira aula não ultrapassa 20 minutos. Esse planejamento foi propo- sital visto que os alunos do 9o ano estão chegando das férias e retomando as aulas de Física. Aproveite esse início das aulas para conversar sobre o conteúdo que será discutido no bimestre, sobre a im- portância da participação de cada aluno nas atividades desenvolvidas e o compromisso com as tarefas de casa. Aproveite também para organizar com a classe alguns grupos de quatro a cinco componentes, para a realização das atividades experimentais propostas no Caderno do Aluno. Na introdução deste Manual estão indicados os materiais necessários para as atividades experimentais programadas. No Módulo 3 está programada uma atividade expe- rimental importante: “Máquina de ondas”. Caso queira otimizar o tempo de aula, uma das possibilidades é com- binar com os alunos a construção da máquina de ondas antecipadamente (em casa ou na escola, no contraperío- do das aulas, com acompanhamento de algum monitor) e somente executá-la passo a passo na aula prevista. Os materiais são muito simples e os procedimentos indicados são facilmente realizáveis. Outra possibilidade, que demandaráum tempo maior para a aula, é construir junto com os grupos a máquina de ondas no dia previsto para a aula (com os alunos de posse dos materiais necessários) e desenvolvê-la passo a passo reforçando as orientações indicadas no procedi- mento da atividade. Neste primeiro módulo, mostramos (e insistimos) que a grande maioria das ondas podem ser trabalhadas como fenômenos periódicos, o que possibilita reforçar os conceitos de frequência e de período. As atividades 1 e 2 são dedicadas à ampliação e ao aprofundamento dos conceitos de período e de frequência sob a ótica da Física. Entretanto, no desenvolvimento dessas ati- vidades e na correção das tarefas, aproveitamos para retomar conceitos importantes trabalhados em anos anteriores, como: • a importância de se indicar as unidades de medidas estabelecidas pelo Sistema Internacional (SI); • a utilização de modelos para explicar alguns fenô- menos observados; • aplicar os conceitos de modalidades de energia e suas interconversões. A atividade 3 retoma conceitos trabalhados em Física anteriormente. É possível que alguns alunos, atualmente no 9o ano, não tenham visto os conceitos de Física tra- balhados no 8o ano, ou porque vieram transferidos de outra escola, ou porque a escola começou a adotar o material Anglo neste ano. Sugerimos duas situações: 1a) Resolva junto com esses alunos o passo a passo da Atividade 3, revendo e explicando os conceitos sobre modalidades de energia já trabalhados no ano anterior. 2a) Se todos eles já trabalharam com o caderno Anglo no ano anterior, nossa sugestão é que a classe seja dividida em duplas para que elas resolvam a ati- vidade passo a passo e elaborem as respostas no caderno para uma discussão e síntese final com a classe toda. Essa discussão e síntese final poderão fornecer subsí- dios para que em casa os alunos resolvam com sucesso as duas tarefas indicadas. As dúvidas decorrentes da tarefa poderão ser esclarecidas na correção que será realizada na aula subsequente. Caso tenha algum tempo disponível na segunda aula, faça um comentário rápido da leitura complementar que se encontra no final do módulo. Se possível, indique trechos do texto da leitura complementar, situações que reforçam todo o estudo realizado neste módulo. Respostas e comentários Atividade 1 (página 437) a) Se a mão dá 3 voltas no carretel a cada segundo, a frequência de enrolamento é f 5 3 Hz. b) ⋅ ⇒ 5 5 5 f 3 Hz 3ciclos 1 s 1ciclo T T 1 ciclo 1 s 3 ciclos T 1 3 s c) A frequência será dada pelo inverso do período: f 1 T 5 (ou o período será dado pelo inverso da frequência). Atividade 2 (página 439) a) Os termos “terra” e “megalópole” se referem à po- pulação total da região Metropolitana de São Paulo. Observando o gráfico de barras que representa esta característica, conclui-se que tal região foi submetida a um crescimento populacional bastante significativo, partindo de uma população muito pequena no início da década de 1930 até alcançar os cerca de 20 milhões de habitantes dos dias de hoje. Ainda de acordo com o gráfico, é possível notar que esse crescimento não é periódico, mas aproximadamente linear. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 10 10/11/18 12:03 PM 811 M a n u a l d o P r o fe s s o r b) Os termos “garoa” e “tempestade” se referem à quanti- dade de chuva ajustada linearmente na região Metro- politana de São Paulo (mais precisamente, à média do índice pluviométrico ao longo desse período). Obser- vando a linha tracejada que representa tal característi- ca, é possível notar que o índice pluviométrico anual médio tem crescido linearmente ao longo dos anos. c) Quando o autor diz que “A pluviosidade não apenas se intensificou como alterou seu padrão de ocorrência” ele está se referindo à quantidade de chuva total anual na região Metropolitana de São Paulo (mais precisa- mente, ao índice pluviométrico). Observando a linha cheia que representa tal característica, é possível notar que essa variação tem sido periódica. Além disso, a diferença entre o maior e o menor índice pluviomé- trico está aumentando ao longo dos anos, ou seja, os anos de seca estão cada vez mais secos e os anos de chuvas, cada vez mais chuvosos. d) De acordo com o gráfico, o período de repetição do índice pluviométrico da cidade em questão é igual a 10 anos. Por exemplo: a cada dez anos o índice é igual a 1 600 mm, ou seja, o período do fenômeno “ano chuvoso” é de 10 anos. Como a frequência de um fenômeno periódico é o inverso do período desse mesmo fenômeno, tem-se: ⇒5 5f 1 T f 1 10 vez/ano, ou seja, f 5 0,1 vez/ano Comentários: A partir da correção das duas questões dessa proposta, é possível rever o conceito geral de perio- dicidade. Os objetivos essenciais dessas duas atividades anteriores são mostrar com clareza aos alunos que muitos fenômenos naturais podem ser entendidos e estudados como fenômenos periódicos. A partir da ideia de perio- dicidade, apresentada tanto textual quanto graficamente, é possível retomar os conceitos de período e frequência, bem como a relação matemática entre eles. Atividade 3 (página 442) a) P N 35 cm Uma vez que o corpo está em equilíbrio estático, a resultante é nula (R 5 0). Logo, o peso do corpo é equi- librado pela normal no corpo (N 5 P). b) Energia potencial elástica. c) F elást 15 cm35 cm P N Nessa posição, o peso do bloco continua sendo equi- librado pela força normal no bloco (N = P). Entretanto, a mola aplica uma força no bloco, denominada força elástica, que corresponde à resultante (R = F elást ). O bloco não possui ainda energia cinética, pois está, neste instante, em repouso. d) 15 cm35 cm P N O fato de ele não parar ao passar pela posição é justificado pelo Princípio da Inércia (1a Lei de Newton). e) No instante em que foi abandonado, o sistema só possuía energia potencial elástica, mas não cinética. De modo oposto, no instante em que o bloco passa pela posição de equilíbrio, o sistema só possui energia cinética, mas não potencial elástica. Assim, concluímos que a energia potencial elástica se transformou em energia cinética. f) De acordo com o Princípio da Conservação da Ener- gia, o bloco ficará oscilando entre essas duas posições, igualmente distantes da posição de equilíbrio, para sempre (em condições ideais). g) De acordo com a Equação Fundamental da Dinâmica (2a Lei de Newton), se a intensidade R da resultante for variável, como ⋅R m |a|5 , teremos que a aceleração a do corpo também será variável. Aliás, a aceleração é máxima nos extremos da oscilação, ou seja, nas po- sições em que a resultante tem intensidade máxima, e é nula no ponto de equilíbrio, posição em que a resultante é nula. h) T 5 2 s e, como f 5 1 T , temos que f 5 0,5 Hz. Em casa (página 444) 1. T 5 76 anos Resolução: Ano de 2011 + 51 anos 5 ano de 2062 Visto pela última vez em 1986 e a próxima aparição será em 2062. Período: 2062 – 1986 5 76 anos MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 11 10/11/18 12:03 PM 812 Ensino Fundamental 2. Aproximadamente a cada 28-29 dias. 3. Mínima: 1 impulso por segundo, portanto a frequência é de 1 Hz (f 5 1 Hz) O tempo de um impulso é 1 segundo, portanto o período é de 1 s (T 5 1 s). Máxima: 1 000 impulsos por segundo, portanto a frequência é de 1 000 Hz (f 5 1 000 Hz) O tempo de um impulso é 1 segundo 1000 impulsos , portanto o período é de 0,001 s (T 5 0,001 s). Lembre os alunos que o período é o inverso da fre- quência (vale também o contrário). T 5 1 f ~ T 5 1 1000 5 0,001 s 4. a) O bloco B, porque, apesar de ambas as molas estarem igualmente deformadas, a mola B é mais rígida do que a mola A. b) O bloco B, porque a força elástica nele aplicada possui maior intensidade do que a força elástica aplicada do bloco A. A força elástica corresponde à resultante das forças em ambos os blocos. c) O bloco B. Por um lado, sabemos que as massas dos dois blocos são iguais. Por outro, que a re- sultante no blocoB (força elástica) possui maior intensidade do que a resultante no bloco A (for- ça elástica). Assim, de acordo com a 2a Lei de Newton, a aceleração de B será maior do que a aceleração de A. d) Até 25 cm de distância, porque, para um sistema massa-mola ideal, a amplitude de oscilação é cons- tante. e) Menor. 5. a) As intensidades das forças elásticas aplicadas em cada bloco são iguais porque as molas são idên- ticas e foram igualmente deformadas. b) O bloco B. Por um lado, sabemos que as resultan- tes nos dois blocos são de mesma intensidade. Por outro, que a massa do bloco B é menor do que a massa do bloco A. Assim, de acordo com a 2a Lei de Newton, a aceleração de B será maior do que a aceleração de A. c) O bloco B, porque possui maior aceleração. d) A 25 cm de distância, porque, para um sistema mas- sa-mola ideal, a amplitude de oscilação é constante. e) Maior. Rumo ao Ensino Médio (página 396) 1. B A frequência de rotação do movimento circular uni- forme é: f 5 20 voltas 10 segundos _ f 5 2 Hz Como o período é o inverso da frequência: T 5 1 f 1 2 5 _ T 5 0,50 s 2. B Observando-se a ilustração fornecida, pode-se con- cluir que a 1a e a 11a imagem são idênticas. Portanto, em um ciclo completo (10 intervalos de tempo), o cavalo percorre uma distância igual a: d 5 10 intervalos de tempo ∙ 1,5 m/intervalo de tem- po 5 15 m Como a frequência do movimento é f 5 0,5 Hz, o período será: 5 5 5T 1 f 1 0,5 Hz 2 s Portanto, a velocidade média do cavalo será: v m 5 15 m 2 s _ v m 5 7,5 m/s Sugestões de atividades extras 1. Observe um relógio analógico com seus três ponteiros e responda aos itens a, b, c e d. M O N T IC E L L O /S H U T T E R S T O C K MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 12 10/11/18 12:03 PM 813 M a n u a l d o P r o f e s s o r a) Quantas voltas completas o ponteiro de segundos dá em uma hora? (Lembre-se que uma hora tem 60 minutos e 1 minuto tem 60 segundos.) Resposta: Como o ponteiro de segundos dá uma volta com- pleta a cada minuto, em uma hora dará 60 voltas. b) Com os dados do item a, qual seria o valor da frequência e do período, em unidades do SI? Resposta: Para descobrir o tempo necessário para uma vol- ta completa (T) podemos estabelecer a seguinte sequência: 60 voltas em 1 hora 5 60 voltas em 60 min 5 1 volta em 1 min 5 1 volta completa em 60 s. Logo, o tempo necessário para o ponteiro de segundos dar uma volta completa é de 60 s (T 5 60 s). Para frequência teremos: O ponteiro de segun- do não dá uma volta completa em um segundo, apenas desloca-se 1 60 de uma volta. (Lembre-se que neste caso estamos considerando a frequência como número de voltas completas em um segun- do.) Como a frequência é o inverso do período: f 5 1 T ~ f 5 1 60 Hz. c) Quantas voltas completas o ponteiro de minutos dá em uma hora? Resposta: Apenas uma volta completa. d) Com os dados do item c, qual seria o valor da frequência e do período, em unidades do SI? Resposta: Para descobrir o tempo necessário para o pontei- ro de minutos dar uma volta completa podemos, semelhante à sequência estabelecida no item 4.b, propor: 1 volta completa em uma hora 5 uma vol- ta completa em 60 minutos 5 uma volta completa em 3 600 segundos (60 3 60 s). Portanto, o tempo necessário para o ponteiro de minutos dar uma volta completa é de 3 600 s (T 5 3 600 s). Como a frequência é o inverso do período (f 5 número de voltas por segundo) teremos: f 5 1 T ~ f 5 1 3600 Hz. 2. As principais funções da suspensão de um autómovel são manter a estabilidade do veículo e o conforto dos passageiros quando o veículo executa curvas, acelera- ções e frenagens e, ainda, quando o veículo trafega em pisos irregulares (com lombadas e buracos, por exemplo). Geralmente, cada roda do veículo possui sua própria suspensão, cujos elementos principais são a mola e o amortecedor, como ilustrado a seguir (visto de frente): Amortecedor Pavimento Mola Freio Roda 1 pneu Estrutura do automóvel Bandeja Para tornar essa tarefa mais concreta e interessante, seria ótimo que você pedisse aos seus pais ou algum outro parente devidamente habilitado que lhe fizesse o seguinte favor: esterçar o volante até que seja possível visualizar a suspensão (mola e amortecedor) de uma das rodas através do para-lamas. Ao fazer isso, é imprescin- dível que o motor do carro esteja em funcionamento. Caso contrário, o mecanismo de assistência hidráulica de direção será sobrecarregado, podendo ser danificado. E atenção: essa tarefa não cabe a você, mas somente a alguém que possua carteira de habilitação de motorista. Agora, observe o comportamento de um automóvel ao passar por uma lombada (visto de lado). 90o Como é possível que a carroceria do automóvel se man- tenha nivelada? Para auxiliá-lo a entender como isso ocorre, observe como se dá a atuação da suspensão: MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 13 10/11/18 12:03 PM 8 14 Ensino Fundamental • Automóvel inicia sua passagem pela lombada: as rodas dianteiras (e seus pneus) se movimentam para cima e “a suspensão se fecha”, ou seja, a mola é comprimida. • Automóvel termina sua passagem pela lombada: as rodas dianteiras (e seus pneus) se movimentam para baixo e “a suspensão se abre”, ou seja, a mola é distendida. a) De acordo com os esquemas, você acredita que a suspensão está cumprindo com o seu papel? Justifique. Resposta: Segundo as ilustrações, ao passar pela lombada, apenas a roda do automóvel oscila verticalmente e não o veículo, ou seja, a suspensão absorve as oscilações introduzidas pela irregularidade do piso. Desse modo, podemos concluir que ela parece estar cumprindo o seu papel com eficiência. b) Qual é a principal função do amortecedor nes- se processo? Para auxiliá-lo a responder a essa pergunta, observe os gráficos seguintes, que mostram como a amplitude de oscilação A de um sistema massa-mola genérico varia em fun- ção do tempo t, em duas situações distintas: Sistema massa-mola sem amortecedor A t Sistema massa-mola com amortecedor A t Resposta: Segundo os gráficos, caso não houvesse o amorte- cedor, o sistema oscilaria “indefinidamente”, man- tendo a amplitude de oscilação aproximadamente constante. Com o amortecedor, o sistema oscila com amplitudes decrescentes. Assim, podemos dizer que o amortecedor é o dispositivo respon- sável por amortecer a oscilação do sistema, esta- bilizando-o. c) Quando a roda sobe e desce a lombada como ilustrado anteriomente, há conversões e transfor- mações de energia. Quais são as principais mo- dalidades de energia associadas a essa oscilação? Explique também quais são as conversões e trans- formações envolvidas. Resposta: Quando a lombada aplica uma força na roda de modo a movimentá-la para cima, essa roda adqui- re energia cinética. Essa energia é transformada em energia potencial gravitacional (da roda) e energia potencial elástica (da suspensão). Dada a existência do amortecedor, parte dessa energia é dissipada, sob a forma de calor, por esse mesmo dispositivo. A suspensão de um veículo também pode se desgas- tar e envelhecer. Quando isso acontece, ela perde fechamento da suspensão abertura da suspensão MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 14 10/11/18 12:03 PM 815 M a n u a l d o P r o f e s s o r as suas características originais, deixando de atender aos critérios de estabilidade, conforto e segurança. Se você já viajou em um ônibus ou automóvel muito velho e logo depois, em outro, novo, sabe exatamente do que estamos falando, não é mesmo? Por outro lado, não é preciso que o veículo seja velho para que isso aconteça. É claro que um veículo relati- vamente novo pode transmitir insegurança e desconforto aos seus passageiros, bastando que sua suspensão esteja danificada ou prematuramente envelhecida. Muitas vezes, a responsabilidade é da mola e do amortece- dor, os dois principais componentes da suspensão.Pois, então, como avaliar, objetivamente, o desempenho da suspensão de um automóvel, por exemplo? Basta levá-lo até uma moderna oficina mecânica ou um bom centro automotivo e fazer um checkup. Nesses lugares, existe um equipamento especialmente projetado para avaliar a suspensão do seu veículo. Geralmente, o procedimento é o seguinte: • O operador da máquina apoia cada roda do veículo sobre uma plataforma. • Ao seu comando, essa plataforma passa a oscilar, rápida e controladamente, para cima e para baixo. • Medidores eletrônicos medem o período (ou a frequência) de oscilação do conjunto de componentes que foi posto a oscilar, ou seja, rodas, pneus, freios, etc. • O computador compara essas informações com os dados de fábrica, específicos para um veículo idêntico àquele, porém novo. • De posse dessas informações, o computador informa ao operador qual é o estado de funcionamento da sus- pensão. Não é engenhoso? Digamos que você tenha acompanhado seus pais até um centro automotivo para fazer um checkup do carro antes de viajar. O funcionário realizou o procedimento e disse: “As molas do seu carro já estão meio velhas. Mas ainda aguentam uns 10 000 km, aproximadamente”. Você, curioso, pediu para dar uma espiada no painel computadorizado da máquina, onde havia as seguintes informações: Jo h n H e n d e rs o n /A la m y/ Fo to ar e n a R e p ro d u çã o /< h tt p s: // w w w .h o ri b a- m ir a. co m > MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 15 10/11/18 12:03 PM 816 Ensino Fundamental Período de oscilação da mola dianteira direita (segundos) Valor medido no automóvel do cliente T 5 0,4 Valor de referência, considerado aceitável para um automóvel com 10 000 km rodados. 0,1 Valor de referência, considerado aceitável para um automóvel com 20 000 km rodados. 0,2 Valor de referência, considerado aceitável para um automóvel com 30 000 km rodados. 0,3 Valor de referência, considerado aceitável para um automóvel com 40 000 km rodados. 0,4 d) Considerando-se que, por razões de segurança, as molas devem ser impreterivelmente trocadas aos 50 000 km, qual é o valor de T? Resposta: T 5 0,4 s (o automóvel está com 40 000 km rodados) e) Podemos inferir que as molas, quando velhas, ficam mais ou menos rígidas? Por quê? Resposta: Menos rígidas, porque o período de oscilação diminui com a utilização da mola. Em outras palavras, as molas do automóvel ficam cada vez mais elásticas e menos rígidas. Sugestão de material para consulta Na estante • MARQUES, Nelson; MENNA-BARRETO, Luiz (Org.). Cronobiologia: princípios e aplicações. Rio de Janeiro: Fio- cruz; São Paulo: Edusp, 2003. Na rede • Vídeo demonstrativo do funcionamento da suspensão de um automóvel. Simples e didático: www.youtube.com/watch?v=e_EAWKGvSp0>. • Onde comprar materiais para o laboratório de Física: <http://labdemo.if.usp.br/mola-helicoidal/>. Máquinas de ondas: <http://zeth.ciencias.uchile.cl/tallerdefisica/mec_ond_maqond.html>. <http://blog.brasilacademico.com/2011/02/maquina-de-fazer-ondas-para-aulas-de.html>. • Informações sobre piracema: <www.ief.mg.gov.br/pesca/piracema>. Acesso em: 14 maio 2018. 0,40,4 MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 16 10/11/18 12:03 PM 817 M a n u a l d o P r o fe s s o r 2. ONDAS: CONCEITOS INICIAIS AULAS 3 e 4 Através de experimentos simples e da observação de fenômenos naturais ou provocados é possível visualizar a relação entre algumas características das ondas periódicas. Neste módulo apresentamos experimentos virtuais e experi- mentos concretos que permitem discutir e associar as relações entre as características principais das ondas periódicas. Como as ondas se propagam? Todas precisam de um meio material para se propagar? Ondas se propagam no vácuo? Como são classificadas as ondas quanto a sua natureza? Ondas longitudinais e ondas transversais: qual a diferença? São questões como essas que discutiremos neste módulo. Objetivos • Caracterizar e definir pulsos e ondas. • Caracterizar e definir vales e cristas de ondas. • Caracterizar e definir amplitude das ondas. • Caracterizar comprimento de onda e diferenciá-lo de amplitude. • Relacionar amplitude e frequência com o transporte de energia das ondas periódicas. • Caracterizar ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas e diferenciá-las quanto a sua natureza. • Diferenciar ondas transversais de longitudinais e exemplificá-las. • Selecionar e classificar dados para interpretar tabelas e gráficos. Roteiro de aulas (sugestão) Aula Descrição Anotações 3 Correção das tarefas 4 e 5 do Módulo 1 Como uma onda se forma e se propaga Atividade 1 Orientações para as tarefas 1 e 2 (Em casa) 4 Correção das tarefas 1 e 2 Ondas mecânicas 3 ondas eletromagnéticas Atividade 2 Ondas longitudinais 3 ondas transversais Orientações para as tarefas 3 e 4 (Em casa) Observação: As seções Rumo ao Ensino Médio e Texto complementar podem ser trabalhadas em sala ou indicadas como tarefa. Noções básicas • Identificar e caracterizar os principais componentes das ondas periódicas. • Selecionar e classificar ondas quanto a sua natureza, indicando o emissor, o receptor, o meio de propagação e tipo de energia transportada pela onda. • Destacar e caracterizar ondas longitudinais e ondas transversais. • Reconhecer características de ondas periódicas em fenômenos reais que ocorrem na natureza e associá-los às ondas longitudinais e/ou transversais. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 17 10/11/18 12:03 PM 818 Ensino Fundamental Estratégias e orientações A aula inicial deste módulo é desenvolvida tendo como base um “experimento imaginário”. A sequência do texto e das ilustrações facilita o entendimento e a visualização dos conceitos discutidos. Se a escola dis- puser de uma cuba de ondas e um retroprojetor, será possível transformar toda situação proposta virtualmente em um experimento concreto. Com a cuba de ondas montada será possível visualizar e discutir todas as ca- racterísticas mencionadas no texto da aula. Também será possível “visualizar o experimento” se provocar ondas em uma pequena piscina (lembre-se: muita atenção com a segurança dos alunos em volta da piscina) ou mesmo em um tanque (ou pequena caixa-d'água). As ondas provocadas (por tapinhas) na água contida em pequenas bacias e assadeiras retangulares não surtem o efeito visual desejado. Para deixar bem claro essa parte introdutória so- bre ondas, principalmente sobre período, frequência e amplitude, pode-se aproveitar excelentes simula- dores, como o da Universidade de Colorado sobre o tema “Ondas em corda”, disponível em <http://phet. colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_ pt_BR.html>, acesso em: 10 jul. 2018. Se dispuser de datashow (também poderão ser utiliza- dos os computadores do laboratório multimídia) projete o simulador indicado acima. Durante a projeção, marque nas opções do experi- mento os seguintes pontos: • No oscilador marque a extremidade infinita; na ampli- tude e na frequência, 50; no amortecimento, 0 (zero); e, na tensão, a aba “alta”. • Se quiser verificar algumas medidas, use a régua (as- sinale o quadradinho “régua”). Ela é móvel e pode ser sobreposta exatamente sobre a linha média (tra- cejada) das ondas. Depois dessa primeira visão, permita que os alunos descubram outras informações manuseando os curso- res da projeção. Eles podem aumentar ou diminuir a frequência e a amplitude, alterar a tensão, etc. Oriente os alunos que possuem computador pessoal a rever em casa o experimento virtual no site indicado. Na aula seguinte deste módulo inicia-se a discussão das diferenças quanto à natureza das ondas e quanto ao meio de propagação em que elas ocorrem. É muito importante, ao discutir e corrigir as ati- vidades, deixar claras aos alunos as semelhanças e diferenças entre as ondas mecânicas e ondas eletro- magnéticas. São pré-requisitos importantes para es- tudos posteriores de ondas sonoras, ondas (radia- ções) luminosas, ondas sísmicas,etc. Indique para os alunos a visualização do vídeo disponível em: <www.youtube.com/watch?v=ViuQKqUQ1U8&featu re=player_embedded>, acesso em: 10 jul. 2018, que apresenta uma série de observações de fenômenos que ocorrem na presença do ar, incluindo a propaga- ção do som como onda mecânica. Se puder projetá-lo durante a aula será melhor ainda, pois permitirá uma revisão de conceitos e uma socialização de informa- ções sobre ondas mecânicas. Quanto maior a utilização de modelos práticos, ex- perimentos virtuais propostos nos diversos links e ilus- trações em geral, maior e mais significativo será o apren- dizado do aluno, principalmente aquele relacionado às características principais das ondas. Também é impor- tante colocar em evidência os fenômenos naturais que se relacionam com os conceitos discutidos/trabalhados. Se a escola dispuser de uma mola Slinky, é possível retomar, visualizar e aprofundar as principais caracterís- ticas das ondas periódicas, como amplitude, frequência e comprimento de onda, para, nos módulos posteriores, caracterizar a velocidade de propagação da onda através da mola como pré-requisito para entender e aplicar a equação fundamental da ondulatória. A mola Slinky se deforma com facilidade, permitindo observar o transporte de energia através dela. Se a mola Slinky nunca foi usada ou ficou muito tempo sem uso, é necessário que duas pessoas a coloquem no chão (de um corredor, por exemplo) e, segurando cada uma numa extremidade, estiquem-na e a façam voltar lentamente ao comprimento normal, sem soltar as extremidades. É preciso ter cuidado para que a mola não se embarace ou se enrole. Por isso convém guardá-la sempre amarrada. Seguem algumas sugestões do que se pode verificar com essa mola: • Com ajuda de um aluno, estique cerca de 3 m da mola no chão da sala (ou de outro lugar onde todos possam vê-la). • Peça a outro aluno que amarre uma fita de papel no meio da mola. • Provoque um pulso (lateral) na extremidade da mola segura por você (faça um movimento rápido com a mão para o lado e volte à posição inicial). Peça que os alunos observem o que se passa ao longo da mola. Quando se provoca um pulso la- teral, cada espira da mola desloca-se lateralmente, comunicando esse movimento ao longo da mola (transporte de energia). MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 18 10/11/18 12:03 PM 819 M a n u a l d o P r o fe s s o r Direção dos movimentos da onda Crista Vale Movimento da mão l • Provoque outro pulso e verifique quantos segundos ele demora para percorrer toda a mola. Dividindo o comprimento da mola esticada pelo tempo que o pulso gasta para percorrê-la, pode-se obter a ve- locidade de propagação do pulso. Aumentando ou diminuindo a distância entre você e o aluno na outra ponta, é possível observar que a velocidade de pro- pagação do pulso depende de a mola estar mais ou menos esticada. • Com a mola esticada e “parada” provoque um pulso e peça que os alunos observem se o movimento de cada espira da mola é paralelo ou perpendicular à direção em que a mola foi colocada no chão. Se o pulso provocado for lateral, o movimento das espiras será perpendicular à direção da mola no chão (pulso transversal). A fita de papel amarrada no meio da mola facilita essa observação. • Você pode ainda mostrar o que acontece quando um pulso atinge a outra extremidade da mola: ele é refleti- do, isto é, volta a percorrer a mola em sentido oposto. • Provoque um pulso de compressão. Com a mola es- ticada, dê um ligeiro empurrão em uma das extremi- dades, como se você a estivesse apertando. Observe que o pulso de compressão provoca um movimento de vaivém em cada espira, na mesma direção em que ele se propaga (pulso longitudinal). Direção dos movimentos da onda Movimento da mão Compressão Distensão Distensão Compressão l • Faça uma marca de giz (uma reta) de 4 m, no chão. Coloque a mola esticada sobre ela. Provoque alguns pulsos em intervalos de tempo iguais. Peça que os alunos observem, tendo como referência a reta de- senhada no solo, o comprimento de onda formado e sua relação com a frequência (quanto maior a fre- quência, menor o comprimento de onda). Respostas e comentários Atividade 1 (página 452) a) Cristas b) Vales c) 10 cm 10 cm l 5 80 cm l 5 80 cm P Q R S d) 10 cm 10 cm P Q R S A 5 20 cm A 5 20 cm e) Frequência: f 5 2 Hz Período: T 5 1 f 1 2 5 5 0,5 s (lembre-se: o período é o inverso da frequência). Atividade 2 (página 454) a) Comunicação entre as jubartes Emissor Meio de propagação Receptor Modalidade de energia transportada Baleia Água Baleia Mecânica b) As “micro-ondas” de um forno doméstico Emissor Meio de propagação Receptor Modalidade de energia transportada Forno ou antena Ar Alimento, água Eletromagnética MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 19 10/11/18 12:03 PM 820 Ensino Fundamental Em casa (página 458) 1. a) P P Q Q R R S S 10 cm 10 cm VENTO VENTO VENTO Vista frontal da bandeira esticada e sem vento (situação hipotética) Vista superior da bandeira ondulando devido à ação do vento b) P P Q Q R R S S 10 cm 10 cm VENTO VENTO VENTO Vista frontal da bandeira esticada e sem vento (situação hipotética) Vista superior da bandeira ondulando devido à ação do vento l 5 40 cm c) P P Q Q R R S S 10 cm 10 cm VENTO VENTO VENTO Vista frontal da bandeira esticada e sem vento (situação hipotética) Vista superior da bandeira ondulando devido à ação do vento A 5 10 cm MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 20 10/11/18 12:03 PM 821 M a n u a l d o P r o fe s s o r d) Frequência: f 5 2 Hz Período: T = 0,5 s 2. a) No instante t 1 5 5 s, o torcedor C está se sentando enquanto o torcedor E está se levantando. Justifi- ca-se esse fato ao observar a fotografia seguinte, que mostra o torcedor C sentado e o E, em pé. b) Como se observa, no intervalo de tempo t 2 – t 1 5 5 0,4 s transcorrido entre as duas fotografias, o torcedor E passou de “levantado” para “em pé” e o torcedor F passou de “sentado” para “levanta- do”. Logo, concluímos que o intervalo de tempo para um torcedor sentado ficar em pé é de 0,8 s. Por isso, o período de oscilação é duas ve- zes maior (sentado - em pé - sentado), ou seja, T = 1,6 s. Como a frequência é o inverso do período, f 5 1 1,6 Hz, ou seja, f 5 0,625 Hz. c) Sendo a velocidade de propagação da ola cons- tante, temos que: ∆ ∆ v S t m 5 Como, de acordo com o enunciado, temos DS 5 80 cm e Dt 5 0,4 s, a velocidade de propa- gação da ola será: ∆ ∆ v S t 80 cm 0,4 s m 5 5 , ou seja, v m 5 200 cm/s (v m 5 2 m/s). 3. Tsunamis Emissor Meio de propagação Receptor Modalidade de energia Abalo sísmico submarino Água, mar Território japonês Mecânica 4. Tempestade solar Emissor Meio de propagação Receptor Modalidade de energia Sol Vácuo e atmosfera Planeta Terra Eletromagnética Rumo ao Ensino Médio (página 463) 1. B O clarão proveniente de uma descarga elétrica é luz, e luz é onda eletromagnética. Todas as ondas eletro- magnéticas são transversais. 2. D Seja a onda mecânica ou eletromagnética, a frequência independe do meio, mas depende da fonte de emissão. Sugestões de atividades extras 1. Indique o tipo de onda (mecânica ou eletromagné- tica) associada a cada um dos casos abaixo: a) Luz Resposta: Eletromagnética b) Terremoto Resposta: Mecânica c) Raio X Resposta: Eletromagnética d) Tsunami Resposta: Mecânica e) Micro-ondas Resposta: Eletromagnética f) Som Resposta: Mecânica g) Ondas no mar Resposta: Mecânica h) Ondas em uma mola elástica Resposta: Mecânica i) Ondas de rádio Resposta: Eletromagnética 2. Você está habituado a ouvir que as emissoras de rádio operam em ondas de frequências de 88 MHz a 108 MHz. Por outro lado, você deve ter ouvido muitas vezes em sua vida a palavra “onda” associada ao mar. A partir das informações deste módulo e dos anteriores, responda:a) Quais são as principais características que tanto as ondas emitidas pelas antenas das estações de rádio como as ondas do mar possuem? Resposta: São: frequência, período, comprimento, amplitude, cristas, vale. b) Mesmo desconhecendo informações quantitativas de frequência, período, comprimento de onda, MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 21 10/11/18 12:03 PM 822 Ensino Fundamental amplitude, é possível estabelecer diferenças entre as ondas emitidas pelas antenas das estações de rádio e as ondas do mar? Quais? Resposta: Sim. As ondas do mar são de natureza mecânica e só se propagam em meio material. As ondas de rádio são de natureza eletromagnética e se pro- pagam tanto no vácuo como em meios materiais. 3. A figura abaixo representa uma onda que se propaga com frequência de 25 Hz, ao longo de uma corda homogênea. cm cm 20 20 40 60 80 0 220 Determine, para essa onda, os valores: a) do período; Resposta: Dada a frequência f 5 25 Hz, teremos: T 5 1 f 1 25 5 s ou 0,04 s b) do comprimento de onda; Resposta: Comprimento de onda: l 5 40 cm c) da amplitude. Resposta: Amplitude: A 5 20 cm 4. A figura seguinte representa uma sequência periódica de pulsos produzida por uma fonte em 2,8 s, que se propagam em uma corda tensa e elástica. 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm Analisando a figura, pode-se afirmar que: a) a frequência da onda é de 7 Hz e o comprimento de onda é de 2 cm. b) O período (tempo de uma oscilação completa) é de 0,4 s e a frequência, 2,5 Hz. c) A amplitude da onda é de 4 cm e a altura da crista de onda também é de 4 cm. d) O período é de 2,8 s e o comprimento de onda é de 6 cm. e) A amplitude da onda é de 2 cm e a frequência, 4 Hz. Resposta: B Resolução: Analisando a figura, tem-se: Comprimento de onda l 5 4 cm Amplitude: A 5 2 cm Altura da crista da onda 5 2 cm Determinação da frequência: 2,8 s 7 ondas 1 s x onda x 5 7 ondas 2,8 s 5 2,5 ondas/s ou 2,5 Hz Determinação do período: 2,8 s 7 ondas x s 1 onda x 5 2,8 7 5 0,4 s Ou pode ser encontrado pelo inverso da frequência: T 5 1 f 1 2,5 10 25 5 5 5 0,4 s Sugestão de material para consulta Na rede • Experimentos com a presença do ar e sem o ar (propagação do som): Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=ViuQKqUQ1U8&feature=player_embedded>. Acesso em: 26 set. 2018. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 22 10/11/18 12:03 PM 823 M a n u a l d o P ro fe ss o r 3. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA ONDULATÓRIA AULAS 5 e 6 A dedução da Equação Fundamental da Ondulatória não deverá servir apenas como uma simples aplicação de expressão matemática. É preciso compreender as relações entre comprimento de onda, período de oscilação e frequên- cia. Para facilitar a compreensão dessa relação, apresentamos neste módulo um experimento virtual, com ilustrações fotográficas que representam o passo a passo de uma bolinha oscilando verticalmente com amplitude e período pre- determinados. A análise de cada quadro possibilitará deduzir como ocorre a transferência de energia em todo o processo e “visualizar” as relações entre as principais características de uma onda periódica. Na construção e desenvolvimento da atividade experimental “máquina de ondas”, será possível aplicar as deduções obtidas no experimento virtual. Objetivos • Relacionar velocidade de propagação com comprimento de onda e período (Equação Fundamental da Ondu- latória). • Determinar o sentido do movimento dos pontos de uma corda quando um pulso se propaga por ela. • Relacionar a frequência de oscilação dos pontos de uma onda com a fonte de perturbação. • Caracterizar modalidades de energia que ocorrem no movimento oscilatório. Roteiro de aulas (sugestão) Aula Descrição Anotações 5 Correção das tarefas 3 e 4 do Módulo 2 Dedução da Equação Fundamental da Ondulatória Atividade experimental Orientações para a tarefa 1 (Em casa) 6 Correção da tarefa 1 Atividade Orientações para a tarefa 2 (Em casa) Observação: A seção Rumo ao Ensino Médio pode ser trabalhada em sala ou indicada como tarefa. Noções básicas • Deduzir a Equação Fundamental da Ondulatória associando-a com comprimento de onda, frequência e período de oscilação. • Aplicá-la na resolução de problemas envolvendo velocidade de propagação associada com comprimento de onda, período e/ou frequência. Estratégias e orientações A primeira aula deste módulo deve ser trabalhada passo a passo com os alunos. Nos módulos anteriores eles tiveram contato, através das atividades e ilustrações (e mesmo nas possíveis pro- jeções de experimentos dos sites indicados) com as principais características das ondas. Trabalharam as relações MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 23 10/11/18 12:03 PM 824 Ensino Fundamental entre amplitude e frequência associadas à intensidade de energia propagada pela onda; nas atividades “virtuais” (e também nas dos experimentos dos links indicados) pu- deram caracterizar o comprimento de onda e relacioná-lo com a frequência. Viram exemplos de ondas periódicas propagando-se num meio como, por exemplo, ondas em uma corda. Com esses pré-requisitos já é possível deduzir a Equação Fundamental da Ondulatória, entender e calcular a velocidade com que uma onda se propaga, relacionando-a com as características já estudadas. Se necessário reapresente, via datashow ou no com- putador do laboratório multimídia (ou mesmo no com- putador pessoal do aluno, indicando a eles o site), alguns experimentos virtuais sobre a velocidade de propagação de ondas. Reveja os experimentos no site Interactive Simulations, da Universidade do Colorado, disponível em <http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/wave- on-a-string>. Acesso em: 10 jul. 2018. No YouTube (<www.youtube.com>), você poderá encontrar dezenas de gravações de experimentos sobre “máquinas de ondas” e também ondas gigantes invadindo portos e cidades costeiras com enorme velocidade. Ao trabalhar a atividade inicial da aula seguinte, “montando uma máquina de ondas”, acompanhe e oriente os diversos grupos na montagem cuidadosa do experimento. Os procedimentos são muito simples, mas é preciso muito cuidado com a disposição e colagem dos palitos para se obter bom “equilíbrio” da máquina de ondas. Com a máquina pronta e aberta horizontal- mente, ela não deverá ficar inclinada para nenhum dos lados. Caso isso aconteça, “ajuste” o equilíbrio colocando pequenas porções de massinha de modelar na ponta de alguns palitos. Seria interessante que os alunos de cada grupo pro- duzissem pequenos vídeos, filmando o desenvolvimento da atividade experimental, principalmente quando esti- verem ocorrendo os procedimentos para “visualização” do comprimento de onda, da alteração dos períodos e a relação entre comprimento de onda e frequência. Um aluno do grupo poderia filmar a máquina de onda de “frente”, outro aluno de “lado” e outro, ainda, de “cima”, e depois reunirem os trechos filmados para editá-los, produzindo os vídeos. A sugestão é que cada grupo possa projetar os vídeos produzidos para a classe, socializando as informações. Respostas e comentários Atividade experimental (página 469) a) Se a máquina estiver funcionando adequadamente, pode-se observar que cada palito repete o movimento oscilatório do palito que está sendo segurado pela mão. Além disso, pode-se observar a propagação de um pulso pela máquina. b) Novamente, se a máquina estiver funcionando ade- quadamente, pode-se observar que cada palito repete o movimento oscilatório do palito que está sendo segurado pela mão. Além disso, pode-se observar a propagação de um pulso pela máquina. c) Mais uma vez, se a máquina estiver funcionando ade- quadamente, pode-se observar que cada palito repe- te o movimento oscilatório do palito que está sendo segurado pela mão. Nesse caso, cada palito passa a oscilar com uma frequência aproximadamente igual à da fonte. Além disso, pode-se observar a propagação de uma onda pela máquina. d) Quando a frequência aumenta, o comprimento de onda diminui,o que está de acordo com a Equação Fundamental da Ondulatória. Atividade (página 472) a) Como o pulso está se propagando para a direita, o ponto A está subindo (ainda se tornará uma crista), o ponto B está parado (ele é crista nesse instante) e o ponto C está descendo (ele acabou de deixar de ser crista). b) Como o pulso se deslocou 6 metros em 3 segundos, sua velocidade de propagação é igual a 2 m/s. c) De acordo com o gráfico, A 5 0,5 m. d) y (m) x (m) 0,5 0 20,5 l 1 2 3 4 5 6 7 8 Logo, de acordo com o gráfico, l 5 4 m. e) ⋅ ⇒ ⋅ ∴5 l 5 5v f 2 4 f f 0,5 Hz f) ⇒ ∴5 5 5T 1 f T 1 0,5 T 2 s g) Como a velocidade da onda é v 5 2 m/s e T 5 2 s, em t 5 T 4 , ou t 5 0,5 s, a onda terá se propagado 1 m para a direita. Nesse caso, para desenhar a forma da onda em t 5 0,5 s, basta deslocar a senoide 1 m para a direita, como segue. y (m) x (m) 0,5 0 20,5 1 2 3 4 5 6 7 8 MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 24 10/11/18 12:03 PM 825 M a n u a l d o P r o fe s s o r Essa questão também poderia ter sido respondida da seguinte maneira: sabe-se que o período de uma onda é definido como o intervalo de tempo para qualquer ponto executar uma oscilação completa. Logo, a cada T 4 , um ponto qualquer dessa onda executa 1 4 de osci- lação. Observando-se a figura em t 5 0, bastaria deslocar os pontos cujas abcissas são 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 em 0,5 m, conforme a figura seguinte. 5 y (m) x (m) 0,5 0 20,5 1 2 3 4 6 7 8 A resolução do item por essa maneira depende de o aluno ter compreendido adequadamente o item a. Em casa (página 474) 1. a) Energia nuclear. b) A energia nuclear será convertida parte em energia eólica (energia mecânica dos ventos), parte em energia térmica e parte em energia luminosa. c) Dados: DS 5 3 km v m 5 300 000 km/s Resolução: ∆ ∆ ⇒ ∆ ∴ ∆5 5 5v S t 300000 3 t t 10 sm -5 d) Dados: DS 5 3 000 m 5 3 km Dt 5 2 3 s Resolução: ∆ ∆ ⇒5 5 5v S t 3 2 3 v 4,5 km/sm m e) Dados: DS 5 3 000 m 5 3 km Dt 5 1 3 s Resolução: ∆ ∆ ⇒5 5 5v S t 3 1 3 v 9 km/sm m f) Em todas elas, a energia proveniente da detonação da bomba é transportada até a casinha através de uma onda. Pelos cálculos, deduzimos que a onda luminosa alcança a casinha praticamente instantaneamente. Em seguida, chegam a onda de calor e logo após a onda de choque, ocorrendo a destruição total da casinha. 2. a) A C B Sentido de propaga•‹o do pulso De acordo com o esquema anterior, a velocidade do ponto B (crista) é nula (instantaneamente). O ponto C (que era uma crista) está descendo e o ponto A (que será uma crista) está subindo. b) De acordo com o gráfico, A 5 0,3 m. c) y (m) x (m) 0,3 0 20,3 l 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Logo, de acordo com o gráfico, l 5 2,0 m. d) y (m) x (m) 0,3 0 20,3 DS 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Logo, da figura: ∆ ∆ ⇒ ∴5 5 2 2 5v s t v 1,5 0,5 1,0 0 v 1,0 m/s Note que, quando o meio de propagação de uma onda é alterado, a velocidade de propagação da onda também é alterada. Nesse caso, pelo fato de a corda ser mais densa, os pulsos e ondas se propagam com menor velocidade de propagação. e) Utilizando a Equação Fundamental da Ondulatória, tem-se: ⋅ ⇒ ⋅ ∴5 l 5 5v f 1 2 f f 0,5 Hz f) ⇒ ∴5 5 5T 1 f T 1 0,5 T 2 s Essa questão também poderia ter sido respondida da seguinte maneira: sabe-se que o período de uma onda é definido como o intervalo de tem- po para qualquer ponto executar uma oscilação completa. Logo, como a figura fornecida mostra os pontos da corda executando 1 2 oscilação em 1,0 s, temos que T 2 = 1,0 s, ou seja, T 5 2 Hz. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 25 10/11/18 12:03 PM 826 Ensino Fundamental Rumo ao Ensino Médio (página 477) 1. D A figura mostra a amplitude (A) e o comprimento de onda ( l ). y (cm) x (cm) l A A 2,4 0 1,0 2,0 3,0 4,0 Dessa figura: ⇒ ⇒ ⇒ 5 5 l 5 5 l 5 5 5 A 2,4 2 A 1,2 cm 2 cm f v 200 0,02 f 10 000 Hz f 10 kHz 2. B Da leitura direta do gráfico, tira-se que entre os dois instantes citados a onda desloca-se 1 m. Assim: ∆ ∆ ⇒5 5 2 2 5 5v S t 1 0 7 3 1 4 v 0,25 m s Da figura também se pode obter o comprimento de onda: l 5 1 – (–3) ⇒ l 5 4 m Entre os instantes mostrados, o intervalo de tempo corresponde a 1 4 do período. Então: ( ) ⇒5 2 5 T 4 7 3 T 16 s Usando a equação fundamental da ondulatória: ⇒5 l 5 5 5v T 4 16 1 4 v 0,25 m s Sugestões de atividades extras 1. (UPE-PE) Um pulso ondulatório senoidal é produzido em uma extremidade de uma corda longa e se propaga em toda a sua extensão. A onda possui uma frequência de 50 Hz e comprimento de onda 0,5 m. O tempo que a onda leva para percorrer uma distância de 10 m na corda vale, em segundos: a) 0,2 b) 0,4 c) 0,6 d) 0,7 e) 0,9 Resposta: B Resolução: Como f 5 50 Hz e l 5 0,5 m, temos, de acordo com a equação fundamental da ondulatória, que: v 5 l ? f 5 0,5 ? 50 v 5 25 m/s MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 26 10/11/18 12:03 PM 827 M a n u a l d o P r o fe s s o r Logo, o intervalo de tempo para a onda percorrer uma distância Ds 5 10 m será: Dt 5 D 5 S v 10 25 _ Dt 5 0,4 s 2. (Unesp-SP) A propagação de uma onda no mar da esquerda para a direita é registrada em intervalos de 0,5 s e apresentada através da sequência dos gráficos da figura, tomados dentro de um mesmo ciclo 0 1 2 3 4 5 x (m) Analisando os gráficos, podemos afirmar que a velocidade da onda, em m/s, é de a) 1,5. b) 2,0. c) 4,0. d) 4,5. e) 5,0. Resposta: B Resolução: 0 1 2 3 4 5 x (m) DS 5 1 m t 0 = 0 t 5 0,5 s De acordo com os gráficos, a onda se propaga Ds 5 1 m a cada Dt 5 0,5 s, ou seja, sua velocidade de pro- pagação é: v 5 ∆ ∆ s t 5 1 m/ 0,5 s _ v 5 2 m/s Sugestão de material para consulta Na rede • Máquinas de ondas caseiras: Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=FMCtGrhP8p8> • Máquinas de ondas – (Bell Labs – MIT): Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=BWraEDaVXZM> • Máquinas de ondas – (Hertz Science Centre): Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=jUQkG1A0_Sk&t=33s> • Máquinas de ondas – (University of Saint Andrews): Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=23z0i2PpSzg> • Máquinas de ondas – (National Stem Centre): Disponível em: <www.youtube.com/watch?v=VE520z_ugcU> Acesso em: 14 maio 2018. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 27 10/11/18 12:03 PM 828 Ensino Fundamental 4. ONDAS MARINHAS E SÍSMICAS AULAS 7 e 8 Neste módulo, estudaremos as ondas marinhas e as ondas sísmicas, estendendo e aprofundando os conceitos de ondulatória. Esses são exemplos práticos de aplicação da teoria. Estudaremos como elas são geradas, como se propagam e suas classificações. Procuraremos responder a algumas das perguntas mais comuns quando nos depara- mos com esses temas, como: É possível obter energia das ondas marinhas? Como? E as ondas sísmicas? O que ondas sísmicas têm em comum com as ondas marinhas? Por que os efeitos dos tsunamis e terremotos são tão devastadores? Objetivos • Relacionar as ondas marinhas e sísmicas com os fenômenos naturais que as originam (ventos, marés e sismos). • Compreender o mecanismo de propagação das ondas marinhas e sísmicas. • Conhecer dispositivos que possibilitam utilizar a energia das marés, convertendo-a em energia elétrica. • Identificar as principais características de uma onda, como frequência, período, comprimento de onda e ampli- tude, presentes nas ondas marinhas e ondas sísmicas. • Compreender o princípio de funcionamento de um sismógrafo. Roteiro de aulas (sugestão) Aula Descrição Anotações 7 Correção da tarefa 2 do Módulo 3 Ondas marinhas Atividade 1 Orientações para a tarefa 1 (Em casa) 8 Correção da tarefa 1 Ondas sísmicas Atividade 2 Orientações para a tarefa 2 (Em casa) Observação: As seções Rumo ao Ensino Médio e Texto complementar podem ser trabalhadas em sala ou indicadas como tarefa. Noções básicas • O mecanismo de formação e propagação de ondas marinhas e sísmicas. •O aproveitamento da energia das marés para geração de energia elétrica. • Noções básicas de sismologia e teoria da tectônica global. Estratégias e orientações A primeira aula deste módulo aborda as ondas marinhas. Sugerimos que se inicie a aula discutindo como se for- mam e se propagam as ondas marinhas, apoiando-se nas ilustrações apresentadas. Reforce que a onda marinha é ao mesmo tempo longitudinal e transversal, fato verificado ao se observar o movimento circular ou orbital de um surfista. MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 28 10/11/18 12:03 PM 829 M a n u a l d o P r o fe s s o r Esclareça que, quando um surfista dropa uma onda, ela, na verdade, não o está transportando. O movimento do surfista equivale ao deslizamento por um plano inclinado. Tanto é assim que, quando o surfista chega à base da onda, ele deve necessariamente retornar ao seu topo, para reini- ciar o movimento. Se quiser enriquecer a sua aula, utilize uma das muitas animações computadorizadas presentes na internet, em sites de universidades e de pesquisadores, ou mesmo do Youtube, por exemplo: <www.youtube.com/ watch?v=7yPTa8qi5X8>, acesso em: 10 jul. 2018. Lembre-se que os fenômenos geológicos como tremo- res, maremotos, terremotos, tsunamis e vulcões envolvem conhecimentos da Geografia e da Física. Por isso sugeri- mos que você troque ideias com seu colega de Geogra- fia e quem sabe possam planejar um trabalho conjunto envolvendo, por exemplo, o tema “ondas sísmicas” e/ou “ondas marinhas”. Esse trabalho pode ser desenvolvido individualmente ou por grupos de alunos, orientados pelos professores, consultando livros e artigos especiali- zados, para posterior apresentação em feira cultural, em atividade planejada no calendário escolar de atividades pedagógicas, ou simplesmente para apresentação para os outros colegas da classe. Vale a pena instigar nossos alunos a pesquisarem temas sobre fenômenos atuais e poucos discutidos tec- nicamente que ocorrem no dia a dia no nosso planeta, sendo que muitos deles são intensamente explorados pela mídia e estão associados com o conteúdo que es- tamos trabalhando. Não deixe de comentar, em classe, o texto do texto complementar, pois ele apresenta subsídios para o enten- dimento da formação e propagação das ondas sísmicas. Respostas e comentários Atividade 1 (página 480) a) De acordo com a figura 1, a amplitude de oscilação dessa onda do mar é: 305 m 2 300 m 5 300 m 2 295 m 5 5 m b) De acordo com a figura 1, o comprimento de onda dessa onda do mar é l 5 20 m. c) De acordo com a figura 2, o período de oscilação dessa onda do mar é T 5 10 s. d) Como o período de oscilação dessa onda do mar é T 5 10 s, a frequência é: f 5 1 T _ f 5 0,1 Hz e) Como v 5 l ? f, temos que: v 5 20 ? 0,1 _ v 5 2 m/s Atividade 2 (página 484) a) As ondas P são longitudinais porque a direção de perturbação é a mesma da propagação da onda. As ondas S são transversais porque a direção de perturbação é perpendicular à direção de propa- gação. b) Região A: Colocaria um sismógrafo vertical porque as ondas que abalam essa região são ondas P. Note que a onda-P incide no ponto A por dentro do planeta, oscilando-o para cima e para baixo. Região B: Não é necessário instalar um sismógrafo para registrar ondas P e S devido à ausência de abalos sísmicos volúmicos nessa região (região de sombra para as ondas P e S). Região C: Colocaria um sismógrafo horizontal e outro vertical, uma vez que os dois tipos de ondas, P e S, abalam essa região. Caso queira, mostre aos seus alunos a seguinte ilustra- ção, reforçando que as ondas P produzem oscilações verticais e as ondas S horizontais. Ondas SOndas P Compressão Dilatação Raio sísmico Raio sísmico Em casa (página 486) 1. a) Crista de onda. b) Frequência: 4 vezes/min (ou 4 60 Hz 5 1 15 Hz). MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 29 10/11/18 12:03 PM 830 Ensino Fundamental c) O período T da fonte é, de acordo com o enunciado, igual a 0,25 minuto. Como a frequência f é o inver- so do período T, temos que = =f 1 T 1 0,25 ⇒ ⇒ f 5 4 “ondas do mar” (na verdade pulsos) por minuto. d) A frequência de uma onda é determinada exclusi- vamente pela fonte. Logo, a frequência observada pelo banhista é idêntica à frequência das rajadas de vento sobre a superfície do mar, longe da costa. Não se trata de uma coincidência, portanto. e) Amplitude de oscilação. f) O período de oscilação observado é de 0,25 min, idêntico ao da fonte, conforme já explicado. g) Para que o barco flutue, acompanhando o nível oscilante da água do mar, a corda deve ter no mínimo 45 m (15 m 1 30 cm). h) Quatro “ondas do mar” (na verdade, pulsos) a cada minuto. i) Se a frequência de uma fonte de onda é constante, a frequência medida em qualquer ponto da onda deve ser constante. Logo, as frequências observadas pelo pescador e pelo banhista são idênticas, pois não se alteram conforme a onda se propaga pelo mar. j) Comprimento de onda. k) Quanto mais próximo da praia, menor é o com- primento de onda. De acordo com a Equação Fundamental da Ondulatória (v 5 l ? f), como a frequência f 5 4 oscilações/minuto da onda do mar é constante, quanto menor for a velocidade de propagação v, menor será o comprimento de onda (l). 2. a) De acordo com a última figura fornecida pelo enunciado, o período de oscilação do sistema mas- sa-mola é T 5 2 s. b) Em T 5 2 s, o papel se desloca Ds 5 0,20 m. Logo, a velocidade de movimentação do papel é: v 5 ∆ 5 S T 0,2 m 2 s _ v 5 0,10 m/s c) Como o sismográfico estará disposto na horizontal, ele será capaz de monitorar ondas P. Rumo ao Ensino Médio (página 492) 1. C Usando a expressão da velocidade de uma onda v em função de seu comprimento de onda l e da sua frequência f e sabendo que a frequência é o inverso do período T de oscilação da onda, tem-se: v f v 1 T ⋅ ⇒ ⋅5 l 5 l Substituindo os valores no Sistema Internacional de Unidades, temos: 5 ? 5 l 5 ? l 5 ? l 5⇒ ∴ T 10 min 60 s 1 min 600 s v T 250 m/s 600 s l 5 5150000 m 150 km 2. E Os intervalos de tempo necessários para que as ondas P e S cheguem ao sismógrafo são: Dt P 5 ∆ 5 S v 1200 km 4,0 km/sp _ Dt P 5 300 s Dt S 5 ∆ 5 S v 1200 km 6,0 km/ss _ Dt S 5 200 s Logo, as ondas S chegam 100 s antes das ondas P. Sugestão de atividade extra Em dezembro de 2004, um dos maiores sismos já re- gistrados, com magnitude de 9,3 graus na escala Richter, originou um tsunami gigantesco que acabou por atingir a costa do Sri Lanka, entre outras regiões (amarelo), como indicado no mapa. Regiões afetadas por sismo de 9,3 graus (2004) OCEANO ÍNDICO Trópico de Câncer SOMÁLIA ÍNDIA MALDIVAS SRI LANKA BANGLADESH MIANMAR TAILÂNDIA MALÁSIA I N D O N É S I A QUÊNIA TANZÂNIA MADAGASCAR SEYCHELLES ÁFRICA DO SUL Trópico de Capricórnio Equador 0° 1525 km0 N S LO LANKA MALÁSIAMALÁSIAMALÁSIAMALÁSIA LANKA MALÁSIAMALÁSIAMALÁSIA SRI LANKA MALÁSIA I N D O N É S I AI N D O N É S I AI N D O N É S I A SRI LANKA TAILÂNDIATAILÂNDIATAILÂNDIATAILÂNDIATAILÂNDIATAILÂNDIA MALÁSIA I N D O N É S I AI N D O N É S I AI N D O N É S I A MP_AngloEFII_Fisica_9_1_001a042.indd 30 10/11/18 12:03 PM 831 M a n u a l d o P r o f e s s o r Esse tsunami provocou a morte de 230 mil pessoas e foi tão intenso que chegou a fazer o planeta Terra vibrar cerca de 1 cm. As regiões afetadas receberam 14 bilhões de dólares em ajuda humanitária. A seguir, leia alguns trechos do relato de um sobrevivente desse tsunami. O tsunami asiático no Sri Lanka: Uma experiência pessoal, por Chris Chapman, professor e consultor científico 9h30m - Quando terminávamos o café da manhã, o mar subiu lentamente alguns metros até o nível da piscina do hotel e uma pequena onda entrou pela piscina e pelo lobby. O mar voltou suavemente para o nível anterior (...). Mas ele continuou se retraindo nos 20 minutos seguintes, e eu comecei a me dar conta que alguma coisa grande estava por vir. O nível do mar
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