- Módulo de Ensino: As Leis de Newton
Josenilda Assunção
Josilene Cerqueira
Joaquim Sousa Jr.
Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas – UESC
Ilhéus – BA, 19 de jun 2009.
Tema: Movimento dos Corpos
Apresentação:
Este módulo de ensino visa oferecer uma proposta de aulas sobre as três leis de Newton, que estejam pautadas em experiências, tirinhas e até mesmo história da ciência, como forma de vencer os obstáculos epistemológicos que estão envolvidos na compreensão dos conceitos.
As leis de Newton é o estudo das forças que atuam sobre um objeto produzindo ou alterando o seu movimento ou mesmo deformando-o. As leis de Newton também conhecidas como os três princípios da dinâmica, de uma forma geral, agem na natureza dos corpos.
O homem utiliza esses princípios da dinâmica na indústria automobilística, ao projetar aviões e qualquer tipo de transportes, como também pára- quedas, elevadores na fabricação de calçados, etc.
É devido os princípios dinâmicos que hoje em dia evolução tecnológica se ampara a fim de construir meios de transportes e de máquinas, cada vez mais eficientes, para vencer distâncias e realizar trabalho.
Introdução / Justificativa do tema:
Levando em consideração o fato de que o nosso dia a dia é marcado por constantes movimentos bem como os de objetos, e que estamos sujeitos a uma diversidade de forças causadas por esta interação é que os problemas sobre o movimento e as forças continuam a interessar à humanidade.
Sendo assim, é de suma importância que o aluno conheça o estudo das leis de Newton que é uma área ampla de conhecimento, sendo aplicada desde a estrutura do solado do seu tênis até a projeção de carros luxuosos.
À medida que o professor passa a ensinar o tema “movimento dos corpos”, busca dar explicações científicas para algumas curiosidades do homem. O propósito da elaboração deste módulo é fazer com que o aluno venha entender os fenômenos relacionados aos movimentos e forças nos quais todos nós estamos submetidos, e que possam com facilidade responder questionamentos feitos no seu cotidiano do tipo: Por que o Código Nacional de Trânsito proíbe o transporte de pessoas na carroceria aberta de caminhonetes e caminhões? Por que quando batemos numa parede sentimos dores?
Objetivos Gerais:
A partir da realidade do aluno, estar lhe propiciando o entendimento do movimento e das forças e seus efeitos. E com isso, o mesmo terá mecanismos suficientes para entender e mesmo explicar fenômenos envolvidos no meio em que vive.
Público Alvo:
Este curso está apropriado para alunos de 8ª série do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio.
Número de Aulas:
Serão realizadas 7 (sete) aulas.
Limite de público:
As turmas podem ter - já que é uma realidade das instituições públicas de ensino do nosso país – de 25 a 35 alunos.
Conteúdo Físico:
As três Leis de Newton: Inércia, Força, Ação e Reação
Temática de Interesse:
Nosso cotidiano é marcado por puxões, empurrões, vai e vem, por vários sobe e desce, enfim, por movimentos, e nem sempre nos damos conta disso. Vale ressaltar que todos esses fenômenos e muitos outros efeitos são resultados das interações de grandezas envolvidas nas leis de Newton. Desde o ato simples e comum do levantar de nossas camas, até a tão sonhada viajem para outro continente.
Mesmo com tantas possibilidades de se trabalhar as três leis do movimento de forma dinâmica e envolvente, infelizmente esses conteúdos ainda são abordados seguindo o tradicionalismo.
Aula 1
TEMA: O mais rápido que puder.
OBJETIVO:
• Definir conceito de movimento, velocidade e força.
• Estabelecer relação entre os conceitos físicos e os movimentos diários.
CONTEÚDO FÍSICO: Movimento, Velocidade e Força.
RECURSOS INSTRUCIONAIS: Carrinhos de fricção, cronômetros e trena
MOTIVAÇÃO: Fazer o carrinho percorrer maior distância em menor tempo.
ANEXOS: ANEXO I e ANEXO II
MOMENTOS:
• Fazer, brevemente, uma explanação sobre os objetivos da aula do dia;
• Fazer um comentário baseado no Texto I (Anexo I);
• Questionar: Quais são as grandezas físicas envolvidas na movimentação dos carrinhos?
• Trabalhar os conceitos físicos depois da realização da experiência, como estratégia de valorizar um ensino por investigação;
• Apresentar a Experiência I (Anexo II);
• Discutir com os alunos o que foi observado. Como se fez? O que foi preciso para que o carrinho percorresse maior distância num tempo menor?
• Expor as explicações científicas. E a partir daí anotar as conclusões.
Aula 2
TEMA: Descobrindo os segredos do movimento e repouso
OBJETIVO: Perceber que os corpos tendem a se manter em movimento retilíneo uniforme ou em repouso desde que uma força externa não atue sobre eles.
CONTEÚDO FÍSICO: 1ª lei de Newton ou Lei na Inércia
RECURSOS INSTRUCIONAIS: 4 Carrinhos de madeira com um boneco, anteparo de madeira, 8 garrafas idênticas de vidro, uma folha de papel resistente à água, ½ litros de água tingidos com suco em pó.
MOTIVAÇÃO: Desafio de retirar o boneco, sem tocá-lo, de cima do carrinho, e retirar o papel entre as duas bocas de garrafa sobrepostas, sem derrubá-las.
ANEXOS: Anexo III
DURÇÂO: Dois tempos de aula de 50 minutos cada
MOMENTOS:
1ª ATIVIDADE
• Dividir a turma em quatro grupos e apresentar os materiais do primeiro desafio (ver anexo III);
• Propor o 1º desafio: Como retirar o boneco que está em cima carrinho? Para isso o boneco não poderá ser tocado!
Discussão:
• Questioná-los como foi possível lançar o boneco;
• Indagar o porquê do resultado obtido;
• Mediar a discussão até que cheguem a conclusão que o boneco em movimento sobre o carro, tendia a permanecer em movimento;
• Pedir exemplos do cotidiano onde é possível verificar a tendência dos corpos em movimento a permanecerem em movimento;
• Retirar os materiais já utilizados
2ª ATIVIDADE
• Apresentá-los um novo conjunto de materiais, para um segundo desafio (ver Anexo III)
• Propor o segundo desafio:
a) Equilibrar uma das garrafas de cabeça pra baixo sobre a boca da outra garrafa. Sendo que entre elas deve ter uma folha de papel e a primeira garrafa deve estar preenchida com água até a metade. (ver Anexo III).
b) Como retirar a folha de papel entre as garrafas sem deixar a garrafa de cima cair? Inverter as posições das garrafas, equilibrá-las e tentar novamente retirar a folha de papel sem deixar nenhuma das garrafas cair.
Discussão:
• Questioná-los como foi possível resolver este problema.
• Indagar o porquê do resultado obtido por eles
• Mediar a discussão até que cheguem a conclusão de que o corpo em repouso tende a permanecer em repouso, por isso a garrafa com água ou vazia não cai quando a folha é puxada.
• Pedir exemplos do quotidiano onde é possível verificar essa conclusão.
• Enunciar a lei da inércia ou a primeira de Newton.
Aula 3
Tema: A Física divertida.
Objetivo:
• Entender conceitos físicos com histórias em quadrinhos ou tirinhas.
• Apontar a física nas tirinhas.
Conteúdo Físico: Inércia e os demais conceitos físicos trabalhados até o momento.
Recursos Instrucionais: Xerox das tirinhas em anexos
Motivação: Se divertir com a física nas histórias em quadrinhos.
Anexo: ANEXO IV
Momentos:
• Expor claramente o objetivo da aula;
• Encorajar os alunos na descoberta dos conceitos;
• Se necessário, fazer uma breve revisada dos conceitos;
• Antes de eles terem o contato com as tirinhas, perguntar se eles têm idéia do que seja estudar física desta maneira;
• É importante anotar as respostas dos alunos.
• O professor não deverá fazer nenhum comentário durante as leituras.
• Após a leitura os alunos deverão expor suas conclusões.
• Com isso, o professor finaliza os assuntos da primeira lei de Newton se sentindo à vontade para fazer algumas considerações.
• Interessante será se for feita uma atividade avaliativa só de conceitos físicos referentes ao assunto, usando palavras cruzadas.
Aula 4
TEMA: Com toda a força!
OBJETIVO: Perceber a relação de proporcionalidade ente força resultante, aceleração e massa.
CONTEÚDO FÍSICO: 2ª lei de Newton
RECURSOS INSTRUCIONAIS: Tijolos, mesa.
MOTIVAÇÃO: Fazer o experimento e a partir dele compreender o assunto
MOMENTOS:
Separar a turma em grupos de 4 pessoas. Cada grupo terá 4 tijolos sobre a mesa.
1ª ATIVIDADE:
• Pedir que observem a aceleração de um bloco quando este é empurrado, com o máximo de força, com: o dedo mindinho, dois dedos quaisquer, uma mão, duas mãos. Um aluno deve se posicionar no final da mesa para não deixar o bloco cair no chão.
• Questioná-los: Qual a relação entre a força resultante aplicada e aceleração?(escrever no quadro a conclusão chegada pelos grupos em termos de proporcionalidade).
2ª ATIVIDADE
• Agora, solicitar, que analisem a intensidade da força aplicada pela mão de um dos integrantes do grupo para fazer mover: um tijolo, dois tijolos empilhados, três tijolos empilhados e quatro tijolos empilhados.
• Questioná-los: Qual a relação entre a força resultante e a massa? (escrever no quadro à conclusão dos grupos.)
• Seguindo o mesmo procedimento do início dessa atividade, pedir que analisem a relação entre massa e aceleração dos corpos. Escrever no quadro a relação encontrada pelos grupos.
DISCUSSÂO:
• Fazê-los analisar as três situações e desafiá-los a encontrar uma relação entre essas três grandezas.
• Enunciar a 2ª lei de Newton
Aula 5
TEMA: Aplicando as leis de Newton
OBJETIVO: Construir um dinamômetro e usá-lo para medir forças, observar que a força é proporcional a massa e que a força peso e a massa são grandezas diferentes.
CONTEÚDO FÍSICO: 2ª lei de Newton.
RECURSOS INSTRUCIONAIS: pesos de balanças de 0,2 kg, 0,25 kg e 0,5kg, rolha, arame, mola, pedaço de madeira, cano, papel quadriculado, 2 parafusos, seringa e saco plástico.
MOTIVAÇÃO: Construir um aparelho para mensurar forças de forma simplificada.
ANEXOS: Anexo V
MOMENTOS:
• Dividir a turma em cinco grupos e cada grupo construirá seu dinamômetro (ver anexo X).
• Calibrar o dinamômetro numa escala medida em Newton (1 newton = 102 ml de água).
• Medir o peso dos “pesos” de balança.
• Questionar a diferença entre o peso e a massa.
• Definir peso de um corpo e dizer que a aceleração gravitacional é constante nas proximidades da superfície e fazê-los observar que quanto maior a massa, maior o peso de um corpo.
• Sendo a massa e o peso conhecidos, calcular por meio de F=m.a, a aceleração da gravidade.
Aula 6
TEMA: Para toda Ação existe uma Reação!
OBJETIVO: Compreender que para toda ação de uma força existe uma reação de mesma intensidade e sentidos opostos.
CONTEÚDO FÍSICO: 3ª lei de Newton (Ação e Reação)
RECURSOS INSTRUCIONAIS: 2 pares de patins
MOTIVAÇÃO: Aprender o conceito físico com diversão
MOMENTOS:
• Arrumar a sala em círculo, deixar que dois alunos, de mesma massa aproximadamente, usando patins fiquem em pé no centro do circulo, voltados um para o outro;
• Questioná-los: Inicialmente temos uma situação em que dois corpos estão em repouso, mas, o que aconteceria com cada um deles se o aluno A empurrasse o aluno B?
• Deixar que levantem hipóteses, analisem as idéias dos colegas e eliminem variáveis;
• Pedir que o aluno A empurre o aluno B;
• Confrontar o movimento percebido para ambos os corpos com as hipóteses iniciais dos alunos;
• Pedir que identifiquem as forças que atuam nos corpos, compare os sentidos e intensidade de cada uma;
• Questionar o porquê do movimento percebido nos corpos.
• Mediar a discussão até que percebam que as forças envolvidas tem mesma intensidade, sentidos opostos e atuam em corpos distintos.
• Questioná-los a respeito do papel dos patins no experimento e o que aconteceria se os colegas estivessem sem esses aparelhos. (com o atrito é difícil perceber a ação e reação)
• Pedir exemplos do cotidiano onde é possível verificar esse “par de forças”
• Enunciar a 3ª lei de Newton e dar mais exemplos.
Aula 7
TEMA: Por que a Reação não anula a Ação?
OBJETIVO: Compreender o porquê da reação não anular a ação.
CONTEÚDO FÍSICO: 3ª lei de Newton (Ação e Reação)
RECURSOS INSTRUCIONAIS: Desenho (Anexo VII)
MOTIVAÇÃO: Visualizar numa situação simples e quotidiana a 3ª de Newton
ANEXO: ANEXO VII
MOMENTOS:
• Dividir a sala em grupos com 4 alunos;
• Pedir para eles observarem o que está na ilustração (Anexo VII) e discutirem para tentar solucionar o problema;
• Depois de eles discutirem pedir que sejam explicitadas as conclusões que chegaram;
• O professor deverá mediar o debate até que a Terceira Lei de Newton seja corretamente compreendida. É importante que o professor não diga a solução e sim que vá direcionando as idéias até a turma chegar à conclusão.
ANEXO I:
Texto 1: Texto baseado no livro de Ciências, 8ª série, Projeto Araribá.
Um dos conceitos de suma importância no seu dia a dia que o homem aprendeu, desde os tempos em que vivia como caçador, foi o de velocidade. Quando sua sobrevivência dependia exclusivamente das caçadas, era fundamental analisar detalhadamente a distância a que a presa se encontrava, quanto tempo sua arma demoraria a atingir a presa e, por fim, com que velocidade deveria alcançá-la.
O interessante é que, o que levou o homem à evolução tecnológica foi justamente o problema sobre o movimento e as forças. A necessidade de se fazer mais coisas em menos tempo o fez construir meios de transportes cada vez mais eficientes, cuja finalidade é percorrer distâncias em menor tempo, máquinas e equipamentos para realizarem trabalhos mais rapidamente.
ANEXO II
Experimento I:
Material:
• Carrinhos de fricção.
• Cronômetros.
• Trena.
Procedimento:
• Fricciona o carrinho no piso da sala de aula e observar o percurso, percebendo e anotando o tempo e as distâncias percorridas.
ANEXO III
Fotos da montagem experimental
Ilustração 1
Ilustração 2
Ilustração 3
ANEXO IV
Fonte: http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/index.htm
Anexo V
Como montar um dinamômetro.
Materiais: rolha, arame, mola, pedaço de madeira, cano, papel quadriculado e 2 parafusos.
PASSOS:
1. Enrosque um parafuso tipo gancho em cada lado da madeira.
2. Cole o papel quadriculado na madeira.
3. Enrosque um parafuso tipo gancho em cada superfície plana da rolha.
4. Una a rolha à madeira com uma mola por meio dos parafusos.
5. Coloque o conjunto dentro do cano.
Veja:
Fonte: GREF – IF USP, Leituras de física – Mecânica, 1998
Como calibrar:
Usando um pequeno saquinho de plástico fino e uma seringa, podemos calibrar o dinamômetro colocando no saquinho 102 ml de água com a seringa, e depois pesamos a água e marcamos no papel quadriculado o equivalente a 1N.
ANEXO VI
Fonte: http://www.if.usp.br/gref/mec/mec2.pdf
Referências:
[1] Hewitt, Paul G., Física Conceitual Trad. Trieste Freire Ricci e Maria Helena Gravina. – 9.ed. – Porto Alegre: Bookman, 2002
[2] http://www.if.usp.br/gref/mecanica.htm
[3] http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/index.htm
Aulas práticas
INÉRCIA
1.Cada vértebra de sua espinha dorsal é separada de suas vizinhas imediatas por discos de um tecido elástico. O que acontece, então, quando você salta para o chão a partir de uma altura muito elevada?
2.Como o encosto da cabeça do banco de automóvel ajuda a prevenir lesões no pescoço causadas quando seu carro sofre colisão pela traseira?
3.É possível apertar a cabeça do martelo em seu suporte de madeira (cabo) batendo o cabo no chão? Explique em termos da 1ª lei de Newton
4.Se você atira uma moeda diretamente para cima, enquanto está andando de trem, onde ela cai se o movimento do trem é uniforme sobre trilhos retos? E quando o trem reduz sua velocidade enquanto a moeda está no ar? E quando o trem está fazendo uma curva?
- Ondas
Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas
Novas Tecnologias para o Ensino de Física
Professor: Maxwell Siqueira
Aluno: Joaquim Souza Jr.
APRESENTAÇÃO:
Este plano de aula visa oferecer uma proposta sobre as ondas sonoras, que estejam pautadas na experimentação e no uso de recursos tecnológicos com a finalidade de vencer os obstáculos encontrados no ensino tradicional de Física.
JUSTIFICATIVA:
Desde as épocas mais remotas o ser humano tinha a necessidade de compreender o ambiente que o cerca e de explicar os fenômenos que ocorriam na natureza. As primeiras descobertas do homem estavam relacionadas aos seus sentidos, como por exemplo, entender como escutavam o som de um trovão.
OBJETIVOS GERAIS:
Com esse plano propõem-se uma nova metodologia de ensino capaz de despertar curiosidades aos alunos a partir de questionamentos, experiências em sala de aula e da utilização de recursos tecnológicos. Desta forma, a compreensão das ondas sonoras, bem como toda a acústica tornar-se mais acessível. Assim, os alunos poderão entender melhor e explicar os fenômenos envolvidos no meio em que vivem.
PÚBLICO ALVO:
Alunos de 2ª e 3ª séries do Ensino Médio.
AULA:
Música para os ouvidos
PRÉ-REQUISITOS:
Conceito de onda
Natureza das ondas (mecânicas e eletromagnéticas)
Tipos de ondas (transversais, longitudinais e mistas)
Duração: 2 horários de 50 minutos
Objetivos específicos
Compreender as características específicas das ondas sonoras, seguida pela apresentação das chamadas qualidades fisiológicas do som: a altura, a intensidade e o timbre, que estão intimamente relacionadas com as sensações que temos quando o sistema auditivo é estimulado pelas ondas sonoras.
Motivação:
Como conseguimos ouvir os sons?
Por que uma buzina incomoda tanto os nossos ouvidos?
Habilidades:
• Ler e interpretar informações apresentadas em diferentes linguagens e representações.
• Ler e interpretar corretamente tabelas, gráficos, esquemas e diagramas.
• Fazer uso de formas e instrumentos de medidas apropriados para estabelecer comparações quantitativas.
• Fazer o uso da linguagem física apropriada.
Conteúdo: Ondas sonoras
Recursos Instrucionais:
• Simulador de osciloscópio (BIP Electronics Lab Oscilloscope - 3.0)
(http://www.electronics-lab.com/downloads/pc/002/)
• Gerador de freqüência (Tone Generator Audio Test Tone Generator)
(http://www.nch.com.au/tonegen/index.html)
• Simulador eletrônico de instrumentos musicais (Piano eletrônico 2.5)
(http://www.pianoeletronico.com.br/)
• Vídeo sobre o Tubo de Rubéns
(http://www.youtube.com/watch?v=PGHxjFYqBOs)
• Vídeo sobre ressonância
http://www.youtube.com/watch?v=EFpVxmREYOY
Avaliação:
Será avaliada a participação e o empenho dos alunos no desenvolvimento das atividades. No fim será solicitado que os alunos façam um relatório do que foi trabalhado apresentando os conceitos vistos nessa aula.
Momentos:
• O professor lançará a primeira pergunta da motivação, abrindo um espaço para os alunos exporem suas idéias. Nesse momento o professor deverá ser o mediador da discussão, instigando os alunos com questionamentos para que eles cheguem às suas próprias conclusões.
• Repetirá o mesmo processo para segunda pergunta da motivação.
TEMPO: 15 min.
• Através dos conceitos já vistos nas aulas anteriores o professor mostrará porque o som é considerado uma onda mecânica e a maneira que ele se propaga no espaço.
• Em seguida com um diapasão em mãos e com uma bacia com água será feita uma analogia da onda sonora com a onda na água.
• O professor mediará a discussão.
TEMPO: 15 min.
• Neste momento o professor utilizará os três softwares. (Esta atividade por ser usada pelo o professor para demonstrar o comportamento das ondas sonoras ou pode ser manuseado pelos alunos para que eles construam o conhecimento (esta é mais interessante!))
• Inicialmente será utilizado o gerador de freqüência e o osciloscópio. Os alunos ficaram livres para mexer a vontade nos programas. O professor deve fazer perguntas sobre o que eles observaram no osciloscópio e onde eles mexeram para obter aqueles resultados. Em seguida o professor deverá manusear os programas realizando algumas modificações nos recursos, mas antes sempre deve perguntar o que irá ocorrer. Com isto os conceitos de freqüência, comprimento de onda e amplitude deverá ficar claro.
TEMPO: 30 min
• Num segundo momento os alunos deverão utilizar o osciloscópio junto com o simulador de instrumentos musicais. Repetir o mesmo processo anterior, deixando os alunos livres.
• Em seguida o professor deve manusear os programas para mostrar os conceitos de volume, intensidade e timbre, e diferenciá-las. Para tal pode-se copiar os gráficos e colar no WORD e analisar as diferenças.
TEMPO: 30 min
• Para descontrair um pouco a turma e para deixar os alunos ainda mais encantados o professor apresentará o vídeo sobre o Tubo de Rubéns,
• Por fim será mostrado o vídeo sobre ressonância. Com esses vídeos pode-se mostrar que as ondas sonoras podem atuar em diversos meios e de diversas formas.
TEMPO: 10 min