Identificar as características do MCU.

Compreender a aceleração centrípeta avaliando suas propriedades que a distingue da aceleração tangencial.

Conhecimentos de referenciais, vetores, velocidade e aceleração.

            Sugerimos que o professor inicialmente indique as características desse movimento, tais como: a trajetória é uma circunferência e o módulo da velocidade é constante. Em seguida comentar alguns exemplos de MCU em situações real. Por exemplo, um ponto na extremidade de um ponteiro de segundos de um relógio descreve um movimento circular uniforme, um ponto fixo nas bordas de um disco, etc.

             Considerando um ponto fixo no ponteiro de segundos, pergunte aos alunos: quanto tempo esse ponto gasta para completar uma volta?

             Após a classe perceber que o tempo para completar uma volta do ponto equivale a 60 segundos, explicar para a turma que esse tempo é denominado de período, normalmente representado pela letra T. Como o MCU repete periodicamente a cada volta, justifica-se a denominação do termo (período).

             Nesse momento para fixar o assunto o professor deve fazer algumas perguntas a turma, tais como, qual o período do ponteiro de minutos? Qual o período de um ponto fixo no ponteiro das horas? Pedir para os alunos responder por escrito individualmente, para que possa ter uma avaliação do aprendizado de cada indivíduo.

             Uma vez definido o período no MCU, explicar a definição de freqüência(f) no MCU, f = 1/T, ou seja, a freqüência corresponde ao número de voltas efetuado numa unidade de tempo. O professor deve chamar a atenção para as unidades dessas duas grandezas.

              Pedir também que cada aluno usando os valores anteriores dos períodos, calcularem em cada situação, o valor da freqüência correspondente.

             A Figura 01 mostra a trajetória de um móvel em MCU ao passar pelos pontos nos instantes t₁ e t₂ respectivamente.  Nesse intervalo de tempo o móvel percorre um espaço S e nesse intervalo de tempo ele descreve um ângulo central ang.

              O professor então deve definir para os alunos as seguintes grandezas do MCU: velocidade angular e velocidade linear ( velocidade escalar), w  = (âng)/(t – to) e v = S / (t – to).

           Para exemplificar um evento compartilhado com a ilustração da Figura 01, o professor pode fornecer dados meramente didáticos; por exemplo, um carro percorre 100 metros de uma curva de 50 m de raio em MCU durante 20 segundos. Pedir aos alunos que a partir desses valores calculem a velocidade linear e a velocidade angular.

           Se necessário, forneça a relação entre S e ang para os alunos: S = ang.R, sendo R, o raio da curva; nesta relação, cuidado com as unidades, ang deve ser medido em radianos.

           Após a correção do exercício, afirmar que a velocidade é uma grandeza vetorial e como tal tem direção e sentido, sendo sempre tangente à trajetória (Figura 02), desse modo, ela está constantemente variando durante o MCU.

           Então, fazer as seguintes perguntas para a turma refletir:

           Em movimentos uniformes o módulo da velocidade não varia, podemos afirmar que a aceleração do movimento é sempre nula? Por quê?

          A resposta é: NÃO, porque a direção da velocidade pode mudar e nesse caso haverá uma aceleração centrípeta. Se os alunos não responderem a pergunta a contento a pergunta seguinte está relacionada com a resposta.  

            No MCU o módulo da velocidade é constante, mas a direção da velocidade varia, então deverá existir ou não uma aceleração neste movimento?

            A resposta é: existe uma aceleração responsável pela mudança na direção da velocidade. Caso nenhum aluno chegue a esta conclusão, o professor deve recordar com eles que no MCU, apesar do movimento ser uniforme, pois o módulo da velocidade não varia, existe uma aceleração responsável pela variação da direção da velocidade, a aceleração centrípeta.

            Se o módulo da velocidade permanece o mesmo, haverá alguma força e consequentemente aceleração na direção da velocidade?

            A resposta é: NÃO, qualquer força na direção da velocidade faria seu módulo variar. Caso os alunos não cheguem a esta conclusão, o professor então deverá revisar com eles o que diz a primeira e a segunda leis de Newton, e conduzi-los a resposta.

            Que direção deverá ter o vetor aceleração para que ,  sua componente na direção da velocidade, tangente a curva, seja nula?

           A resposta é: a direção da aceleração deverá ser perpendicular a direção da velocidade, ou seja, na direção do raio da curva. Caso os alunos não dêem esta resposta, o professor deverá recordar com eles que a componente de um vetor numa direção perpendicular a ele, é nula; com este argumento, se o vetor aceleração é perpendicular a velocidade, então, o módulo da velocidade não mudará.

            A partir da discussão, sempre dirigida pelo professor com os devidos argumentos desenvolvidos durante a exposição, a turma deverá chegar a conclusão que a aceleração existe e tem direção normal a velocidade e, portanto tem a direção do raio da curva e como o vetor velocidade muda de direção acompanhando a curva, a aceleração deverá apontar para dentro, isto é, para o centro da circunferência (aceleração centrípeta).

 Sugerimos a apresentação do filme sobre MCU disponível na internet no seguinte endereço:

 Novo Telecurso – ensino médio – Física – aula 11 (2 de 2): 7 min e 10 s

http://www.youtube.com/watch?v=8kLRe2VLNvU 

O professor também poderá usar o seguinte filme que se encontra no endereço abaixo:

 Aula Física 2 – Professor Marival: 10 min e 10 s

 http://www.youtube.com/watch?v=K6khMtWXRKk&NR=1    

O professor poderá elaborar um exercício sobre MCU para certificar que os alunos assimilaram o conteúdo.

         Segue como exemplo, o seguinte exercício:

           um ciclista percorre uma curva de 50 m de raio, em MCU, com velocidade de módulo constante igual a 10 m/s, e perguntar para a turma:

           Neste movimento há aceleração? Por quê?

           Havendo aceleração, qual seu valor?