Ser Protagonista - Energia e Transformações - Fukui - 1 Edição (2020)

Prévia do material em texto

ENSINO MÉDIO
CIÊNCIAS DA NATU
REZA
E SUAS TECNOLOG
IAS
ENERGIA E TRANSF
ORMAÇÕES
MANUAL DO PROFESSORMA
N
U
AL
 D
O
 
PR
O
FE
SS
O
R
E
N
E
R
G
IA
 E
 T
R
A
N
S
FO
R
M
A
Ç
Õ
E
S
E
N
S
IN
O
 M
É
D
IO
CI
ÊN
CI
A
S 
D
A 
N
AT
U
RE
ZA
 E
 S
U
A
S 
TE
CN
O
LO
GI
A
S
Madson Molina
ana Fukui
Editores responsáveis: 
André Zamboni 
Lia Monguilhott Bezerra 
Organizadora: SM Educação 
Obra coletiva, desenvolvida e produzida 
por SM Educação.
Venerando santiago de oliVeira (Venê)
02
01
P2
12
03
02
01
P2
12
03
13
5
CÓ
DI
GO
 D
A C
OL
EÇ
ÃO
CÓ
DI
GO
 D
O 
LI
VR
O
PN
LD
 2
02
1 
 O
BJ
ET
O 
2 
MA
TE
RI
AL
 D
E 
DI
VU
LG
AÇ
ÃO
. 
VE
RS
ÃO
 S
UB
ME
TID
A À
 AV
AL
IAÇ
ÃO
.
2 900002 080612
2 0 8 0 6 1
ISBN 978-65-5744-175-6 
SP_PNLD21_CAPA_CH_ENERGIA_MP_DIVULGACAO.indd 2 19/04/2021 15:14
Organizadora: SM Educação
Obra coletiva, desenvolvida e produzida por SM Educação.
São Paulo, 1a edição, 2020
AnA Fukui
Doutora em Linguística Aplicada pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos (Unisinos).
Mestra em Ciências – Ensino de Física pela Universidade de São Paulo (USP).
Licenciada em Física pela USP.
Atuou como professora de Física em escolas das redes pública e particular de ensino e em projetos de formação de professores.
Pesquisadora em Comunicação da Ciência.
MAdson MolinA
Graduado em Engenharia Elétrica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP).
Licenciado em Ensino de Física pela Universidade Católica de Brasília (UCB).
Licenciado em Pedagogia pela Universidade Cruzeiro do Sul.
Professor de Física em escolas da rede particular de ensino.
VenerAndo sAntiAgo de oliVeirA (Venê) 
Bacharel e licenciado em Física pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
Professor de Física em escolas das redes pública e particular de ensino e em curso pré-vestibular.
Pesquisador em novas metodologias e mídias para o ensino de Física.
Autor de diversos materiais em divulgação científica e ensino de Física.
Coordenador e apresentador de canal de ensino de Física em plataforma de compartilhamento de vídeos e em redes sociais.
editores resPonsÁVeis: 
André ZAMboni
Licenciado em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
Especialista em Jornalismo Científico pela Unicamp.
Editor de livros didáticos.
liA Monguilhott beZerrA
Bacharela e licenciada em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências (IB) da Universidade de São Paulo (USP). 
Mestra em Ciências, área de concentração Botânica, pelo IB – USP.
Editora de livros didáticos.
CIÊNCIAS DA NATU
REZA E SUAS TECN
OLOGIAS
ENERGIA E TRANSF
ORMAÇÕES
ENSINO MÉDIO
MANUAL DO PROFESSOR
SP_PNLD21_FRONT_CN_ENERGIA_LA.indd 1 21/09/20 17:31
 Ser Protagonista Ciências da Natureza e suas Tecnologias – 
 Energia e Transformações
 © SM Educação 
 Todos os direitos reservados
 Direção editorial M. Esther Nejm
 Gerência editorial Cláudia Carvalho Neves
 Gerência de design e produção André Monteiro
 Edição executiva Lia Monguilhott Bezerra
 Edição André Henrique Zamboni, Carolina Mancini Vall Bastos, Juliana Rodrigues F. 
 de Souza, Marcelo Augusto Barbosa Medeiros, Marcelo Viktor Gilge, 
 Sylene Del Carlo, Tomas Masatsugui Hirayama, Tatiana Novaes Vetillo, 
 Filipe Faria Berçot, Mauro Faro
 Colaboração técnico-pedagógica Marco Silveira, Barbara Kazue Amaral Onishi, Ivan Pontelo, José Eduardo Biasoto, 
 Marcia Maria de Moura, Alterson Cação
 Suporte editorial Fernanda Fortunato, Karina Miquelini
 Coordenação de preparação e revisão Cláudia Rodrigues do Espírito Santo
 Preparação: Ana Paula Ribeiro Migiyama, Eliane de Abreu Santoro
 Revisão: Ana Paula Ribeiro Migiyama, Fátima Valentina Cezare Pasculli, 
Vera Lúcia Rocha
 Apoio de equipe: Alzira Aparecida Bertholim Meana, Beatriz Nascimento, 
 Camila Durães Torres, Camila Lamin Lessa, Lívia Taioque
 Coordenação de design Gilciane Munhoz
 Design: Andreza Moreira
 Coordenação de arte Ulisses Pires
 Edição de arte: Vivian Dumelle
 Assistência de arte: Mauro Moreira, Selma Barbosa Celestino
 Assistência de produção: Leslie Morais
 Coordenação de iconografia Josiane Laurentino
 Pesquisa iconográfica: Bianca Fanelli
 Tratamento de imagem: Marcelo Casaro 
 Capa Gilciane Munhoz, Lissa Sakajiri
 Ilustração de capa: Hannah Nader
 Projeto gráfico Gilciane Munhoz, Thatiana Kalaes
 Editoração eletrônica Setup Bureau
 Pré-impressão Américo Jesus
 Fabricação Alexander Maeda
 Impressão 
SM Educação
Rua Tenente Lycurgo Lopes da Cruz, 55
Água Branca 05036-120 São Paulo SP Brasil
Tel. 11 2111-7400
atendimento@grupo-sm.com
www.grupo-sm.com/br
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) 
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Fukui, Ana 
Ser protagonista : ciências da natureza e suas tecnologias : 
energia e transformações : ensino médio / Ana Fukui, 
Madson Molina, Venerando Santiago de Oliveira (Venê) ; 
obra coletiva, desenvolvida e produzida por SM Educação ; 
editores responsáveis André Zamboni, Lia Monguilhott 
Bezerra. — 1. ed. — São Paulo : Edições SM, 2020.
Bibliografia.
ISBN 978-65-5744-174-9 (aluno)
ISBN 978-65-5744-175-6 (professor)
1. Ciências da natureza (Ensino médio) 2. Tecnologia 
educacional I. Molina, Madson. II. Oliveira, Venerando Santiago 
de. III. Zamboni, André. IV. Bezerra, Lia Monguilhott. V. Título. 
20-41288 CDD-373.19
Índices para catálogo sistemático:
1. Ensino integrado : Livro-texto : Ensino médio 373.19
Cibele Maria Dias - Bibliotecária - CRB-8/9427
1a edição, 2020
Em respeito ao meio ambiente, as 
folhas deste livro foram produzidas com 
fibras obtidas de árvores de florestas 
plantadas, com origem certificada.
SP_CIE_NAT3_PNLD21_INICIAIS_002.indd 2 9/18/20 11:42 AM
APRESENTAÇÃO
Caro(a) estudante,
Você já deve ter ouvido falar nas mídias e até mesmo discutido 
em rodas de conversa sobre temas como energia e suas aplicações 
no cotidiano, preservação e conservação ambiental, reações quími-
cas, engenharia genética e tecnologias aplicadas ao estudo dos 
átomos. Esses são alguns temas do mundo contemporâneo relacio-
nados às Ciências da Natureza. Assim, conhecê-los significa poder 
compreender assuntos que fazem parte da nossa vida e refletir de 
modo mais consciente sobre o mundo em que vivemos.
Esta coleção foi pensada de modo a articular os conhecimen-
tos das áreas que compõem as Ciências da Natureza e suas Tec-
nologias. Nesta proposta, conhecimentos da Biologia, da Química 
e da Física integram-se de forma organizada, simples e direta, para 
fortalecer sua compreensão e ampliar sua visão de mundo e de si 
mesmo. Esperamos que a obra colabore para o aprimoramento do 
seu pensamento crítico, contribuindo para a aquisição dos conteú-
dos formais por você, estudante, e para que se torne um cidadão 
mais participativo e atuante. Aproveite-a para questionar e ques-
tionar-se, aprofundando sua reflexão e motivando-se para a ação.
Acreditamos em seu protagonismo e em sua capacidade de bus-
car respostas e soluções para os desafios presentes e para os que 
estão por vir. Temos confiança de que, por meio de sua atuação e 
de sua interação com o mundo, você desenvolverá as competências 
e as habilidades necessárias ao pleno exercício da cidadania no sé-
culo XXI, seguindo caminhos coerentes com seu projeto de vida.
Bom trabalho!
Equipe editorial
3
A
PR
ES
EN
TA
ÇÃ
O
 D
O
S 
CO
N
TE
ÚD
O
S 
E 
BO
XE
S
PR
O
JE
TO
AB
ER
TU
RA
S
CONHEÇA SEU LIVRO
PR
O
JE
TO AQUECEDOR SOLAR 
DE BAIXO CUSTO 
SUSTENTABILIDADE E 
INFORMAÇÃO PARA A COMUNIDADE
 O que será feito 
Nas residências, geralmente os equipamentos que mais 
consomem energia elétrica são os chuveiros elétricos e 
outros aparelhos aquecedores de água. Por exemplo, um 
chuveiro elétrico com potência de 5 400 watts (ou 5,4 kW), 
utilizado por apenas 10 minutos três vezes ao dia, gera 
um consumo mensal de 81 000 watts-hora. Consumos co-
mo esse podem determinar gastos mensais que, além de 
impactar o orçamento familiar, em escala regional e global,podem representar uma alta demanda energética.
Usinas de energia elétrica que usam fontes renová-
veis, como a energia solar, a eólica, a hidráulica e a de 
biomassa, em geral, emitem menos gases de efeito es-
tufa do que usinas que utilizam fontes não renováveis, 
como o carvão mineral, e assim podem representar uma 
parte considerável da solução para o problema das mu-
danças climáticas. 
O Brasil tem grande incidência de radiação solar, po-
rém, a energia elétrica gerada no país é obtida, sobretu-
do, de usinas hidrelétricas. É importante reduzir a depen-
dência do Brasil em relação a essa modalidade de 
obtenção de energia elétrica, pois, apesar de a energia 
hidráulica ser uma fonte renovável, a instalação dessas 
usinas acarreta impactos ambientais relevantes. Além 
disso, não sabemos como os eventos climáticos extremos 
poderão afetar esse setor. 
Como priorizar o consumo de energia de fontes reno-
váveis e abundantes? É possível criar soluções tecnológi-
cas que sejam de baixo custo e acessíveis à população?
Neste projeto, você e os colegas vão pesquisar sistemas de aquecimento de 
água usando energia solar, além de construir um protótipo de coletor solar. Vocês 
também vão registrar o passo a passo de todo o processo de montagem para di-
vulgá-lo para as comunidades escolar e externa. 
Objetivos
 » Confeccionar um protótipo do coletor de um aquecedor de água utilizando 
energia solar com materiais simples e de baixo custo.
 » Registrar o procedimento de elaboração do protótipo.
 » Elaborar um guia ou um tutorial on-line para que as pessoas das comunidades 
escolar e externa possam construir o aquecedor em suas casas ou na escola.
Aquecedores solares ajudam a 
reduzir o gasto mensal com a conta 
de energia elétrica e ainda podem ser 
construídos com materiais 
reutilizados ou de baixo custo. 
A foto de 2020 mostra o reservatório 
e o coletor (painel solar) de um 
aquecedor solar. A função do 
reservatório é armazenar a água 
aquecida pela luz solar que incide 
sobre a superfície do coletor, no 
decorrer de um dia. 
reservatório
coletor
M
ar
 d
e 
Pa
lh
a/
ID
/B
R
Não escreva no livro.10
 Preparação 
Refletindo sobre o aproveitamento da 
energia solar
A demanda de energia elétrica para ouvir música 
e carregar a bateria de smartphones e de notebooks 
ou para realizar atividades básicas, como refrigerar 
alimentos, se reflete no crescente custo da energia. 
Como, então, minimizar o custo dessa energia e o 
impacto ambiental para obtê-la? Quais são os be-
nefícios do aproveitamento da energia solar? Ele 
representa uma economia real na conta de energia 
elétrica?
Calculando a economia na conta de 
energia elétrica 
Nesta etapa do projeto, você e os colegas vão cal-
cular qual seria a economia de energia elétrica pro-
porcionada pelo uso do aquecedor solar no lugar do 
chuveiro elétrico, em sua residência. 
Organizem-se em grupos e façam o que se pede.
1 Selecionem as informações necessárias para rea-
lizar o cálculo, como a potência do chuveiro, o nú-
mero de pessoas na residência e o tempo médio 
de duração de cada banho. Considerem 5 kW a 
potência média dos chuveiros elétricos. O valor do 
kWh pode ser obtido da conta de luz. 
2 Com as informações reunidas, calculem o valor 
mensal gasto com energia elétrica para o aque-
cimento de água para banhos. 
3 Discutam outros benefícios, além do econômico, 
relacionados ao uso do aquecedor solar. 
Compreendendo como funciona o 
aquecedor solar
Neste início do projeto, vocês devem pesquisar 
sistemas de aquecimento solar de baixo custo já de-
senvolvidos e os materiais utilizados em sua cons-
trução. É importante compreender o funcionamento 
do aquecedor e de que modo conceitos da Física, co-
mo calor, temperatura, condução, convecção e irra-
diação, estão relacionados ao projeto. Isso será im-
portante para a construção do coletor, parte 
importante do aquecedor, e para a apresentação do 
seu passo a passo. 
A pesquisa também deve ajudá-los a definir o tipo 
de aquecedor mais adequado ao contexto da escola 
ou da comunidade. 
PARA EXPLORAR 
Assista
 » Conheça o aquecedor solar de baixo custo, que 
está no Sustentar UFMG 
Vídeo produzido pela TV UFMG, em 2017, com ex-
plicações sobre o funcionamento de um aquecedor 
solar de baixo custo. Duração: 2 min 59 s.
Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=lprcI 
PiUqXU. Acesso em: 2 jul. 2020.
Planejando os próximos passos
Agora é hora de escolher um dos modelos de 
aquecedor pesquisados, considerando as necessi-
dades das comunidades escolar e externa, e de ve-
rificar como montar o coletor. Vocês também vão 
planejar como será elaborado o tutorial (se será um 
material físico e/ou digital) e como será o evento de 
apresentação do protótipo do coletor. Para isso, 
reúnam-se com os demais grupos e com o profes-
sor e definam:
• os materiais necessários para a construção do co-
letor e para a elaboração do tutorial; 
• o local onde o aquecedor será montado (local em 
que fique exposto para que as comunidades esco-
lar e externa vejam seu funcionamento);
• um cronograma de trabalho, considerando o tem-
po estimado para a montagem e o teste do aque-
cedor e para a elaboração do tutorial (as datas de 
entrega e de publicação do tutorial, dias de reu-
nião, etc.). 
Sugere-se que haja duas equipes – uma para a 
construção do protótipo e outra para o desenvolvi-
mento do tutorial. Avaliem, em conjunto, se essa é a 
melhor organização e façam as adequações que jul-
garem necessárias. É importante que as equipes in-
terajam e compartilhem os avanços e as dificuldades 
durante o processo, auxiliando-se mutuamente. 
 Desenvolvimento 
Nesta etapa, vocês vão montar o protótipo do co-
letor e elaborar o tutorial. Vamos considerar a suges-
tão de organização da turma em duas equipes.
A equipe 1 montará o aquecedor e registrará ima-
gens do processo que podem ajudar a compor o tu-
torial ou ser publicadas em redes sociais, para divul-
gar o projeto.
A equipe 2 desenvolverá o tutorial com imagens e 
fará a divulgação e a organização do evento de apre-
sentação do protótipo do aquecedor na escola.
11Não escreva no livro.
O texto principal é complementado por boxes especiais, que aprofundam ou contextualizam o 
conteúdo.
O projeto propõe a 
realização de 
atividades que 
envolvem a 
comunidade, em busca 
de um bem coletivo.
Abertura de unidade
A partir de um pequeno texto, 
perguntas e uma imagem 
impactante, você vai começar 
a refletir sobre o assunto da 
unidade. Também informa 
objetivos, justificativa, 
competências e habilidades 
desenvolvidas na unidade.
Conteúdo apresentado de maneira 
organizada. Ilustrações, esquemas, 
fotografias e eventuais atividades resolvidas 
facilitam a compreensão do conteúdo.
TEMPERATURA
Para compreender o conceito de temperatura, precisamos entender o compor-
tamento microscópico dos corpos. De acordo com a teoria cinético-molecular da 
matéria, todos os corpos são formados por partículas microscópicas (moléculas e 
átomos, principalmente) que estão em permanente movimento. Essas partículas 
têm, portanto, energia cinética. A soma da energia cinética média (veja o boxe ao 
lado) de todas as partículas de um corpo é denominada energia térmica. Macros-
copicamente, essa energia está relacionada diretamente com a temperatura. 
Quanto maior for a energia cinética média das partículas de um corpo, maior será 
a temperatura desse corpo.
Essa associação entre a temperatura de um corpo e o movimento de suas par-
tículas constituintes evidencia as seguintes relações: maior temperatura indica 
movimento microscópico mais intenso; menor temperatura indica movimento 
microscópico menos intenso.
A experiência cotidiana mostra que dois corpos a diferentes temperaturas 
sofrem alteração de temperatura quando colocados em contato. Essa alteração 
ocorre até que o sistema formado pelos dois corpos entre em equilíbrio térmico, 
que é a situação na qual todos os corpos que compõem um sistema estão à 
Considere o exemplo: quando se colocauma lata de refrigerante à temperatu-
ra ambiente em contato com gelo dentro de um recipiente de isopor, a intenção é 
resfriar a bebida. Ao colocar os dois corpos em contato, o gelo começa a aquecer 
Isso ocorre porque há transferência espontânea de energia entre corpos que 
se encontram a diferentes temperaturas. O corpo mais quente perde energia, e o 
corpo mais frio recebe energia. Essa transferência ocorre até que a temperatura 
de ambos seja a mesma – ocorre, então, o equilíbrio térmico. Daí, podemos definir 
A transferência espontânea de energia entre os corpos é provocada pela 
diferença entre as suas temperaturas, e essa energia em trânsito é denomina-
O sentido natural da transferência de calor é sempre do corpo de maior tem-
peratura para o corpo de menor temperatura, o que ocorre até que os corpos atin-
jam o equilíbrio térmico. Considere o exemplo ilustrado a seguir.
Leia
 » Arco-íris, flocos de neve, 
quarks: a Física e o mundo 
que nos rodeia, de Von 
Baeyer e Hans Christian. Rio 
de Janeiro: Campus, 1994. 
Nesse livro, os autores tratam 
de movimento, luz, ondas, 
eletricidade e magnetismo, 
calor e átomos. No capítulo 
“Calor”, abordam a natureza 
do conceito de calor e con-
textualizam-no historicamen-
te, associando sua presença 
no cotidiano a outros campos 
do conhecimento humano.
PARA EXPLORAR 
Representação sem 
proporção de tamanho.
Energia cinética média
A energia cinética de cada 
átomo ou de cada molécula é 
dada por metade do produto 
de sua massa m pelo quadra-
do da velocidade v:
Ec 5 
m ? v2 ______ 2 
Como a quantidade de par-
tículas (átomos, moléculas, 
 íons) que constituem os corpos 
é muito grande, e elas se mo-
vem com velocidades diferen-
tes, trabalha-se com um valor 
médio de velocidade e, portan-
to, de energia cinética.
DE OLHO NO CONCEITO
De olho no 
conceito 
Retoma e/ou 
define algum 
conceito 
importante para 
a compreensão 
do assunto.
Etanol: uma opção renovável
O Brasil é um dos líderes mundiais na fabricação de etanol. Obtido principalmente da cana-de-açúcar, o etanol 
brasileiro se destaca como alternativa energética mais limpa que os combustíveis fósseis, pois emite menos gases 
poluentes e, portanto, é menos agressivo ao meio ambiente. Além disso, a tecnologia empregada em sua produ-
ção é mais barata, sobretudo em comparação à do petróleo. 
A produção do etanol, no entanto, gera impactos ambientais, como a queima de combustíveis fósseis no pro-
cesso de cultivo e transporte da cana, o esgotamento dos recursos naturais, o desmatamento para o cultivo cana-
vieiro em larga escala e o desgaste do solo. Outra preocupação com a produção do etanol é sua expansão por áreas 
de plantio de alimentos. Isso pode ser atenuado, contudo, com o etanol de segunda geração.
Desde 2003, o etanol passou a ser utilizado em automóveis de motor 
modelos de motocicleta bicombustível.
1. De acordo com o texto, o etanol é uma boa opção renovável, porém sua produção e sua utilização geram alguns 
impactos ambientais. Quais são eles?
A
ÇÃ
O
 E
 C
ID
A
DA
N
IA
 
Ação e cidadania
Exemplos de aplicações 
da ciência que promovem 
melhorias na vida das 
pessoas e no ambiente 
ou que abordem direitos 
e deveres dos cidadãos, 
atitudes e valores, etc.
ELETRICIDADE E 
MAGNETISMO
Competências específicas 
e habilidades das áreas:
CECNTEM1 (EM13CNT102), 
(EM13CNT103), (EM13CNT106), 
(EM13CNT107)
CECNTEM3 (EM13CNT301), 
(EM13CNT303), (EM13CNT306), 
(EM13CNT307), (EM13CNT308), 
(EM13CNT309), (EM13CNT310)
Competências gerais: 
CGEB1, CGEB2, CGEB4, CGEB7, 
CGEB8, CGEB10
COMPETÊNCIAS E HABILIDADES 
DESENVOLVIDAS NA UNIDADE
Os fenômenos elétricos são observados há muito tempo, porém, 
os estudos relacionados à eletricidade são bastante recentes.
Antes do século XX, nenhuma residência no Brasil tinha qualquer 
aparelho elétrico, como lâmpadas elétricas, geladeira e lavadora de 
roupas, entre outros. 
Hoje, porém, até mesmo os automóveis – ainda predominante-
mente movidos a combustível fóssil – estão começando a rodar com 
energia exclusivamente elétrica.
Nesta unidade, você vai estudar os fenômenos eletromagnéticos 
envolvidos desde a produção até o consumo da energia elétrica.
OBJETIVOS
 • Compreender os conceitos de campo, força e corrente elétrica e 
suas aplicações em circuitos elétricos.
 • Identificar e avaliar soluções para demandas que envolvam a ge-
ração, a distribuição e o consumo de energia elétrica, bem como 
seus impactos socioambientais.
 • Compreender o eletromagnetismo e o funcionamento de moto-
res elétricos.
 • Descrever os fundamentos do magnetismo como fenômeno na-
tural e compreender algumas de suas aplicações tecnológicas.
 • Comparar os diferentes tipos de usina geradora de eletricidade.
JUSTIFICATIVA
Conhecer os fenômenos básicos que envolvem a eletricidade, 
como atração e repulsão de cargas, até os fenômenos mais avan-
çados, como o funcionamento de motores elétricos, é importante 
para compreender como funcionam determinados equipamentos 
tecnológicos. É também fundamental entender que a produção de 
energia elétrica é um processo que muitas vezes prejudica o am-
biente e, por isso, seu consumo deve ser o mais racional possível.
QUESTÕES PARA REFLETIR
1. Observe a imagem ao lado e responda: Você já se imaginou vi-
vendo sem energia elétrica? Seria muito difícil? Justifique.
2. Como é realizado o cálculo do consumo de energia elétrica de 
um aparelho elétrico residencial? Explique.
46
Processos de transferência de calor
Como vimos, corpos em temperaturas diferentes têm energias térmicas dife-
rentes. Corpos nessa condição apresentam tendência ao equilíbrio térmico, esta-
belecido pela transferência de calor entre eles: o corpo com maior temperatura 
transfere parte de sua energia térmica ao corpo com menor temperatura. Há três 
maneiras possíveis de ocorrer a transferência de calor.
Exemplo 1
Ao assar um alimento em uma grelha (imagem A), a energia libe-
rada pela queima do carvão, contida na chama, é distribuída por to-
da a extensão do metal, e parte dela é transferida diretamente para 
o alimento através das frestas.
Nesse exemplo, a transferência de calor ocorre principalmente 
pelo contato direto entre a chama (fonte quente), o metal da grelha 
(fonte intermediária) e o alimento (fonte fria). Portanto, nessa situa-
ção, a transferência de calor depende de um meio material (a gre-
lha). O processo de transferência de calor com essas características 
é chamado condução.
Condução é o processo de transferência de calor por contato di-
reto entre os corpos, em que a energia é transferida de partícula a 
partícula, desde o corpo que está em contato com a fonte quente 
(de maior temperatura) até o corpo que está na região mais fria (de 
menor temperatura). Portanto, a transferência de calor por condu-
ção depende de um meio material.
Exemplo 2
O ar frio liberado por um aparelho de ar-condicionado tende a 
descer, pois o ar frio é mais denso do que o ar quente. Por isso, es-
ses aparelhos são instalados sempre na parte mais alta dos am-
bientes (imagem B). 
Nesse exemplo, a transferência de calor em um ambiente ocor-
re pela circulação do ar, e também há a dependência de um meio 
material (o próprio ar) para que essa transferência ocorra. O pro-
cesso de transferência de calor com essas características é cha-
mado convecção.
Convecção é o processo de transferência de calor em que a ener-
gia é transferida pelo movimento de um fluido (líquido ou gás) pro-
vocado pela diferença de temperatura. O fluxo formado é denomi-
nado corrente de convecção.
Exemplo 3
Entre o Sol e a atmosfera terrestre, há basicamente vácuo. Assim, 
a energia proveniente do Sol, que atinge continuamente a Terra, não 
depende de um meio material para ser transferida, e não há conta-
to direto entre a fonte quente, no caso, o Sol, e a fonte fria – a Terra. 
O processo de transferência de calor com essas características é 
chamado irradiação (imagem C).
Irradiação é o processo de transferência de calor em que a ener-
gia é transferidapor radiação eletromagnética. A irradiação ocorre 
mesmo na ausência de um meio material, ou seja, no vácuo.
Assim, entre outros fatores, interferem na transferência de calor: 
a existência ou não de contato entre os corpos que trocam calor, a 
necessidade ou não de um meio material para ocorrer a transferên-
cia de calor e a posição relativa entre os corpos. 
E
ug
en
e 
Vo
ro
nt
so
v/
S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
N
ay
po
ng
 S
tu
di
o/
S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
N
el
so
n 
A
nt
oi
ne
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
A
B
C
Carne e vegetais assando por condução.
O aparelho de ar-condicionado 
funciona por convecção.
O Sol atinge a Terra por irradiação.
120 Não escreva no livro.
A
nt
on
io
 S
al
av
er
ry
/
S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
Unidade
2
Corrente elétrica e circuitos elétricos 2
Produção e consumo de energia elétrica 3
Força elétrica e campo elétrico 1
Magnetismo e indução eletromagnética 4
A iluminação urbana alterou os 
hábitos das pessoas. Isso foi 
muito mais difundido após a 
invenção das lâmpadas elétricas. 
São Paulo. Foto de 2019. 
47
Energia interna
Além de energia potencial química e de energia cinética de translação, as partículas de um corpo apre-
sentam energia cinética de vibração e rotação.
A soma das energias cinética e potencial de todas as partículas de um corpo é chamada energia inter-
na, assim definida:
Energia interna é a soma da energia decorrente dos movimentos das partículas de um corpo (ener-
gia cinética) com a energia de ligação (energia potencial) entre átomos e moléculas.
Essa definição de energia interna decorre da teoria cinético-molecular. Nessa teoria, a matéria é en-
tendida como composta de minúsculas partículas, as quais, dependendo do estado físico do corpo, podem 
interagir entre si ou movimentar-se com maior ou com menor liberdade. O quadro abaixo ilustra essa aná-
lise para três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso.
Estado sólido Estado líquido Estado gasoso
No estado sólido, as partículas 
encontram-se próximas e 
apenas vibram em torno de uma 
posição média, como se cada 
uma estivesse ligada às outras 
por uma espécie de mola. Uma 
certa quantidade de matéria de 
uma mesma substância tem 
menor energia interna no estado 
sólido do que no estado líquido. 
Cores-fantasia.
No estado líquido, o grau de liberdade 
das partículas é maior que no estado 
sólido, pois as forças de coesão que as 
unem são menores. Além do 
movimento vibracional, as partículas 
têm movimento de translação, o que 
possibilita aos líquidos a capacidade de 
escoar, de fluir. Considerando-se 
massas iguais, um corpo no estado 
líquido apresenta mais energia interna 
do que no estado sólido. Cores-fantasia.
No estado gasoso, as partículas 
apresentam força de coesão quase 
nula, pois não há contato entre 
elas, a não ser quando colidem 
umas com as outras; as moléculas 
e os átomos apresentam maior 
liberdade para se mover. Porções 
iguais de determinada matéria têm 
maior energia interna no estado 
gasoso do que nos estados sólido 
ou líquido. Cores-fantasia.
Quanto mais intensa for a agitação das partículas de um corpo, maior será a energia interna desse cor-
po e, consequentemente, maior será sua temperatura.
Movimento browniano
No início do século XIX, o físico inglês Robert Brown (1773-1858) 
observou que grãos de pólen se moviam caoticamente dentro da 
água e imaginou que isso acontecia porque o pólen é um organismo 
vivo. No entanto, o mesmo movimento ocorria com pó de granito.
Esse movimento caótico, que desde então passou a ser conhe-
cido como movimento browniano, ficou sem explicação até que, 
em 1905, o então jovem cientista alemão Albert Einstein (1879-
-1955) concluiu, por meio de cálculos, que a causa desse movi-
mento aleatório eram as colisões entre um número enorme de 
moléculas de água e os grãos em suspensão no líquido.
O trabalho de Einstein permitiu determinar quantidades mi-
croscópicas, estabelecendo um elo com o trabalho de Avogadro. 
Por exemplo, em 1 grama de gás hidrogênio, existem 6,0 · 1023 
átomos de hidrogênio. Esse número é denominado constante 
de Avogadro.
Ilu
st
ra
çõ
es
: I
D
/B
R
Gráfico que ilustra o movimento 
browniano de uma partícula em 
suspensão na água.
250
210
0
10
20
30
40
50
60
240 230 220 210 0 10 20 x (mm)
y (mm)
Fa
c-
sí
m
ile
/ID
/B
R
Representação 
sem proporção 
de tamanho.
121Não escreva no livro.
CA
PÍ
TU
LO
1
 » Para começar
1. Explique com suas 
palavras o que é 
eletricidade. 
2. Experimente passar 
um pente plástico 
algumas vezes no 
cabelo e tente atrair 
pequenos pedaços 
de papel com ele. 
Por que os pedaços 
de papel são 
atraídos pelo pente?
FORÇA ELÉTRICA E 
CAMPO ELÉTRICO
ELETRICIDADE
A eletricidade tem papel fundamental na sociedade moderna. Não é possível 
imaginar a vida sem o conforto proporcionado pelos mais diversos equipamentos 
elétricos.
Os equipamentos elétricos são máquinas destinadas a transformar energia 
elétrica em outros tipos de energia (mecânica, térmica, luminosa, entre outras). 
A eletricidade e a gravidade, a princípio, podem parecer áreas bem distantes, 
porém, existem algumas similaridades entre elas.
Uma delas é a interação a distância. Assim como a massa dos corpos interage 
a distância pela força de atração gravitacional, duas cargas elétricas interagem a 
distância devido à força elétrica, com a diferença de que essa força pode ser de 
atração ou de repulsão.
Outra similaridade é que, em ambos os casos, ocorre a geração de campos. Da 
mesma maneira que a massa de um corpo gera um campo gravitacional, a carga 
elétrica gera no espaço um campo elétrico. 
Neste capítulo, você vai estudar a força elétrica e o campo elétrico.
Nesta imagem, é 
possível observar, por 
meio de limalhas de 
ferro, linhas de campo 
geradas por uma carga 
pontual (à esquerda) 
presentes externamente 
a um cilindro de metal 
(à direita).
Te
d 
K
in
sm
an
/S
ci
en
ce
 S
ou
rc
e/
Fo
to
ar
en
a
48 Não escreva no livro.
Abertura de 
capítulo
Um texto e uma 
imagem abrem o 
capítulo. Também 
traz questões sobre 
o que você já sabe 
do tema em estudo.
Boxe com informações 
que ampliam ou 
complementam o assunto.
Movimento browniano
No início do século XIX, o físico inglês Robert Brown (1773-1858) 
observou que grãos de pólen se moviam caoticamente dentro da 
água e imaginou que isso acontecia porque o pólen é um organismo 
vivo. No entanto, o mesmo movimento ocorria com pó de granito.
Esse movimento caótico, que desde então passou a ser conhe-
cido como movimento browniano, ficou sem explicação até que, 
em 1905, o então jovem cientista alemão Albert Einstein (1879-
-1955) concluiu, por meio de cálculos, que a causa desse movi-
mento aleatório eram as colisões entre um número enorme de 
moléculas de água e os grãos em suspensão no líquido. 0
10
20
30
40
50
60
y (mm)
energia
C
ENERGIA MECÂNICA
Em muitos casos, os corpos podem apresentar, ao mesmo tempo, as energias 
cinética e potencial. Durante um salto em uma apresentação, um ginasta possui 
ao mesmo tempo energia cinética e potencial gravitacional. Um automóvel des-
cendo uma ladeira também apresenta esses dois tipos de energia.
Como vimos, a soma da energia cinética (
energia mecânica (Emec), que é definida pela expressão:
Emec
Quando a atuação de forças não conservativas não altera a energia mecânica 
do sistema, este é denominado sistema conservativo
Conservação da energia mecânica 
Em um sistema conservativo, em qualquer instante do movimento, a soma da 
energia cinética com a energia potencial permanece inalterada, mesmo que es-
sas modalidades de energia se transformem de um tipo em outro.
Como exemplo dessa propriedade, imagine um skatista em uma pista própria 
para a prática desse esporte, conhecida como 
o skatista está inicialmente em repouso no topo da pista.
Desprezando os atritos e a resistência do ar, durante o movimento, o corpo (espor
tista 1 skate) está sob a ação daforça peso (conservativa) e da força normal (não 
conservativa). Nesse caso, a força normal não altera a energia mecânica do sistema 
e, portanto, o sistema pode ser considerado conservativo. Consequentemente:
 
 E 
mec
 f 5 E 
mec
i
No caso do movimento do skatista, pode-se representar as quantidades de 
energia cinética, energia potencial e energia mecânica em algumas posições, 
de acordo com a figura:
Visão panorâmica de um half pipe de 
bicycle motocross (BMX) e de skate, do 
U.S. Bank Stadium, em Minneapolis, 
Estados Unidos. Foto de 2017. 
Observando a figura acima e considerando que o skatista tenha partido do re-
pouso do topo da pista, pode-se concluir que:
1. Durante a descida: a altura e a energia potencial do corpo diminuem; a veloci-
dade e a energia cinética do corpo aumentam. Como a energia mecânica (soma 
das energias) é constante, a diminuição da energia potencial implica o aumen-
to da energia cinética.
2. No ponto mais baixo da trajetória:
las; a velocidade e a energia cinética do corpo são máximas. Consequentemente, 
toda a energia potencial inicial do corpo foi convertida em energia cinética.
3. Durante a subida: a altura e a energia potencial aumentam; a velocidade e a ener
gia cinética diminuem. Como a energia mecânica é constante (soma das ener
gias), a diminuição da energia cinética implica o aumento da energia potencial.
D
av
id
 B
er
di
ng
/Ic
on
 S
po
rt
sw
ire
 v
ia
 G
et
ty
 Im
ag
es
Acesse
 » Energia na pista de skate
Nesse simulador do projeto 
PhET Simulações Interativas, 
da Universidade do Colorado 
Boulder, é possível criar uma 
pista de skate e variar a in-
tensidade de algumas gran-
dezas físicas para analisar 
como a energia do sistema 
vai se comportar na situação 
que você propôs.
Disponível em: https://phet.colo-
rado.edu/pt_BR/simulation/ener-
gy-skate-park-basics. Acesso em: 
25 ago. 2020.
PARA EXPLORAR 
Variação das energias potencial e cinética em um sistema conservativo.
20Para explorar
Indicações de 
sites, livros, 
filmes, entre 
outras, para 
você explorar o 
assunto.
A variação na tensão entre diversos valores só é possível por-
que a corrente nos circuitos elétricos residenciais é alternada. 
O uso de transformadores de tensão – como aqueles empre-
gados em carregadores de bateria de telefone celular, que 
transformam 110 V ou 220 V em 3,6 V – permite ampliar ou 
diminuir valores de tensão, conforme a necessidade.
GERADORES
Um circuito elétrico, quando fechado e submetido a uma tensão elétrica entre dois pontos, 
estará sujeito ao estabelecimento de uma corrente elétrica. Entretanto, para que as cargas que 
constituem a corrente elétrica se movimentem, é necessária uma fonte que forneça energia a 
elas. Essa energia é fornecida por um dispositivo chamado gerador. Quanto maior a energia 
disponibilizada pelo gerador, maior será a tensão e, em consequência, maior a corrente elétrica 
passando pelo circuito.
Um gerador, portanto, é um dispositivo elétrico que mantém uma tensão elétrica entre 
dois pontos de um circuito, alimentando-o com energia elétrica.
Os geradores transformam diferentes tipos de energia em energia elétrica, gerando uma 
tensão entre seus polos. Veja alguns exemplos de geradores.
O gerador estabelece um campo elétrico nos condutores do circuito, e esse campo, por meio da força 
elétrica, coloca as cargas em movimento (corrente elétrica). É a diferença de potencial entre os polos do 
gerador que mantém a corrente elétrica em um circuito. Por convenção, a corrente elétrica estabelecida 
nos elementos do circuito é indicada como tendo um sentido do maior para o menor potencial elétrico. Já 
nos geradores elétricos é o oposto: do menor para o maior potencial.
Em um simples 
carregador de bateria de 
celular, há informações 
do transformador. Veja 
que, nesse modelo, o 
carregador é multivolt 
(de 100 V a 240 V) de 
entrada, e de saída é 
9,0 V.
M
ar
 d
e 
Pa
lh
a/
ID
/B
R
O gerador a gasolina 
transforma energia química em 
energia mecânica, que, por sua 
vez, é transformada em 
energia elétrica.
V
is
io
ns
i/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
O dínamo transforma energia 
mecânica em energia elétrica 
por meio de ímã e bobina.
W
E
E
R
A
C
H
AT
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
O painel solar transforma 
energia luminosa em energia 
elétrica por meio de células 
fotovoltaicas.
Jo
a 
S
ou
za
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
Pilhas e baterias transformam 
energia química em energia 
elétrica mediante reações 
químicas. 
R
ob
 B
ou
w
m
an
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
Guerra das correntes
Durante os primeiros anos de fornecimento de eletricidade, a corrente contínua (CC) foi determina-
da como padrão nos Estados Unidos, e Thomas Edison não estava disposto a perder os rendimentos 
de sua patente. Edison, que era inventor famoso e bem-sucedido, havia desenvolvido um medidor que 
permitia que a energia fosse cobrada proporcionalmente ao consumo, mas o medidor funcionava ape-
nas com corrente contínua. 
Alguns anos mais tarde, Nikola Tesla desenvolveu um sistema de geração, transmissão e uso da 
energia elétrica proveniente de corrente alternada (CA), que tinha como principal vantagem a segu-
rança. Tesla fez uma parceria com George Westinghouse, um empresário e engenheiro estaduniden-
se, para comercializar esse sistema. Westinghouse comprou com antecedência os direitos das paten-
tes do sistema polifásico de Tesla, driblando o monopólio de patentes reivindicado por Thomas Edison.
Hoje, a maior parte das residências é alimentada por eletricidade em corrente alternada, por ser 
considerada a mais segura. Talvez isso explique o fato de que praticamente nenhuma pessoa se 
preocupa em ser eletrocutada ao conectar um dispositivo elétrico em uma tomada. 
1. Por que você acha que Thomas Edison defendia o uso da corrente contínua, mesmo sabendo que 
a corrente alternada era mais segura?
2. Você acha que Westinghouse financiou os trabalhos de Tesla apenas porque a corrente alternada 
era a mais segura?
CI
ÊN
CI
A
 S
E 
DI
SC
UT
E
71Não escreva no livro.
Ciência se discute 
Apresenta debates, 
conflitos e controvérsias 
entre os próprios 
cientistas ou entre 
sociedade e ciência.
4 Não escreva no livro.
ATIVIDADES
2 Um aparelho de radar de um aeroporto emite micro-
-ondas de frequência 3 GHz e, em certo instante, 
detecta a presença de um avião a determinada dis-
tância. Nesse instante, sabe-se que o intervalo de 
tempo entre a emissão e a detecção das ondas 
emitidas é de 40 ms. Considere a velocidade de pro-
pagação das ondas eletromagnéticas no ar como 
sendo c = 3 ? 108 m/s.
a) Descreva o princípio de funcionamento de um 
radar.
b) Calcule o comprimento da micro-onda emitida 
pelo radar.
c) Calcule a distância entre o avião e o aeroporto na 
situação descrita.
d) Considerando-se que, após 4,5 segundos, uma 
nova micro-onda seja emitida pelo radar e o in-
tervalo de tempo entre a emissão e a detecção 
das ondas seja 34 ms, determine a nova posição 
do avião.
e) Calcule a velocidade média, em km/h, do avião 
entre o instante de detecção da primeira e da 
segunda micro-onda.
3 Uma partícula carregada com carga elétrica q 5 1 mC 
viaja com velocidade igual a 3 ? 104 m/s e entra em 
uma região de campo magnético uniforme, de in-
tensidade B 5 2 ? 1023 T. O ângulo entre a direção 
da velocidade e a das linhas de indução magnética 
é 120°. Caracterize a força magnética exercida na 
partícula.
Atividade resolvida
1 Uma bobina está ligada aos terminais de um am-
perímetro analógico (de ponteiro). Nessa situação, 
um ímã está próximo à bobina, como indicado na 
figura (em cores-fantasia). 
a) Descreva o que ocorre com a indicação do am-
perímetro quando o ímã está próximo da bobina 
e se movimenta em direção a ela. Identifique o 
fenômeno que ocasiona esse efeito.
b) Descreva o que ocorre com a indicação do am-
perímetro quando o ímã é afastado da bobina. 
Justifique sua resposta.
c) Caso o ímã pare muito próximo da bobina, qualserá a indicação do amperímetro?
d) Imagine que o amperímetro seja substituído por 
uma lâmpada de baixa potência. Identifique o 
fenômeno que ocorre com a lâmpada ao se 
aproximar o ímã.
e) Considerando o item d, identifique as transfor-
mações de energia que ocorrem nesse caso.
Resolução
a) Ao se aproximar o ímã da bobina, surge uma 
corrente induzida devido ao fenômeno da indu-
ção eletromagnética e, consequentemente, o 
amperímetro indicará um determinado valor de 
corrente.
b) Ao se afastar o ímã da bobina, também surge 
uma corrente induzida, porém o amperímetro 
indicará uma corrente em sentido oposto quan-
do comparado à situação em que o ímã se apro-
xima da bobina.
c) Quando o ímã fica parado, não surge corrente 
induzida e a indicação do amperímetro é zero.
d) Durante a aproximação do ímã, surge uma cor-
rente induzida, e, por isso, a lâmpada brilhará.
e) Como o ímã está em movimento, ele tem ener-
gia cinética. Pelo fenômeno da indução eletro-
magnética, uma parcela da energia do ímã será 
convertida em energia elétrica. Como a lâmpa-
da está presente no circuito, essa energia elé-
trica será convertida em energia térmica e ener-
gia luminosa.
S N
0 A
I III II
B
4 Caracterize a força magnética da situação expressa 
na atividade 3, considerando os mesmos dados, com 
exceção do sinal da partícula, agora carregada nega-
tivamente.
5 Veja a figura abaixo. Nela, I, II e III são trajetórias 
descritas por partículas que penetram em uma região 
de campo magnético uniforme, perpendicular ao 
plano do papel e entrando nele. Apresente uma 
justificativa para os desvios nas trajetórias I e II, 
enquanto a partícula que descreve a trajetória III 
segue em movimento retilíneo.
Ilu
st
ra
çõ
es
: I
D
/B
R
1
120°v
B
R
ei
na
ld
o 
V
ig
na
ti/
ID
/B
R
110 Não escreva no livro.
Atividades
Ao final dos 
capítulos, há um 
conjunto de 
atividades sobre os 
assuntos do capítulo. 
Pode incluir um 
exemplo de 
atividade resolvida.
PENSANDO CIÊNCIAS
COMO SABER SE UM CARRO É SEGURO?
Para um carro ser lançado no mercado, ele precisa passar por alguns testes que 
avaliam sua capacidade de proteger o motorista e os passageiros 
durante uma eventual colisão. Essa medida é necessária para 
reduzir a incidência de acidentes fatais. Mas que tipo de pro-
teção um carro é capaz de oferecer a seus ocupantes?
Em grupo, imaginem que vocês precisam avaliar a se-
gurança de um carro que está para ser lançado no próxi-
mo ano. De que maneira você e os colegas de grupo pode-
riam determinar se esse carro é seguro? 
 Decompondo o problema 
A pergunta “De que maneira é possível determinar se um carro é seguro?” es-
tá relacionada a um problema de complexa resolução. Por esse motivo, é neces-
sário dividir esse problema em outras questões mais simples, que envolvem, por 
exemplo, conhecer os itens de segurança de um veículo, analisar a dinâmica de 
uma colisão sob a perspectiva da Física e saber o que são os crash tests. 
Pesquisem e discutam questões como:
• Quais são os itens obrigatórios de segurança de um veículo? E os opcionais? 
• Que conceitos da cinemática se relacionam com esse problema? E da dinâmica?
• Quais são os tipos de colisão entre veículos mais comumente observados?
• Como testar os efeitos de uma colisão entre veículos?
 Reconhecendo padrões 
Considerando uma colisão frontal entre dois veículos, é possível perceber se-
melhanças entre essa situação e outras que envolvem o deslocamento de cor-
pos. Para reconhecer um padrão comum que ajude na resolução do problema, 
vamos partir da pergunta “Que conceitos da dinâmica se relacionam com a co-
lisão entre veículos?”.
A dinâmica é o ramo da mecânica que estuda as causas do movimento. Nesse 
contexto, a primeira lei de Newton explica a tendência de um corpo continuar em 
movimento, caso não seja aplicada uma força em sentido 
contrário ao de seu deslocamento. Assim, é possível 
entender por que uma pessoa vai para a frente quan-
do um ônibus freia bruscamente: por inércia, ela con-
tinua a realizar o movimento do ônibus por mais al-
gum tempo após a parada do veículo. 
Discutam se a inércia é um princípio que deve ser 
considerado ao se pensar na segurança de um veí-
culo, em caso de colisão. Realizem esta etapa para os 
demais problemas levantados anteriormente.
 Abstraindo o problema 
Entre os questionamentos levantados para cada problema na etapa anterior, 
alguns deles são pertinentes para se chegar à solução, enquanto outros são irre-
levantes. Nesta etapa, o objetivo é abstrair os pontos que não importam para a 
situação descrita.
No Brasil, metade das 
mortes registradas nas 
estradas federais é 
resultante de acidentes 
com colisão frontal de 
dois veículos.
Representação do 
movimento de uma 
pessoa no interior de 
um ônibus quando 
o veículo freia 
bruscamente. 
Cores-fantasia.
Ilustrações: Davi Augusto/ID/BR
42 Não escreva no livro.
ESTUDO DE CASO 
QUE LÂMPADA VOCÊ ESCOLHERIA PARA A SUA CASA?
Como engenheiro elétrico que estuda novas tecnologias de iluminação, as pes-
soas sempre me perguntam qual tipo de lâmpada elas devem usar em suas resi-
dências, comércios e indústrias. Com razão, elas se preocupam com os gastos que 
terão com a compra de um determinado tipo de lâmpada e com a conta de ener-
gia elétrica ao final do mês. 
Antes de nos aprofundarmos mais sobre isso, vale lembrar um pouco da his-
tória das lâmpadas. A primeira lâmpada incandescente foi criada em 1835 pelo 
inventor escocês James Bowman Lindsay (1799-1862), mas foi aprimorada por 
Thomas Edison (1847-1931), inventor estadunidense, e produzida em escala co-
mercial a partir de 1879. De lá para cá, vários tipos de lâmpada foram desenvol-
vidos, como, por exemplo, em ordem cronológica, as lâmpadas halógenas, as de 
neon, as fluorescentes e as de LED (do inglês light emitter diode – diodo emissor 
de luz). Essas últimas, de tecnologia mais recente, inicialmente eram usadas so-
mente como indicadores em aparelhos eletrônicos, mas hoje já são capazes de 
emitir mais luz, na cor branca, em forma de lâmpada. 
Hoje, as principais lâmpadas usadas para a iluminação de ambientes são a in-
candescente, a fluorescente e a de LED. Mas, dentre elas, alguma seria mais efi-
ciente do ponto de vista energético? E qual dessas lâmpadas seria mais vantajo-
sa considerando os custos de compra comparados à economia de energia?
Da esquerda para 
a direita, lâmpadas 
incandescente, 
fluorescente 
compacta e de LED. 
Embalagem de uma lâmpada 
de LED mostrando sua 
equivalência em relação a 
outros tipos de lâmpada. 
Reúna-se em grupo com os colegas para resolver as atividades a seguir.
1 Façam uma pesquisa e descrevam os diferentes processos que permitem que 
as lâmpadas incandescentes, as fluorescentes e as de LEDs emitam luz.
Lâmpadas certificadas pelo Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, 
Qualidade e Tecnologia) apresentam um selo em sua embalagem semelhan-
te ao da imagem à esquerda, do qual constam informações importantes 
sobre elas. 
2 Identifiquem quais são as informações constan-
tes do selo do Inmetro e, com base no que vocês 
já aprenderam sobre eletricidade, expliquem o 
que cada uma delas significa. Façam uma pes-
quisa, caso necessário.
Atualmente, as lâmpadas de LED são obrigadas 
a apresentar em suas embalagens um compara-
tivo de equivalência com as lâmpadas incandes-
centes e fluorescentes, como mostra a imagem à 
direita. A tabela a seguir também mostra a equi-
valência entre diferentes lâmpadas. 
Selo do Inmetro em 
embalagem de lâmpada 
de LED. 
S
om
ch
ai
 S
om
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
va
ak
a/
S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
S
om
ch
ai
 S
om
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
In
m
et
ro
/ID
/B
R
E
lle
nM
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
112 Não escreva no livro.
6 Na figura (em cores-fantasia), estão representados 
os polos de dois ímãs permanentes, próximos um do 
outro. Descreva o desvio que ocorrerá na trajetória 
de uma partícula carregada negativamente,ao pe-
netrar na região entre esses dois polos com a velo-
cidade v indicada na figura.
A barra tem suas extremidades marcadas com as 
letras P e Q, e o eixo que liga essas duas extremidades 
apresenta direção ortogonal às linhas de campo e 
paralela à direção horizontal.
a) Caracterize a direção e o sentido da força magné-
tica que atua nos elétrons livres da barra ao pas-
sar entre os ímãs.
b) Identifique o sinal das cargas que ficam concen-
tradas nas regiões P e Q.
c) Represente a força eletromotriz induzida que 
surge na barra, utilizando o símbolo de um gera-
dor ideal.
11 Atualmente, é comum o uso de lanternas dotadas de 
um sistema de recarregamento. Em vez de pilhas 
convencionais, essas lanternas têm em seu interior 
um ímã e uma bobina. Agitando a lanterna continua-
mente, de modo que o ímã percorra a bobina de um 
lado para outro no interior da lanterna, sua bateria 
é recarregada. Explique como isso ocorre, levando 
em conta o conceito de corrente elétrica induzida.
12 Um ímã sobre rodas se aproxima de uma espira 
condutora circular, como mostra a figura abaixo (em 
cores-fantasia).
S
N
S
N2 v
7 A figura abaixo representa as linhas de indução mag-
nética de um campo uniforme, de intensidade 
B 5 5 ? 1023 T. Obtenha as características da força 
magnética que agirá em uma carga q 5 2 nC ao pene-
trar nessa região com uma velocidade v 5 2 ? 105 m/s, 
com o sentido indicado na figura.
v
B
8 Um fio retilíneo é percorrido por uma corrente elétri-
ca de intensidade 5 A. Um trecho desse fio, com 20 cm 
de comprimento, é imerso em uma região que apre-
senta um campo magnético constante de intensida-
de 4 ? 1023 T. Calcule a intensidade da força magné-
tica que atua nesse trecho do fio nos casos em que:
a) o fio é colocado paralelamente às linhas de indu-
ção magnética;
b) o fio é colocado perpendicularmente às linhas de 
indução magnética.
9 Dois fios retilíneos e paralelos, separados por 1 cm, 
são percorridos por correntes elétricas de intensida-
de igual a 10 A, ambas no mesmo sentido. Calcule a 
intensidade da força magnética entre os fios para 
cada trecho de 1 m. Em seguida, justifique se essa 
força é de atração ou de repulsão.
Considere a permeabilidade magnética do meio 
m 0 5 4p ? 1027 T ? m/A.
10 Uma barra de ferro cai em queda livre até passar por 
uma região entre dois ímãs, de acordo com a figura 
a seguir (em cores-fantasia).
S
S
N
N
P
Q
B
v
espira circular
NS
v
No instante t 0 5 0, o campo magnético no centro da 
espira, devido ao ímã, tem módulo B 0 5 0,2 T. No 
instante t 5 0,2 s, o ímã está em uma posição mais 
próxima da espira, e o campo magnético no seu cen-
tro tem módulo B 5 0,4 T. A área da espira é 0,5 m2, 
e o fio da espira tem resistência elétrica de 4 V.
a) Calcule o fluxo magnético nos instantes t e t 0 .
b) Calcule a variação do fluxo magnético entre os 
instantes t e t 0 .
c) Determine a fem (força eletromotriz) induzida.
d) Determine a corrente induzida.
e) Calcule a potência dissipada na espira em decor-
rência do efeito Joule.
13 A respeito dos telefones móveis e dos aparelhos de 
rádio, faça o que se pede.
a) Identifique uma diferença entre um aparelho de 
telefone celular e um rádio convencional.
b) Explique por que, dependendo do local onde se 
está, um telefone celular fica sem “sinal”.
Ilu
st
ra
çõ
es
: S
et
up
 
B
ur
ea
u/
ID
/B
R
Representação sem 
proporção de tamanho.
Representação sem 
proporção de tamanho.
111Não escreva no livro.
Considerando que a inércia é um dos conceitos da dinâmica que se relacionam com a co-
lisão entre dois veículos, é possível pensar no que um carro deve oferecer para minimizar a 
consequência desse evento, em uma situação em que ele for inevitável. Se o corpo é projeta-
do para a frente durante uma colisão, o veículo precisa oferecer dispositivos que reduzam ou 
amorteçam a projeção de seus passageiros. 
Entre os itens de segurança oferecidos pelos veículos, analisem quais deles atuam para 
minimizar o efeito da inércia durante uma colisão, descartando aqueles que não estejam di-
retamente relacionados com isso – como as luzes diurnas, por exemplo, que ajudam a tornar 
o veículo visível durante o dia. Entre os itens selecionados, avaliem quais características do 
modelo influenciam essa proteção e quais não influenciam. Considerem ainda o modelo bá-
sico de cada item, geralmente presente em carros populares, bem como os modelos instala-
dos apenas em alguns veículos, organizando em uma tabela as informações encontradas.
Item de segurança Esse item se relaciona com a inércia?
Modelos 
básicos
Modelos 
avançados Custo
Luzes diurnas Não — — —
Cinto de segurança ///////////////////////////// //////////////////// //////////////////// /////////////////
///////////////////////// ///////////////////////////// ///////////////////// //////////////////// /////////////////
Organizem tabelas com a informações encontradas sobre os demais pontos levantados 
na etapa Decompondo o problema, realizando pesquisas sempre que necessário.
 Buscando soluções 
Em grupo, discutam uma possível solução para o problema “De que maneira é possível de-
monstrar que um carro é seguro?”. É importante compartilhar as ideias com o professor, a fim 
de que ele avalie a pertinência do método e sua operacionalidade.
 Elaborando o algoritmo 
Vamos agora elaborar o algoritmo para a solução do problema, isto é, o passo a passo do 
que deve ser feito, indicando os materiais e a sequência de etapas a serem realizadas. 
Um exemplo de algoritmo é o procedimento para se fazer cubos de gelo: 
1) pegue uma fôrma para cubos de gelo e enxágue-a com água 
para retirar eventuais restos de gelo remanescente; 2) encha cada 
espaço da fôrma com água potável à temperatura ambiente, toman-
do cuidado para que o nível da água não ultrapasse a borda da fôr-
ma; 3) coloque a fôrma de gelo no interior do freezer (com tempe-
ratura igual ou inferior a 0 ºC), acomodando-a de modo que ela fique 
na horizontal; 4) após cerca de três horas, retire a fôrma do freezer 
e verifique se a água em seu interior se solidificou; 5) remova os 
cubos de gelo torcendo a fôrma até que eles se desprendam e pos-
sam ser retirados com as mãos ou com um utensílio.
Com base nas informações pesquisadas, elaborem o algoritmo 
para determinar a segurança de um carro.
PARA DISCUTIR
1 Compartilhem com os demais grupos o algoritmo que vocês desenvolveram e comparem-
-nos. Quais são as diferenças e as semelhanças entre eles?
2 Algum dos algoritmos inclui cálculos? Se sim, avaliem como isso é feito. Caso contrário, 
discutam de que maneira a Matemática poderia ser incorporada à solução do problema. 
3 Quais foram as maiores dificuldades enfrentadas durante esta atividade? De que manei-
ra elas foram superadas? 
O
lg
a 
D
ub
ra
vi
na
/S
hu
tt
er
st
oc
k.
co
m
/ID
/B
R
Preparativo para fazer cubos de gelo em 
uma fôrma.
43Não escreva no livro.
TABELA DE EQUIVALÊNCIA ENTRE LÂMPADAS (VALORES APROXIMADOS)
Lâmpada
incandescente
Lâmpada fluorescente 
compacta
Lâmpada de 
LED Fluxo luminoso (lm)
40 W 10 W 7 W 600
60 W 15 W 9 W 850
75 W 20 W 12 W 1 200
100 W 25 W 15 W 1 500
Fonte de pesquisa: Tabela de equivalência Abilumi (2020). Associação Brasileira de Fabricantes e Importadores 
de Produtos de Iluminação (Abilumi). Disponível em: https://www.abilumi.org.br/tabela-de-equivalencia-
abilumi-2020/. Acesso em: 6 jul. 2020.
3 Analisem a tabela e identifiquem qual parâmetro é usado para estabelecer a equivalên-
cia entre diferentes tipos de lâmpada. Expliquem o que significa afirmar que determina-
do tipo de lâmpada equivale a outro tipo. 
4 Analisando a tabela, podemos dizer que a quantidade de energia consumida por uma 
lâmpada tem relação direta com sua capacidade de iluminar um ambiente? Justifiquem 
sua resposta.
5 Determinem qual tipo de lâmpada é o mais eficiente e qual é o menos eficiente em termos 
de consumo de energia elétrica convertida em iluminação. Para isso, produzam um gráfico 
comos dados da tabela e identifiquem nele os elementos que embasaram a resposta.
A eficiência energética entre diferentes tipos de lâmpada também pode ser compara-
da de outra maneira. Por exemplo, um grupo de pesquisadores do Laboratório de Física 
da Unijuí (RS) realizou um experimento no qual mediram a temperatura dentro de uma 
caixa de isopor, ao longo do tempo, onde se encontrava acesa uma lâmpada incandes-
cente (100 W), depois uma fluorescente (20 W) e, por fim, uma de LED (15 W), sendo elas 
equivalentes entre si. O gráfico a seguir mostra os resultados obtidos.
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (0
C)
1 11 21
Tempo (min)
Incandescente
Fluorescente
LED
31 41 51 61
120
100
80
60
40
20
Fonte de pesquisa: DallabriDa, 
E. C.; Gonçalves, C. M.; Piovesan, 
T. R. Análise comparativa da 
eficiência energética em 
lâmpadas incandescentes, 
fluorescentes e LED1. In: Salão 
do Conhecimento Unijuí 2015, 
Ijuí. Anais […]. Ijuí: Unijuí, 2015. 
Disponível em: https://www.
publicacoeseventos.unijui.edu.
br/index.php/
salaoconhecimento/article/
view/4990/4176. Acesso em: 
6 jul. 2020.
6 Analisem o gráfico e expliquem por que podemos afirmar que esse experimento compa-
rou realmente a eficiência energética dos três tipos de lâmpada.
7 Considerem que a vida útil aproximada da lâmpada incandescente é mil horas; a da fluo-
rescente, 6 mil horas; e a de LED, 30 mil horas. Pesquisem o preço médio de cada um 
desses tipos de lâmpada, no município em que vocês vivem, e comparem os preços de 
lâmpadas equivalentes entre si. Com base nessas informações, qual das lâmpadas tem 
o preço mais vantajoso e qual tem o preço menos vantajoso a curto prazo (por exemplo, 
seis meses de uso contínuo)? E a longo prazo (por exemplo, três anos de uso contínuo)? 
Construam um gráfico com esses dados e apontem nele os elementos que embasaram a 
resposta de vocês. 
8 Qual dos três tipos de lâmpada vocês escolheriam para usar na residência de vocês? 
Justifiquem a resposta.
TEMPERATURA POR TIPO DE LÂMPADA
ID
/B
R
113Não escreva no livro.
Nessas condições, é correto afirmar que o mó-
dulo da força de reação feita pelo pilar da direi-
ta na tábua é
a) 600 N. 
b) 500 N. 
c) 400 N. 
d) 300 N. 
e) 200 N.
6 Uma escada de metal com peso igual a 80 N é 
apoiada na parede, conforme a figura abaixo.
 II. Na colisão inelástica, o momento linear e a 
energia cinética não se conservam.
III. O momento linear se conserva tanto na co-
lisão elástica quanto na colisão inelástica.
IV. A energia cinética se conserva tanto na co-
lisão elástica quanto na colisão inelástica.
Analise a alternativa correta. 
a) Somente a afirmativa III é verdadeira. 
b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. 
c) Somente a afirmativa IV é verdadeira. 
d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. 
e) Todas as afirmativas são verdadeiras.
10 Leia o trecho a seguir, do livro Memórias pós-
tumas de Brás Cubas, de Machado de Assis.
Que escapou a Aristóteles
Outra coisa que também me parece metafí-
sica é isto: – Dá-se movimento a uma bola, por 
exemplo; rola esta, encontra outra bola, trans-
mite-lhe o impulso, e eis a segunda bola a rolar 
como a primeira rolou. Suponhamos que a pri-
meira bola se chama… Marcela, – é uma sim-
ples suposição; a segunda, Brás Cubas; – a ter-
ceira, Virgília. Temos que Marcela, recebendo 
um piparote do passado, rolou até tocar em Brás 
Cubas, – o qual, cedendo à força impulsiva, en-
trou a rolar também até esbarrar em Virgília, que 
não tinha nada com a primeira bola; e eis aí co-
mo, pela simples transmissão de uma força, se 
tocam os extremos sociais, e se estabelece uma 
coisa que poderemos chamar – solidariedade 
do aborrecimento humano. Como é que este 
capítulo escapou a Aristóteles?
Machado de assis, J. M. Memórias póstumas de Brás 
Cubas. São Paulo: Abril Cultural, 1971. p. 73.
a) Esquematize a situação descrita no texto, 
mostrando as sucessivas colisões mencio-
nadas e indicando, por meio de setas, as 
velocidades de cada bola (com o respectivo 
nome da personagem) em cada colisão.
b) Apenas para efeito de cálculo, considere apro-
ximadamente iguais as massas das três per-
sonagens. Determine a razão entre a veloci-
dade final de Virgília e a inicial de Marcela.
c) O autor utiliza um termo que dá a ideia de 
início ao movimento das bolas. Identifique 
esse termo e associe-o a uma grandeza fí-
sica coerente com a situação descrita.
d) No texto, menciona-se a transmissão de 
certa grandeza física em cada colisão. Mas 
há um erro conceitual, do ponto de vista da 
Física. Identifique-o e corrija-o, com base nos 
conhecimentos adquiridos neste capítulo.
a) Faça um esquema representando todas as 
forças que atuam na escada.
b) Calcule o torque realizado pela força peso.
7 (Enem) Durante um reparo na Estação Espacial 
Internacional, um cosmonauta, de massa 90 kg, 
substitui uma bomba do sistema de refrigeração, 
de massa 360 kg, que estava danificada. Ini-
cialmente, o cosmonauta e a bomba estão em 
repouso em relação à estação. Quando ele 
empurra a bomba para o espaço, ele é empur-
rado no sentido oposto. Nesse processo, a 
bomba adquire uma velocidade de 0,2m/s em 
relação à estação. Qual é o valor da velocidade 
escalar adquirida pelo cosmonauta, em relação 
à estação, após o empurrão?
a) 0,05 m/s 
b) 0,20 m/s 
c) 0,40 m/s 
d) 0,50 m/s 
e) 0,80 m/s
8 (Unicamp-SP) Beisebol é um esporte que en-
volve o arremesso, com a mão, de uma bola de 
140 g de massa na direção de outro jogador que 
irá rebatê-la com um taco sólido. Considere que, 
em um arremesso, o módulo da velocidade da 
bola chegou a 162 km/h, imediatamente após 
deixar a mão do arremessador. Sabendo que o 
tempo de contato entre a bola e a mão do joga-
dor foi de 0,07 s, o módulo da força média 
aplicada na bola foi de
a) 324,0 N. 
b) 90,0 N. 
c) 6,3 N. 
d) 11,3 N.
9 (Udesc) Com relação às colisões elásticas e 
inelásticas, analise as proposições.
 I. Na colisão elástica, o momento linear e a 
energia cinética não se conservam.
3 m
4 m
P
C
S
et
up
 B
ur
ea
u/
ID
/B
R
45Não escreva no livro.
CIÊNCIA TEM HISTÓRIA
As primeiras medições de calor
As primeiras explicações sobre o calor surgiram da 
tentativa de compreender o fogo. No século XVII, o 
químico e médico alemão Georg Ernst Stahl (1659- 
-1734) sugeriu uma substância que chamou flogís-
tico, à qual atribuiu o poder de combustão dos corpos, 
ou seja, materiais combustíveis continham bastante 
flogístico; à medida que queimavam, essa substância 
era consumida. A ideia do flogístico não foi a única 
para descrever o calor. O filósofo britânico Francis 
Bacon (1561-1626) pensou na hipótese de que o ca-
lor era composto de partículas em movimento.
As ideias de Bacon e de Stahl foram rejeitadas pe-
lo químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-
-1794) no século XVIII, quando esse cientista desco-
briu que a combustão é uma reação com o oxigênio 
presente no ar. Para Lavoisier, o calor gerado era de-
vido a um fluido imponderável, ou seja, sem massa, 
que, mais tarde, foi denominado por ele calórico. Es-
sa substância, segundo Lavoisier, seria transferida 
de um corpo para outro, mas a quantidade total de 
calórico se conservaria, ou seja, haveria uma lei da 
conservação do calórico. Até então, existiam duas li-
nhas de pensamento entre os cientistas: uma que 
considerava o calor como substância e outra que o 
associava ao movimento das partículas do corpo.
A proposta da existência do calórico foi superada 
no século XIX, quando o filósofo anglo-estaduniden-
se Benjamin Thompson, o conde de Rumford (1753-
-1814), então ministro da Guerra da Grã-Bretanha, 
ao inspecionar uma fábrica de canhões, observou que 
o atrito da broca com o metal esquentava-o mesmo 
quando este era resfriado continuamente com água. 
O atrito entre a broca e o canhão sugeria que o calóri-
co poderia ser criado sempre, de maneira ilimitada – 
e isso violava o princípio da conservação do calórico 
proposto por Lavoisier.
Após o surgimento das primeiras máquinas a va-
por, que funcionavam pelatransferência de calor de 
uma fonte quente para outra fria, a ideia de calor 
como substância ganhou força com o físico e enge-
nheiro mecânico francês Sadi Carnot (1796-1832), 
que fez a seguinte analogia: a realização de trabalho 
de uma queda-d’água ao empurrar uma roda-d’água 
é semelhante à transferência de calórico da fonte 
quente para a fonte fria.
O físico inglês James Prescott Joule (1818-1889), 
no século XIX, criou a teoria do princípio da conser-
vação da energia mecânica – era o fim da teoria do 
calor como substância. Além disso, coube a ele a ela-
boração de um experimento para calcular o valor do 
equivalente mecânico do calor. O mecanismo (veja 
esquema abaixo) consistia em um reservatório de 
água dentro do qual foram introduzidas pás que gi-
ravam quando impulsionadas pela queda de dois 
corpos de massas conhecidas. A rotação das pás au-
mentava a agitação das moléculas de água, acarre-
tando um aumento de temperatura. O famoso meca-
nismo permitiu concluir que uma caloria é a energia 
necessária para elevar a temperatura de 1 grama de 
água de 14,5 °C para 15,5 °C, sendo equivalente a um 
trabalho de 4,186 newton-metro (unidade que, após 
a morte do cientista, recebeu o nome de joule).
manivela roldana
roldana
água
peso
pesopá
Reprodução do experimento de Joule para a determinação do 
equivalente mecânico do calor, em 1845. Cores-fantasia.
S
et
up
 B
ur
ea
u/
ID
/B
R
Representação 
sem proporção 
de tamanho.
PARA DISCUTIR
1 Descreva a diferença entre a definição de calor dada por Lavoisier e a adotada pela ciência 
atualmente.
2 Explique o que levou a teoria do calórico ao declínio.
3 Ao confrontar as teorias atuais às primeiras tentativas de explicar algum fenômeno, muitas 
vezes se pensa que a aceitação das ideias iniciais é absurda. Em sua opinião, explique se a 
ideia da existência do calórico, para a época, era irreal.
125Não escreva no livro.
PRÁTICAS DE CIÊNCIAS
CONSTRUINDO UMA RODA-D’ÁGUA
Nesta atividade, você e os colegas vão confec-
cionar uma roda-d’água, a fim de analisar as trans-
formações de energia que ocorrem nesse tipo de 
máquina. 
Material
• 10 colheres descartáveis de plástico
• disco de isopor 
• 2 pratos descartáveis de plástico
• espeto de madeira
• balde de tamanho médio
• cola
• tesoura 
• barbante 
• clipe de papel
Como fazer
1 Prepare o disco de isopor para ser o eixo da 
roda-d’água. Inicialmente, corte o disco de mo-
do que seu diâmetro seja menor que o do prato 
de plástico. Com cuidado, prenda as colheres no 
disco de isopor (caso necessário, corte o cabo 
das colheres), garantindo que suas concavida-
des estejam voltadas para a mesma direção e 
espaçadas de maneira uniforme ao redor do 
disco, como mostra a imagem a seguir.
2 Utilize uma régua e um lápis para localizar os 
centros dos pratos e do disco de isopor. Em se-
guida, com o espeto de madeira, faça um orifício 
nesses centros, garantindo uma pequena folga 
entre o orifício e o espeto.
3 Cole os pratos nas faces do disco de isopor, ga-
rantindo que os orifícios estejam alinhados. Es-
pere a cola secar e, em seguida, insira o espeto 
de madeira (verificando se ele se encaixa com 
um pouco de folga), como mostrado a seguir.
4 Amarre e prenda um pedaço de barbante no fi-
nal do eixo e, em seguida, prenda um clipe de 
papel na outra extremidade do barbante. Colo-
que sua roda em um balde ou em uma pia, onde 
você possa acessar a água. Lentamente, despe-
je água nas colheres e observe a roda girar, iden-
tificando o movimento do clipe de papel.
Para concluir
1 Identifique os tipos e as transformações de ener-
gia envolvidos no experimento.
2 Em grupos, procurem identificar a presença de 
rodas-d’água nas proximidades da escola ou no 
município em que vocês vivem. Se houver equi-
pamentos desse tipo, busquem descobrir para 
que são utilizados.
3 Ainda em grupos, pesquisem em livros e sites 
confiáveis a importância histórica da roda-d’água 
para as atividades humanas.
Colagem das peças 
e inserção do eixo 
(espeto de madeira).
Determinação do 
centro do conjunto 
para o posterior 
posicionamento 
ideal do eixo da 
roda-d’água.
Prato de plástico (em 
laranja), disco de 
isopor e colheres 
encaixadas no disco 
de modo simétrico.
Fo
to
gr
af
ia
s:
 M
ar
 d
e 
Pa
lh
a/
ID
/B
R
Roda-d’água finalizada.
Atenção!
Manuseie com 
cuidado o espeto de 
madeira, evitando 
acidentes.
26 Não escreva no livro.
Questões globais
Questões mais elaboradas e/ou atividades de vestibulares do país e do Enem 
para você se familiarizar com os exames de ingresso no Ensino Superior.
Ciência, tecnologia e sociedade
Apresenta um texto de circulação social e 
estimula a reflexão sobre ciência e 
tecnologia e suas implicações na sociedade.
Ciência tem história
Apresenta e discute o 
contexto em que 
algumas das ideias 
científicas foram 
construídas, 
estimulando a 
discussão e a reflexão.
Práticas de Ciências
Atividades práticas, 
experimentais e 
investigativas 
levam você a 
desenvolver as 
várias formas de 
investigação 
próprias da ciência.
AT
IV
ID
A
DE
S
SE
ÇÕ
ES
Pensando Ciências
Apresenta um problema/uma questão a 
ser solucionado(a) por meio da aplicação 
do pensamento computacional.
Estudo de caso
Texto narrativo em que uma personagem 
ou um narrador apresenta uma situação-
-problema, para que você e os colegas 
discutam e, em grupo, proponham uma 
solução e/ou interpretação para o caso.
ROTEIRO
2. Supondo a existência de uma 
máquina com rendimento 
maior que 100%, formule hi-
póteses para explicar como 
seria o funcionamento dela.
Roteiro
Ao longo dos 
capítulos, 
atividades 
trabalham os 
conteúdos dos 
tópicos 
estudados.
QUESTÕES GLOBAIS
1 (Enem) A tabela abaixo apresenta alguns exem-
plos de processos, fenômenos ou objetos em 
que ocorrem transformações de energia. Nessa 
tabela, aparecem as direções de transformação 
de energia. Por exemplo, o termopar é um dis-
positivo onde a energia térmica se transforma 
em energia elétrica.
De
Em Elétrica Química Mecânica Térmica
Elétrica transfor-mador – – termopar
Química – – – reações en-dotérmicas
Mecânica – dinami-te pêndulo –
Térmica – – – fusão
Dos processos indicados na tabela, ocorre con-
servação de energia
a) em todos os processos.
b) somente nos processos que envolvem trans-
formação de energia sem dissipação de 
calor.
c) somente nos processos que envolvem trans-
formação de energia mecânica.
d) somente nos processos que não envolvem 
energia química.
e) somente nos processos que não envolvem 
nem energia química nem energia térmica.
2 (UFPB) Em um trecho do trajeto João Pessoa-
-São Paulo, um avião desloca-se horizontal-
mente e com velocidade constante. Admita 
que as únicas forças que atuam sobre o avião 
são: a força propulsora gerada pelas turbinas, 
a força de resistência do ar (atrito) e a força 
peso. Com relação aos trabalhos realizados 
por essas forças, considere as seguintes iden-
tificações:
• TT: trabalho realizado pela força propulsora 
das turbinas.
• TR: trabalho realizado pela força de resistência 
do ar.
• TP: trabalho realizado pela força peso do avião.
Com base no exposto, é correto afirmar:
a) TR 5 TT, TR 5 0 
b) TR 5 2TT, TP 5 0 
c) TR 5 TT, TP . 0 
d) TR 5 2TT, TP . 0 
e) TR 5 0, TP 5 2TT
1 m
0
polo
0,5 m 0,5 m
NA
Pt
Pr
NB
S
et
up
 B
ur
ea
u/
ID
/B
R
3 (Unicamp-SP) As eclusas permitem que as em-
barcações façam a transposição dos desníveis 
causados pelas barragens. Além de ser uma 
monumental obra de engenharia hidráulica, a 
eclusa tem um funcionamento simples e eco-
nômico. Ela nada mais é do que um elevador de 
águas que serve para subir e descer as embar-
cações. A eclusa de Barra Bonita, no rio Tietê, 
tem um desnível de aproximadamente 25 m. 
Qual é o aumento da energia potencial gravita-
cional quando uma embarcação de massa 
m 5 1,2 ? 104 kg é elevada na eclusa?
a) 4,8 ? 102 J 
b) 1,2 ? 105 J 
c) 3,0 ? 105 J 
d) 3,0 ? 106 J
4 (Unesp) Um engenheiro pretende comprar um 
guindaste e obtém a tabela seguinte, que rela-ciona suas características técnicas.
Carga máxima que suporta 12 000 kg
Altura máxima a que é capaz de 
elevar a carga 10 m
Tempo máximo para elevar a carga 
à altura máxima 10 s
Considerando a aceleração da gravidade local 
igual a 10 m/s2, o guindaste pesquisado tem 
potência igual a
a) 100 kW. 
b) 110 kW. 
c) 120 kW. 
d) 130 kW. 
e) 140 kW.
5 (UFPB) Durante a cheia de um rio, a comunida-
de ribeirinha teve que construir pontes impro-
visadas, utilizando tábuas de madeira. A figura 
a seguir mostra o esquema de uma ponte onde 
uma tábua homogênea de massa 10 kg é apoia-
da em dois pilares fincados no solo, distantes 
2 m entre si.
Suponha que um ribeirinho com 60 kg de mas-
sa está sobre a tábua a 0,5 m do pilar da direita.
44 Não escreva no livro.
CIÊNCIA, TECNOLOGIA E SOCIEDADE
Carro elétrico: sua história é tão velha quanto o próprio automóvel 
É difícil precisar quando o carro elétrico foi inven-
tado. […]
Sabe-se, contudo, que, já no século XIX, inventores 
na Hungria, Países Baixos e Estados Unidos trabalha-
vam em projetos do tipo, independentemente.
A ideia deles era criar um veículo movido a bateria. 
E, nessa mesma época, ainda estava em desenvolvi-
mento o próprio carro movido a combustão, como o 
conhecemos hoje.
O carro a combustão e o elétrico
[…]
[…] por volta de 1890, já havia uma frota de táxis elé-
tricos rodando em Nova York. E os automóveis, em geral, 
foram se tornando mais acessíveis e se popularizando.
No início do século XX, as lojas ofereciam carros 
elétricos, a combustão, ou a vapor. Este último sendo 
a tecnologia mais antiga entre as três e, basicamente, 
movido a água.
[…]
Nessa época, o carro elétrico tinha tudo para ven-
cer a disputa de mercado, por ser o mais silencioso, 
prático e limpo. Só que, aí, a indústria petroleira pas-
sou na frente.
O petróleo matou o carro elétrico?
Quando a categoria dos elétricos tinha tudo para ser 
a mais vendida, o automóvel ainda era um bem oneroso.
E os movidos a bateria eram ainda mais caros, cus-
tando cerca de US$ 1 750, em comparação aos movidos 
a gasolina, vendidos por em torno de US$ 650, segun-
do o Departamento de Energia dos Estados Unidos.
Essa era a realidade em 1912, e o carro elétrico pou-
co avançou nos anos subsequentes. Na década de 1920, 
[o] petróleo foi encontrado em larga escala nos Estados 
Unidos, barateando a gasolina. 
Logo, um lobby se formou ao redor da matéria-pri-
ma. Sua exploração levou, inclusive, ao massacre de 
comunidades indígenas detentoras dos direitos sobre 
as terras que a ofereciam.
Com isso, a gasolina se tornou a fonte de energia 
mais facilmente disponível, tornando o carro elétrico 
ainda menos atrativo em comparação ao movido a 
combustão.
Por fim, a expansão das estradas pavimentadas ter-
minou de sepultar os carros a bateria. Com a maior 
possibilidade de locomoção, a disponibilidade de com-
bustível se tornou um diferencial.
A volta dos elétricos
Hoje, o carro elétrico está voltando à disputa. Com a 
ameaça do aquecimento global e legislações ambien-
tais exigentes ao redor do mundo, a tecnologia está no 
alvo das fabricantes automotivas. 
[…]
Isso não quer dizer que [os elétricos] sejam desne-
cessários – afinal, carros a combustão são igualmente 
atrasados, apesar da vantagem econômica –, mas sig-
nifica que precisam evoluir, para seu bem e [para] o 
nosso, também.
Carro elétrico: sua história é tão velha quanto o próprio automóvel. Autopapo, 27 mar. 2020. 
Disponível em: https://autopapo.uol.com.br/noticia/carro-eletrico-historia/. Acesso em: 13 jul. 2020. 
Flocken Elektrowagen, de 1888: o carro elétrico existe 
desde o século XIX. Foto de 2011.
Fr
an
z 
H
aa
g/
A
ce
rv
o 
do
 fo
tó
gr
af
o
PARA DISCUTIR
1 Os carros elétricos apresentavam vantagens em relação aos carros a gasolina. Então, por que foram 
deixados de lado por tanto tempo?
2 Por quais razões os carros elétricos voltaram a ganhar destaque atualmente? 
3 Quais são os desafios a serem superados para que esse tipo de veículo tenha relevância no cenário 
mundial?
154 Não escreva no livro.
5Não escreva no livro.
6
(CGEB1) Valorizar e utilizar os conhecimentos historicamente construídos sobre o mundo físico, 
social, cultural e digital para entender e explicar a realidade, continuar aprendendo e colaborar 
para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. 
(CGEB2) Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo 
a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, 
elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas e criar soluções (inclusive tecnológicas) 
com base nos conhecimentos das diferentes áreas. 
(CGEB4) Utilizar diferentes linguagens – verbal (oral ou visual-motora, como Libras, e escrita), 
corporal, visual, sonora e digital –, bem como conhecimentos das linguagens artística, matemática 
e científica, para se expressar e partilhar informações, experiências, ideias e sentimentos em 
diferentes contextos e produzir sentidos que levem ao entendimento mútuo. 
(CGEB5) Compreender, utilizar e criar tecnologias digitais de informação e comunicação de forma 
crítica, significativa, reflexiva e ética nas diversas práticas sociais (incluindo as escolares) para se 
comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e 
exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva. 
(CGEB7) Argumentar com base em fatos, dados e informações confiáveis, para formular, negociar 
e defender ideias, pontos de vista e decisões comuns que respeitem e promovam os direitos 
humanos, a consciência socioambiental e o consumo responsável em âmbito local, regional e 
global, com posicionamento ético em relação ao cuidado de si mesmo, dos outros e do planeta. 
(CGEB8) Conhecer-se, apreciar-se e cuidar de sua saúde física e emocional, compreendendo-se na 
diversidade humana e reconhecendo suas emoções e as dos outros, com autocrítica e capacidade 
para lidar com elas. 
(CGEB9) Exercitar a empatia, o diálogo, a resolução de conflitos e a cooperação, fazendo-se 
respeitar e promovendo o respeito ao outro e aos direitos humanos, com acolhimento e 
valorização da diversidade de indivíduos e de grupos sociais, seus saberes, identidades, culturas e 
potencialidades, sem preconceitos de qualquer natureza.
(CGEB10) Agir pessoal e coletivamente com autonomia, responsabilidade, flexibilidade, resiliência 
e determinação, tomando decisões com base em princípios éticos, democráticos, inclusivos, 
sustentáveis e solidários.
CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS
(CECNTEM1) Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas 
interações e relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas 
que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem 
as condições de vida em âmbito local, regional e global.
(CECNTEM2) Analisar e utilizar interpretações sobre a dinâmica da Vida, da Terra e do 
Cosmos para elaborar argumentos, realizar previsões sobre o funcionamento e a evolução 
dos seres vivos e do Universo, e fundamentar e defender decisões éticas e responsáveis. 
(CECNTEM3) Investigar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento 
científico e tecnológico e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e 
linguagens próprios das Ciências da Natureza, para propor soluções que considerem 
demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicar suas descobertas e conclusões a 
públicos variados, em diversos contextos e por meio de diferentes mídias e tecnologias 
digitais de informação e comunicação (TDIC).
COMPETÊNCIAS ESPECÍFICAS
COMPETÊNCIAS GERAIS 
DA EDUCAÇÃO BÁSICA
COMPETÊNCIAS E HABILIDADES DA BNCC
Neste volume, são desenvolvidas as competências e habilidades da Base Nacional Comum 
Curricular (BNCC) para o Ensino Médio indicadas a seguir. As siglas utilizadas para as competên-
cias são: competências gerais da Educação Básica (CGEB) e competências específicas