Faculdade de Ciências da Universidade do Porto

Departamento de Física

“Estudo do movimento de dois

corpos ao longo de um plano

inclinado”

Trabalho realizado por: Helena Mateus

Maria José Beleza

Vera Oliveira

No âmbito da formação: Actividades de sala de aula

com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

Enquadramento da actividade

“Estudo do movimento de dois corpos ao longo de um plano inclinado”

Actividades de sala de aula com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

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A actividade por nós proposta enquadra-se no 11º Ano, na Unidade 1-Da Terra à Lua (parte de

Física). Além disso, pode ser perfeitamente realizado no âmbito da Unidade 2- Energia em movimentos.

Dada a utilidade pedagógica que o contexto Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente tem na

aprendizagem dos alunos no mundo actual, achamos de todo importante introduzir a actividade proposta

com a seguinte questão-problema: “Como aumentar a velocidade de descida de um escorrega?”. Para

explorar esta questão-problema colocamos várias hipóteses, nomeadamente: tipo de material de que é

feito o escorrega; forma do corpo; inclinação do escorrega.

Nesta actividade debruçamo-nos, principalmente, nas duas primeiras hipóteses acima referidas,

tendo como principais objectivos:

estudar o material que mais se adequa à construção de um escorrega; para isso usamos

calhas de materiais diferentes (metal, plástico e, madeira) e comparamos a velocidade

adquirida pelo corpo numa dada posição;

estudar a influência da forma dos corpos na velocidade que adquirem; para isso

utilizámos dois corpos de igual massa e do mesmo material, mas com forma diferente

(uma esfera e um bloco).

Esta actividade permite desenvolver nos alunos as seguintes competências:

Construir uma montagem laboratorial a partir de um esquema/foto;

Explicar a utilização/função do material a utilizar;

Manipular com correcção e respeito pelas normas de segurança, material e equipamento;

Executar correctamente o protocolo apresentado;

Registar, organizadamente, os dados observados;

Analisar os dados recolhidos;

Elaborar um relatório.

Questões pré-laboratoriais

“Estudo do movimento de dois corpos ao longo de um plano inclinado”

Actividades de sala de aula com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

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1- Identifique as transferências e transformações de energia que ocorrem durante todo o

movimento de um corpo ao longo de um plano inclinado.

2- Preveja se há ou não conservação da energia mecânica ao longo de planos inclinados

de diferentes materiais (madeira, metal e plástico).

3- Faça um esboço do gráfico da posição em função do tempo de um corpo que é largado

do topo de um plano inclinado.

4- Faça um esboço do gráfico da velocidade em função do tempo de um corpo que é

largado do topo de um plano inclinado.

5- Classifique o movimento do corpo que desce no plano inclinado.

6- Explique por que é que um carro, completamente equipado, com o depósito cheio de

gasolina, sem problemas de mecânica, não se move sobre uma superfície gelada.

Material necessário

sensor de movimento CBR-2

calculadora gráfica TI-84

calha metálica

tira de plástico adaptável a calha

tira de madeira adaptável a calha

régua

esfera e bloco (do mesmo material e com igual massa)

suporte para calha

fita-cola

Condições a ter em conta na realização da actividade:

Deve manter-se inalterada a altura da calha;

Os corpos devem ser lançados sempre da mesma posição;

O sensor é colocado a 15 cm do topo da calha e ligado à calculadora gráfica.

Procedimento:

Configuração da calculadora para a recolha de dados:

1- Ligue a calculadora gráfica ao sensor.

2- Ligue a calculador e o sensor.

3- Na calculadora, prima APPS e seleccione EasyData.

4- Configurar a calculadora para a recolha de dados:

4.1-Prima WINDON e seleccione SETUP.

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Actividades de sala de aula com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

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4.2-Prima 2 para seleccionar TIME GRAPH.

4.3-Prima ZOOM e seleccione EDIT.

4.4- Introduza 0,2 para definir o tempo entre amostras em segundos.

4.5- Prima ZOOM para seleccionar NEXT.

4.6- Introduza 100 para definir o número de amostras.

4.7- Prima ZOOM para seleccionar NEXT.

4.8- Prima GRAPH e seleccione OK.

Recolha de dados

1-Proceda à montagem experimental de acordo com a figura abaixo.

1- Coloque o corpo na altura que estipulou (cerca de 15/20 cm do topo da calha).

2- Seleccione Start para iniciar a recolha de dados.

3- Largue o corpo assim que ouvir os cliques do sensor.

4- Surge no ecrã o gráfico distância em função do tempo.

5- Seleccione Plots (prima window).

6- Seleccione o gráfico velocidade em função do tempo.

7- Surge no ecrã o gráfico velocidade versus tempo.

8- Seleccione ANALYZ e depois SELECT REGION para analisar a zona pretendida.

9- Repita para a esfera e para o bloco, assim como para cada uma das calhas (madeira,

metálica e plástico ).

Registo de resultados:

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Os gráficos que se irão obter serão semelhantes aos das figuras abaixo:

Gráfico x = f (t) Gráfico v = f (t)

Valores de velocidade para a esfera nas três calhas diferentes:

ESFERA

Plástico metal madeira

x(m) 0,673 0,680 0,679

v(m/s) 1,498 1,505 1,533

Valores de velocidade para o bloco nas três calhas diferentes:

BLOCO

Plástico Metal Madeira

x(m) 0,603 0,621 0,604

v(m/s) 1,315 1,113 0,795

Conclusão e análise crítica dos resultados

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Actividades de sala de aula com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

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A realização desta actividade experimental, permite atingir os objectivos inicialmente

propostos. Para além disto, com a realização desta actividade, são desenvolvidas competências

que de outro modo não eram possíveis sendo uma actividade simples e atractiva para os alunos.

A análise das tabelas permite concluir que a velocidade adquirida pelo bloco depende do

tipo de material da calha. Conclui-se ainda que, a velocidade adquirida pelo bloco é maior na

calha plástica e menor na calha de madeira. Isto porque, quando o bloco desliza, em contacto

com uma superfície, ocorre transferência de energia entre o corpo e a superfície, sendo que esta

transferência é devida às interacções entre as partículas que constituem os materiais em

contacto. É assim possível, chamar a atenção dos alunos para o facto de existir força de atrito

cinético durante o deslizamento bem como mostrar que o módulo da força de atrito cinético

varia nos diferentes materiais.

Relativamente à esfera, e atendendo aos resultados apresentados na tabela acima, é

possível mostrar que a velocidade adquirida não depende do material de que é feita a calha.

Assim, não havendo deslizamento, a força de atrito cinética não realiza trabalho, não

contribuindo por isso para a variação da velocidade adquirida pela esfera nos diferentes

materiais.

É possível concluir que, o movimento de um corpo simétrico que rola sem escorregar é

composto de:

Uma translação do seu eixo que contém o centro de massa no referencial Terra;

Uma rotação em torno desse eixo que contém o centro de massa.

Para ficar a pensar

- Porque é que, antigamente, se utilizavam troncos para deslocar corpos de grandes

massas?

- Porque é que, nos "aqua - shows", se utiliza água nos escorregas?

- Será que a altura dos escorregas terá influência na velocidade adquirida por quem

escorrega?

- Identifique situações quotidianas onde seja desejável a existência de atrito.

- Identifique situações quotidianas onde seja prejudicial a existência de atrito.

Sugestão de trabalho

“Estudo do movimento de dois corpos ao longo de um plano inclinado”

Actividades de sala de aula com a calculadora gráfica e sensores para o 3º Ciclo do E.B. e E.S.

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Considere um cilindro oco e um cubo de massa igual os quais caem ao longo de um plano

inclinado.

Mostre que a velocidade final do cilindro que rola sem escorregar é inferior à velocidade

do cubo que escorrega.