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O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE 20 09 Produção Didático-Pedagógica Versão Online ISBN 978-85-8015-053-7 Cadernos PDE VO LU M E I I SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO Superintendência da Educação Diretoria de Políticas e Programas Educacionais Programa de Desenvolvimento Educacional CADERNO PEDAGÓGICO Métodos e Metodologias no Ensino de Ciências Sônia Maria de Carvalho Stresser Professora da Rede Pública Estadual Paranaense – SEED/PDE 2009 Orientadora: Professora Doutora Rita Zanlorensi Visneck Costa Coordenadora do Curso de Licenciatura em Física - UTFPR Laboratório de Ciências e Laboratório de Informática Curitiba 2009 2 ÁREA Ciências NÍVEL Ensino Fundamental II 8ª série / 9º ano TÍTULO Métodos e Metodologias no Ensino de Ciências JUSTIFICATIVA Este Caderno Pedagógico foi elaborado tendo em vista a dificuldade que alguns professores de Ciências encontram na elaboração de atividades experimentais e principalmente com material alternativo, além da dificuldade em inserir o computador como recurso didático. OBJETIVO GERAL Proporcionar situações mais favoráveis e dinâmicas para a aprendizagem no ensino de Ciências. OBJETIVO ESPECÍFICO • Pretende-se levar cada aluno construir coletivamente conhecimentos científicos com base em suas concepções prévias do assunto. • Propor um roteiro de atividades experimentais que possam auxiliar os professores. • Apresentar os dados experimentais através de gráficos, planilhas e pesquisas que serão elaboradas no computador. METODOLOGIA Atividades elaboradas: Apresentação teórica do conteúdo: O conteúdo do plano de aula da 8ª série (onde provavelmente será química no primeiro semestre e física no segundo semestre de 2010) será apresentado na própria sala de aula da referida turma. Após a apresentação teórica do conteúdo, haverá a distribuição das tarefas que serão as seguintes: Trazer o material alternativo, preparar os instrumentos (ou objetos) necessários aos experimentos, realizar o experimento e deixar organizado o local do experimento, que será no laboratório de ciências da própria escola. Estas tarefas serão distribuídas, a princípio por livre escolha dos próprios alunos na primeira aula experimental e depois haverá um revezamento no qual todos irão exercer todas as funções. E para finalizar a aula experimental todos serão responsáveis pela complementação do relatório. Formação dos grupos: Esse projeto será implementado na menor turma de oitava série da escola (tendo em vista que a sala de aula deles também é a menor da escola), sendo menos que trinta alunos. Está prevista uma divisão na qual cada grupo tenha no máximo quatro alunos. Estes grupos ocuparão as mesas disponíveis, onde serão realizadas as experiências. Embora o espaço físico do Laboratório de Ciências seja razoável, no sentido de acomodar os alunos, a possibilidade de conseguir instrumental para realizar as atividades práticas é precária. Dessa forma, serão utilizados tanto os materiais disponíveis no laboratório quanto materiais alternativos que poderão ser confeccionados pelos alunos ou pelo professor. 3 No Laboratório de Ciências os grupos serão responsáveis sempre pela mesma mesa onde serão realizadas as experiências. Durante as aulas experimentais, os alunos serão analisados quanto ao seu envolvimento na realização dos experimentos, quanto à organização e quanto ao aprendizado (este será comparado aos alunos de uma mesma série, mas de outra classe que não terá o mesmo tipo de estratégia na aula). Encerrada a aula experimental e os relatórios entregues à professora, na aula seguinte os alunos serão dirigidos à sala de informática. No Laboratório de informática os alunos irão reforçar o mesmo conteúdo da aula teórica e da experimental. Este reforço será através de: pesquisas, gráficos, planilhas, relatórios e outros. Através destes, os alunos serão analisados quanto à aprendizagem. APRESENTAÇÃO Professor (a): A ciência sempre esteve sujeita às influências sociais e econômicas. Se a sociedade influencia o desenvolvimento da ciência, consequentemente esta influencia fortemente a vida das pessoas. Este Caderno Pedagógico foi elaborado considerando a importância da participação do aluno em atividades práticas levando em conta os conteúdos que foram trabalhados. Ele tem a intenção de auxiliá-lo em aulas experimentais no laboratório de Ciências (ou mesmo na própria sala de aula) e também no laboratório de informática. No laboratório de Ciências, as experiências irão buscar integrar a teoria com a prática. Preferencialmente as atividades serão em pequenos grupos (no máximo quatro alunos), possibilitando aos mesmos o manuseio dos materiais. As aulas deverão ocorrer com um tempo maior de duração, pois há várias etapas que são: Introdução teórica, realização do experimento, elaboração de relatório, limpeza e organização do material. Trabalhar com experiências é realmente muito importante para desenvolver habilidades de raciocínio no aluno e motivá-lo para o aprendizado ao aplicar os conteúdos em situações do dia-a-dia. Ao elaborar uma aula prática no laboratório de Ciências deve-se ter em mente o objetivo que se pretende atingir com a experiência. As aulas práticas servem de estratégia e podem auxiliá-lo a retomar um assunto já abordado, construindo com seus alunos uma nova visão sobre um mesmo tema. Quando compreende um conteúdo trabalhado em sala de aula, o aluno amplia sua reflexão sobre os fenômenos que acontecem à sua volta. Por considerar importante que os alunos participem de aulas em que aconteçam atividades práticas, este caderno pedagógico tem um caráter motivador para o aluno. As atividades práticas propostas aqui não necessitam de materiais de alto custo ou de difícil acesso, atendendo à realidade da maioria das escolas. Serão aproveitados os materiais existentes no laboratório e serão utilizados materiais alternativos para os experimentos que não possuem material disponível no laboratório. Com o uso do computador serão trabalhados os resultados experimentais, serão realizadas pesquisas buscando-se aplicar conceitos e termos estudados. No computador, o aluno será solicitado a interpretar planilhas, tabelas, gráficos, analisar esquemas, filmes e outros tipos de imagens. 4 A aprendizagem com o uso do computador prepara o aluno para um bom desempenho em sua vida profissional; desenvolve no aluno: a capacidade de trabalho em grupo (colaborativo), a autonomia, a capacidade de buscar a informação, a habilidade de pesquisar. Além disso, o professor transforma-se em mediador de aprendizagem. As atividades no laboratório de informática com o computador foram elaboradas tendo em vista que as escolas paranaenses possuem computadores disponíveis para este fim. Para a elaboração deste Caderno Pedagógico foram utilizadas pesquisas em livros, revistas científicas, sites e outros. UNIDADES DIDÁTICAS: Este caderno didático contém três unidades, sendo: • Unidade I: Cinemática (movimento; trajetória; intervalo de tempo; posição; velocidade-média e instantânea e aceleração). • Unidade II: As Leis de Newton. 1ª lei de Newton (ou lei da inércia); 2ª lei de Newton-“força” que muda o movimento; 3ª lei de Newton (ou lei da ação e reação) e força: de atrito e centrípeta. • Unidade III: Gravitação Universal (movimento dos planetas/lua em torno do Sol/); peso dos corpos; centro de gravidade e equilíbrio dos corpos. Em média cada unidade terá três atividades: Experimento (distribuído em: início desenvolvimento e discussão), relatório sobre o experimento (com questões objetivas e subjetivas), elaboração de planilha e gráfico ou pesquisa, no computador. RECURSOS MATERIAIS:Material de laboratório necessário para os experimentos; sucata para produzir alguns materiais não existentes no laboratório; papel sulfite; computador; impressora; tinta para impressora. AVALIAÇÃO: Será feita através de questionário aos professores participantes do GTR e aos professores da escola que possivelmente utilizarão o material didático. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Livros, manual de experimentos, sites e revistas científicas. INTERVENÇÃO PEDAGÓGICA DO PROJETO NA ESCOLA 1º Passo: Investigação sobre o conteúdo do projeto com a aplicação de questionários (aos professores da disciplina e aos alunos envolvidos no projeto) sobre: atividades experimentais no laboratório de ciências da escola e outro sobre atividades no computador na sala de informática da escola. 2º Passo: Apresentação teórica do conteúdo. Como o início da implementação do projeto dar-se-á em agosto de 2010 (terceiro bimestre) quando os alunos estarão estudando física. O projeto será implementado em quatro unidades: Unidade 1: Cinemática (movimento – referencial, deslocamento, posição, intervalo de tempo e velocidade); Unidade 2: As três Leis de Newton e Unidade 3: Gravitação Universal. 5 3º Passo: Formação dos grupos e distribuição das tarefas entre os alunos, quais sejam: Trazer o material alternativo, elaborar os instrumentos (ou objetos) necessários aos experimentos, realizar o experimento, deixar organizado o local do experimento e completar o relatório. 4º Passo: Tratamento dos dados experimentais, pesquisa, gráfico ou simulações no computador na sala de informática. 6 SUMÁRIO NORMAS DE SEGURANÇA PARA AULA PRÁTICA NO LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS .............................................................................................................. 7 UNIDADE I – CINEMÁTICA ...................................................................................9 Introdução........................................................................................................... 9 Objetivos da unidade .......................................................................................... 9 Conteúdos .......................................................................................................... 9 Experiências no laboratório de Ciências (LC – 1)............................................... 9 Atividade no laboratório de informática (LI – 1) ................................................ 15 UNIDADE II – AS LEIS DE NEWTON ..................................................................20 Introdução......................................................................................................... 20 Objetivos da unidade ........................................................................................ 20 Conteúdos ........................................................................................................ 21 Experiências no laboratório de Ciências (LC – 2)............................................. 21 Atividade no Laboratório de Informática (LI - 2)................................................ 26 UNIDADE III - GRAVITAÇÃO UNIVERSAL..........................................................31 Introdução......................................................................................................... 30 Objetivos da unidade ........................................................................................ 30 Conteúdos ........................................................................................................ 30 Experiências no laboratório de Ciências (LC – 3)............................................. 30 Atividade no laboratório de informática (LI – 3) ................................................ 37 SUGESTÕES BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................40 APÊNDICES .........................................................................................................43 7 NORMAS DE SEGURANÇA PARA AULA PRÁTICA NO LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS 1. O laboratório é um local de trabalho sério; portanto sem brincadeiras que dispersem a atenção de todos. Trabalhe com calma, atenção e responsabilidade. 2. O cuidado e aplicação de medidas de segurança é responsabilidade de cada estudante; cada um deve precaver-se contra perigos devido ao seu próprio trabalho e ao dos outros. 3. Consulte o professor sempre que tiver dúvidas ou ocorrer algo inesperado ou não previsto. 4. Não coma ou beba no laboratório. 5. Faça apenas a experiência prevista; qualquer atividade extra não deve ser realizada sem a prévia consulta ao professor. 6. Não cheire, toque ou prove qualquer reagente. Lembre-se que a contaminação ocorre por inalação e/ou ingestão e/ou absorção pela pele. 7. Nunca deixe fogo aceso quando não estiver usando. 8. Não use substâncias inflamáveis sozinho, sem que o professor(a) esteja por perto. 9. Todo material tóxico e/ou que exale vapor deve ser usado na capela (área própria). 10. Leia com atenção o rótulo dos frascos antes de usá-los para certificar-se que é o frasco certo. 11. Todo frasco contendo reagentes, amostras e soluções deve ser devidamente etiquetado (identificação do material e do responsável, também a data). 12. Não contamine as substâncias, voltando instrumentos já usados no frasco. Nunca utilize a substância do frasco original e nem use instrumentos sujos ou molhados. 13. Não utilize material de vidro quebrado, rachado ou com defeito. 14. Não deixe vidraria ou qualquer equipamento quente sobre a bancada sem o devido aviso. 15. Enxugue e lave qualquer local onde cair qualquer substância. 16. O laboratório deve estar sempre limpo e arrumado, a saída deve estar livre, chão e acentos secos. 17. Nunca jogue substâncias, papéis, fósforo ou qualquer sólido na pia. 8 18. Substâncias que não podem ser jogadas na pia devem ser armazenadas em frascos separados. 19. Nunca deixe água em uma superfície polida. 20. Nunca deixe qualquer material perto da quina da bancada (mesa). 21. Nunca coloque suas mãos inadvertidamente num material sem antes saber se está quente. 22. Nunca deixe um recipiente aquecido muito cheio e nem apontado numa direção em que o líquido fervente possa ser ejetado em alguém. 23. Nunca deixe os cabelos compridos ou roupas muito largas balançando perto de fogo ou substâncias perigosas. 24. Nunca deixe produtos químicos guardados em frascos que eram de alimentos e que ainda apresentam os rótulos originais. 25. Nunca despeje líquido acima do nível dos olhos. 26. Nunca fique muito perto da demonstração enquanto a observa, não fique sacudindo papéis ou carregando volumes que tampem sua visão. 27. A superlotação acarretará problemas que poderá fazer com que os alunos esbarrem nos materiais ou nas substâncias. 28. Os materiais ou substâncias devem estar bem apoiados e firmes, para não correr o risco de cair. 29. As banquetas, mochilas ou outro material qualquer não devem estar bloqueando o espaço de circulação. 30. É importante que se habitue a limpar o material de vidro logo após o término do experimento, porque a substância é conhecida. Obs.: Os bons hábitos de trabalho e boas práticas de laboratório devem ser ensinados desde o começo. 9 UNIDADE I – CINEMÁTICA Introdução Cinemática é a parte da física que estuda o movimento dos corpos. A palavra cinemática tem origem no vocábulo grego Kínema, que significa “movimento”. Então, movimento é o estado de um corpo cuja posição varia à medida que o tempo passa, quando visto por certo observador. O movimento é relativo porque depende de quem observa. O que define se um objeto está ou não em movimento recebe a denominação de referencial.Um objeto pode estar em movimento em relação a certo referencial e estar em repouso em relação a outro. Esta forma do caminho percorrido por um corpo é denominada trajetória e se estiver em movimento, este poderá ser em linha reta (retilínea) ou em curva (curvilínea), podendo ser uma trajetória elíptica, circular ou parabólica, por exemplo. Objetivos da unidade Fazer com que o aluno compreenda os conceitos de movimento, referencial, trajetória, ponto material ou partícula. Identificar e compreender as grandezas que descrevem movimentos: intervalo de tempo; posição; deslocamento; velocidade média e instantânea e aceleração. Calcular a velocidade e a aceleração de um corpo. Transformar unidades de velocidade. Classificar movimentos quanto à variação da velocidade. Conteúdos Movimento. Referencial. Trajetória. Ponto material e partícula. Grandezas da cinemática. Classificação dos movimentos. Experiências no laboratório de Ciências (LC – 1) Experiência 1: MRUV (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado). Introdução: Através deste experimento será estudado o movimento retilíneo uniformemente variado podendo ser explorado também outros conteúdos tais como as leis de Newton. Sendo assim o desenvolvimento deste experimento está relacionado ao movimento dos corpos. Nesse experimento será feita uma coleta de dados quando o carrinho (figura 01) entrar em movimento e começar a gotejar a água na pista do carrinho. Inicialmente será medido o intervalo de tempo (com o auxílio do cronômetro) entre as gotas que caem sobre a pista durante o movimento do carrinho. Depois será medido o espaço percorrido pelo carrinho. Podemos então através destes dados, calcular a velocidade média do percurso todo do carrinho ou então referente a cada espaço percorrido (medindo o espaço da largada até a primeira gota de água), então dividindo este espaço percorrido por este tempo gasto teremos a 10 velocidade média referente somente a este percurso do carrinho. Assim sucessivamente vamos calculando até o final do percurso. Objetivos: Estudar o movimento retilíneo uniformemente variado. Durante o desenvolvimento experimental, visualizar a variação da velocidade do carrinho. Materiais: Um carrinho com espaço adequado para um reservatório de água, semelhante ao da figura 01; Suporte liso para apoiar o carrinho (poderá ser a mesa do laboratório); Fita métrica; Água, que pode ser colorida; Canudo bem fino para ser acoplado no carrinho e que funcionará como gotejador; Gancho para prender o fio de nylon ao carrinho; Garrafa pequena com água; Recipiente para despejar o excesso de água do carrinho; Toalha pequena; Canetinha e papel para marcar o caminho do carrinho; Elástico; Massa de um corpo (pode ser uma pedra); Cronômetro. Fig. 01 http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_12.asp http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_12.asProf. Luiz Ferraz Netto Acesso em: 16/10/2009 às 09h 32 min Procedimento: No frasco a ser colocado em cima do carrinho adapte dois canudos: um que será fixado na rolha (na “boca” da garrafa) e o outro que permitirá que a água a ser colocada em sua caçamba (ou sistema semelhante) fique gotejando. Sobre a carroceria do carrinho que pode ser de plástico, coloque o frasco com a água que poderá ser colorida. Na parte traseira do carrinho prenda um pedaço de fio de nylon com uma argola na ponta para que o carrinho possa ficar parado até o momento que acharmos conveniente a sua largada e, na parte da frente, pode-se prender um gancho para facilitar a montagem do fio de nylon e da massa a ser suspensa para http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_12.asp� http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_12.as� 11 que o sistema funcione. Em cada extremidade desses fios de nylon coloca-se uma argola. Ao lado da madeira (que será a pista do carrinho) prende-se uma fita métrica de forma que ela chegue ao final da madeira (através da qual mediremos a distância percorrida pelo carrinho). No final da pista do carrinho será utilizado um copinho cortado para que o fio de nylon, que unirá o carrinho à massa suspensa, deslize sobre ele. Relatório da experiência - 1 Data: _________________ Título do experimento: __________________________________ Professora: __________________________________________ Componentes do grupo: ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ Objetivo da experiência: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 cm Fig. 02 1-) Com o deslocamento do carrinho, marque na figura 02 as posições das gotas. 2-) Use o cronômetro e marque o intervalo de tempo de 10 gotas de água. Cada equipe marcará o tempo e depois será feito o valor numérico (a média). Com esse resultado, proporcionalmente encontra-se o intervalo de tempo para uma gota cair do carrinho. Obs.: Anote os resultados desta questão na Tabela 01. 12 s (posição) t(intervalo de tempo) Vm (cm/s) – será calculada Equipe 1 20 cm Equipe 2 40 cm Equipe 3 60 cm Equipe 4 80 cm Equipe 5 100 cm Tabela 01 Questionamentos a serem respondidos: a) Durante todo percurso, a posição do carrinho: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante (não variou). b) Durante todo percurso, o intervalo de tempo gasto pelo carrinho: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante. c) Durante todo percurso, a velocidade do carrinho: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante. d) Se a velocidade aumenta, dizemos que o movimento é: ( ) Retardado . (ou retrógrado). ( ) Uniforme. ( ) Acelerado. e) Se a velocidade diminui, dizemos que o movimento é: ( ) Retardado ( ) Uniforme. ( ) Acelerado. f) No caso da experiência 1 o movimento do carrinho, é: ( ) Retardado. ( ) Uniforme. ( ) Acelerado Sugestão: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 13 Experiência 2: Velocidade dos corpos em queda. Introdução: Através deste experimento será estudado o movimento retilíneo uniformemente variado podendo ser explorado também outros conteúdos tais como as leis de Newton. Sendo assim o desenvolvimento deste experimento está relacionado ao movimento dos corpos. Nesse experimento será feita uma coleta de dados quando a bolinha dentro do tubo ficar exatamente na posição vertical. A bolinha começará a entrar em movimento. Será medido o intervalo de tempo (com o auxílio do cronômetro) entrecada instante (a cada 20 cm). Depois será medido o espaço percorrido pela bolinha. Podemos então através destes dados, calcular a velocidade média do percurso todo da bolinha ou então referente a cada espaço percorrido. Então dividindo este espaço percorrido por este tempo gasto teremos a velocidade média referente somente a este percurso da bolinha. Assim sucessivamente vamos calculando até o final do percurso. Objetivos: Estudar o movimento retilíneo uniformemente variado. Durante o desenvolvimento experimental, visualizar a variação da velocidade da bolinha. Materiais: Uma ripa de madeira com uma medida de 1,50 m de comprimento por 15 cm de largura. Um pedaço de mangueira transparente de aproximadamente 1,20 m de comprimento. Fita métrica de pelo menos 1,20 m de comprimento. Uma esfera de aço cujo diâmetro tem que ser bem menor que o diâmetro da mangueira. Glicerina transparente. Esparadrapo. Cronômetro. Procedimento: Coloque a glicerina e a bolinha de aço dentro da mangueira completando-a bem com glicerina, Em seguida vede a extremidade da mangueira com esparadrapo. Fixe (pode ser com esparadrapo mesmo) esta mangueira na ripa de madeira de modo que ela fique bem no centro (fig. 03). Faça marcas na madeira de 20 cm em 20 cm. Fig.03 14 Relatório da experiência – 2 Data: ____________________ Título do experimento: ___________________________________ Professora:____________________________________________ Componentes do grupo: _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ Objetivo da experiência: ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 1-) Com a posição vertical da ripa de madeira, a bolinha começará a se movimentar e será marcado o tempo de 20 cm em 20 cm. 2-) Cada equipe usará o cronômetro e irá marcar o intervalo de tempo ocorrido de 20 cm em 20 cm. 3) Cada equipe cronometrará o tempo e depois será feito o valor numérico (média). Com esse resultado, proporcionalmente encontrar-se-á, o intervalo de tempo gasto pela bolinha que percorrerá todo percurso. Obs.: Para anotar os resultados desta questão, use a Tabela 02. s (posição) t(tempo) Vm (será calculada) Equipe 1 20 cm Equipe 2 40 cm Equipe 3 60 cm Equipe 4 80 cm Equipe 5 100 cm Tabela 02 Questionamentos a serem respondidos: a) Durante todo percurso, a posição da bolinha: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante (ou seja, não variou). 15 b) Durante todo percurso, o intervalo de tempo gasto pela bolinha para fazer o percurso: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante. c) Durante todo percurso, a velocidade da bolinha que foi calculada: ( ) Variou. ( ) Permaneceu constante. d) Durante o percurso, a velocidade da bolinha: ( ) Aumentou. ( ) Permaneceu a mesma. ( ) Diminuiu. e) Se a velocidade aumenta, dizemos que o movimento é: ( ) Retardado (ou retrógrado). ( ) Uniforme. ( ) Acelerado. e) Se a velocidade diminui, dizemos que o movimento é: ( ) Retardado. ( ) Uniforme. ( ) Acelerado. f) No caso da experiência 2 o movimento da bolinha, é: ( ) Retardado. ( ) Uniforme. ( ) Acelerado Sugestão:_________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Atividade no laboratório de informática (LI – 1) Atividade 1: Cinemática. Para esta atividade serão utilizadas as seguintes páginas: 1. http://www.ideiasnacaixa.com/laboratoriovirtual/ Acesso em 02/05/2010 às 8h 30 min. No site ele acessará as seguintes páginas: 1.a. Apolo 11 (1ª e 3ª lei de Newton). 1.b.Trenzinho da estação (Movimento: retilíneo e curvilíneo). 1.c. Máquina térmica (As três leis de Newton). 1.d. Mola (Movimento ondulatório). http://www.ideiasnacaixa.com/laboratoriovirtual/� 16 2. http://www.skoool.pt/content/los/physics/distance_time_graphs/launch.html Gráficos – espaço (s) e tempo (t) 3.http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ClassMechanics/MotionDi agram/MotionDiagram.html Velocidade e aceleração 4.http://www.skoool.pt/content/los/physics/friction/launch.html Força de atrito 5. http://www.walter-fendt.de/ph14br/ncradle_br.htm Conservação do momento e da energia (movimento) 6.http://www.cbpf.br/~eduhq/html/tirinhas/tirinhas_assunto/animacoes/animacoes. php Inércia Introdução: 1. No filme 1.a. a nave faz um movimento elíptico em torno da Terra e um movimento circular em torno da Lua. No filme 1.b. a maçã quando jogada pela menina faz um movimento retilíneo quando o trem está parado e um movimento circular quando o trem está em movimento. O filme 1.c. se refere a máquina térmica que é um dispositivo que transforma calor em energia mecânica (movimento). No primeiro instante, sem aquecimento a máquina permanece em repouso e quando ocorre o aquecimento com a produção do vapor esta passa a se movimentar. O filme 1.d. se refere a uma mola que ao ser tocada realiza um movimento ondulatório. 2. Ao acessar a página 2 será estudado espaço, tempo e velocidade. Estes dados serão inseridos em gráficos. 3. Ao acessar a página 3 será estudada aceleração de um móvel e visualizada em gráfico. 4. Ao acessar a página 4 será estudada a força de atrito e sua ação no movimento dos corpos. 5. Ao acessar a página 5 será estudada a conservação do momento e da energia (movimento). 6. Ao acessar a página 6 será estudada a lei da inércia. Objetivos: 1.a. Observar o movimento circular da nave em torno da Terra e em torno do Sol. 1.b. Diferenciar o movimento da maçã quando jogada no estado de repouso e quando em movimento. 1.c. Constatar que sem chama a máquina permanece em repouso e ao ser aquecido o frasco este produz vapor e este coloca o frasco em movimento. 1.d. Comparar o movimento da bolinha com os movimentos anteriores. 2. Analisar o movimento de um corpo em um gráfico. Este gráfico demonstrará a velocidade do ciclista através de um espaço percorrido por um tempo gasto. 3. Verificar no gráfico a ocorrência da aceleração nula, positiva e negativa. 4. Compreender como as forças de atrito, incluindo a resistência do ar, podem afetar o movimento de um corpo. 5. Utilizar o princípio de conservação do momento e da energia em bolinhas. http://www.skoool.pt/content/los/physics/distance_time_graphs/launch.html� http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ClassMechanics/MotionDiagram/MotionDiagram.html� http://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ClassMechanics/MotionDiagram/MotionDiagram.html� http://www.skoool.pt/content/los/physics/friction/launch.html� http://www.walter-fendt.de/ph14br/ncradle_br.htm� http://www.cbpf.br/~eduhq/html/tirinhas/tirinhas_assunto/animacoes/animacoes.php� http://www.cbpf.br/~eduhq/html/tirinhas/tirinhas_assunto/animacoes/animacoes.php� 17 6. Acompanhar através da animação o que acontece exatamente na prática com a aplicação da lei da inércia. Procedimentos: 1. Ligar o computador, acessar a internet e acessar a página 1 citada na atividade 1. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente às questões de a até f. 2. Com o computadorligado, acessar a internet e abrir a página 2 citada na atividade 1. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente à questão g e h. 3. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 3 citada na atividade 1. Ao abrir a página, colocar o valor da aceleração 0m/s², 50m/s² e - 50m/s². Para alterar a aceleração movimente a alavanca no centro inferior da tela e em seguida clique em iniciar. Observe o gráfico nas três acelerações e responda às questões i e j. 4. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 4 citada na atividade 1 e clicar em “aprender”, então aparecerão 11 cenas. Depois responda as questões e k e l. 5. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 5 citada na atividade 1, clicar na seta (localizada abaixo das bolinhas) e ir alterando o número de bolinhas para que possa ser observado o momento e a energia transferida às mesmas. Depois responda a questão m. 6. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 6 citada na atividade 1 e a animação nº 1 será apresentada. Depois responda às questões de n a p. Relatório da atividade de informática – 1 Data: _______________________ Título: _______________________________________________ Professora: ___________________________________________ Componentes do grupo: _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ Objetivo da atividade: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos, onde há somente uma alternativa correta para cada questão: a) O filme sobre apolo 11, mostra: ( ) Movimento da nave em torno da Terra e do Sol. 18 ( ) A nave Apollo 11 em movimento circular, em torno da Terra e da Lua. ( ) Movimento circular de uma nave em torno da Terra e do Sol. b) O filme do trenzinho mostra que quando ele está parado e a menina joga a maçã, o movimento observado é: ( ) Retilíneo. ( ) Curvilíneo. ( ) Não foi observado nenhum movimento. c) Ainda referente ao filme do trenzinho, quando o trem está em movimento e a menina joga a maçã, o movimento observado é: ( ) Retilíneo. ( ) Curvilíneo. ( ) Não foi observado nenhum movimento. d) O filme sobre a máquina térmica, o frasco sem aquecimento: ( ) Permanece em repouso. ( ) Inicia um movimento e permanece nele. ( ) Não observei nada. e) Ainda referente ao filme da máquina térmica, quando o líquido é aquecido, o frasco: ( ) Permanece em repouso. ( ) Inicia um movimento e permanece nele. ( ) Não observei nada. f) O filme sobre a mola, quando a bolinha entra em movimento, ela realiza um movimento: ( ) Retilíneo. ( ) Curvilíneo. ( ) Ondulatório. Analise os gráficos e responda as questões g e h. X Y Z Nos gráficos acima, a vertical indica espaço percorrido e a horizontal indica tempo gasto. g) O gráfico que representa uma velocidade constante do ciclista é: ( ) O gráfico X ( ) O gráfico Y. ( ) O gráfico Z. 19 h) O gráfico que indica que o ciclista parou, é: ( ) O gráfico X ( ) O gráfico Y. ( ) O gráfico Z. i) De acordo com o procedimento 3 ( filme da página 3), quando a aceleração é nula (igual a zero), o gráfico nos mostra: ( ) Uma linha crescente, ou seja, para cima. ( ) Uma linha reta, ou seja, uma horizontal. ( ) Uma linha decrescente, ou seja, para baixo. j) Ainda referente ao procedimento 3,quando a aceleração é positiva (neste caso 50m/s²), o gráfico (que na vertical indica a velocidade e na horizontal indica o tempo) nos mostra: ( ) Uma linha crescente, ou seja, para cima. ( ) Uma linha reta, ou seja, uma horizontal. ( ) Uma linha decrescente, ou seja, para baixo. k) De acordo com as cenas do procedimento 4 (filme 4), responda as duas questões seguintes: A força de atrito atua: ( ) Na mesma direção do movimento, ou seja, no caso do carro na horizontal. ( ) Em sentido contrário ao movimento, ou seja, se o veículo vai da esquerda para a direita o atrito vai da direita para a esquerda. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. l) No exemplo do carro, o que diminui a intensidade do atrito: ( ) É a chuva (a água entre os pneus e o asfalto), ficando mais escorregadio. ( ) É a altura do carro. Quanto mais baixo for o carro, menos ação da resistência do ar e menos atrito ocorre. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. m) Quando foi modificada a quantidade de bolinhas (filme da página 5), em todos os casos foi observado que: ( ) A quantidade de bolinhas selecionadas era sempre a mesma quantidade que recebia a energia do outro lado. ( ) Momento é a quantidade de energia recebida pela (s) bolinha (s) e a mesma repassada a mesma quantidade de bolinha (s) do outro lado. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. n) De acordo com o filme da página 6. A lei de Newton que se refere a: um corpo em movimento tende a permanecer em movimento se nenhuma força agir sobre ele, é: ( ) 1ª lei de Newton (lei da inércia). ( ) 2ª lei de Newton. ( ) 3ª lei de Newton (lei da ação e reação). o) O skate bateu na pedra e parou, porque: ( ) A pedra serviu de anteparo (força atuante). 20 ( ) A pedra serviu de força atuante sobre o skate porque ele passou por cima da pedra. ( ) O skate quebrou a rodinha por isso parou. p) Depois que o skate parou, o menino continuou por que: ( ) Os corpos em movimento tendem a permanecer em movimento. ( ) A pedra não serviu de anteparo para ele e só parou quando encontrou um anteparo, o cacto (planta espinhosa) . ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. Sugestões:________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _____________________________________________________________ UNIDADE II – AS LEIS DE NEWTON Introdução Foi o cientista Isaac Newton que enunciou as três grandes leis do movimento, que são elas: Primeira lei de Newton (ou lei da inércia): Inércia é a propriedade que os corpos possuem, relacionada à resistência para mudar o estado de seu movimento, e que é proporcional à massa do corpo. Para Newton, não fazia sentido a idéia de a força inicial “se incorporar” ao corpo em movimento. Para ele os corpos possuíam uma propriedade que os levava a permanecer naturalmente em seu estado de movimento. Afirmou não haver necessidade de haver uma força permanente no corpo para mantê-lo em movimento. Essa resistência à mudança no estado de movimento de um corpo é a inércia. Para Newton, ”um corpo permanece no seu estado de equilíbrio até que uma força resultante não nula atue sobre ele”, isto é, se a resultante das forças que atuam em um corpo for nula, o corpo permanecerá em repouso (equilíbrio estático) ou em movimento retilíneo uniforme (equilíbrio dinâmico). Segunda lei de Newton: Newton percebeu que é a força que faz variar a velocidade de um corpo, seja em intensidade (acelerando ou freando o corpo) ou em direção (fazendo o corpo realizar uma curva). Em outras palavras a força é que faz variar a velocidade de um corpo. Quanto maior a força aplicada ao corpo, e quanto menos massa o corpo tiver, mais a velocidade dele varia, isto é, maior será a aceleração. Terceira lei de Newton: Também conhecida como lei da ação e reação. Ela diz que: a toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto(contrário). Objetivos da unidade Compreender o conceito de grandeza escalar e grandeza vetorial. Reconhecer força como o agente capaz de modificar o estado de movimento de um corpo. Efetuar operações com sistema de forças. Identificar as forças mais comuns no cotidiano: peso e atrito principalmente. Compreender as três leis de Newton, sendo capaz de identificá-las em fenômenos cotidianos. 21 Conteúdos Grandezas escalares e vetoriais. Estudo das forças e principais forças (principalmente força de atrito e força em trajetórias curvas). Primeira lei de Newton. Segunda lei de Newton. Terceira lei de Newton. Experiências no laboratório de Ciências (LC – 2) Experiência 3: “Deixe-me estar como estou”. Lei da Inércia. Introdução: Para os experimentos a seguir, foram utilizados materiais bem simples, para evidenciar a inércia (propriedade inerente a todos os corpos materiais) onde diz que um corpo em repouso continua em repouso e um corpo em movimento retilíneo uniforme continua em movimento retilíneo uniforme, se nenhuma força atuar sobre ele. Cientificamente a primeira lei diz: Se a resultante das forças que atuam em um corpo for nula, o corpo permanecerá em repouso (equilíbrio estático) ou em movimento retilíneo uniforme (equilíbrio dinâmico). Para que seja considerado movimento ou repouso, é necessário um ponto de referência, ou seja, devemos comparar a algo. O referencial onde isso se verifica denomina-se "referencial inercial". Objetivos: Através de uma abordagem experimental, ampliar os estudos sobre o movimento dos corpos. Verificar o que acontece com um corpo ao mudar seu estado de repouso ou de movimento. Materiais: Uma garrafa pet com fundo liso e inteiro. Água (pode ser colorida) para ser colocada ¾ na garrafa. Papel sulfite firme que não pode ser amassado e nem rasgado. Suporte para colocar a garrafa e que pode ser a mesa do laboratório. Procedimento: Coloque a água na garrafa. Coloque o papel sulfite sobre o suporte (mesa) de modo que a metade do papel fique fora da mesa e na outra metade você centralize a garrafa com água. Em seguida, dê um puxão brusco(bem forte) no papel retirando-o debaixo da garrafa com água, sem que essa se desloque. 22 Fig.04 http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp Acesso em: 16/10/2009 às 11h 07min Relatório da experiência 3: Data:____________________ Título do experimento: __________________________________ Professora: ___________________________________________ Componentes do grupo: _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ Objetivos da experiência: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) Quando foi aplicada uma força brusca sobre o papel, a garrafa: ( ) Caiu, pois foi a força era muito intensa. ( ) Permaneceu no lugar, pois a tendência da garrafa era permanecer no lugar. ( ) Só foi deslocada para um lado. b) Foi colocada água na garrafa: ( ) Para dar estabilidade porque a garrafa é muito leve. ( ) Para deixá-la mais bonita. ( ) Porque seria a água a figura imprescindível ao experimento. http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp� 23 c) A garrafa não caiu: ( ) Porque a força aplicada não foi suficiente para derrubá-la. ( ) Porque ela estava em repouso e tendeu a permanecer em repouso. ( ) Porque ela estava tampada e não deixou que caísse. Sugestões:________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _____________________________________________________________ Experimento 4: As moedas que parecem coladas “Deixe-me estar como estou”. Lei da Inércia. Materiais: Pedras do jogo de damas. Uma régua transparente (de largura não superior a largura da pedra). Suporte (pode ser a mesa do laboratório) para colocar as pedras. Procedimento: Coloque as pedras do jogo de damas empilhadas (bem alinhadas) sobre o suporte (mesa). Veja a figura 05. Em seguida pegue a régua e com movimento horizontal dê um golpe (bata), tirando somente a pedra que está em contato com a mesa. Observe o que acontece. Fig. 05 http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp Acesso em: 06/08/2009 às 17h 33min http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_01.asp� 24 Relatório da experiência 4 Data:___________________ Título do experimento: _______________________________________ Professora: ________________________________________________ Componentes do grupo: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ Objetivo da experiência: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) Quando foi aplicada uma força brusca (usando a régua) sobre a pedra que estava em contato com a mesa, ela: ( ) Saiu do lugar, pois era este o objetivo da força. ( ) Permaneceu no lugar. ( ) Só foi deslocada para um lado e derrubou as outras pedras. b) As pedras foram empilhadas: ( ) Para que fosse observada a lei da inércia. ( ) Para deixar o experimento mais bonito. ( ) Porque sem as outras pedras, neste experimento, não teria como demonstrar a primeira lei de Newton. c) As outras pedras: ( ) Caíram porque a força aplicada não foi suficiente para retirar só a em contato com a mesa. ( ) Sofreram um pequeno movimento (deslocamento), mas não chegaram a cair. ( ) Não sofreram qualquer movimento porque elas permaneceram no estado de repouso, conforme diz a lei da inércia. Sugestões:________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Experiência 5: Sistema rolha mais carrinho Introdução: Este experimento é relativo a interação entre dois corpos, destacando a terceira lei de Newton, o princípio da ação e reação. Segundo esse princípio, as forças sempre vêm em dupla. Em outras palavras se um corpo A aplica uma força contra um corpo B com certa intensidade, o corpo B exerce contra o corpo A uma força com a 25 mesma intensidade, mesma direção, mas de sentido contrário. Por isso a terceira lei de Newton também é conhecida como lei da ação e reação. Materiais: Um pequeno carrinho de madeira ou plástico conforma a figura 06. Um tubo de ensaio. Uma lamparina a álcool. Uma rolha do diâmetro do tubo de ensaio. Um copinho de água. Procedimento: Coloque a água no tubo de ensaio e feche-o com a rolha. Adapte o tubo de ensaio e encaixe-o no carrinho conforme a figura 06. Acenda a lamparina e esta começará a esquentar o tubo de ensaio com a água. Com o aquecimento a água começará produzir vapor consequentemente aumentaráa pressão interna no tubo de ensaio. Com o aumento da pressão, os gases aplicam forças na rolha e esta aplica forças de mesma intensidade nos gases. A rolha será expulsa e o carrinho se movimentará. Fig. 06 http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_03.asp#topo#topo Acesso em 08/05/2010 às 23h 11min Relatório da experiência 5 Data:____________________ Título do experimento: ____________________________________ Professora: _____________________________________________ Componentes do grupo: _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ Objetivos da experiência: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_03.asp#topo#topo� 26 a) Houve a necessidade de aquecer a água que estava dentro do tubo de ensaio, por que: ( ) Quando aquecida elimina os gases que a compõem. ( ) Quando aquecida ocorre um aumento de pressão interna porque o tubo está bem fechado. ( ) Quando aquecida, não ocorre nada com a água e permanecerá da mesma forma que antes do aquecimento. b) Com o aquecimento da água, a rolha: ( ) Simplesmente ficou como estava (em contato com o tubo). ( ) Se deslocou um pouquinho para o lado de dentro do tubo. ( ) Foi expulsa e saiu do contato com o tubo de ensaio. c) De acordo com a terceira Lei de Newton, ou seja, Lei da ação e reação: Os gases que se formam a partir do aquecimento da água, aplicam uma força na rolha e esta consequentemente: ( ) Não tem ação nenhuma sobre os gases. ( ) Aplica nos gases uma força com a mesma intensidade. ( ) Aplica nos gases uma força de sentido oposto. d) Se no seu experimento, a rolha foi expulsa: ( ) Ela foi expulsa no mesmo sentido do movimento. ( ) Ela foi expulsa no sentido contrário ao movimento. ( ) Ela foi expulsa mas não foi para lado nenhum. e) Com a expulsão da rolha, o carrinho: ( ) Ficou no mesmo lugar. ( ) Se deslocou no mesmo sentido da rolha. ( ) Se deslocou no sentido contrário a rolha. Sugestões:________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Atividade no Laboratório de Informática (LI - 2) Atividade 2: As leis de Newton. Procedimentos: No laboratório de informática os alunos irão ligar o computador. Feito isto, acessar a internet e entrar nos referidos sites: 1. http://www.skoool.pt/content/los/physics/friction/launch.html Força de atrito 2. http://www.skoool.pt/content/los/physics/useful_friction/launch.html Atrito útil 3. http://www.skoool.pt/content/los/physics/what_forces_do/launch.html Forças e seus efeitos http://www.skoool.pt/content/los/physics/friction/launch.html� http://www.skoool.pt/content/los/physics/useful_friction/launch.html� http://www.skoool.pt/content/los/physics/what_forces_do/launch.html� 27 4. http://www.walter-fendt.de/ph14br/resultant_br.htm Resultante de forças 5. http://www.walter-fendt.de/ph14br/n2law_br.htm Segunda lei de Newton 6. http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/portuguese/dinamica/CirculationMotion/Circul ationMotion.htm Força centrípeta Introdução: 1. No filme do site 1 o carro em movimento sofre ação da força de atrito e da resistência do ar. O filme também mostra a força de atrito entre outras superfícies. 2. Ao acessar a página 2 será estudado o atrito como sendo uma força útil. 3. Ao acessar a página 3 será estudado a força e seus efeitos. 4. Ao acessar a página 4 será estudado sistema de forças e força resultante. 5. Ao acessar a página 5 será estudado a segunda lei de Newton. 6. Ao acessar a página 6 será estudado força centrípeta e movimento circular. Objetivos: 1. Compreender que o movimento de um corpo sofre ação tanto da força de atrito quanto da resistência do ar. 2. Compreender que o atrito pode ser uma força útil. 3. Aprender o que são forças, quais são os seus efeitos e como podemos medi-la. 4. Observar que a força resultante se forma a partir de duas ou mais forças componentes do sistema. 5. Verificar no gráfico e observar a aceleração obtida nos diferentes espaços percorridos. 6. Acompanhar através do movimento, a origem da força centrípeta. Procedimento: 1. Ligar o computador, acessar a internet e acessar a página 1 citada na atividade 2. Clicar em “aprender”, então aparecerão 11 cenas. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente às questões de a até e. 2. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 2 citada na atividade 2. Clicar em “aprender”, então aparecerão 6 cenas. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente às questões de f até h. 3. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 3 citada na atividade2. Clicar em “aprender”, então aparecerão 6 cenas. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente às questões de i até k. 4. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 4 citada na atividade 2. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente à questão l. http://www.walter-fendt.de/ph14br/resultant_br.htm� http://www.walter-fendt.de/ph14br/n2law_br.htm� http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/portuguese/dinamica/CirculationMotion/CirculationMotion.htm� http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/portuguese/dinamica/CirculationMotion/CirculationMotion.htm� 28 5. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 5 citada na atividade 2. Clicar em reiniciar, pressionar o mouse e ajustar a distância da posição inicial até a barreira de luz "BL" em 200m, em seguida clicar em iniciar e depois em gravar dados (anote em um papel a aceleração neste momento). Depois ajuste pressionando o mouse em BL referente a 1000m clicar em gravar dados (a anote em um papel a aceleração neste momento também). Depois responda a questão m. 6. Com o computador ligado, acessar a internet e abrir a página 6 citada na atividade 2. Pressione o mouse na bola preta presa ao fio verde e arraste para cima ou para baixo para mudar o raio r, observe e depois responda à questão n. Relatório da atividade de informática – 2 Data:_________________________ Título: ______________________________________________ Professora: __________________________________________ Componentes do grupo: ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ Objetivo da atividade: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) No filme sobre o carro em movimento, foi observado: ( ) Uma força chamada força de atrito. ( ) Que há uma força contrária (se opõe) ao movimento. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. b) Em relação ao movimento do carro pudemos observar que: ( ) Há uma força na mesma direção (horizontal) do movimento do carro. ( ) Há uma força em sentido contrário (o carro vai e a força vem) ao movimento do carro. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. c) A força de atrito existe quando os corposse movimentam: ( ) No ar, no líquido ou mesmo em superfície sólida. ( ) Somente no ar. ( ) Somente no chão. d) O ar oferece uma resistência ao movimento dos corpos, esta resistência recebe o nome de: 29 ( ) Resistência líquida. ( ) Somente resistência. ( ) Resistência do ar. e) Um paraqueda aberto: ( ) Aumenta muito a força de atrito. ( ) Diminui a força de atrito. ( ) Não altera a força de atrito. f) A força de atrito ocorre quando: ( ) Duas superfícies entram em contato, ou seja, uma superfície desliza sobre a outra. ( ) Caminhamos para frente (nós empurramos o chão para trás e ele nos empurra para frente). ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. g) Quando o asfalto está coberto de neve, água ou óleo: ( ) A aderência dos pneus ao solo é maior. ( ) A intensidade da força do atrito é menor fazendo com que o carro deslize. ( ) Se houver gelo, água ou óleo entre o solo e os pneus do carro, nada ocorrerá e a força do atrito será a mesma quando em solo seco. h) Sempre que duas superfícies são friccionadas uma na outra: ( ) A força de atrito provoca aquecimento e desgaste das superfícies. ( ) A força de atrito não provoca alteração nenhuma nas superfícies. ( ) A força de atrito não existe entre duas superfícies. i) A força é capaz de: ( ) Colocar um corpo em movimento ou em repouso e também deformar um corpo. ( ) É capaz de alterar a direção e o sentido do movimento de um corpo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. j) O instrumento usado para medir a intensidade de uma força é: ( ) A balança. ( ) O cronômetro. ( ) O dinamômetro. k) A unidade de medida da força é: ( ) Grama. ( ) Segundo. ( ) Newton no sistema internacional e kgf no nacional. l) No sistema de forças, quando colocamos o número de forças igual a 2, a força resultante será calculada: ( ) Transportando as forças componentes paralelamente, formando um paralelogramo. ( ) Pela diagonal do paralelogramo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. 30 m) De acordo com o que foi observado: ( ) No espaço de 200m o tempo gasto foi de 5.000 s . ( ) No espaço de 1000m o tempo gasto foi de 4.538 s . ( ) O tempo gasto foi o mesmo nos dois espaços. n) A força centrípeta aparecerá: ( ) Quando um objeto estiver tanto em movimento quanto em repouso. ( ) Quando um objeto estiver em repouso. ( ) Quando um objeto estiver em movimento circular e ela atua puxando o objeto para o centro da circunferência (ou da curva). Sugestões:______________________________________________________________ ________________________________________________________________________ UNIDADE III – GRAVITAÇÃO UNIVERSAL Introdução Desde a antiguidade muitas explicações tinham sido dadas para a queda dos corpos. Investigando, Newton formulou a hipótese de que os corpos caem porque são atraídos por uma força que nosso planeta exerce neles em direção ao centro da Terra. A essa força ele deu o nome de força gravitacional ou simplesmente força da gravidade. A força que a Terra exerce, atraindo em direção ao seu centro os corpos que estão na sua proximidade, é a mesma força exercida pelos corpos em relação à Terra. E os corpos exercem uma força também uns em relação aos outros. A origem dessa força gravitacional é a massa e, portanto tudo o que tem massa exerce força gravitacional. Objetivos da unidade Compreender a descrição dos movimentos dos corpos celestes em termos da lei da gravitação universal. Relacionar a força peso e a aceleração da gravidade da Terra com o princípio universal da atração entre massas. Compreender os conceitos de centro de gravidade e os tipos de equilíbrio: estável, instável e indiferente. Conteúdos Lei da gravitação universal. O peso dos corpos. Centro de gravidade. Equilíbrio dos corpos. Experiências no laboratório de Ciências (LC – 3) Experiência 6: Queda livre no vácuo. Introdução: Este experimento irá mostrar que corpos que possuem massas diferentes, em queda livre no vácuo (lugar onde não existe nem mesmo o ar), sob ação exclusiva da gravidade local, são igualmente acelerados. 31 Materiais:Tubo de vidro. Bomba de vácuo. Grampo. Bolinha plástica. Pena. Procedimento: Coloque uma bolinha plástica e uma pena dentro do tubo, conforme a figura 07. Inverta o tubo e mostre a queda dos dois dentro do tubo (existe ar dentro do tubo). Depois, ligue a mangueira na extremidade superior do tubo (gargalo) e na bomba de vácuo. Deixe que a bomba fique ligada por três minutos, em seguida prenda a mangueira com o auxílio do grampo. Pronto, agora você retirou o ar de dentro do tubo. Novamente inverta o tubo e observe a queda de ambos na ausência do ar. Então compare as acelerações de queda livre em ambos as situações. Fig 07 http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_26.asp Acesso em: 22/10/2009 às 08h 04min Relatório da experiência 6 Data: _______________________ Título do experimento: _________________________________ Professora: __________________________________________ Componentes do grupo: ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ http://www.feiradeciencias.com.br/sala05/05_26.asp� 32 Objetivos da experiência: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) O tubo contendo em seu interior a bolinha e a pena. Quando foi invertido pela primeira vez, contendo ar: ( ) Os dois caíram ao mesmo tempo. ( ) A pena caiu primeiro, pois ela é mais longa do que a bolinha. ( ) A bolinha caiu primeiro, pois ela contém mais massa do que a pena. b) De acordo com a questão anterior, tanto a bolinha quanto a pena, caíram por que: ( ) Na Terra todos os corpos caem porque são atraídos pela força gravitacional. ( ) Foram atraídos por uma força chamada força de atrito. ( ) O tubo era longo e facilitou que eles caíssem. c) O tubo contendo em seu interior a bolinha e a pena. Quando foi invertido pela segunda vez (sem ar dentro dele): ( ) Os dois caíram ao mesmo tempo. ( ) A pena caiu primeiro, pois ela é mais longa do que a bolinha. ( ) A bolinha caiu primeiro, pois ela contém mais massa do que a pena. d) Se na questão anterior os dois caíram ao mesmo tempo: ( ) Foi por causa do ar que foi retirado e ficou vácuo. ( ) Foi por causa da ausência do ar que a força da gravidade não teve ação. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. e) Com a retirada do ar de dentro do tubo, a bolinha e a pena que eram sujeitas a ação da força da gravidade: ( ) Caíram com a mesma aceleração. ( ) Caíram ao mesmo tempo independentemente de suas formas, volumes ou massas. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. Sugestões:________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Experiência 7: Equilíbrio dos corpos. Introdução: Este experimento irá mostrar que com materiais bem simples, o aluno evidenciará os tipos de equilíbrio de um corpo. E o equilíbrio de um corpo está relacionado com o centro de gravidade de um corpo (CG). Em corpos homogêneos, isto é, onde a massa do corpo está distribuída homogeneamente e também simetricamente,o centro de gravidade é o centro geométrico desse corpo. 33 Em corpos não homogêneos, o centro de gravidade está junto à região onde ocorre maior concentração de massa. Materiais: Duas telhas em forma de U. Um quadrado de madeira, cuja medida caiba uma bolinha. Uma bolinha que pode ser de plástico ou de borracha. Procedimento: Coloque as duas telhas e o pedaço de madeira plana sobre um suporte (pode ser a própria mesa do laboratório). Quanto às telhas, coloque-as uma com a concavidade para cima e outra com a concavidade para baixo, conforme a figura 08. Fig. 08 http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_05.asp Acesso em: 22/10/2009 às 09h 18min Relatório da experiência 7 Data:______________________ Título do experimento:_____________________________________ Professora: _____________________________________________ Componentes do grupo: ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ Objetivos da experiência: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) Os três materiais onde foram colocadas as bolinhas foram apoiados em um plano (mesa), isso ocorreu: ( ) Para dar estabilidade aos materiais. ( ) Para que a bolinha rolasse mais facilmente. ( ) Para que as telhas e a madeira não molhassem. http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_05.asp� 34 b) Foi escolhida uma bolinha para o experimento devido ao fato de que: ( ) Ela é um corpo irregular. ( ) Ela possui o centro de gravidade não exatamente no centro geométrico. ( ) Ela adquire instabilidade com grande facilidade. c) Pelo que foi observado, quanto mais baixo o centro de gravidade de um corpo: ( ) Maior estabilidade ele terá. ( ) Menor estabilidade ele terá. ( ) Indiferente ele se tornará. d) Pelo que foi observado, quanto mais alto o centro de gravidade de um corpo: ( ) Maior estabilidade ele terá. ( ) Menor estabilidade ele terá. ( ) Indiferente ele se tornará. e) Observando os três casos (conforme a figura 08), podemos dizer que da esquerda para direita, temos os seguintes tipos de equilíbrio: ( ) Estável. Instável e indiferente. ( ) Instável, estável e indiferente. ( ) Indiferente, estável e instável. Sugestões: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Experiência 8: Equilíbrio dos corpos ( ponto de equilíbrio no corpo humano). Introdução: O objetivo desta atividade experimental é apresentar ao aluno algumas situações que envolvam dificuldades estáticas com o corpo humano. E para isso ele vai identificar o centro de gravidade de uma pessoa. Serão feitos vários experimentos para ilustrar a posição do centro de gravidade no corpo humano. É possível fazer uma boa apresentação do conceito de centro de gravidade sem utilizar praticamente nenhum equipamento especial. Não precisamos ir muito longe para constatar, por meio de algumas experiências, o uso inconsciente que fazemos constantemente das propriedades de nosso centro de gravidade. Todos os experimentos se baseiam no fato de que um corpo fica equilibrado quando a projeção vertical de seu centro de gravidade cai sobre a base de apoio. Por exemplo, quando uma pessoa toca os pés com as mãos sem dobrar os joelhos a parte traseira do corpo (nádegas) tem de se deslocar para trás. Só dessa forma mantém-se a vertical que passa pelo centro de gravidade. Outro exemplo seria uma pessoa sentada numa cadeira, com o tronco reto e pernas verticais, não consegue levantar-se sem o recurso de inclinar o tronco e posicionar os pés embaixo da cadeira. Materiais: Um boneco grande para representar a figura humana ou os próprios alunos poderão realizar o experimento voluntariamente. 35 Uma parede. Uma cadeira. Um objeto que pode ser uma caixa de fósforos. Procedimento: Encoste todo o corpo do boneco de perfil desde o pé até o ombro contra uma parede vertical, não pode afastar o outro pé sem correr o risco de cair; e com isso da para reconhecer o fato de que, ao desviar o pé direito da linha vertical, temos que inclinar o corpo do boneco para o lado esquerdo. Inclinando-se para frente, apoiando a testa contra uma parede, da qual afastaremos os pés o mais possível, verá que, sem o auxílio das mãos, não poderemos levantar, observe a figura 09. Fig. 09 http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp Acesso em: 15/09/2009 às 21h 53 min A) Fique de pé bem junto a uma parede, tente levantar os calcanhares e se manter desse jeito. Você vai ver que não consegue. B) Encoste o ombro em uma parede, tente levantar a perna mais afastada e se manter nessa posição! Essa experiência, como a anterior, mostra que o equilíbrio exige um deslocamento do corpo que mantenha a vertical passando pelo centro de gravidade e pela base de apoio do corpo. Veja a figura 10 (à esquerda). Fig.10 http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp Acesso em: 02/09/2009 às 19h 12min http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp� http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp� 36 C)Tocar os pés com as mãos sem dobrar os joelhos é fácil para quem está em forma. Mas tente fazer isso com o corpo junto a uma parede. Observe a figura 10 (à direita). D) O centro de gravidade das mulheres (em geral) é posicionado diferentemente do centro de gravidade dos homens. Basta olhar as anatomias de uma moça e de um rapaz para desconfiar desse fato. A experiência mostrada abaixo ilustra isso. Uma moça pode colocar uma caixa de fósforos no chão (conforme a figura 11), ajoelhar-se com as mãos para trás e derrubar a caixa de fósforos com o nariz sem cair. Rapazes, normalmente, não conseguem fazer isso por terem o centro de gravidade mais alto que moças. Fig. 11 http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp Acesso em:22/10/2009 às 09h 26min Relatório da experiência 8 Data:______________________ Título do experimento:_____________________________________ Professora: _____________________________________________ Componentes do grupo: ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ Objetivos da experiência: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) Com a realização dos experimentos acima, você conclui que: ( ) O ser humano possui um centro de gravidade. ( ) O ser humanonão possui um centro de gravidade. ( ) Não foi o suficiente para chegar a uma conclusão. b) De acordo com os experimentos, você concluiu que o centro de gravidade no ser humano, está localizado: ( ) Próximo ao centro do corpo, semelhante ao centro de gravidade dos outros objetos. http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_10.asp� 37 ( ) Próximo ao umbigo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. c) De acordo com a figura 09, no segundo caso: ( ) Se não houvesse a parede, o garoto teria caído. ( ) Ele está em uma posição instável porque o seu centro de gravidade não coincide com a base do corpo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. d) A base do corpo do ser humano: ( ) É a cabeça. ( ) É a região do tronco. ( ) São os pés. e) Observando a figura 10, tanto o primeiro quanto o segundo garoto: ( ) Cairão se o corpo deles inclinarem mais, de tal modo que o centro de gravidade não coincida com a base do corpo. ( ) Eles se encontram em equilíbrio porque o centro de gravidade coincide com a base do corpo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. f) Na figura 11, a última garota: ( ) Está em equilíbrio porque o seu centro de gravidade se encontra na mesma linha vertical imaginária que a base do corpo. ( ) Ela se desequilibrará se for mais para frente de tal modo que seu centro de gravidade não coincida mais com a base de seu corpo. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. Sugestões: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Atividade no laboratório de informática (LI – 3) 1 ) http://www.skoool.pt/content/los/physics/gravity_solar_system/launch.html Gravidade 2 ) http://www.skoool.pt/content/los/physics/gravity/launch.html Gravidade 3 ) http://www.skoool.pt/content/sims/Phys/Gravity/launch.html Gravidade Atividade 3: Gravitação Universal. Introdução: http://www.skoool.pt/content/los/physics/gravity_solar_system/launch.html� http://www.skoool.pt/content/los/physics/gravity/launch.html� http://www.skoool.pt/content/sims/Phys/Gravity/launch.html� 38 1. A força gravitacional é uma força de atração entre dois corpos. Ela é diretamente proporcional a massa do corpo, ou seja, quanto maior for a massa de um corpo, maior será a força gravitacional. O primeiro link se refere ao Sistema Solar, onde o valor da massa do Sol é muito elevado e por isso exerce uma força gravitacional intensa sobre todos os corpos do Sistema Solar. É esta força gravitacional do Sol que mantém os planetas em torno dele.Os planetas não caem em direção ao Sol porque se movem perpendicularmente à direção da força gravitacional a alta velocidade. 2. O segundo link se refere à intensidade da força gravitacional que depende da massa dos corpos e da distância entre eles. A força gravitacional aponta para o centro do planeta que a exerce. 3. O terceiro link se refere ao tamanho do planeta e a intensidade da força gravitacional com que um corpo cai em queda livre sobre ele. Objetivos: 1. Compreender a relação entre o movimento dos planetas em torno do Sol e as respectivas forças gravitacionais. 2. Aprender que as forças gravitacionais exercidas pela Terra apontam para o centro da mesma. 3. Observar o efeito que ocorre entre corpos de massas iguais e que caem em queda livre com pesos diferentes, devido a força gravitacional que também é diferente entre os planetas. Procedimentos: 1. Ligar o computador, acessar a internet e abrir o 1º site indicado para a atividade no laboratório de informática. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente às questões de a até f. 2. Ligar o computador, acessar a internet e abrir o 2º site indicado para a atividade no laboratório de informática. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente à questão g. 3. Ligar o computador, acessar a internet e abrir o 3º site indicado para a atividade no laboratório de informática. Ao abrir a página, clicar: na palavra Marte, na palavra queda e depois na palavra apagar. Em seguida clicar: na palavra Terra, na palavra queda e depois na palavra apagar.Por último clicar: na palavra Júpiter, na palavra queda e depois na palavra apagar. Prestar muita atenção ao assunto exposto e em seguida responder o relatório referente à questão h até J. Relatório da atividade de informática Data:______________________ Título do experimento:_____________________________________ Professora: _____________________________________________ Componentes do grupo: ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ Objetivo da experiência: __________________________________________________________________ 39 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Questionamentos a serem respondidos: a) Na primeira atividade, foi observado: ( ) O Sistema Solar e o movimento dos planetas em torno do Sol. ( ) Movimento dos planetas e força gravitacional. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. b) Se os planetas não permanecessem com alta velocidade em torno do Sol: ( ) Nada aconteceria, eles permaneceriam em órbita. ( ) Não fariam o movimento em torno do Sol, portanto não permaneceriam em órbita. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. c) Os planetas permanecem em torno do Sol, por que: ( ) Ele (o Sol) possui maior massa e maior força de gravidade. ( ) Porque ele é uma estrela de quinta grandeza. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. d) Quando um cometa se aproxima do Sol: ( ) Ao ser constituído por gelo, este passa para o estado gasoso. ( ) O gelo passando para o estado gasoso este forma como se fosse uma “cauda”. ( ) As duas alternativas anteriores estão corretas. e) A força gravitacional exercida pelo Sol será maior no planeta: ( ) Mercúrio. ( ) Terra. ( ) Plutão. f) O planeta que atrai os corpos de forma mais intensa é: ( ) Mercúrio. ( ) Terra. ( ) Júpiter. g) Marque a alternativa falsa: ( ) Todos os objetos exercem força gravitacional. ( ) Apenas os planetas exercem forças gravitacionais. ( ) As forças gravitacionais exercidas pela Terra apontam para o centro. h ) Nos três casos, os objetos possuem massas: ( ) Desconhecidas. ( ) Iguais a 50 kg. ( ) Diferentes umas das outras. i) O planeta que atrai o objeto tornando-o com maior peso é: ( ) Marte. ( ) Terra. ( ) Júpiter. 40 j) O planeta que atrai o objeto tornando-o com menor peso é: ( ) Marte. ( ) Terra. ( ) Júpiter. Sugestões:_______________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ SUGESTÕES BIBLIOGRÁFICAS A) Para experimentos em Ciências AZEVEDO, Maria Cristina P. Stella de Azevedo. Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa a Prática. Thomson: São Paulo, 2004. BARROS NETO; Benício. SCARMINIO, Ieda Spacino e BRUNS, Roy Edward. Como Fazer Experimentos. Unicamp: São Paulo, 2003. CAPPECHI, Maria Cândida de Morais. Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa a Prática. Thomson: São Paulo, 2004. CASTRO, A. D. Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa a Prática. Thomson: São Paulo, 2004. PARANÁ, Secretaria de Estado da Educação. Portal Dia-a-Dia Educação. Disponível em: <http://www.diaadiaeducacao.com.br/portals/portal/home.php>