FÍSICA
1ª SÉRIE
ENERGIA: A FÍSICA NO AUTOMÓVEL
OBJETIVO
Conhecer um pouco onde a Física se aplica no funcionamento de alguns detalhes dos automóveis.
- É importante que você conheça a definição de energia, sua relação com o trabalho. Entre os diversos tipos de energia aprendidos podemos citar a energia potencial gravitacional, energia cinética e energia mecânica, entre outros.
O QUE PRECISAREMOS SABER PARA ESTA AULA?
Toda a energia produzida pela queima de combustível em um carro é transformada em trabalho?
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TANQUE DE COMBUSTÍVEL
Vamos começar pelo tanque?
Podemos afirmar que o combustível é um tipo de energia química. É a partir da sua queima que se inicia o funcionamento do carro.
Só lembrando que a energia não é gerada do nada e sim transformada!
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QUEIMA DO COMBUSTÍVEL
Junto com o oxigênio, a gasolina chega ao motor e, pela ação da vela, ele explode, iniciando o movimento dos pistões.
Em um motor diesel, não há necessidade de uma vela, pois esse tipo de combustível misturado com o oxigênio queima pelo aumento da pressão interna do cilindro.
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ATIVIDADE
A energia oriunda da queima do combustível pode ser integralmente transformada em energia cinética? Junte-se com um amigo e pesquise o que acontece com o combustível do automóvel após sua queima.
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POSSÍVEL RESOLUÇÃO
A reação química da queima do combustível é chamada combustão. Essa energia química se converte basicamente em energia térmica para a explosão e energia mecânica para movimentar os pistões. Mas infelizmente a energia mecânica corresponde no máximo a cerca 30% de toda energia transformada na queima do combustível.
Parte dessa energia mecânica vai para o alternador, que alimenta a bateria transformando essa energia mecânica em energia química para então iniciar um ciclo de partida do carro.
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MOTOR QUATRO TEMPOS
A energia recebida pelo motor da maioria dos carros utiliza um ciclo de quatro fases, conhecido como ciclo Otto, que descreve o funcionamento de um motor a pistão com ignição de faísca. Por meio de variações de temperatura, pressão e volume, a massa de ar e combustível devem
https://giphy.com/gifs/oil-wVdjt8JKnWKty
produzir trabalho suficiente para movimentar as peças do motor e, consequentemente colocar o veículo em movimento.
MOTOR QUATRO TEMPOS
É chamado quatro tempos porque em cada cilindro ocorrem 4 fases:
1 – Admissão: entrada da mistura ar-combustível;
2 – Compressão: o pistão se movimenta e comprime a mistura reduzindo o volume;
3 – Explosão: a vela gera uma faísca que explode a mistura;
4 – Exaustão: e a saída dos gases derivados da queima da mistura.
http://www.reddit.com/r/educationalgifs/comments/19qhfa/how_a_car_engine_works/
FREIOS
Todo carro tem que ter um sistema de freios e quanto mais potente for o motor, mais eficiente deve ser esse sistema de frenagem.
Os freios dos automóveis podem ser basi-
camente a disco ou tambor e seu funciona-
mento consiste basicamente em dois jogos
de peças que se encostam, retardando o
movimento das rodas.
http://autogifs.tumblr.com/post/35285952195
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6b/Ferrari_F430_Challenge_Brake.JPG/800px-Ferrari_F430_Challenge_Brake.JPG
ATIVIDADE
Para os freios serem eficientes, eles devem agir na energia cinética do carro. Em termos de energia, como devem funcionar os freios?
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RESOLUÇÃO
Para os freios serem eficientes, eles devem agir na energia cinética do carro. Em termos de energia, como devem funcionar os freios?
https://media2.giphy.com/media/wRYbY8OPGkHxS/giphy.gif?cid=ecf05e47074j7u3j63lpg8s957wavb6s139kktp74wy68svz&rid=giphy.gif&ct=g
Importante salientar que não tem como extinguir a energia, então é necessário transformá-la em outro tipo. Como podemos ver na imagem ao lado, por meio da força de atrito, a energia cinética é transformada em energia térmica.
Freios subdimensionados podem derreter e oferecer riscos de vida.
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EFICIÊNCIA e SEGURANÇA
Por que carros de corrida, em como os de Fórmula 1 ou carros focados em eficiência, como o Toyota Prius têm um formato incomum?
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Além do atrito entre as peças e do pneu com a pista, os carros também devem vencer a força do vento, denominada arrasto aerodinâmico. Então, esses modelos de carros tendem a reduzir esse arrasto e/ou utilizá-lo para também aumentar a estabilidade. Os aerofólios de um carro de corrida funcionam como asas de avião invertidas!
EFICIÊNCIA e SEGURANÇA
Por que os pneus utilizados nas ruas têm ranhuras? Por que eles devem estar em bom estado de conservação e dentro da validade?
Pneus são peças de extrema importância na segurança e eficiência para o uso de automóveis. As ranhuras servem para aumentar a área de contato do pneu com a pista durante chuvas para reduzir a aquaplanagem. Pneus carecas ou fora do prazo de validade têm menos atrito, oferecendo menos segurança em frenagens e curvas.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Pneu.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c9/Tire_tracks_in_the_snow.jpg/800px-Tire_tracks_in_the_snow.jpg
O QUE VIMOS HOJE?
Conhecemos algumas aplicações da Física no funcionamento de carros.
BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: mecânica, 1º ano. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
BONJORNO e vários autores. Física: Mecânica 1º ano. Vol 1. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.
MARTINI, Glorinha. SPINELLI, Walter. REIS, Hugo C. SANT’ANNA, Blaidi. Conexões com a Física. Vol 1. 3ª Edição. São Paulo: Moderna, 2016.
PIETROCOLA, M. POGIBIN, A. ANDRADE, R. ROMERO, T. Física em Contextos. Vol 1. São Paulo: Ed do Brasil, 2016.
SFAIR, Daniel. Transformações de energia no carro. Disponível em : <https://www.youtube.com/watch?v=ZcX0NZMNgao>. Acesso em 30 de julho de 2020.
4 TEMPOS: ETAPAS DE FUNCIONAMENTO. IF-UFRGS. Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/motores4t_etapas.htm>. Acesso em 30 de julho de 2020.
REFERÊNCIAS