16/01/2014
Modalidad / Nivel de Enseñanza | Disciplina | Tema |
---|---|---|
Ensino Médio | Física | Movimento, variações e conservações |
Objetivos da aula
Esta aula foi concebida e utilizada em turmas do 1º ano do Ensino Médio pelo mesmo autor das aulas “Introdução ao estudo dos movimentos” e “Força aplicada, força de atrito e força resultante”. A presente aula dá continuidade a essas aulas que tutoriais para o uso de um software livre, mencionado a seguir na lista de materiais. Apesar conter orientações complementares para o uso do software é importante que o estudante tenha realizado as aulas acima mencionadas.
1 computador para grupos de até 03 estudantes com o software gratuito Tracker previamente instalado. Esse software, que pode ser obtido no endereço www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker, funciona em computadores com configurações modestas em termos de memória RAM e velocidade de processamento e roda em todas as plataformas (Windows, Linux, Mc, etc.).
Instalação prévia no computador do vídeo “Lab 8.mov”, disponível neste link <sites.google.com/site/1anofisicacoltecufmg/materiais-de-apoio-1/videos-interessantes/03--dinamica-newtoniana>.
Nesta aula utilizaremos novamente o Tracker para estudar movimentos registrados em vídeo de duas esferas idênticas. Para ver esses movimentos, inicie o software e abra o arquivo de vídeo “Lab 8.mov”, disponível neste link <sites.google.com/site/1anofisicacoltecufmg/materiais-de-apoio-1/videos-interessantes/03--dinamica-newtoniana>, que deve ter sido previamente salvo no computador que você estiver utilizando.
Após abrir o vídeo, após arrastar a linha de tempo situada abaixo da janela do vídeo lenta ou rapidamente, você poderá notar que uma das esferas se move ao longo de uma trajetória vertical retilínea, enquanto a outra realiza um movimento curvilíneo, deslocando-se ao longo de uma parábola.
O objetivo desta aula é analisar os movimentos exibidos no vídeo para compreender alguns dos princípios centrais da dinâmica newtoniana. A dinâmica é a parte da mecânica que estuda os efeitos das forças sobre os movimentos. Os princípios centrais da dinâmica são: (i) o estado de repouso ou de movimento dos objetos só pode ser alterado mediante a aplicação de forças; (ii) uma força é uma ação externa exercida sobre o corpo cujo repouso ou movimento está sendo investigado; (iii) alterações nas características do movimento de um objeto são previstas e explicadas quando conhecemos a(s) força(s) que atua(m) sobre esse objeto. Para analisar os movimentos exibidos no vídeo, a partir desses três princípios da dinâmica, você deverá interpretar, inicialmente, as afirmações apresentadas nos dois parágrafos a seguir (peça ajuda a seu professor para interpretá-las, caso necessário).
O problema que nós apresentamos nesta atividade é o seguinte: a dinâmica afirma que as alterações nas características do movimento de um objeto dependem, exclusivamente, da(s) força(s) que atua(m) sobre o objeto; então, como as esferas do vídeo podem apresentar movimentos diferentes se elas estão sujeitas a mesma força gravitacional? Inicialmente, registre em seu caderno uma resposta a esse problema usando os conhecimentos que lhe estão disponíveis, nesse momento. Feito isso, siga as orientações deste roteiro para responder a esse problema usando o Tracker para analisar e comparar os movimentos das duas esferas, de modo a responder a duas questões: (a) para além da aparente diferença, o que há de comum entre os movimentos das esferas? (b) a diferença nos movimentos das duas esferas é provocada pela presença de outra força, além da força gravitacional, ou pode ser explicada de outro modo?
As ações a serem realizadas para realizar a análise dos movimentos das esferas com o auxílio do Tracker são: (a) abrir um arquivo de vídeo; (b) selecionar o intervalo do vídeo que será analisado; (c) calibrar a escala de medidas de posição; (d) definir os eixos do sistema de referência utilizado pelo Tracker na realização das medidas; (e) rastrear automaticamente ou manualmente o movimento de um dado objeto; (f) escolher e interpretar os gráficos de movimento mais adequados; (g) capturar as imagens dos gráficos escolhidos.
A maior parte dessas operações foi realizada na aula “Introdução ao estudo dos movimentos”, submetida ao Portal do Professor pelo mesmo autor desta aula. Assim, no breve tutorial apresentado a seguir, trazemos apenas informações complementares, de modo a atender as especificidades da atividade que agora está sendo realizada.
Como afirmamos na leitura realizada na 1ª Atividade desta aula, as duas esferas cujos movimentos estão sendo analisados se movem sob a ação de forças idênticas. Trata-se da atração gravitacional que apresenta, nos dois casos, a mesma direção (vertical), o mesmo sentido (de cima para baixo) e a mesma intensidade. Contudo, a esfera que se move em uma trajetória parabólica apresenta um movimento composto. Assim, além do movimento acelerado na direção vertical, que é provocado pela força de atração gravitacional, essa esfera também apresenta um movimento de avanço horizontal, que se mantém em função da inércia. Em outras palavras, essa esfera específica mantém-se em movimento na direção horizontal por inércia, enquanto sofre uma aceleração na direção vertical, sob a ação da força de atração gravitacional. Com base nessas afirmações, interprete os gráficos X (metros) em função do tempo e Vx (m/s) em função do tempo que foram produzidos para essa esfera.
Algumas consequências importantes da afirmação de que o movimento de avanço horizontal da esfera com trajetória parabólica é um efeito da inércia são as seguintes: (i) a inércia não é uma força, pois é uma propriedade dos objetos e não depende da ação de outros objetos; (ii) disso decorre que o movimento de avanço horizontal da esfera não pode ser atribuído à atuação de uma força; (iii) por conseguinte, nós podemos concluir que nenhuma outra força, além da força gravitacional, atua sobre a esfera com trajetória parabólica; (iv) a esfera que se move em queda vertical também está sujeita apenas a força de atração gravitacional; (v) ambas as esferas exibem aceleração ou variação de velocidade, apenas na direção vertical.
Avalie como verdadeiras ou falsas as seguintes afirmações elaboradas por um estudante a partir de todas as considerações anteriores: (a) a força de atração gravitacional atua apenas na direção vertical e produz efeitos sobre os movimentos das esferas apenas ao longo dessa direção; (b) a esfera com trajetória parabólica mantém um movimento de avanço horizontal com velocidade constante, já que não há nenhuma força atuando na direção horizontal capaz de impedir a continuidade desse movimento.
A avaliação deve ser consistente com o que propõem os objetivos de aprendizagem descritos no item “O que o aluno poderá aprender com esta aula”. Alguns exercícios de lápis e papel similares aos que apresentamos a seguir podem ser usados tanto para transferir a responsabilidade aos estudantes pelo uso dos conhecimentos construídos ao longo da aula, quanto para identificar eventuais dificuldades de compreensão dos conceitos e relações que estruturam a atividade.
Os gráficos mostrados na figura disponível neste link <pontociencia.org.br/galeria/#/content/Fisica/Mecanica/Graficos%20Vy%20de%20esferas%20em%20queda%20vertical%20e%20parabolica.jpg> apresentam os valores de velocidade instantânea, na direção vertical, das esferas cujos movimentos foram registrados no vídeo analisado nesta aula. No referencial a partir do qual os dois movimentos são observados e estudados, o gráfico da esquerda refere-se à esfera que executa um movimento retilíneo; o da direita refere-se àquela que apresenta um movimento parabólico. Analisando os dois gráficos, responda:
a) O que os gráficos revelam sobre as características dos movimentos exibidos pelas duas esferas na direção vertical?
b) Considerando as medidas de velocidade instantânea exibidas nos gráficos, você diria que existe alguma força atuando na direção vertical? Explique.
c) Explique como o software Tracker realiza as medidas que permitem a construção desses gráficos. Na explicação, refira-se ao referencial a partir do qual as medidas são realizadas e a estratégia usada pelo software para apresentar valores de velocidade dados em metros/segundo.
d) No referencial a partir do qual os dois movimentos são observados e estudados, as trajetórias associadas a esses movimentos são diferentes: uma delas é retilínea enquanto a outra é parabólica. Os dois gráficos revelam essas diferenças entre os movimentos das duas esferas? Explique.
Os gráficos mostrados na figura disponível neste link <pontociencia.org.br/galeria/#/content/Fisica/Mecanica/Graficos%20Vx%20de%20esferas%20em%20queda%20vertical%20e%20parabolica.jpg>, apresentam os valores de velocidade instantânea, na direção horizontal, das esferas cujos movimentos foram registrados no vídeo analisado nesta aula. No referencial a partir do qual os dois movimentos são observados e estudados, o gráfico da esquerda refere-se à esfera que executa um movimento retilíneo; o da direita refere-se àquela que apresenta um movimento parabólico. Analisando os dois gráficos, responda:
a) O que os gráficos revelam sobre as características dos movimentos exibidos pelas duas esferas na direção horizontal?
b) No gráfico da esquerda, vemos o registro de uma velocidade que permanece praticamente nula, ao longo do tempo. Como se explica a ausência de mudanças no valor dessa velocidade horizontal?
c) No gráfico da direita, vemos o registro de uma velocidade praticamente constante. Nesse caso, as pequenas variações exibidas na velocidade decorrem, exclusivamente, de erros de medida. Considerando que a velocidade é realmente constante, você diria que existe alguma força atuando na direção horizontal?
d) No referencial a partir do qual os dois movimentos são observados e estudados, as trajetórias associadas a esses movimentos são diferentes: uma delas é retilínea enquanto a outra é parabólica. Os dois gráficos revelam essas diferenças entre os movimentos das duas esferas? Explique.
Os gráficos situados no lado direito das questões 1 e 2 referem-se ao movimento de uma mesma esfera. No referencial a partir do qual o movimento dessa esfera foi observado, trajetória exibida foi uma parábola. Em relação a esse movimento e às informações contidas nos dois gráficos, responda:
a) O movimento parabólico pode ser interpretado como o resultado da realização de dois movimentos simultâneos e independentes? Explique. Existe alguma força atuando sobre a esfera que explique as características do movimento horizontal apresentadas no gráfico de Vx (velocidade na direção horizontal) em função do tempo? Explique.
b) Existe alguma força atuando sobre a esfera que explique as características do movimento horizontal apresentadas no gráfico de Vy (velocidade na direção vertical) em função do tempo? Explique.
Cinco estrelas 1 calificaciones
Denuncia opiniones o materiales indebidos!
27/02/2014
Cinco estrelasSou Pedagoga e atuo com o Ensino Médio e Técnico. Sempre pesquiso atividades diferenciadas para auxiliar os professores em sua prática pedagógica. Também oriento os alunos a pesquisarem sobre os conteúdos das disciplinas em que encontram dificuldades em compreender e aprender o que os professores transmitem. Precisamos de professores que, assim como você, divulgam seus trabalhos e práticas pedagógicas, visando melhorar a aprendizagem e desempenho acadêmico dos alunos, bem como a troca de experiê