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Movimento acelerado

 

16/09/2008

Autor e Coautor(es)

José Eduardo Martins

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
* Identificar que a velocidade final do móvel é função da aceleração submetida e do tempo gasto; * Apresentar formas alternativas de resolver o problema proposto no OA; * Identificar no problema proposto no O.A. uma composição de movimentos do tipo: MRU e MRUV.
Duração das atividades
Duas aulas de 50 minutos cada.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Conceitos relativos ao MRU e MRUV.
Estratégias e recursos da aula

Desenvolvimento da atividade
1ª Aula: Motivação / Introdução (15 min)

A Astronáutica é um ramo do conhecimento que atrai muito a curiosidade das pessoas. Isso talvez ocorra pelo fascínio que as viagens espaciais geram ou mesmo por sua enorme gama de aplicações na vida moderna. Nessa atividade os alunos poderão simular o movimento de acoplagem de um ônibus espacial a uma estação espacial na órbita da Terra. Para isso, conhecimentos relacionados ao Movimento retilíneo uniformemente variado serão requeridos.

Na sala de informática (30 min.)
Empregaremos o Objeto de Aprendizagem de nome: “Acoplamento do ônibus espacial”. Esse Objeto de Aprendizagem simula o procedimento de acoplagem de um ônibus espacial em uma estação espacial. Conceitos relacionados ao MRUV serão trabalhados dos quais podemos destacar:
* Distância;
* Tempo;
* Velocidade;
* Aceleração.

Acoplamento do ônibus espacial

Essa atividade deverá iniciar com o uso do Objeto de Aprendizagem pelo aluno. Esse Objeto de Aprendizagem inicia com uma pequena história que busca contextualizar um problema que envolve uma operação e acoplamento de dois veículos em órbita da Terra, no caso um ônibus espacial e uma estação espacial. Após esse primeiro contato uma situação problema é colocada para o aluno: Comandar foguetes de propulsão capazes de imprimir uma aceleração de 1m/s2 sendo que a velocidade máxima de contato com as duas naves não pode se superior a 3m/s. A interação do aluno com o problema se dá através de um painel de comando de foguetes e retrofoguetes capaz de controlar o acionamento em 10 intervalos seguidos de 1s de tempo de duração. Estimule os alunos a resolver o problema testando combinações. Os possíveis resultados são:
a) Não conseguir o acoplamento por ser v<=0 ou v>=4m/s
b) Conseguir o acoplamento com v=3m/s
c) Conseguir o acoplamento com v=2m/s
d) Conseguir o acoplamento com v=1m/s
Nos casos de “b” a “d” será solicitado ao aluno que verifique se o consumo de combustível não pode ser reduzido. A melhor solução para esse problema é a configuração onde apenas um intervalo de 1s (qualquer um) é acionado. Nesse caso, a aceleração imprimida pelo foguete fa r&aac ute; com que velocidade atinja apenas 1m/s que é a mínima velocidade capa de deslocar a nave e que está abaixo da velocidade máxima de acoplamento o que justificará o mínimo consumo de combustível.

2ª Aula: Na sala de aula (30 min.)
Combinação de Movimentos
Uma vez descoberto que para o mínimo consumo o tempo de acionamento deve ser apenas de 1 segundo (em qualquer instante) a situação problema gerada pelo movimento de acoplagem ainda pode ser explorada. Um exemplo disso é:
O movimento de deslocamento do ônibus em direção à estação pode ser abordado como um exemplo de um movimento composto. No caso, os tipos de movimento são: MRUV (durante o acionamento dos foguetes) e MRU (após o acionamento dos foguetes). A figura 01 mostra um modelo desse tipo de movimento. Nela percebemos nitidamente os dois tipos de movimento. Essa interpretação do problema pode motivar uma discussão em torno da determinação do tempo entre o acionamento dos foguetes e o acoplamento. É importante que os alunos tenham acesso a essa figura fim de que o modelo seja corretamente compreendido.
OBS 1: As equações abaixo são modelos clássicos do MRU e MRUV.
OBS 2: O modelo de análise que se segue considera que ocorra apenas um acionamento com tempo inferior a 3 segundos.
O problema da determinação do tempo de acoplagem pode ser feito em três partes:
1. MRUV (Movimento acelerado (a=1m/s2) com tempo de acionamento igual a t1). Conhecendo o tempo de acionamento e a aceleração do movimento a velocidade final v (eq. 01) pode ser calculada bem como o espaço percorrido ΔS1 (eq. 02).
a=Δv/Δt                        (1)
ΔS=v0t + at2/2            (2)

2. MRU (Velocidade constante). A determinação do espaço correspondente a ΔS2 pode ser calculado subtraindo o espaço já percorrido ΔS1 do espaço total (22m) (eq. 03). Feito isso o tempo de percurso dependerá apenas da velocidade média do ônibus que é constate e igual à velocidade final do movimento anterior (eq. 04).
ΔS2 = 22 - ΔS1       (3)
vm = ΔS/Δt                (4)
3. A determinação do tempo total pode ser conseguida soman do-se os tempos em cada um d os movimentos (eq. 05).
Tempo total = t1 +t2      (5)

 Figura 01 – Esquema do movimento de acoplagem do ônibus espacial à ISS.

 

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Acoplamento do ônibus espacial Animação/simulação
Recursos Complementares
http://rived.mec.gov.br/atividades/fisica/acoplamento/acoplamento_v04.swf; http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%94nibus_Espacial; http://pt.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%A7%C3%A3o_Espacial_Internacional; http://pessoal.cefetpr.br/msergio/enast8_mtf_so_prot.pdf; http://earth.google.com;
Avaliação
Peça que os alunos respondam as seguintes questões: 1) Quais e durante quanto tempo os foguetes devem ser acionados a fim de fazer a acoplagem com a velocidade máxima? 2) Para auma acoplagem bem sucedida, quantas combinações de acionamentos são possíveis? 3) Considerando um acionamento de apenas 2 segundos dos foguetes determine o tempo entre esse acionamento e a acoplagem. Considere uma distância inicial de 22m entre o ônibus e a estação espacial. 4) Desafio: Considerando que o piloto conservasse os foguetes acionados até a colisão com a nave determine: a) o tempo gasto pelo movimento; b) a velocidade de impacto.
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Opiniões

  • Edvângela Sousa Oliveira, EEFM TOME GOMES DOS SANTOS , Ceará - disse:
    edysouoliveira@gmail.com

    24/03/2010

    Sem estrelas

    A aula observada é muito rica em conhecimento e facilita a compreensão dos alunos, além de oportunizar ao professor a contextualização, o que algumas vezes não é tão simples para realizar com determinados assuntos.


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