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O Astronauta e Quantidade de Movimento: O que eles têm em comum?

 

20/07/2009

Autor e Coautor(es)
ANDREA MARQUES LEAO DOESCHER
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PRESIDENTE PRUDENTE - SP UNOESTE COLEGIO ENSINO MEDIO E PROFISSIONAL

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
* Impulso; * Quantidade de Movimento.
Duração das atividades
Aproximadamente 100 minutos, duas (2)
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
* Força.
Estratégias e recursos da aula

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;

• Uso do Laboratório de Informática ou Sala de Vídeo.

Motivação

Sugerimos que o professor peça para os alunos formarem grupos de quatro a cinco integrantes, na sala de aula e, em seguida, instigue a curiosidade deles sobre o tema a ser estudado, fazendo a seguinte pergunta: Como um astronauta (Fig. 1) no espaço pode aproximar-se de sua nave ao qual está separado?

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Figura 1 – Astronauta.

Imagem disponível em: http://diferencial.ist.utl.pt/wordpress/wp-content/uploads/200 8/05/astronauta.jpg. Acesso em: 05 jul. 2009

Após discutir com os alunos sobre o fato descrito acima, ressalte que no decorrer destas aulas, eles poderão compreender como o astronauta resolverá este problema.

Atividade 1

Após as discussões anteriores, o professor deverá pedir para os alunos acessarem o vídeo (Fig. 2) postado abaixo, ou seja, exibido na sala de vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=otlg6Ry8Tfo

Sugestão: Sugerimos que o professor grave o vídeo em DVD e, que os alunos estejam na Sala de Vídeo da escola para assistirem o recurso (vídeo), para que todos possam ao mesmo tempo assisti-lo.

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Figura 2 – Imagem do vídeo “Impulso e quantidade de movimento”

Após a visualização do vídeo, pergunte aos alunos se eles compreenderam o que é impulso e quantidade de movimento. Pensando na Conservação da Quantidade de Movimento que foi explicado no vídeo, como o astronauta pode conseguir se movimentar.

Atividade 2

Na atividade anterior foi estudado, conceitualmente, o Impulso e a Quantidade de Movimento. Nesta atividade será desenvolvido um experimento prático sobre Quantidade de Movimento.

Neste momento, o professor deverá apresentar o recurso (que se trata de uma experiência) postado abaixo.

Recurso: Bolinha de Vidro

Link do Recurso no site do Banco Internacional de Objetos Educacionais:

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/8495

O experimento (Fig. 3) consiste em construir um sistema onde duas esferas se choquem frontalmente. Estas esferas estão suspensas e se movimentando em um plano vertical. O sistema de cordas em "V" as mantém no centro e alinhadas para a colisão.

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Figura 3 – Representação da experiência.

O motivo pelo qual estão suspensas é para restringir o movimento a uma única direção e eliminar o atrito com qualquer superfície. Uma bolinha permanece em repouso, enquanto a outra é colocada em movimento, até que certo tempo depois elas colidem frontalmente.

Observa-se que a bolinha que tinha movimento cede todo ele para a segunda bolinha, que estava em repouso. O movimento de vaivém faz com que o movimento periodicamente passe da bolinha que possui movimento para aquela que está parada.

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

Tabela 1 – Lista de Materiais

Materiais

Curiosidades

Bolinhas de Vidro

É aconselhável que se tenha um par de bolinhas idênticas; as bolinhas de vidro podem ser substituídas por bolinhas de aço;

linha 10

A linha que mais se adequa ao experimento é a chamada "linha dez".

A mesma que se usa para empinar pipas. Caso haja falta da mesma pode-se usar qualquer outro tipo de linha.

Palitos de sorvete

Na falta dos palitos de sorvete, podem ser usados lápis.

Alguns livros

Fita Adesiva

Fita crepe.

Cola

A maior exigência deste experimento se deve ao fato de qu e esta cola deve ser do tipo cola instantânea.

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

  • Coloquem a linha sobre a bolinha e coloquem um pingo de cola e esperem secar. O pingo deve ser pequeno de forma a não ocupar muito da linha.
  • Repitam o processo com a outra bolinha.
  • Furem com um prego fino ou agulha, as extremidades de dois palitos de sorvete, deixando mais ou menos um centímetro para apoio no livro.
  • Passem cada ponta da linha em um furo e prenda com fita adesiva do outro lado, de forma a formar um "V" (Fig. 4). Para cada bolinha use um palito.

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Figura 4 – Bolinha presa em “V”.

  • Façam duas pilhas de mesma altura com os livros. Alinhem as pilhas paralelamente, deixando um espaço entre elas (Fig. 5).

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Figura 5 – Pilha de livros.

  • Apóiem os palitos sobre as pilhas paralelas.
  • Regulem a distância entre os palitos de forma que as bolinhas se toquem levemente. Ajustem também as linhas de forma que elas fiquem paralelas, ou seja, os dois "v" formados devem ser do mesmo tamanho de modo que as bolinhas se toquem exatamente no centro. Terminados os ajustes, passem uma fita adesiva nos palitos, unindo-os para que os ajustes não se desfaçam (Fig. 4).
  • Prendam os palitos no livro, com fita adesiva.
  • Levantem uma bolinha e soltem.

Observamos no experimento que, quando soltamos a primeira bolinha de uma certa altura, ele desce e se choca com a segunda que estava parada. Esta segunda ganha velocidade e a primeira para. Pergunte aos alunos o porquê deste fenômeno.

Auxilie com que os alunos percebam que o responsável por este fenômeno (descrito acima) com as bolinhas de vidro é o Principio Físico da Quantidade de Movimento. Como elas têm a mesma massa, a quantidade de movimento das duas bolinhas serão trocadas exatamente (de forma igual). Portanto, a quantidade de movimento da bola que foi levantada passará para a que estava parada e a nova quantidade de movimento da primeira bolinha será zero. Pelo sistema ser um pêndulo, a segunda bolinha sobe, desce e se choca com a primeira, revertendo, assim, novamente às quantidades de movimento.

Pergunte também se os alunos já jogaram sinuca (Fig. 6) ou até mesmo bolinha de gude (Fig. 7) e qual a relação destes jogos com a Quantidade de Movimento.

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Figura 6 – Sinuca.

 Imagem disponível em: http://blogdaresenhageral.com.br/v1/wp-content/uploads/sinuca21.jpg. Acesso em: 05 jul. 2009

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Figura 7 – Bolinha de gude.

 Imagem disponível em: http://www.overmundo.com.br/_banco/img/1193690022_02bolinha_de_gude.jpg. Acesso em: 05 jul. 2009

Questione se eles já observaram o que acontece quando um objeto (bola, por exemplo) vem com uma certa velocidade e se choca com um outro objeto idêntico que está em repouso. Provavelmente alguns alunos responderão que o objeto inicial para e o outro se movimenta com a mesma velocidade do objeto que o chocou, que está certo. Contudo, pergunte por que deste fenômeno acontece r (fisicamente).

Faça com que eles reflitam sobre a pergunta e os questione novamente sobre o fenômeno das bolas de bilhar (quando uma se choca com outra parada e as velocidades são trocadas), e pergunte se isto tem alguma relação com o conceito aprendido nestas aulas. Ajude-os a compreender que quando o choque entre duas bolas idênticas for perfeito, elas trocarão suas quantidades de movimento como visto no experimento (de forma análoga a este) feito na sala de aula.

Finalize estas aulas retomando a pergunta inicial (do astronauta) e ajude-os a compreender que podemos utilizar o Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento (para respondê-la). Sendo a única forma do astronauta alcançar a nave é lançando algo que se afaste dele e da nave para que ele se mova no sentido oposto e se aproxime da nave. Quanto maior a massa do corpo e a velocidade com que é lançado, maior a quantidade de movimento que o astronauta adquire no sentido de aproximar se da nave (1).

Referências Bibliográficas

  1. – Gaspar, Alberto. Física 1º Edição. p. 172, 2008.
Recursos Complementares
Avaliação
Avalie a participação dos alunos no desenvolvimento do experimento, nas discussões e peça para os grupos listarem cinco (5) exemplos de Conservação de Quantidade de Movimento para ser entregue na próxima aula.
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