• Determinar o período de oscilação do pêndulo com auxílio do software Audacity (disponível em: http://audacity.sourceforge.net/?lang=pt).
• Determinar a aceleração da gravidade do local.
• Verificar se o comprimento do fio influencia no período do pêndulo simples.

Período de um pêndulo simples.

Utilização do software Audacity.

Para esta aula o professor deve dividir os alunos em grupos de três alunos cada. Cada aluno deve exercer uma função como descrito abaixo.

• COORDENADOR: Aluno orientador do grupo.
• MONTADOR: Aluno responsável pela organização do material, montagem experimental, quando esta existir, e utilização do software Audacity, disponível em: http://audacity.sourceforge.net/?lang=pt, visitado em 15 de janeiro de 2013.
• RELATOR/SECRETÁRIO: Aluno responsável pelo registro das ideias desenvolvidas durante a atividade, estando sempre atento aos problemas que vão acontecendo e registrando, com cuidado, o pensamento do grupo, para discussão em grande grupo no final das atividades.

O professor, sem acesso à internet na sala de informática, deve baixar e disponibilizar aos alunos o roteiro disponível em: https://skydrive.live.com/redir?resid=1D960D6868952C2E!172&authkey=!AOEP5ldao1RXVvs.

MATERIAL

Disponibilize aos alunos em uma mesa os materiais abaixo listados, em quantidade suficiente para que cada grupo realize sua montagem experimental.

• Uma trena;
• Um transferidor;
• Dois metros de linha de costura número 10;
• Dois alfinetes pequenos para fixar a linha de costura na bolinha formando assim o pêndulo;
• Uma bolinha de plástico que servirá de massa para o pêndulo. O ideal é que a bolinha seja maciça;
• Computador com caixas de som, microfone e o software Audacity instalado;
• Um suporte de madeira ou metal para a sustentação do pêndulo como pode ser visto na figura 1.
   

DESENVOLVIMENTO DA AULA

 ATIVIDADE 1:

• Inicie a aula com a problematização inicial encontrada no roteiro disponível em: https://skydrive.live.com/redir?resid=1D960D6868952C2E!172&authkey=!AOEP5ldao1RXVvs. Esta problematização se encontra na forma de uma pergunta. Ele deve pedir que um aluno faça a leitura em voz alta para posterior discussão: "Sabemos que existem relógios que funcionam baseados num pêndulo como mostra a figura abaixo. O mecanismo de funcionamento tem por base o tempo necessário para o vai e vem deste pêndulo. Como medir este tempo utilizando o software Audacity e utilizá-lo para determinar a aceleração da gravidade local?".
• Aguarde alguns minutos para que os grupos reflitam sobre esta questão e escrevam suas respostas.
• Logo após esse momento de reflexão o RELATOR de cada grupo deve apresentar sua resposta de forma oral aos outros colegas da sala e o professor deve promover uma rápida discussão dessa respostas com os alunos.
• Logo após esta discussão, encaminhe os alunos a uma leitura em grupo da parte teórica sobre o assunto encontrada no roteiro da aula. Acompanhe a leitura passando pelos grupos e assim que a dúvidas forem surgindo esclarecê-las imediatamente e se achar conveniente, compartilhe-as com toda sala.
• Após a leitura faça as seguintes perguntas para acompanhar a aprendizagem dos alunos:

           1) Se alterarmos o comprimento do fio o período do pêndulo muda?

           2) Se alterarmos a massa do pêndulo, o período muda?

• Para responder estas perguntas o professor deve utilizar o objeto de aprendizagem do PHET encontrado no link: http://phet.colorado.edu/sims/pendulum-lab/pendulum-lab_pt_BR.jar, visitado em 31 de dezembro de 2012. Se o professor não tiver acesso à internet ele deve baixar e instalar o objeto de aprendizagem em um computador ligado a um projetor multimídia para fazer a demonstração aos alunos.

Comandos para o professor usar o objeto de aprendizagem com um projetor multimídia:  

• Inicie o software.
• Clique na caixa Mostrar 2º pêndulo e habilite-a.
• Ajuste o comprimento do 2º pêndulo para 2 m e sua massa para 2 kg.
• Pare a execução do objeto de aprendizagem.
• Clique e arraste, com auxílio do mouse, cada bloco para sua posição inicial (ângulo de 10º).
• Clique em executar.

Neste momento o professor pergunta aos alunos: O que aconteceu com o período dos pêndulos?

Mostre aos alunos que não há alteração no período do pêndulo.

• Pare a execução.
• Clique em Reiniciar e altere o comprimento do 2º pêndulo para 1 m e sua massa para 1 kg.
• Clique e arraste, com auxílio do mouse, cada bloco para sua posição inicial (ângulo de 10º).
• Clique em Executar.

Neste momento o professor pergunta novamente aos alunos: O que aconteceu com o período dos pêndulos?

Mostre aos alunos que não há alteração no período do pêndulo.

ATIVIDADE 2:

PARTE EXPERIMENTAL: Medida do período de um pêndulo simples com auxílio do software Audacity e calculo da aceleração da gravidade local.

FORMA DE ORGANIZAÇÃO DOS GRUPOS PARA A PARTE EXPERIMENTAL: - COORDENADOR (aluno responsável pela leitura das instruções e preenchimento do roteiro); - MONTADOR (aluno que utiliza e controla as funções do software); - RELATOR (aluno que anota as dúvidas e dificuldades para a discussão em grande grupo no final da atividade e também para a produção do relatório final a ser entregue ao professor).

Durante esta atividade o professor, atuando como mediador do processo ensino e aprendizagem, passa pelos grupos e verifica o andamento da parte prática através do preenchimento dos roteiros e dirime as dúvidas quanto à: -utilização do software. - instruções contidas no roteiro. -fundamentação teórica que envolve a atividade.

PROCEDIMENTOS E INSTRUÇÕES PARA O MONTADOR DE CADA GRUPO:

• Monte o pêndulo simples tomando os seguintes cuidados na sua construção: (1) Amarre a linha de costura no alfinete e prenda o alfinete na bolinha de plástico. (2) Amarre este conjunto no suporte. (3) Posicione o microfone e uma das caixas de som do computador como mostrado na figura 1.
• Meça com auxílio de um transferidor o ângulo de abertura do pêndulo. Lembre-se que este ângulo deve ser pequeno (no máximo 10°).
• No software, vá até o menu Inserir==>Tom.
• Crie uma onda de frequência 1500 Hz e duração de 60 segundos.
• Solte o pêndulo com um ângulo de 10°.
• Coloque o software Audacity para gravar. Observação para o professor: A cada passagem da bolinha de plástico entre o microfone e a caixa de som, haverá uma diminuição na intensidade do som gravado pelo microfone e através dessa diminuição no sinal gravado pelo software Audacity é o que os alunos poderão medir com grande precisão o período do pêndulo.
• Após mais ou menos dez oscilações pare de gravar e meça os períodos na forma de onda gravada na faixa 2 do software como o exemplo mostrado na figura 2.
• Preencha a tabela do roteiro com os respectivos valores dos períodos.
• Repita todo o procedimento alterando o comprimento L do fio.
• Com os dados obtidos, utilize a Equação 1 e determine a aceleração da gravidade local.

Socialização dos resultados:

Enquanto os alunos realizam a parte experimental, monte uma tabela na lousa. Nesta tabela o RELATOR de cada grupo deve escrever os resultados encontrados para o valor da aceleração da gravidade local. Após o preenchimento da tabela na lousa o RELATOR de cada grupo deve ler para a sala as dificuldades encontradas durante a execução do experimento. Neste momento faça algumas perguntas aos relatores como por exemplo:

1_O que aconteceu com o período quando vocês mudaram o comprimento do pêndulo?

2_Ao fazer a média dos períodos medidos durante o experimento, algum valor ficou muito diferente dos demais? Vocês levaram em conta este valor ou o descartaram?"

3_A temperatura do ambiente altera o período do pêndulo proposto?.

Após ouvir as respostas dos RELATORES, discuta-as com todos.

Ao final, calcule a média dos valores registrados na lousa (tabela montada coletivamente) e compare este resultado com o valor da aceleração da gravidade encontrado nos livros didáticos. Se o valor calculado discordar muito do valor teórico, pergunte aos alunos o que pode ser feito para conseguir uma melhor aproximação?

Apesar de muito simples esta montagem experimental ela é muito importante no Ensino da Física porque com ela, o aluno compreende os conceitos físicos envolvidos no pêndulo simples.

ORIENTAÇÕES PRÁTICAS PARA O PROFESSOR.

O objetivo principal desta atividade é determinar a aceleração da gravidade local com auxílio de um pêndulo formado por uma bolinha de plástico que servirá de massa para o pêndulo simples como pode ser visto na figura 1.

Figura 1 – Esquema da montagem experimental para a determinação da aceleração da gravidade. Figura de autoria pessoal

Para medir o período do pêndulo a fim de se encontrar a aceleração da gravidade local, um sinal de frequência 1500 Hz é gerado pela ferramenta gerador de tom do software. Com o pêndulo em movimento, o sinal deve ser reproduzido pela caixa de som do computador e gravado pelo software através do microfone.

Cada vez que a massa do pêndulo passa em frente ao microfone, a amplitude do sinal captado sofre uma diminuição. Na figura 2 temos um exemplo de como a tela do computador fica após o término da gravação. Esta figura foi obtida em uma das aulas onde este experimento foi realizado. Nela podemos observar as diminuições da amplitude do sinal do microfone e no destaque, a medida do período do pêndulo.

Figura 2– Tela mostrando a medida do período do pêndulo no experimento DETERMINAÇÃO DA ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE. Figura de autoria pessoal.

Com o período do pêndulo medido com o auxílio do software e o comprimento do pêndulo medido pelos alunos, eles calculam a aceleração da gravidade pela equação:

Equação 1 – Equação que relaciona o período, o comprimento do pêndulo e a aceleração da gravidade local.

ATIVIDADE 3:

Esta atividade é de resolução de exercícios e retomada da questão problematizadora inicial.

• O professor deverá estimular os alunos a realizarem os dois exercícios propostos no roteiro.
• Após a realização dos exercícios faça a correção dos mesmos na lousa.
• Retome a questão problematizadora inicial e proponha aos alunos assistirem um vídeo do YouTube que mostra a aplicação do período de um pêndulo simples no funcionamento do relógio. Vídeo disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=GljNOUfnFxs, visitado em 28 de dezembro de 2012.
• Peça ao RELATOR de cada grupo que entregue o relatório e o roteiro utilizados nas atividades.

Respostas dos testes de vestibulares encontrados no roteiro:

1_  10 oscilações ---- 9,0 segundos

        1 oscilação  ------         x              ==> x = 9,0/10 = 0,9 s  (alternativa a)

2_Como a gravidade na Lua é menor que a gravidade na Terra, pela equação o aluno pode ver que se g diminui, o período T aumenta. Logo o relógio terá seu período maior na Lua que na Terra, atrasando-se. (alternativa a)

Aprendendo mais sobre pêndulo simples e aceleração da gravidade.

SóFísica: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/pendulo.php, visitado em 30 de outubro de 2012.

GASPAR, A. Compreendendo a Física. São Paulo: Editora Atual, Vol. 2, 52p., 1a Ed., 2011.

Os alunos serão avaliados de acordo com a participação nas discussões feitas na problematização inicial, nas respostas dadas durante a realização das atividades na sala de informática e na discussão em grande grupo no final da atividade.