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O que é Quantidade de Movimento?

 

16/02/2009

Autor e Coautor(es)

Erwin Doescher e Bruno Pagliarani Mattiazzo

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Física Movimento, variações e conservações
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
* Quantidade de Movimento.
Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos, duas (2) aulas.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
* Impulso; * Força; * Conceitos básicos de Mecânica (tempo, espaço, velocidade e aceleração).
Estratégias e recursos da aula

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;
• Aula conceitual;
• Desenvolvimento de experimentos. Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como seguem nas Tabelas 1 e 2 abaixo) necessários para a realização dos experimentos  nestas aulas.


Motivação

Sugerimos que o professor comece a aula explicando aos alunos que existem situações em que o início do movimento de um objeto depende da interação com outro objeto já em movimento. Por exemplo, o pé de uma pessoa ao atingir uma bola de futebol em repouso, faz com que ela adquira um movimento que lhe é atribuído pelo futebolista(1) (Fig. 1).

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML.JPG

Figura 1 – Menino se preparando para chutar uma bola (2).

 

Também num jogo de bolas de “gude” (também chamada de biroca, birola, dentre outros nomes), o movimento das bolas paradas pode ser obtido a partir do choque com outra, que por sua vez é posta em movimento pelo jogador(1) (Fig. 2).

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML2.JPG

Figura 2 – Menino jogando bolinha de “gude” (2).

Peça para os alunos darem exemplos de objetos que, para se movimentarem, precisam que algum outro objeto transfira parcialmente ou totalmente seu movimento a ele.
Após a apresentação dos exemplos, bem como a discussão deles, o professor deverá destacar que tais situações cotidianas dão indícios de que em um choque entre dois objetos ocorre uma troca de “algo” associado ao movimento, ou seja, de uma “quantidade” ou grandeza, a qual será estudada nestas aulas.

Atividade 1

Após as discussões, estando os alunos organizados em grupos de quatro ou cinco integrantes, o professor deverá entregar o recurso (que se trata de uma experiência) postado abaixo:

 

 

O experimento consiste em observar a Conservação da Quantidade de Movimento Linear (CQML),  que é uma grandeza física que relaciona massa e velocidade de um corpo. Para isso será construído um sistema mecânico, onde um carrinho ganhará movimento ao descer por uma rampa e, após concluir o percurso de descida, colidirá frontalmente com um outro carrinho que estava em repouso, situado logo após a rampa (Fig. 3). Destacamos que essa experiência é muito importante para o ensino de Física, pois ela serve para ilustrar que na colisão frontal entre um objeto em movimento e um outro em repouso,  o objeto em movimento transfere todo ou parte de seu movimento ao objeto que estava parado.

 

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML5.JPG

Figura 3 – Representação do experimento: um carrinho descendo de uma rampa e se chocando com um segundo carrinho.


Observamos que a lista de materiais necessários para a realização desta experiência encontra-se na Tabela 1 abaixo.


Tabela 1 – Lista de Materiais

Item Observações
Dois (2) carrinhos de aço É essencial que estes carrinhos rodem bem e que tenham massas parecidas.
Quatro (4) Réguas Estas réguas servirão de corredor para os carrinhos.
Alguns Livros  

Tábua de aproximadamente 30 cm
  Uma tábua fina e leve ou algo similar que possa servir de rampa.
Fita adesiva  


Para a montagem do experimento o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:

  • Para construir a rampa, fixem com fita adesiva sobre a tábua duas réguas paralelas de forma a fazer um corredor, por onde o carrinho descerá (Fig. 4). A distância entre as réguas deverá ser ajustada de acordo com a largura do carrinho que descerá a rampa, não podendo ser muito pequena para não frear o movimento e nem muito grande para que o carrinho não mude a direção de seu movimento;

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML3.JPG

Figura 4 – Réguas fixadas e com uma largura maior que a do carrinho.

  • Empilhem um ou mais livros sobre uma mesa lisa. Os livros servem para erguer a rampa a uma altura desejada (o experimento não necessariamente precisa ser feito em uma mesa, pode ser feito no chão, desde que este seja liso);
  • Fixem as extremidades da rampa com fita adesiva (na mesa e na pilha de livros), para que não haja escorregamentos da tábua em relação aos livros e nem em relação à mesa.
  • Fixem com fita adesiva mais duas réguas sobre a mesa (Fig. 5), na continuação das réguas da rampa, para que o corredor se prolongue pela mesa.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML4.JPG

Figura 5 – Réguas presas no fim da rampa

  • Posicionem um carrinho no alto da rampa.
  • Posicionem o outro carrinho a uma distância do final da rampa (aproximadamente 20 cm).


É importante dizer que o estudo da CQML, neste experimento, só deverá ser considerado no momento em que o carrinho concluir a descida  da  rampa, pois durante este processo (de descer) o carrinho sofre ação de força externa, que neste caso é a força da gravidade (força que atrai os corpos para o centro da Terra). Desta forma, o carrinho que está em repouso deverá estar um pouco afastado do final da rampa, a fim de permitir que o carrinho que descerá a rampa saia completamente desta e inicie um movimento retilíneo uniforme sobre a mesa.

Observamos aind, que para que o experimento se mostre eficiente ao estudo do citado fenômeno (Quantidade de Movimento) é preciso que este possa ser repetido por várias vezes para fins de comparação. Isso se torna possível quando soltamos este carrinho sempre de um mesmo ponto na rampa. Assim garantimos que o carrinho sempre alcance o final da rampa com a mesma quantidade de movimento linear.

Ao término da experiência o professor deverá relacionar os exemplos dados pelos alunos no início da aula com o conceito de Quantidade de Movimento (choque de bolas de bilhar, de um taco com uma bolinha no baseball, a interação mãos e bola de voley etc.) visto no experimento. 

Feito isto, o professor deverá solicitar que os alunos façam a experiência "Brincando com Bolinhas" demonstrado na atividade 2.

Atividade 2

Essa expeiência(1) explica que a massa dos objetos em estudo são diretamentes proporcionais a Quantidade de Movimento. Para a realização desta segunda experiência, a lista de materiais necessários encontra-se na Tabela 2 abaixo.


Tabela 2 – Lista de Materiais

Item Observações
Bolinhas de “Gude” (de vidro)  
Bolinhas de Aço Do mesmo tamnho das de “gude”


Observamos que, para a realização desta experiência o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos(1):

  • Posicionem uma bolinha de aço no chão em repouso e atirem uma bolinha de vidro em direção a de aço.
  • Observem o que aconteceu.
  • Agora invertam o processo - posicionem uma bolinha de vidro no chão em repouso e atirem uma bolinha de aço em direção a de vidro.
  • Observem o que aconteceu.

É importante que o professor analise,  juntamente com os alunos, os acontecimentos ocorridos nesta experiência e favoreça que eles concluam que  quando a bola de vidro colide frontalmente com a de aço parada (Fig. 6), está avança um pouco e a bola de vidro recua com uma certa velocidade.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML6.JPG

Figura 6 – Menino jogando uma bolinha de vidro em direção a uma de aço(2).

Além disso, que quando eles (os alunos) atiram a bola de aço na de vidro (Fig. 7), após a colisão, ambas avançam no mesmo sentido, embora com velocidades diferentes.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML7.JPG

Figura 7 – Menino jogando uma bolinha de aço em direção a uma de vidro(2).

Em seguida,  questione os alunos sobre o seguinte caso curioso(1) : quando um carro se choca frontalmente com um muro à uma velocidade baixa, geralmente o carro sofre um pequeno recuo. Por outro lado, se o carro estiver numa velocidade alta e colidir frontalmente, seu movimento após a colisão irá mudar (Fig. 8); ele poderá até mesmo destruir o muro e continuar seu movimento por alguns segundos.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/1624/imagens/QML8.JPG

Figura 8 – Carro em alta velocidade colidindo com um muro(2).

Analisando a experiência das bolinhas e o exemplo do carro acima, os alunos poderão deduzir que a Quantidade de Movimento depende do valor da massa e da velocidade. Caso os alunos não cheguem a tal conclusão, é importante que o professor explique que quanto maior a massa do objeto em movimento maior sua Quantidade de Movimento, pois podemos ver na experiência das bolinhas de “gude” que quando a bolinha de vidro, que tem uma massa menor que a de aço, se choca com a de aço ela sofre um recuo e não consegue movimentar muito a de aço. Mas quando jogamos a de aço em direção a de vidro, vemos que a de aço consegue movimentar a de vidro para frente e ainda assim tem Quantidade de Movimento suficiente para continuar o movimento.
Já na explicação em que o carro se chocando com o muro, vemos que quanto mais velocidade um objeto tem mais Quantidade de Movimento ele armazena, pois quando ele se choca com um muro numa baixa velocidade ele perde todo esse movimento, já quando está numa velocidade alta ele consegue destruir o muro e ainda sobra Quantidade de Movimento para que se movimente por alguns segundos.

 

SUGESTÕES

O professor poderá fazer os seguintes questionamentos aos alunos: “A quantidade de movimento de um corpo depende do referencial? Exemplifique”.
É importante que o professor incentive a discussão entre os alunos a respeito desta pergunta, bem como medie esta, favorecendo a formação da construção do saber de que, como a velocidade depende do referencial e a quantidade de movimento depende da velocidade, chegamos a conclusão que a quantidade de movimento depende também do referencial.


 

Recursos complementares

Teoria e experimentos:
http://books.google.com.br/books?id=O75bMA7KxeAC&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&cad=0
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quantidade_de_movimento_linear

 

 

Referências Bibliográficas

(1) - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física (GREF). Física 1: mecânica. Disponível em: < http://books.google.com.br/books?id=O75bMA7KxeAC&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&cad=0 >. Acesso em: 11 fev. 2009

 

(2) - Fonte das imagens: http://books.google.com.br/books?id=O75bMA7KxeAC&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&cad=0#PPA33,M1 e

http://books.google.com.br/books?id=O75bMA7KxeAC&printsec=frontcover&source=gbs_summary_r&cad=0#PPA29,M1

 

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Carrinhos bate-bate Experimento prático
Avaliação
Avalie a participação e envolvimento dos alunos nas discussões e no desenvolvimento dos experimentos.
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