* Distinguir a aceleração de um móvel que sofre uma força da aceleração de um movimento circular. * Empregar adequadamente as variáveis que determinam a aceleração centrípeta. * Interpretar problemas que envolvam objetos em movimentos circulares à luz de conceitos relacionados à aceleração centrípeta. * Calcular a aceleração centrípeta em movimentos circulares.

Uma aula de 50 minutos

Vetores; Leis de Newton; Aceleração Gravitacional; Movimento Circular; Aceleração Centrípeta.

Desenvolvimento da atividade
Motivação / Introdução (10 min.)
O espaço surge para o homem na década de 50 como uma nova fronteira. Os interesses estratégicos envolvidos estimulam o início de uma corrida espacial que mobiliza as maiores potências da época. De lá, até os dias de hoje, a Astronáutica evoluiu muito mas alguns princípios ainda são os mesmos. Talvez o mais importante seja a necessidade do emprego de foguetes para o lançamento de qualquer tipo de nave.
A principal característica do vôo de um foguete é a força sofrida pela violenta ejeção de gases do combustível queimado. Essa força (F) aplicada na massa (m) do foguete acarreta uma aceleração (a) que faz com que o foguete alcance grandes velocidades que são essenciais para os vôos espaciais; entretanto essa aceleração submete os seus tripulantes a uma enorme fadiga física. Tentando estudar os efeitos de acelerações de valores superiores a uma gravidade terrestre no corpo humano, laboratórios de pesquisa conceberam aparelhos giratórios capazes de produzir acelerações centrípetas da ordem das acelerações sofridas em vôo. Nessa aula, vamos entender melhor o funcionamento desses aparelhos e os efeitos fisiológicos das grandes acelerações no corpo humano.

Na sala de aula (20 min.)
Trabalhe com os alunos de forma a deixar claro a idéia de que:
A simulação da aceleração de vôo de um foguete deve levar em conta a 2ª Lei de Newton (eq.01) onde a força aplicada (F) na massa (m) do foguete produzirá uma aceleração (a) na mesma direção e sentido da força aplicada. É importante salientar que segundo a 3ª Lei de Newton essa força propulsora é reação da força de ejeção dos gases.

Essa aceleração pode ser conseguida artificialmente com o emprego de uma estrutura capaz de girar com uma velocidade (v) e raio (R) de forma que a aceleração centrípeta (aC) seja igual a aceleração de vôo do foguete (a). A figura 01, a seguir, ilustra esses parâmetros em um vôo de um foguete e em uma simulação de um vôo.

 Figura 01 – A) Cápsula sofre uma aceleração (a) quando o foguete de massa (m) é impelido com uma força (F_R). B) Cápsula sofre uma aceleração centrípeta (a_C) ao girar com uma velocidade (v) e raio (R).

Na sala de informática (20 min.)
Iremos simular um ensaio de vôo de um foguete com o O.A. do Rived denominado Conservação do Momento Angular. A situação proposta pelo O.A. reproduz a situação descrita pela fig (1B) onde a cápsula é colocada a girar com uma velocidade e raio conhecido. Vários parâmetros são fornecidos na simulação como:
* R – Raio (m)
* ω – Velocidade angular (rad/s)
* v – Velocidade linear (m/s)
* L – Momento de angular (kg.m²/s)
* a_C – Aceleração centrípeta (m/s²) e (g)
Oriente os alunos a interagir com a simulação explorando as suas possibilidades de situações. Lembre-lhes de alterar os parâmetros um de cada vez mantendo fixo os outros a fim de perceber o seu grau de atuação no fenômeno.
Dentre as inúmeras possibilidades de abordagem dessa simulação iremos explorar a relação entre a freqüência de giro da cápsula, o raio da órbita e a aceleração centrípeta aplicada. Como a simulação trabalha não com a velocidade mas sim com a freqüência de giro da cápsula em rpm deveremos ajustar a equação (2) a fim de relacionar a aceleração centrípeta com a freqüência de giro e o raio do círculo.

Incentive os alunos a encontrarem a relação 05. Feito isso os peça para que explorem o Objeto de Aprendizagem observando os seguintes pontos:
* Há relação da velocidade angular com a força centrípeta sofrida pelo astronauta?
* Existem dois mostradores de aceleração centrípeta. Como transformar uma unidade na outra?
* A alteração da massa altera a aceleração centrípeta?
* O que ocorre com o peso do astronauta quando a aceleração a que ele está submetido aumenta?

Conservação do movimento angular

Avaliação:
O aluno será avaliado através das respostas do relatório em anexo.
 

Nome	Tipo
Conservação do movimento angular	Animação/simulação

http://200.252.137.150:8180/roe/handle/cespe/842 http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_15.asp http://pt.wikipedia.org/wiki/Acelera%C3%A7%C3%A3o_centr%C3%ADpeta http://www.marcospontes.net/top_04_escritor/artigos/artigos%202006/20060106%20altos%20giros.htm

Quando o aluno estiver acessando o Objeto de Aprendizagem Conservação do Momento Angular, peça para que responda as seguintes questões: 1) Escolha um valor qualquer para o raio e varie a freqüência. O que ocorre com a aceleração centrípeta sofrida pelo astronauta? Descreva o que foi observado. 2) Escolha um valor qualquer para a freqüência e varie o raio. O que ocorre com a aceleração centrípeta sofrida pelo astronauta? Descreva o que foi observado. 3) Considerando que a máquina giratória seja ajustada para um raio de 4,179m e freqüência de 22,45rpm determine a aceleração centrípeta que o seu ocupante irá experimentar. Dê o resultado em m/s2 e em “g”. 4) Faça o mesmo que no caso anterior empregando um raio de 5m e freqüência de giro de 40rpm. 5) Determine o peso aparente de um astronauta de 80kg ao ser submetido a uma aceleração centrípeta de 7g. Dê o resultado em kgf. 6) Responda as questões abaixo considerando a seguinte situação: “Durante o funcionamento da máquina um problema causa o desprendimento da nave da ponta da barra giratória”. a) Qual a trajetória seguida pela nave? b) Qual a aceleração centrípeta sofrida pelo astronauta? Explique. 7) Considerando que um novo tipo de foguete seja capaz de decolar com uma aceleração de 6g e que o centro de lançamento resolva simular na máquina giratória uma situação decolagem a fim de preparar melhor os seus astronautas. Nesse caso determine pelo menos duas situações difer