Nesta aula o aluno compreenderá o que é o Trabalho de alguma Força e como ele está presente no nosso cotidiano.

* Trigonometria (cosseno e seno); * Segunda lei de Newton.

As estratégias utilizadas serão:
• Aula interativa;
• Aula conceitual;
• Uso do Laboratório de Informática;
• 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, demonstre em sala de aula um macaco mecânico (Fig. 1) em ação. Em seguida, o professor deverá levantar sua mesa ou um balde grande com terra usando para isso o macaco mecânico. O professor poderá pedir, se preferir, que um aluno tente fazer tal atividade.

Figura 1 – Macaco mecânico.
Imagem disponível em: http://www.testedos100dias.com.br/fusion/wp-content/uploads/2009/07/macaco-520x390.jpg. Acesso em: 07 Out 2009

Após isto, promova uma discussão com os alunos, tendo as seguintes questões como norteadoras desta:

• Como o macaco mecânico funciona?

• Ele pode levantar um carro?

• Quais conceitos físicos estão envolvidos?

• Qual a importância deste equipamento para a humanidade?

É importante que o professor ouça as opiniões dos alunos e favoreça com que eles possam concluir que temos as Forças de Atrito, Peso, Contato, além da ação da gravidade e de Energias (Potencial e Cinética) envolvidas no trabalho realizado pelo macaco mecânico. Ressalte, entretanto, que iremos focar na ação do Trabalho do macaco mecânico, assim sendo o professor deverá dizer que este conceito será estudado e esclarecido no decorrer destas aulas.

Atividade 1

Pensando no funcionamento do macaco mecânico, sugerimos que o professor, após dividir os alunos em grupos de 4 a 5 pessoas, peça para que eles (os grupos) imaginem e construam um sistema parecido com o macaco mecânico, e que este sistema auxilie com que as pessoas consigam levantar objetos muito pesados, como por exemplo, um cavalo que se feriu e que deverá ser colocado sobre um caminhão ou, até mesmo, para erguer um container (Fig. 2). É importante informar aos alunos que neste sistema somente poderemos utilizar equipamentos simples (cordas, ganchos, placa de madeira, roldanas etc.). Ressaltamos que o professor deverá levar estes materiais para a aula, de forma a propocionar a realização desta atividade.

Figura 2 – Container.
Imagem disponível em: http://www.greenhomebuilding.com/weblog/uploaded_images/container16-771995.jpg. Acesso em: 10 Nov. 2009

Peça para que cada grupo apresente aos demais alunos da sala suas ideias e que eles opinem sobre o funcionamento desta. É importante que o professor promova com os alunos uma discussão sobre a efetividade do que foi construído pelos grupos para resolver os problemas propostos!! Feito isto, explique aos alunos que na próxima atividade será desenvolvido um experimento que ilustra este sistema - Trabalho.

Atividade 2

Na atividade anterior foi discutido a formação de um sistema idêntico ao macaco mecânico, ou seja, que utilizasse os mesmo conceitos de funcionamento, neste momento, o professor deverá apresentar o recurso que aborda uma experiência que trata sobre o mesmo assunto - Trabalho, como postado abaixo.

Recurso:Economia de força 2

Link do Recurso no site do Portal do Professor:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/13629/economia_de_forca_2.pdf

Este experimento (Fig. 3) consiste em demonstrar o estudo do Trabalho num plano inclinado.

Figura 3 – Representação da experiência.

Neste experimento poderá ser visto q ue com o uso adequado de um plano inclinad o, podemos realizar o mesmo trabalho realizando menos força. O trabalho em questão é levantar uma caixa a uma determinada altura.

O experimento consiste em utilizar duas rampas feitas com papelão, uma caixa de "chá mate", barbante, suportes, dinamômetro e massas.

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

• Cortem uma das rampas de papelão com 60 cm de comprimento e a outra rampa com 30 cm (Fig.4)

Figura 4 – Demonstração.

• Façam dois suportes – com as tampas requisitadas na tabela 1. Os suportes devem ser do mesmo tamanho e formato, se possível com os mesmos materiais para ambos.

• Coloquem uma das rampas em um suporte e a outra no outro suporte (Fig. 4).

• Fixem com fita adesiva as rampas na borda dos suportes, para que estas não se desloquem.

• Furem dois lados da caixa de chá. Passem uma das extremidades do barbante nos furos e amarrem-no na outra ponta (Fig. 5).

Figura 5 – Caixinha com o barbante.

• Coloquem massas na caixa.

• Com o uso do dinamômetro, levantem a caixa até que seu fundo atinja o topo do suporte, mas dividindo este de três modos (Fig. 6): primeiramente sem o uso das rampas, depois na rampa mais curta (de maior inclinação) e finalmente na rampa mais longa (de menor inclinação).

Figura 6 – Sistema dinamômetro e caixa.

Pergunte aos alunos o que eles notaram de diferente nos dados obtidos pelo dinamômetro enquanto faziam as três etapas do experimento. Ajude-os a compreender que quanto maior a distância de deslocamento do objeto menor será a força para deslocá-lo. Assim, o mesmo Trabalho é feito usando-se menos Força, ocasionando, assim, um aumento na distância percorrida.

Neste momento, retome a pergunta inicial (do macaco mecânico) e favoreça com que os alunos compreendam que o macaco consegue erguer o carro pela ralação entre força e deslocamento. A medida da distância percorrida pela mão que gira a manivela é dezenas de vezes maior que a elevação sofrida pelo automóvel em decorrência desse movimento. A redução da força é exatamente o inverso do aumento do deslocamento: se este se torna dezenas de vezes maior, a força exercida por quem opera o macaco se torna dezenas de vezes men or ⁽¹⁾.

SUGESTÃO

Sugerimos que o professor leve os alunos para o laboratório de informática ou à sala de vídeo e apresente o seguinte vídeo (Fig. 7):

Recurso: http://www.youtube.com/watch?v=1nprO5JZu8U (Acesso em: 07 Out. 2009)

Figura 7 – Imagem do vídeo.

Observação: O vídeo sugerido acima é a primeira parte de uma aula que contem cinco (5) partes. Nesta primeira parte é discutido o Trabalho de uma força, assim sendo sugerimos somente a exibição da primeira parte desta aula, mas fica a cargo do professor trabalhar as demais partes.

Sugestão: O professor, se preferir, poderá gravar o vídeo em DVD e apresentá-lo aos alunos na Sala de Vídeo da escola, de forma que todos possam assisti-lo ao mesmo tempo.

Este vídeo explica o conceito de Trabalho detalhadamente e a sua relação com a Energia Cinética.

Após a apresentação do vídeo, pergunte aos alunos qual a importância do estudo do Trabalho nas nossas vidas. Além disso, pergunte se o Trabalho tem alguma relação com o macaco mecânico discutido no início destas aulas.

Referências Bibliográficas

(1) – Gaspar, Alberto. Física 1º Edição. p. 135, 2008.

Teoria e experimentos:
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/trabalho.php  

Vídeos da continuação da aula:
Aula 2 - http://www.youtube.com/watch?v=3ILXCnEKHUc&feature=related
Aula 3 - http://www.youtube.com/watch?v=aAKsTihDrNg&feature=related
Aula 4 - http://www.youtube.com/watch?v=o_MmF9VZWFY&feature=related 
Aula 5 - http://www.youtube.com/watch?v=cfMpIMUhixY&feature=related  

Avalie a participação dos alunos nas discussões, na exploração do recurso, e peça para eles pesquisem em livros e na internet cinco (5) outras máquinas que utilizem o conceito de Trabalho em seu funcionamento.