Aula 119 — Trabalho da Força Elétrica (Relação com energia potencial)
50 minObjetivo geral
Relacionar o trabalho da força elétrica com a variação de energia potencial elétrica de uma carga em movimento num campo elétrico.
Objetivos específicos
- Definir o trabalho da força elétrica sobre uma carga que se desloca num campo elétrico.
- Relacionar o trabalho da força elétrica com a variação de energia potencial elétrica: τ=Ep,inicial-Ep,final.
- Reconhecer que o trabalho da força elétrica NÃO depende da trajetória, só das posições inicial e final (força conservativa).
- Determinar o sinal do trabalho (positivo/negativo) a partir do movimento da carga em relação ao campo.
Conhecimentos prévios
- Trabalho e energia (Módulo 3 — Trabalho, Energia e Quantidade de Movimento).
- Campo elétrico (Aulas 116-117).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula119_Apresentacao.pptx.
- Calculadora simples.
- Quadro/lousa e material de escrita.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "vocês lembram que, no Módulo 3, o trabalho da força peso não dependia do caminho percorrido, só da altura inicial e final. Será que a força elétrica se comporta do mesmo jeito?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: se uma carga se move de um ponto A até um ponto B por dois caminhos diferentes, o trabalho da força elétrica vai ser igual ou diferente nos dois casos? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que o trabalho da força elétrica depende do caminho percorrido, como acontece com o trabalho do atrito (força NÃO conservativa).
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: quando uma carga se desloca num campo elétrico, a força elétrica realiza um trabalho τ. Assim como a força peso, a força elétrica é CONSERVATIVA: o trabalho não depende do caminho percorrido, só das posições inicial e final. A relação fundamental com a energia potencial elétrica é τ=Ep,inicial-Ep,final=-ΔEp — o trabalho é POSITIVO quando a energia potencial DIMINUI, e NEGATIVO quando ela AUMENTA. Quando uma carga positiva se move a favor do campo elétrico (do potencial mais alto para o mais baixo), o trabalho da força elétrica é positivo (a força "ajuda" o movimento) e a energia potencial diminui. Resolução do obstáculo do Momento 2: como a força elétrica é conservativa (assim como a peso), o trabalho é sempre o mesmo entre dois pontos fixos, não importa o caminho.
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular o trabalho da força elétrica sobre uma carga cuja energia potencial vai de 6×10-4 J para 2×10-4 J (τ=6×10-4-2×10-4=4×10-4 J). Em duplas: determinar se a energia potencial aumentou ou diminuiu quando o trabalho da força elétrica é negativo (resposta: aumentou).
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: sim, a força elétrica é conservativa como a força peso — o trabalho depende só das posições inicial e final, nunca do caminho percorrido.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Uma carga tem energia potencial elétrica de 6×10-4 J numa posição inicial e 2×10-4 J numa posição final. Qual o trabalho da força elétrica nesse deslocamento?
Gabarito: τ=Ep,inicial-Ep,final = 6×10-4-2×10-4=4×10-4 J.
2. O trabalho da força elétrica sobre uma carga que se move entre dois pontos depende do caminho percorrido? Justifique.
Gabarito: Não; a força elétrica é conservativa, então o trabalho depende só das posições inicial e final, não da trajetória percorrida entre elas.
3. Se o trabalho da força elétrica sobre uma carga é negativo, o que aconteceu com a energia potencial elétrica dela: aumentou ou diminuiu?
Gabarito: Aumentou (já que τ=-ΔEp; se τ é negativo, ΔEp é positivo, ou seja, a energia potencial aumentou).
4. Uma carga positiva se desloca no mesmo sentido do campo elétrico (a favor do campo). O trabalho da força elétrica sobre ela é positivo ou negativo?
Gabarito: Positivo (a força elétrica atua no mesmo sentido do deslocamento da carga positiva, favorecendo o movimento).
5. Compare o trabalho da força elétrica com o trabalho da força peso (gravitacional) estudado no Módulo 3. Qual é a semelhança fundamental entre elas?
Gabarito: Ambas são forças conservativas — o trabalho realizado por qualquer uma delas depende só das posições inicial e final do deslocamento, nunca do caminho percorrido, e ambas podem ser associadas a uma energia potencial (gravitacional e elétrica, respectivamente).
Observações e extensão
Próxima aula: Potencial Elétrico (O volt na prática). Nota para o professor: essa aula é uma boa oportunidade de retomar o Módulo 3 explicitamente, mostrando a física como um conjunto coerente de ideias que se repetem em contextos diferentes.