Portal do Governo Brasileiro
Início do Conteúdo
VISUALIZAR CLASE
 


Variação da quantidade de movimento no Experimento de Rutherford

 

11/01/2011

Autor y Coautor(es)
Guilherme Andre Dal Moro
imagem do usuário

CURITIBA - PR Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Eziquiel Menta

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Médio Física Oscilações, ondas, óptica e radiação
Ensino Médio Química Modelos de constituição: substâncias, transformações químicas
Ensino Médio Física Movimento, variações e conservações
Ensino Médio Química Propriedades das substâncias e dos materiais
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula

- Explicar o experimento de Rutherford através da variação da quantidade de movimento.

- Aplicar conceitos eletrostáticos para explicar os desvios das partículas alfa.

Duração das atividades
2 aulas de 50 min.
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

- Conceitos de Cinemática: velocidade, deslocamento, aceleração;

- Conceitos de Dinâmica: força;

- Sistema Mecânicos

Estratégias e recursos da aula

Estratégias de Ensino:

- aula expositiva dialogal;

- Aula interativa com uso de software educacional.

Consideração inicial ao professor:

O conhecimento físico é um processo histórico que está em contínua transformação e associado às outras formas de expressão e produção do conhecimento. Nesta aula, será possível relacionar os estudos da quantidade de movimento, associado aos conteúdos da física, com o desenvolvimento do modelo atômico geralmente estudado na química. É importante registrar que as descobertas não são estanques e o que o pesquisador precisa muitas vezes utilizar-se de conhecimentos de matemática, física e química. Por exemplo, o processo histórico que resultou na elaboração da mecânica quântica perdurou por 25 anos, desde a publicação do artigo sobre a catástrofe do ultravioleta de Planck até a formulação da equação de Schroedinger, passando por estudos importantes na área da física, química e matemática como o efeito fotoelétrico - Einstein 1905 e determinação da carga do elétron - Millikan 1907.

Introdução à aula:

Inicie a aula mostrando aos seus alunos o seguinte vídeo do Pêndulo de Newton. Procure instigá-os a perceber quais as propriedades que aparentemente são transmitidas de um esfera para outra. Faça-os imaginar o que aconteceria se a esfera solta inicialmente tivesse uma massa maior ou menor que as demais.

Vídeo 1: Pêndulo de Newton

Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=9U1-HJhVsQs&feature=related acesso em 06/12/2010 

Comente com os alunos que as propriedades transmitidas de uma esfera para outra são: ENERGIA  e QUANTIDADE DE MOVIMENTO. O objeto de estudo dessa aula se refere às propriedades da quantidade de movimento e como este conceito está por trás do experimento de Rutherford e da elaboração de seu modelo atômico.

Quantidade de movimento

Apresente para os seus alunos, agora, as sequências de quadrinhos do Cascão, cujo enredo foi explorado pelo Grupo de Reelaboração do Ensino de Física como uma analogia aos princípios de conservação da quantidade de movimento.

Figura 1: Cascão em: Boa Ação

Diponível em http://www.if.usp.br/gref/mec/mec1.pdf acesso em 06/12/2010. 

Com base nessa história complemente a situação atribuindo um número de figurinhas inicial para cada um dos personagens da histórinha e que durante o jogo de bafo, a posse das figurinhas mudava de personagem de acordo com o que ganha. Esta situação pode ser muito bem explorado pela tabela produzida pelo próprio GREF.

Tabela 1: Quantidade de figurinhas de cada criança

Disponível em http://www.if.usp.br/gref/mec/mec1.pdf acesso em 06/12/2010.  

Evidencie aos alunos que o elemento em comum a todas as crianças da historinha são as figurinhas e que, com relação a estas, há duas propriedades básicas: a conservação da quantidade de figurinhas e a transferência da quantidade de figurinhas entre os personagens. Com base nesses dois princípios - de conservação e de transferência - ressalte com seus alunos que a quantidade de movimento de um corpo também segue tais princípios.

Defina agora para seus alunos o conceito de quantidade de movimento, isto é: "a quantidade de matéria que se movimenta com determinada velocidade".

q = m . v onde q é quantidade de movimento de uma única partícula, m é a massa desta partícula e v sua velocidade.

Assim sendo, quanto maior a massa ou sua velocidade, maior será a sua quantidade movimento.

Apresente agora a seguinte sequência de situações envolvendo colisões de automóveis.

Figura 2: Colisões de automóveis

Disponível em http://www.if.usp.br/gref/mec/mec1.pdf acesso em 06/12/2010.   

Comece abordando a primeira situação em que ocorre uma "batida traseira". Deixe claro para os seus alunos que antes da colisão um carro possui velocidade e, portanto, quantidade de movimento. Atribui-se arbitrariamente uma quantidade de movimento de 100 kg.m/s ao veículo com velocidade inicial. O outro, como está inicialmente parado, não possui quantidade de movimento inicial. Portanto, a quantidade de movimento dos dois carros, juntos, é de 100 kg.m/s.

Nesse instante deixe claro para os seus alunos que a soma da quantidade de movimento dos dois carros representa a quantidade de movimento de um sistema, dada por: Q = q1 + q2 + q3 + ... + qn, onde Q é a quantidade de movimento do sistema.

No momento da colisão, devido à aplicação da força de um carro sobre outro (se já abordou o assunto de impulso, poderá aprofundar este tema aqui), parte da quantidade de movimento de um carro é transmitida para outro, de modo que a quantidade de movimento dos dois carro junto permanece inalterada em relação à situação inicial.

Utilize agora a segunda situação - batida frontal número 1- para mostrar novamente que a quantidade de movimento do sistema é conservada e a quantidade de movimento das partículas é variada e transferida durante a colisão. Faça o mesmo procedimento para a terceira situação.

Finalize esta explanação deixando claro para os alunos que a variação da quantidade de movimento de uma partícula depende unicamente da variação de sua velocidade (módulo e/ou direção e/ou sentido). Desta maneira, a variação da quantidade de movimento é dada por:

Apresente para os alunos exercícios que verifiquem se eles compreenderam a aplicação da fórmula da variação da quantidade de movimento. Seguem dois exemplos:

1) (VUNESP - adaptado) Um objeto de massa 0,50 kg está se deslocando ao longo de uma trajetória retilínea com aceleração escalar constante igual a 0,30 m/s2. Se partiu do repouso, determine:

a) a velocidade ao fim de 8,0 s? (Resposta sugerida: v = 2,4 m/s)

b) a variação da quantidade de movimento em kg.m/s? (Resposta sugerida: a variação da quantidade de movimento é 1,2 kg.m/s)

2) (FATEC - adaptado) Uma pequena esfera de massa 0,10 kg abandonada do repouso, em queda livre, atinge o solo horizontal com uma velocidade de módulo igual a 4,0 m/s. Imediatamente após a colisão a esfera tem uma velocidade vertical de módulo 3,0 m/s. Qual o módulo da variação da quantidade de movimento da esfera, na colisão com o solo, em kg . m/s? (Resposta sugerida: a variação da quantidade de movimento é de 0,7 kg.m/s)

Atividade 1: Mini-pesquisa

"Mini pesquisa": indique para os  alunos uma rápida pesquisa individual com roteiro estruturado para que eles complementem o aprendizado deste conteúdo:

1) Definir quandidade de movimento de uma partícula. Identificar qual elemento na história em quadrinhos faz menção à quantidade de movimento.

2) Definir um sistema físico. Identificar na história em quadrinhos e no exemplo das colisões dos automóveis quais são os elementos do sistema.

3) Definir sistema fechado e isolado. Criar uma situação na história em quadrinhos de maneira que o sistema deixe de ser fechado e, depois, isolado.

4) Definir a quantidade de movimento de uma partícula. Na história em quadrinhos como pode se perceber esse princípio?

Atividade 2: Experimento de Rutherford

Apresente para os alunos o seguinte vídeo sobre o experimento que Rutherford desenvolveu e com o qual elaborou o seu modelo atômico. Peça para que os seus alunos copiem em seus cadernos algumas questões que servirão de base para a escrita de um relatório sobre o experimento. Este relatório deverá ser individual e socializado entre os alunos na aula seguinte.

1) Qual foi a observação que motivou Rutherford a realizar o experimento?

2) Qual a importância do experimento de Rutherford para o desenvolvimento científico?

3) Descreva os materiais e os procedimentos desse experimento.

4) Quais foram os resultados obtidos por Rutherford?

5) Quais foram as conclusões de Rutherford e como tais conclusões originaram um novo modelo atômico?

Vídeo 2: Experimento de Rutherford

Disponível em http://www.e-quimica.iq.unesp.br/index.php?Itemid=55&catid=36%3Avideos&id=72%3Aexperimento-de-rutherford&option=com_content&view=article acesso em 06/12/2010. 

Para elucidar mais detalhadamente o experimento de Rutherford, apresente o seguinte site aos seus alunos com as explicações e com uma rápida animação do experimento.

Figura 3: Animação experiência de Rutherford

Disponível http://enciclopediavirtual.vilabol.uol.com.br/quimica/atomistica/explicacaoexperiencia.htm acesso em 06/12/2010. 

Atividade 3: Variação da quantidade de movimento no experimento de Rutherford

É necessário explicar para os alunos que, conforme o vídeo apresentado, a força de repulsão de natureza elétrica dos prótons sobre as partículas alfas produz, nessas segundas, uma variação de suas velocidade. Consequentemente, nesse experimento há uma variação da quantidade de movimento das partículas. Uma situação análoga a esta pode ser percebida em um jogo de bilhar:

Figura 4: Jogo de bilhar

Disponível em: http://www.tacolandia.com.br/carambola.html acesso em 06/12/2010

Para se atingir a bola verde com a bola amarela é necessário fazer "tabela". Durante a colisão da bola amarela com a borda da mesa, a bola sofre uma variação da sua quantidade de movimento, uma vez que ocorre uma mudança na direção da velocidade.

Para finalizar a aula, apresente o recurso 1 para que os alunos variem algumas propriedades do experimento de Rutherford compreendendo-o melhor. É importante que os alunos percebam que ao aumentar o número de prótons, as particulas alfas desviam mais de seu percurso.

Recurso 1: Experimento de Rutherford

Experimento de Rutherford 

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=10448 acesso em 06/12/2010. 

Oriente aos alunos para variar as seguintes propriedades:

1) Número de prótons;

2) Número de nêutrons;

3) Energia das partículas alfa;

Para cada propriedade alterada, os alunos devem registrar em seus cadernos as consequêcias e as suas causas, para que na aula subsequênte façam-se as discussões das considerações dos alunos.

Recursos Educacionais
Nome Tipo
Experimento de Rutherford Animação/simulação
Recursos Complementares

Para complementar a aula, você ainda pode indicar aos alunos a leitura dos sites a seguir com o histórico do desenvolvimento do modelo atômico:

"História do átomo" - disponível em: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/historia-do-atomo/historia-do-atomo.php acesso em 13/12/2010. 

"A história do átomo" - disponível em: http://www.sbmac.org.br/bol/bol-2/artigos/jader/jader.html#Atomi acesso em 13/12/2010. 

Também pode consultar aulas disponíveis no Portal do Professor:

"Um estudo detalhado das colisões!" - disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=25050 acesso em 13/12/2010.

"Colisões" - disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=579 acesso em 13/12/2010.

"Colisões frontais entre dois objetos" - disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=20641 acesso em 13/12/2010.

Avaliação

A avaliação deverá ser realizada a partir das respostas das questões da atividade 1, do relatório desenvolvido na atividade 2 sobre o experimento de Rutherford e das conclusões obtidas e registradas pelos alunos do recurso 1, na atividade 3.

Opinión de quien visitó

Sem estrelas 0 calificaciones

  • Cinco estrelas 0/0 - 0%
  • Quatro estrelas 0/0 - 0%
  • Três estrelas 0/0 - 0%
  • Duas estrelas 0/0 - 0%
  • Uma estrela 0/0 - 0%

Denuncia opiniones o materiales indebidos!

Sem classificação.
INFORMAR ERRORES
¿Encontraste algún error? Descríbelo aquí y colabora para que las informaciones del Portal estén siempre correctas.
CONTACTO
Deja tu mensaje al Portal. Dudas, críticas y sugerencias siempre son bienvenidas.