Nesta aula o aluno poderá compreender e visualizar, através de um experimento e e situações do cotidiano, a ação da Energia Potencial Gravitacional, e aprender que quanto maior a altura que posicionamos um objeto, maior será sua Energia Potencial Gravitacional. Além disso, esta aula pode contribuir para aprimorar as capacidades crítica, analítica e argumentativa dos alunos relacionadas às temáticas de Dinâmica.

* Forças;

* Peso.

As estratégias utilizadas serão:

• Aula interativa;

• Aula conceitual;

• Desenvolvimento de um experimento. Observamos que o professor deverá solicitar previamente aos alunos os materiais (como segue na Tabela 1 abaixo) necessários para a realização do experimento nestas aulas.   

Tabela 1 – Lista de Materiais

Motivação:

Sugerimos que o professor, após pedir para que os alunos formem grupos de quatro a cinco integrantes, instigue a curiosidade deles sobre o tema a ser estudado, questionando-os se é possível guardar Energia em cima do guarda-roupa (Fig. 1).   

Figura 1 – Guarda-Roupa.

Imagem disponível em: http://www.snetcommerce9.com.br/ecommerce_site/arquivos2588/arquivos/0__140522guarda_roupa_tato.jpg. Acesso em: 03 Mai. 2010    

A pergunta poderá soar estranha aos alunos, mas explique que isto é possível e questione-os sobre como isso seria possível. Após ouvir as opiniões dos alunos, o professor deverá dizer que eles conseguirão responder esta pergunta com mais precisão após o desenvolvimento da experiência que será realizada nestas aulas.   

Atividade 1

Neste momento, o professor deverá apresentar o recurso, que se trata de uma atividade experimental (Fig. 2), a qual versa sobre o uso da Energia Potencial Gravitacional.   

Recurso: Bate e não volta

Link do Recurso no site da UNESP: http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/mec30.htm 

Figura 2 – Demonstração da Experiência.

Imagem do recurso “Bate e não volta” – http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/mec30.htm      

O experimento consiste em utilizar uma bolinha de massa de modelar para demonstrar o conceito de Energia Potencial Gravitacional. A massa de modelar é abandonada a uma determinada altura, e à medida que o objeto vai perdendo altura, sua Energia Potencial Gravitacional vai sendo transformada em Energia Cinética. Assim que o objeto colidir com o solo, este usará a Energia Cinética para a deformação. Destacamos que nesta aula será analisada somente a relação da Energia Potencial Gravitacional com a deformação da bolinha.   

Em relação à montagem do experimento, o professor deverá dar as seguintes instruções aos alunos:   

• Peguem um pedaço de massa de modelar e façam uma bolinha do tamanho de uma bolinha de tênis (Fig. 3).   

Figura 3 – Demonstração da Experiência.

Fonte: do autor, adaptada da Imagem do recurso “Bate e não volta” – http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/mec30.htm   

• Levantem-na a uma certa altura e deixem-na cair (Fig. 2). Observem a parte da bolinha que deformou ao colidir com o solo.   

• Refaçam a bolinha.

• Repitam o procedimento para diferentes alturas e observem o que acontece com a parte da bolinha que colide com o solo, sempre antes refazendo a bolinha.   

Após a realização do experimento o professor deverá realizar um debate com todos da sala, e para isto sugerimos o roteiro abaixo.   

Roteiro de Discussão dos Resultados do Experimento:

• O que acontece quando a bolinha se choca com o chão?
• Quanto mais alta estiver a bolinha, o que acontecerá na colisão desta com o chão?
• A deformação ocorrida na bolinha depende da sua altura?   

O que poderá ser observado é que, quanto mais aumentarmos a altura de queda da bolinha, mais deformada ela ficará no final do movimento. Essa deformação deve-se à quantidade de Energia Potencial Gravitacional da bolinha, pois está depende da altura. A elevação da altura de queda do objeto implica em uma maior quantidade de Energia Potencial Gravitacional, que por sua vez, faz com que o objeto adquira mais Energia Cinética ao final da queda, devido ao fato de que toda Energia Potencial Gravitacional que o objeto tinha no início do movimento é transformada em Energia Cinética. Esta maior quantidade de Energia Cinética implica em uma deformação maior da bolinha ao colidir com o solo.   

Atividade 2

Na atividade anterior foi trabalhada a relação da Energia Potencial Gravitacional com a altura com que era elevada uma bolinha de massa. Nesta atividade, será analisada novamente esta relação, mas agora levando em conta os pontos referenciais.   

O professor poderá fazer o seguinte questionamento aos alunos: “Duas lagartixas (Fig. 4) idênticas estão no teto de uma sala. Elas têm a mesma Energia Potencial?”.   

Figura 4 – Lagartixas

Imagem disponível em: http://3.bp.blogspot.com/_-HcwO43xtWQ/R9Bg6uY-MwI/AAAAAAAACCA/-VGxxg_om5o/s320/Lagartixas%2Bpeq.jpg. Acesso em: 03 Mai. 2010    

Neste momento, o professor deverá realizar um debate com todos da sala, e para isto sugerimos o roteiro abaixo.   

Roteiro para o Debate:

• A Energia Potencial Gravitacional depende de quais grandezas físicas?
• Se as lagartixas tiverem a mesma massa e estiverem a uma mesma altura, suas Energias Potenciais Gravitacionais serão a mesma?
• Para determinar uma certa altura é necessário se originar um ponto referencial?   

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, está dedução depende do referencial estabelecido. Se o ponto referencial for o mesmo para as duas lagartixas, a Energia Potencial Gravitacional será a mesma, pois elas estarão a uma mesma altura. Nesse caso é conveniente fixar a origem do referencial no ponto mais baixo em que elas podem cair. Se uma pode cair no chão e a outra sobre uma mesa, é razoável afirmar que aquela que caiu no chão tem maior Energia Potencial Gravitacional. Mas, o que determina o valor da Energia Potencial Gravitacional de um corpo é o referencial da sua altura em relação à Terra, pois, a rigor, a Energia Potencial não é da lagartixa, mas do sistema lagartixa-Terra ⁽¹⁾.   

Atividade 3

Como foi visto nas atividades anteriores, a Energia Potencial Gravitacional depende da altura que um objeto se encontra. Esta idéia pode ser relacionada com a questão (do guarda-roupa) apresentada no início desta aula. Para guardar Energia em cima do guarda-roupa, basta colocar alguma coisa sobre ele (algum objeto, por exemplo), pois esta terá uma determinada altura referente ao chão, assim sendo, conterá Energia Potencial Gravitacional. O Trabalho (como por exemplo, levantar um objeto) que você realiza, representa a Energia que é acumulada na forma de Energia Potencial Gravitacional. Quando o objeto cai, essa Energia se converte em Energia Cinética pelo princípio da Energia Mecânica.

O professor deverá dizer aos alunos que os gatos são mestres em acumular Energia Potencial sobre guarda-roupas. E, em seguida, deverá perguntar se eles sabem o porque de tal afirmação. Após ouvir as opiniões dos alunos, o professor deverá favorecer que os alunos concluam que quando os gatos sobem no guarda-roupa, transformam sua Energia Cinética em Energia Potencial, pois usam sua velocidade de impulsão para alcançar uma determinada altura, e quando caem (ou descem) de lá faz o sistema inverso (Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética).    

Feito isto, o professor deverá entregar aos alunos cópias da imagem postada abaixo (Fig. 5) e pedir para que eles analisem as quatro situações apresentadas nesta.       

Figura 5 – Gatos em cima de Guarda-Roupas.

Imagem disponível em: http://www.if.usp.br/gref/mec/mec3.pdf, p. 17. Acesso em: 30 abr. 2010    

O professor poderá utilizar neste momento o roteiro de discussão, postado abaixo.   

Roteiro de Discussão: 

• A Energia Potencial Gravitacional depende do gato (gordo ou magro)?
• O valor da Energia Potencial Gravitacional depende do tamanho do guarda-roupa (alto ou baixo)?
• Se realizarmos esse mesmo experimento (mantendo a massa do gato e a altura do guarda-roupa) num outro planeta (com outra gravidade), teremos um valor diferente?   

Favoreça com que os alunos compreendam que o valor da Energia Potencial Gravitacional é maior quando o gato é gordo, porque o trabalho para elevá-lo até em cima do guarda-roupa é maior. Se a altura do guarda-roupa for menor, o gato terá mais facilidade de subir, e a Energia Potencial acumulada será menor. Mas, se imaginarmos um gato em outro planeta ou na Lua, a Energia dependerá da intensidade do campo gravitacional. Na Lua é mais “fácil” subir no guarda-roupa, e assim também a Energia Potencial Gravitacional armazenada é menor.   

Referências Bibliográficas

1. Gaspar, Alberto. Física 1º Edição. p. 153, 2008.

Teoria e experimentos:

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/energia-potencial-gravitacional/energia-potencial-gravitacional-1.php      

Avalie a participação dos alunos nas discussões, na realização dos experimentos e peça para que cada grupo pesquise na internet e em livros a relação da eficiência das Usinas Hidrelétricas com a Energia Potencial Gravitacional.