Física3ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

Projete e explique um arranjo prático, usando um espelho côncavo, para concentrar luz solar em um ponto para…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Projete e explique um arranjo prático, usando um espelho côncavo, para concentrar luz solar em um ponto para aquecimento eficiente (cozinhar ou aquecer água). Descreva posições relativas, escolha de f, previsão da posição da imagem e considerações de segurança e sustentabilidade.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Proposta: usar um espelho côncavo com f ˜ 0,25 m fixado numa estrutura ajustável; orientar o espelho para que os raios solares paralelos incidam sobre sua superfície. Para o Sol (objeto à distância ˜ 8) a imagem forma-se no foco: di ˜ f = 0,25 m. Colocar o coletor/absorvedor (pequena panela ou placa preta) no ponto focal a 0,25 m do vértice; material do coletor deve ter alta absorção térmica e baixa reflexão. Previsões: potência por unidade de área aumenta na região focal, temperatura pode superar 200 °C dependendo da irradiação solar; usar termômetro para controle. Considerações práticas e de segurança: proteção contra queimaduras e fogo, evitar exposição ocular direta aos raios refletidos; usar materiais refratários e suportes estáveis. Sustentabilidade: sistema sem combustíveis fósseis, pode reduzir consumo de energia elétrica/gás; otimizar ajuste para seguir o Sol melhora eficiência. Cálculos exemplares: para f=0,25 m, do˜8 ? di=f; área focal reduzida aumenta densidade de fluxo; para previsão térmica, estimar potência incidente P = I·A (I ˜ 1000 W/m² em dia claro) e eficiência ? do coletor para estimar energia útil E = ?·P·t. Ajustes finos: escolher f menor para ponto focal mais próximo, balanceando tamanho do espelho e precisão de alinhamento.

Explicação

A proposta utiliza um espelho côncavo de forma a concentrar a luz solar em um ponto específico, maximizando a eficiência do aquecimento. A escolha do foco e a posição do coletor garantem que a energia solar seja convertida em calor de maneira eficaz, enquanto as considerações de segurança e sustentabilidade asseguram que o sistema seja seguro e ambientalmente responsável. O cálculo da potência e a otimização do sistema para seguir o Sol são essenciais para aumentar a eficiência do aquecimento.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ situacional🧩 desafio

🎯 Conceito central

espelho côncavo e foco

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

propriedades de espelhos côncavos · foco e imagem em espelhos

📚 Reveja

Revisar as propriedades dos espelhos côncavos e suas aplicações.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a posição do foco e a formação da imagem, resultando em um arranjo ineficiente para concentrar a luz.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

criatividade

🏫 Contexto

cientifico

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