Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
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Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Automa??o Industrial |
Educa??o Profissional | Produ??o Industrial | T?cnico em Constru??o Naval |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Eletroeletr?nica |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Eletromec?nica |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Eletr?nica |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Eletrot?cnica |
Educa??o Profissional | Produ??o Industrial | T?cnico em Fabrica??o Mec?nica |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Manuten??o Automotiva |
Educa??o Profissional | Controle e Processos Industriais | T?cnico em Mec?nica |
Ensino Fundamental Final | Ci?ncias Naturais | Tecnologia e sociedade |
Ensino M?dio | F?sica | Movimento, varia??es e conserva??es |
As atividades dessa aula devem ser realizadas num laborat?rio de F?sica. Al?m dos materiais necess?rios ?s atividades, s?o necess?rios recursos multim?dia (projetor multim?dia e computador conectado ? internet). A turma deve ser dividida em grupos de, no m?ximo, 5 estudantes.
Para as atividades, o professor deve solicitar aos estudantes de cada grupo, com a anteced?ncia que julgar adequada, que tragam molas de diferentes tipos e materiais, uma para cada membro da equipe, que devem ser numeradas para identifica??o. Baseando-se nas informa??es da tabela 1, eles dever?o tamb?m pesquisar as caracter?sticas das molas que levarem, suas poss?veis utilidades e seu uso por diversos profissionais. Os estudantes participar?o de uma competi??o em que ser?o avaliados alguns quesitos, as equipes que levarem os tipos de mola mais incomuns (em rela??o ao formato, funcionamento e material) ganhar?o pontos, tamb?m ser? avaliado o conhecimento de cada grupo sobre o funcionamento das molas, suas aplica??es e quais profissionais se utilizam delas. Ao final dessa primeira atividade, o professor realizar? uma exposi??o com o objetivo de fazer uma r?pida revis?o sobre molas, apresentando imagens de diversos tipos de molas e comentando sobre algumas de suas muitas aplica??es e que profissionais se utilizam delas. A proposta da exposi??o ? proporcionar aos estudantes a oportunidade de uma poss?vel complementa??o dos conhecimentos obtidos atrav?s da atividade, como a informa??o sobre algum tipo de mola diferente das que levaram. A segunda atividade ? experimental. O professor explorar? junto aos estudantes como se pode medir a constante el?stica de uma mola. Na terceira atividade, outra exposi??o trabalhar? conceitos envolvidos nas associa??es de molas em s?rie e em paralelo. Atrav?s de atividade experimental ser?o exploradas as propriedades el?sticas da mola resultante de uma associa??o de molas em s?rie e em paralelo.
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Atividade 1. O que ? uma mola, quais suas propriedades, tipos e aplica??es
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Recursos did?ticos
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Material
Observa??o: esse material ? para uma equipe de estudantes.
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Procedimento
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N?mero da mola | Tipo de mola | Material | r?gida/m?dia/flex?vel | Poss?vel utilidade |
5 | Helicoidal de compress?o | A?o | r?gia | Selim de bicicleta |
3 | ? | A?o | m?dia | Cama de molas |
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? | ? | ? | ? | ? |
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Tabela 1. Tipos de molas, materiais, propriedades e poss?veis utilidades.
Observa??o: Espera-se que as informa??es para o item grau de flexibilidade (r?gida, m?dia, flex?vel) sejam relacionadas ? maior ou menor for?a aplicada para alterar o comprimento natural da mola.
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Molas: como funcionam, tipos e utilidades
Uma mola ? um dispositivo el?stico e flex?vel que armazena energia em sua forma potencial. Em geral, s?o confeccionadas em arame de a?o temperado ou outros materiais resistentes, mas, dependendo da finalidade, dispositivos confeccionados em borracha ou pl?stico desempenham fun??es iguais ? de uma mola.
Quando est? isolada, uma mola permanece em equil?brio e n?o possui energia potencial armazenada. Se pressionada ou esticada, a mola reage com uma for?a contr?ria ? que nela atua. A for?a que atua na mola altera alguma propriedade f?sica dela (em geral, essa propriedade ? o comprimento). Enquanto permanece comprimida ou esticada, a mola possui energia potencial (no caso, potencial el?stica) armazenada. Se a for?a deixa de atuar, a mola libera energia potencial rapidamente, tendendo a voltar ao equil?brio.
Muitos dispositivos simples com os quais lidamos em nosso dia-a-dia t?m princ?pio de funcionamento semelhante ao de uma mola. Por exemplo, clip ou outro dispositivo usado para prender folhas de papel, gominhas usadas para pressionar um ma?o de notas (dinheiro), prendedores de roupas, as atiradeiras usadas para arremessar pequenas pedras ou os arcos usado pelos ?ndios. As molas, ou um conjunto delas, s?o utilizadas em camas, selins de bicicleta, sistemas de amortecimento para autom?veis, como equipamentos que dentistas usam em ortodontia e outros.
As molas helicoidais s?o as mais comumente encontradas. Elas podem ser de compress?o (como as utilizadas nos sistemas de amortecimento dos autom?veis, nos selins de bicicleta e furadores de papel) ou de tra??o (como as encontradas em camas de molas, fechaduras, rel?gios). H? tamb?m as molas de tor??o (usadas em rel?gios, pregadores de roupa, pregadores de cabelo) e as molas em T, usadas em equipamentos odontol?gicos. Existem at? dispositivos, que s?o considerados molas, que o fabricante produz de acordo com a necessidade do cliente, essas s?o denominadas molas especiais. Diversos materiais s?o utilizados para a fabrica??o das molas, como o a?o carbono, a?o inoxid?vel, tit?nio e at? pl?stico. O material ? usado de acordo com as caracter?sticas que a mola ter?, como resist?ncia e flexibilidade. Abaixo, temos diversas figuras sobre molas e equipamentos em que s?o utilizadas e sobre os materiais utilizados na produ??o dessas molas.
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Figura 1. Molas helicoidais de compress?o. Figura retirada de: http://www.flickr.com/photos/64795140@N07/5901503022/in/photostream
Figura 2. Molas helicoidais de tra??o. Figura retirada de: http://stockmolas.com.br/molas/img_tracao.jpg
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Figura 3. Molas de tor??o. Figura retirada de: http://www.dakomolmolas.com.br/molascaracol.jpg
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Figura 4. Espirais de caderno (material pl?stico) podem ser usadas como molas em experimentos did?ticos. Figura retirada de: https://ssl1497.locaweb.com.br/miaminautica/loja_moto/config/imagens_conteudo/produtos/imagensGRD/GRD_1607_mola_d_g.jpg
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Figura 5. Clips de prender papel. Figura retirada de http://www.geeky-gadgets.com/wp-content/uploads/2009/06/iphone-icon-paperclip-bookmarks_1.jpg
Figura 6. Dispositivo para prender pap?is (mesmo princ?pio de funcionamento do clipe e do prendedor de roupa). Figura retirada de: http://4.bp.blogspot.com/__l3bbBQLyVw/TQJ413FzGMI/AAAAAAAAAEc/cv_VoM3vDjo/s1600/1.jpg
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Figura 7 . Molas T (G1) e T com helic?ides (G2). Essas molas s?o utilizadas em tratamentos odontol?gicos e s?o fabricadas em a?o inoxid?vel ou beta tit?nio, materiais muito resistentes. Figura retirada do documento encontrado no endere?o: http://www.scielo.br/pdf/dpress/v11n5/a07v11n5.pdf
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Figura 8. Selim de bicicleta. Figura retirada de: http://www.bicisport2.com.br/produtos/admin/imagens/produtos/1290042082_SELIN_COURO_3_MOLA_OK.jpg
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Figura 9. Sistema de amortecimento de carro. Figura retirada de: http://images02.olx.pt/ui/13/77/07/1300286815_103607007_1-Fotos-de--Molas-Eibach-Pro-Kit-Mercedes.jpg
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Realizadas as atividades, os estudantes dever?o responder ?s seguintes quest?es:
1. Cite tr?s tipos de molas e suas aplica??es.
2. Cite tr?s profissionais que utilizam algum tipo de mola em sua profiss?o e como s?o utilizadas.
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Atividade 2. Medida da constante el?stica de molas
Essa atividade tem por objetivo medir a constante el?stica de algumas molas helicoidais por interm?dio da lei de Hooke. O professor pode chamar a aten??o dos alunos para o fato das molas r?gidas possu?rem constante el?stica grande e darem resposta r?pida a uma determinada perturba??o. As molas flex?veis, ao contr?rio, possuem constante el?stica pequena e respondem lentamente ?s perturba??es.
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Material
O professor dever? disponibilizar o material para cada equipe de estudantes.
Observa??o: os dados obtidos nas medi??es indicadas nas etapas do procedimento descrito logo abaixo, dever?o ser inseridos na tabela 2.
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Procedimento experimental
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N?mero da mola | Comprimento natural (m) | Comprimento da mola distendida (m) |
Elonga??o |
K (N/m) |
Mola 1 | ? | ? | ? | ? |
Mola 2 | ? | ? | ? | ? |
Mola 3 | ? | ? | ? | ? |
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Tabela 2. Medidas de constantes el?sticas de molas.
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Figura 10. Mola r?gida (constante el?stica grande) sujeita ao peso de um objeto. Se o sistema for tirado do equil?brio atrav?s de um pequeno pux?o, o objeto oscilar? rapidamente (frequ?ncia alta). Figura retirada de: http://efisica.if.usp.br/mecanica/ensinomedio/elasticidade/experimento/
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Figura 11. Mola flex?vel (constante el?stica pequena) sujeita ao peso de um objeto. Se o sistema for tirado do equil?brio atrav?s de um pequeno pux?o, o objeto oscilar? lentamente (frequ?ncia baixa). Figura retirada de: http://efisica.if.usp.br/mecanica/ensinomedio/elasticidade/experimento/
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Realizadas todas as etapas do procedimento, cada grupo dever? responder as seguintes quest?es:
1. A maior elonga??o ocorreu para uma mola de maior ou menor rigidez?
2. Para que uma mola execute oscila??es r?pidas quando perturbada, sua constante el?stica deve ser pequena ou grande? (Se necess?rio, repita a etapa 2)
3. Associe as colunas relacionando a massa a ser sustentada pela mola com a sua constante el?stica para que a elonga??o seja igual a 1 cm, em cada caso.
? | Carga para a mola | ? | Constante el?stica (N/m) |
1 | Um elefante adulto (m?dio) | 50 | |
2 | Um pacote de arroz (grande) | ? | 1.000.000 |
3 | Um pacote de leite longa vida | ? | 5.000 |
4 | Um autom?vel pequeno | ? | 5.000.000 |
5 | Um p?o de sal pequeno | ? | 1.000 |
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Atividade 3: Associa??o de molas
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Recursos did?ticos
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Material
O professor dever? disponibilizar o material para cada equipe de estudantes.
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O objetivo dessa atividade ? verificar o que ocorre quando duas molas s?o associadas em s?rie e em paralelo. Os estudantes dever?o verificar que, no caso da associa??o em s?rie, a constante k da mola equivalente (resultado da associa??o das duas molas de constantes k1 e k2) ? calculada pela express?o (1/k) = (1/k1) + (1/k2) e, no caso da associa??o em paralelo, pela express?o k = k1 + k2.
No in?cio da atividade, o professor deve fazer uma dedu??o das express?es para a constante el?stica resultante. Informa??es para essa finalidade podem ser encontradas nos endere?os:
http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_associacaodemolasemserie-mecanica-txtmec0022 e http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_associacaodemolasemparalelo-mecanica-txtmec0023.
O professor pode ainda apresentar as generaliza??es das express?es para um n?mero maior de molas (N molas):
(1/k) = (1/k1) + (1/k2) + ... + (1/kN) (associa??o de N molas em s?rie)
k = k1 + k2 + ... + kN (associa??o de N molas em paralelo)
Segue abaixo figuras com ilustra??es de associa??es de molas em s?rie e em paralelo.
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Figura 12. Associa??o em s?rie de duas molas. Figura retirada do endere?o:
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Figura 13. Associa??o em paralelo de duas molas. Figuras retiradas dos endere?os:
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Procedimento experimental
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K (medido) (N/m) |
K (valor calculado para a mola associada) (N/m) |
K (valor medido para a mola associada) (N/m) |
Mola 1 | ? | ? | ? | ? |
Mola 2 | ? | ? | ? | ? |
Mola associada | ? | ? | ? | ? |
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Tabela 3. Medida da constante el?stica da mola resultante da associa??o de duas molas em s?rie.
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K (medido) (N/m) |
K (valor calculado para a mola associada) (N/m) |
K (valor medido para a mola associada) (N/m) |
Mola 1 | ? | ? | ? | ? |
Mola 2 | ? | ? | ? | ? |
Mola associada | ? | ? | ? | ? |
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Tabela 4. Medida da constante el?stica da mola resultante da associa??o de duas molas em paralelo.
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Realizadas as atividades, cada grupo dever? responder as seguintes quest?es:
1. Uma associa??o em s?rie de duas molas produzir? uma mola resultante de maior ou menor rigidez?
2. Uma associa??o em paralelo de duas molas produzir? uma mola resultante de maior ou menor constante el?stica?
3. Que tipo de associa??o produz uma mola resultante de constante el?stica menor que a soma das constantes das duas molas utilizadas?
4. Compare o valor de K calculado e medido para as associa??es em s?rie e em paralelo. Os resultados foram muito diferentes?
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Ap?s respondidas as quest?es, haver? troca de informa??es entre os grupos para que haja uma complementa??o das respostas, com media??o do professor.
- Para maiores informa??es sobre molas helicoidais, consultar o endere?o:
http://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/09/molas-i.pdf
- Para informa??es sobre utiliza??o das molas em suspens?es de autom?veis, consultar o endere?o:
http://www.portalclassicos.com/mecanica/12503-molas-seu-funcionamento.html
Ap?s a realiza??o dessa aula sobre molas, o estudante dever? ser capaz de:
O professor pedir? a cada grupo a realiza??o de uma atividade utilizando os conhecimentos envolvidos na aula, exemplos: