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Faculdade de educação
Universidade de São Paulo
Módulo Inovador Julho 2005
Ana Luiza de Azevedo Pires Sério
No USP 2872758 Germano de Freitas Aguirre
No USP 2842390
EDM 425 - Metodologia do ensino de Física I Mauricio Pietrocola
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Índice
Apresentação .......................................................................................................................... 3
Aulas 1 e 2: Física na Educação Física .................................................................................. 4
Aula 3: Vitória com vetores ................................................................................................... 8
Aula 4: Na corda bamba... .................................................................................................... 12
Aula 5: É goooooool! ........................................................................................................... 17
Aula 6: Pedáaala Robinho .................................................................................................... 20
Aula 7: Torcida energética?.................................................................................................. 22
Aula 8: Por que suamos? ...................................................................................................... 28
Aula 9: Finalizando o curso.................................................................................................. 32
3
Apresentação
Quando pensamos em esportes, nem sempre pensamos na Física. Geralmente, não
fazemos relações entre a prática esportiva e o conhecimento cientifico. Mas, na verdade,
ciência, e principalmente a Física, está presente em diverso aspectos do esporte.
Não percebemos a Física presente nos esportes, mas ela está lá: gravidade,
movimento circular, lançamentos, são alguns exemplos. Entretanto, outras áreas do
conhecimento também estão presentes: biologia e matemática, por exemplo.
Este trabalho propõe um curso que ensine e retome aspectos da Física envolvidos na
prática esportiva. O curso é proposto para o final do segundo no do ensino médio, quando o
aluno já teve bastante contato com a Física e possui as habilidades necessárias para a
compreensão dos assuntos.
A principal estratégia do curso é ressaltar o caráter interdisciplinar do
conhecimento, por isso, em todas as aulas
A relação entre a Física e a Matemática é bastante estreita. Por exemplo, para
descrever o movimento de uma bola, fazemos uso do conceito de vetor. Para calcular a
intensidade do som, usamos os decibéis, em escala logaritma, mais uma vez, a Matemática
está presente. Desta forma, a matemática também é trabalhada no curso.
O módulo está estruturado em quatro partes: a primeira parte apresenta a aula, a
segunda parte descreve os passos a serem realizados. Algumas aulas apresentam material
de apoio ao aluno e ao professor (guia do professor). Em anexo, um cd com o material
multimídia necessário para as aulas.
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Aulas 1 e 2: Física na Educação Física Tema
Análise de variáveis e ferramentas de medidas.
Objetivos
Usar motivos esportivos que instiguem o uso do conhecimento físico adquirido e relevar
suas relações com os esportes levantados pelos alunos.
Dar noção aos alunos de como identificar variáveis mensuráveis em diversos esportes e
capacitá-los a desenvolver métodos de medições.
Familiarização com instrumentos de medida e seus usos.
Material
Trena, balança (clínica se possível), régua (30cm) e cronômetros.
Conceitos trabalhados
Medidas, importâncias nas medidas, erro, quais os fatores que provocam erro.
Leis de Newton
Planejamento da aula 2 Tempo (min)
1. Retomada da aula anterior com possíveis medições que ficaram faltando 10
2. Medidas do tempo de reação 15
3. Medidas da força 15
2. Discussão dos resultados através das perguntas 10
Planejamento da aula 1 Tempo (min)
1. O professor discute com os alunos a relação entre Física e esportes.
Em quais esportes podemos perceber a Física e quais os aspectos
mais importantes.
10
2. Atividade de medidas – Atividade da aula 1 15
3. Elaboração de métodos para medir força 25
5
Descrição da aula 1
A primeira aula deve contar com a pergunta inicial do módulo: Existe relação entre
a física e os esportes? Valendo-se das respostas, o educador inicia uma discussão sobre
como é essa relação, e finalmente, se é possível fazer da física, fator diferenciador nos
resultados esportivos. Essa seria a justificativa apresentada aos alunos para aplicação deste
módulo.
Durante essa discussão, direcionar os alunos para apontar quais as variáveis de
procedência humana, mensurável, direta e/ou indiretamente, que são fundamentais nos
esportes levantados pelos alunos. Por exemplo: força, reflexo, massa, altura, centro de
gravidade centro de massa (esses dois últimos melhor explorado na aula 4).
Com o incentivo da discussão, dividir os alunos em grupos de quatro ou cinco
definindo: dois para serem os ATLETAS e efetuarem as medições da Atividade da Aula 1,
e os demais (dois de cada grupo) para desenvolverem métodos para determinar as outras
medidas (de reflexos/tempo de reação e força/aceleração).
Através da Atividade da Aula 1 os alunos vão determinar as alturas e massas dos
Atletas e alguma outra medida que seja considerada pertinente aos alunos caso apareça nas
discussões.
6
Descrição da aula 2
Dando continuidade à aula 1, através da Atividade de Aula 2 os alunos farão
medidas do tempo de reação ou reflexos, e Força.
A força será medida através da aceleração produzida por um salto vertical, que na
verdade refere-se a estimar a aceleração somente, uma vez que a força vem da 2ª lei de
Newton, F = m.a e a massa do Atleta já é conhecida da Atividade de Aula 1.
Com o parâmetro de aceleração muscular estimado pela Atividade de Aula 2, pode-
se estimar a força usada para esse tipo de atividade conhecendo a massa do atleta e 2ª lei de
Newton. Essencialmente, essa medida de força é meramente ilustrativa servindo apenas
como comparação entre os atletas para esse tipo de atividade. Nos animais de modo geral, a
força é proporcional a secção transversal do membro em esforço, o que faz, diferenciar a
força nos braços e nas pernas por exemplo.
Durante a Atividade de Aula 2, constrói-se com os alunos que não são Atletas (um
de cada grupo) um roteiro de atividades físicas em que se consiga estimar os resultados
diante das medidas feitas para que sejam aplicadas durante as aulas de educação física, por
exemplo:
Corrida: qual Atleta vencerá ou fará o menor tempo para percorrer determinada
distância? O de maior força nas pernas, o de maior reflexo, maior aceleração, ou maior
altura (por ter pernas compridas), etc.
Cobrança de pênaltis: Quais valores são importantes na escolha do cobrador e do
goleiro?
7
Guia para o professor – aulas 1 e 2
Atividade da Aula 1
Medições (mínimas recomendadas):
Altura: com a trena, ou a balança clínica;
Massa: com a balança clínica;
Qualquer outra medida que seja feita diretamente com os instrumentos;
Desenvolver métodos para medir Tempo de reação e Aceleração para Aula 2.
Atividade da Aula 2
Tempo de reação
Reflexos (Tempo de reação): Apanhando uma régua em queda livre em três medições. Tira-
se a média das posições da régua em que o atleta segura após a queda iniciada na marca
zero. O tempo sai de: gST 2= onde g é a aceleração da gravidade g = 10m/s2, S é a
média das medidas na régua de cada atleta em metros.
Aceleração pelo salto
hHhgA /)( += deduzível do princípio da conservação de energia. Onde h é a distância de
flexão para o salto, H é a altura alcançada pelo salto, e g é a aceleração da gravidade g
=10m/s2
Outras medidas pertinentes ao interesse do aluno também podem ser feitas nessa aula.
8
Aula 3: Vitória com vetores
Tema
Aplicações lúdicas com uso dos conceitos de vetores no automobilismo.
Objetivos
Desenvolver uma visão não-formal da utilização do conceito de vetores usando como pano
de fundo o automobilismo e noções de cinemática.
Material
- Papel quadriculado
- canetas de várias cores
Conceitos trabalhados
A utilização de vetores
Planejamento da aula 3 Tempo (min)
1. Discussão da influencia da tecnologia nos esportes 10
2. Levantamento dos fatores relevantes nas características dos carros e
dos pilotos
10
3. Revisão dos conceitos de cinemática 10
4. Corrida com vetores 20
9
Descrição da aula 3
Depois de discutir as variáveis humanas nos esportes, nesta aula discutiremos
algumas variáveis tecnológicas, na qual um bom exemplo ultimamente tem sido as corridas
de fórmula um, devido ao alto nível tecnológico e a rigidez das regras que são revistas e
alteradas para tornar o esporte mais competitivo a cada ano e que não só os aparatos
tecnológicos sejam responsáveis pelos resultados positivos de uma equipe.
Como cada esporte pode ser relacionado a um tipo de tecnologia desenvolvida, o
automobilismo têm parâmetros fixos peculiares: Motor, pneus, aerodinâmica e pista.
Após fazer um levantamento com os alunos dos fatores relevantes nas
características dos carros, e por que não, dos pilotos, encaminhá-los ao produto resultante
dessa soma de informações: Aceleração e Velocidade.
Todos os fatores buscam resolver o percurso da pista no menor tempo possível, que
implica em um carro com a maior velocidade média possível, que depende de todos os
fatores levantados com relação à qualidade do carro, mas que, fisicamente, resultam nos seu
vetores de aceleração e velocidade.
Fazer uma revisão sobre os conceitos de cinemática vetorial e aplicar a Atividade
de Aula 3
10
Guia para o professor – aula 3
Atividade da Aula 3
De posse do papel quadriculado e as canetas, desenhar um circuito, se possível um
circuito real de fórmula 1.
Cada jogador deve escolher uma caneta cuja cor irá identificá-lo durante a partida.
Em seguida sorteia-se o primeiro a jogar que marcará o seu ponto para formar o grid de
largada. Cada jogador, na sua vez de jogar deve mover seu carro de um ponto a outro
definido pelas intersecções do quadriculado.
Um carro parado é um ponto. Um carro em movimento é representado por um vetor
que liga o ponto anterior à nova posição. O carro está sempre na ponta da seta. Quanto
maior o vetor, maior a velocidade do carro. Tanto o aumento quanto a diminuição de
velocidade é dada pela aceleração e deve ser gradativa. Por isso cada jogador deve fazer
uma escolha entre três alternativas:
Aumento Redução (Antes Depois)
Um detalhe físico importante, os carros não devem assumir o mesmo ponto na pista,
caso contrário eles colidirão e ambos estarão fora da corrida.
Não há limites de velocidade, mas um vetor muito comprido pode dar problemas na hora de
fazer curvas.
O vencedor será aquele que ultrapassar a linha de chegada.
A corrida de vetores simula de modo natural o comportamento dos pilotos, levando os
jogadores a procurar os melhores pontos de tangência para a tomada de curvas e dosar a
velocidade com a aceleração/desaceleração em função das dificuldades do circuito, que
podem ser discutidas no final da aula.
11
Pistas GP
12
Aula 4: Na corda bamba...
Tema
Equilíbrio
Objetivos
O equilíbrio é um conceito que aparece em todos os esportes. O objetivo dessa aula é
discutir com os alunos quais as condições de equilíbrio de um corpo.
Material
- Objetos planos de madeira de dois tipos: uma parte com distribuição homogênea de massa
e outra parte com distribuição heterogênea.
- Maquina fotográfica digital
- impressora
- cartolina
- cola
Conceitos trabalhados
Força resultante, equilíbrio, centro de massa
Planejamento da aula 4 Tempo (min)
1. Apresentação dos vídeos. Discussão sobre equilíbrio 10
2. Atividades de equilíbrio das peças de madeira 10
3. Localização do centro de massa de um corpo 15
4. Experiências com as barras. Conceito de equilíbrio como resultante
nula das forças
15
13
Descrição da aula 4
1. No primeiro momento o professor passa vídeos de apresentações de ginástica
olímpica para que os alunos discutam
2. Atividade 1. Na segunda parte da aula, os alunos devem realizar a atividade de
equilíbrio com as peças de madeira. Os alunos são separados em grupos e o
professor distribui para cada grupo uma peça azul, outra vermelha e um suporte.
Pede que os alunos equilibrem as peças azuis no suporte e depois repitam a
atividade com as vermelhas. Nesse momento o professor pode discutir o conceito de
centro de massa de corpos homogêneo (nos quais o centro de massa corresponde ao
centro de simetria) e de corpos heterogêneos, quando a simetria não pode ser levada
em conta
3. Atividade 2. Como calcular o centro de massa de um corpo? Nessa parte da
atividade, o professor pede que os grupos façam posições de equilíbrio e fotografem
as poses. Depois disso, as imagens são ampliadas, impressas e coladas numa
cartolina. Para essa atividade, aproximamos o corpo para uma figura plana, portanto
o professor deve levar isso em conta na hora de escolher as fotos.
Com as imagens prontas, os alunos escolhem um ponto qualquer da borda da figura
e faz um furo, com a ajuda de um prego fino ou de um clipe, pendura a figura,
deixando-a solta. Quando a figura para de balançar, o aluno traça uma reta vertical
passando pelo ponto escolhido. Depois, ele deve escolher outro ponto e repetir o
procedimento. O ponto de encontro das duas retas é o centro de massa da figura.
Agora, o aluno pode equilibrá-la no suporte.
4. Atividade 3. Colocar duas barras razoavelmente perto e
pedir que o aluno suspenda-se entre as tabelas como
mostra a figura.
Separe as barras. Por que se torna mais difícil se manter
14
levantados enquanto a distância entre as tabelas aumenta?
Nesse momento o professor discute o equilíbrio como a resultante nula das forças. Como
força é uma grandeza vetorial, a soma das forças é uma soma vetorial, portanto no segundo
caso é preciso fazer uma força maior para equilibrar o peso porque o ângulo de aplicação da
força é maior.
15
Material de apoio ao aluno – Aula 4
Equilíbrio dos corpos
Um corpo extenso, sujeito à ação de várias forças, está em equilíbrio estático quando não
está sofrendo nem movimento de translação nem movimento de rotação, em relação a um
referencial.
Duas são as condições para que isso aconteça:
1. Para que não sofra translação, a resultante das forças externas que agem no corpo deve
ser nula.
0F...FFF n321 =+++rrrr
2. Para que não sofra rotação, a soma dos momentos dessas forças deve ser nula.
0M...MMM n321 =+++
Podemos perceber, portanto, que o conceito de equilíbrio na Física está relacionado com
força resultante nula e portanto aceleração nula. Temos dois casos de corpo com aceleração
igual a zero, o corpo para e em movimento retilíneo uniforme.
16
Guia de apoio ao professor – Aula 4
Como construir as peças para a atividade 1.
1. Recorte em madeira (ou isopor) figuras planas simples, como triângulos, círculos e
quadrados. Faça o numero de peças igual a duas vezes o numero de grupo de alunos.
Figura 1: Exemplos de peças, vistos de cima
2. Divida as peça em dois blocos. O primeiro bloco, pinte o primeiro grupo de azul. Com o
auxilio de uma fixa de madeira, lixe as peças para que as espessuras dos lados fiquem
diferentes, como a figura:
Figura 2: peça com visão lateral (perfil)
3. Pinte esse segundo bloco de vermelho. Agora você tem, para cada figura, duas peças
iguais: uma azul, com distribuição homogênea de massa e outra vermelha, com distribuição
heterogênea.
4. Para construir os suportes é preciso de uma base de madeira e pregos com a cabeça de
aproximadamente 5 mm.
17
Aula 5: É goooooool!
Tema
O gol e a Física
Objetivos
O futebol é, sem duvida alguma, o esporte coletivo mais popular no Brasil. Esta aula
procura relacionar aspectos da Física envolvidos nesse esporte.
Material
- Vídeos de gols
- computador
- simulação de lançamento oblíquo
Conceitos trabalhados
Lançamento oblíquo, força de atrito
Planejamento da aula 5 Tempo
1. Vídeos de gols. Discussão sobre o gol mais bonito. 10
2. Explicação sobre lançamento oblíquo. Simulação no computador 20
3. Partida de futebol 20
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Descrição da aula 5
A aula começa com o professor apresentando aos alunos os vídeos com os gols no
futebol. Discute com os alunos qual foi o gol mais bonito e porquê.
Num segundo momento, passa a discutir quais os aspectos da Física poderiam ser
tratados para representar aqueles gols. Explica o lançamento oblíquo.
A atividade proposta para a aula é a utilização de uma simulação de computador que
permite que o aluno perceba a influencia da gravidade, mudando a gravidade para outros
planetas, da velocidade inicial, do ângulo, do atrito do ar.
No final da aula, o professor divide a classe em duas equipes que jogam uma partida
de futebol. Quem vai vencer?
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Material de apoio ao aluno – aula 5
A resistência do ar
O lançamento obliquo é trabalho dsprezando-
se a resitencia do ar, nesse caso a trajetória da
bola transforma-se uma parábola onde o
componente horizontal da velocidade seja
constante e a componente vertical seja sujeito à
ação da gravidade. A trajetória da bola é um
arco de parábola, portanto, simétrico.
Entretanto, para alguém que presta atenção a um jogo do futebol, pode perceber claramente
que o movimento da bola é governado não somente pela gravidade, mas também pela
resistência do ar. E então, a trajetória não é simétrica.
E a altitude?
No geral, quanto maior a pressão de ar, maior sua resistência. Enquanto a bola de futebol se
move através do ar, o ar na frente dela experimenta um aumento na pressão de ar e empurra
a bola no sentido oposto a seu movimento.
Futebol na lua?!
Durante uma missão lunar da Apollo 17, os astronautas gastaram
seu tempo livre jogando futebol na superfície da lua com uma rocha
da lua de 100 quilogramas. Como isso é possível? A gravidade na
lua é aproximadamente um sexto menor do que a da Terra, portanto,
o peso de um objeto na lua é o 1/6 que aqui, mas sua massa,
naturalmente, remanesce a mesma
20
Aula 6: Pedáaala Robinho (Referência ao jogador do Santos que passou as pernas alternadamente sobre a bola sete vezes consecutivas diante do zagueiro adversário, para driblá-lo) Tema
Movimentos circulares e transmissão de forças por máquinas simples.
Objetivos
Estudar o movimento circular, transmissão de movimento e torque.
Fazer o aluno perceber os avanços tecnológicos com relação a materiais e sistemas simples
que estão ao seu alcance.
Dar a noção histórica da evolução da roda, a idéia de máquinas perpétuas até a bicicleta
moderna. Nessa aula, mais uma vez podemos ver aspectos da interdisciplinaridade,
relacionando Física com História.
Retomar as análises dos fatores, humanos ou não, que otimizem o desempenho no ciclismo.
Material
Bicicleta, cadeira de escritório rotativa e barbante
Planejamento aula 6 Tempo (min)
1. Discussão com os alunos sobre a importância da roda. 10
2. Funcionamento da bicicleta. Transmissão 15
3. Cadeira giratória 15 4. Generalização do movimento circular 10
21
Descrição da aula 6 A roda foi a maior invenção da humanidade. Além de revolucionar os meios de
transportes, a roda possibilitou outro grande salto para a tecnologia – o movimento
controlado por rotação. A primeira indicação da figura de uma roda registrada numa placa
de argila, auxiliando um meio de transporte humano foi na Suméira em 3.500a.C.
A bicicleta apareceu muito, mas muito tempo depois, em 1817 (sua primeira
patente) pelo barão Karl von Drais. O aperfeiçoamento técnico converteu a bicicleta num
eficaz meio de transporte e tornou o ciclismo um esporte amplamente difundido no mundo
todo. O foco da aula também pode abordar: histórico das competições de ciclismo, do
desenvolvimento da tecnologia do ciclismo e da própria bicicleta.
Com a bicicleta de ponta cabeça, fazer os alunos perceberem o funcionamento da
transmissão entre coroa e pedal através da corrente, para duas combinações de marchas, e
desafiá-los nas demais combinações qual produzirá maior ou menor velocidade, analisando
a relação entre coroa e pedal e avaliar quais situações são favoráveis para tais combinações
de marcha.
Fazer o mesmo tipo de estudo com relação às forças aplicadas e transmitidas.
Com uma das rodas destacadas, fazer a experiência com a cadeira de escritório
rotatória, para que os alunos quando, com a roda girando seguro pelas mãos no eixo e
torcendo o eixo para a direita ou esquerda percebam o sentido da força que os faz girar no
eixo da cadeira. Desenvolver com os alunos os elementos que expliquem esse fenômeno até
chegar ao conceito de torque e concluir porque não caímos da bicicleta em movimento.
Precessão da roda de bicicleta: com o barbante amarrado na extremidade do eixo, ao
rodar a roda em alta velocidade, ela precessiona ao redor do eixo do barbante como o pião
em torno do eixo imaginário de precessão. Esta é mais ilustrativa devido à complexidade
das forças, mas que sirva como ferramenta instigante ao conhecimento dos movimentos
circulares expandindo aos movimentos orbitais dos planetas e satélites.
22
Aula 7: Torcida energética?
Tema:
Ondas sonoras
Objetivos
Discutir com os alunos as características das ondas sonoras
Material
- Bolas
- decibelímetros
Conceitos trabalhados
Ondas sonoras, energia, logaritmos
Motivação
Energia é comumente definida como a capacidade de realizar trabalho, onde trabalho é
considerado o produto da força pelo deslocamento.
Momentos da aula 7 Tempo (min)
1. Apresentação do conteúdo. Discussão sobre a importância da torcida 10
2. Atividades acerca das características das ondas sonoras. Ondas
mecânicas e difração
15
3. Atividades sobre a intensidade do som 25
23
Descrição da aula 7
1. O professor começa a aula discutindo com os alunos qual a importância da presença
da torcida em um jogo importante do campeonato. A torcida motiva os jogadores,
inibe os adversários... Como deve ser uma torcida eficiente? Porque é melhor jogar
com o estádio cheio? O professor termina esse momento perguntando aos alunos se
existe Física durante a torcida?
2. O aspecto a ser abordado nessa aula é o som, portanto no segundo momento o
professor deve trabalhar as características da onda sonora: ondas longitudinais e
difração. São duas atividades propostas: a primeira que ilustra a vibração do som
num meio material e a segunda que explica a difração e porque o som se propaga
em todas as direções.
O som é produto de uma vibração. Pode ser de uma corda de violão, ou das cordas
vocais. Como a vibração viaja até o ouvido?
Na primeira atividade o professor procura ilustra essas duas perguntas. Dispõe os
alunos em fila, uma atrás do outro, e pede que o último dê um leve empurrão no
aluno a sua frente que “passa” o empurrão para frente e assim por diante, até chegar
ao último aluno que bate na parede produzindo som. Com essa atividade o professor
faz uma analogia ao fato do som ser uma onde que necessita de um meio material
para se propagar.
Na segunda atividade o professor coloca os alunos encostados na parede da porta da
sala e pede a um aluno que fique do lado de fora da sala com as bolas e começa a
jogá-las para dentro. As bolas farão uma trajetória retilínea e assim os alunos que
ficaram dentro da sala não conseguem pegá-las. Depois o professor pede ao aluno
do lado de fora, que grite, nesse caso todos que estão dentro conseguem escutá-lo.
Qual a explicação para isso? Como vimos, o som transfere energia de uma molécula
para a outra molécula, mas moléculas não fazem curvas! Entretanto, o som sim. O
som viaja pelo ar, mas as moléculas de ar não chegam no ouvido. O que acontece é
o fenômeno de difração, que permite ao som contornar obstáculos.
24
3. O que é a intensidade do som? Nessa parte da aula, com o auxilio de um aparelho
que meça intensidade sonora (decibelímetros) o professor propõe duas atividades:
- mede quantos decibéis são emitidos por uma pessoa “torcendo”. Pergunta para a
classe o que aconteceria se duas pessoas estivessem torcendo. Discute com a classe
que cada vez que dobramos o numero de pessoa a intensidade de decibéis aumenta
em três unidades e não dobra, como poderíamos pensar.
- mede a quantidade de decibéis próxima a fonte sonora (aluno) e longe e discute a
dissipação de energia.
25
Material de apoio ao aluno - Aula 7
O que é o som?
As ondas sonoras são produzidas por deformações provocadas pela diferença de pressão em
um meio elástico qualquer (ar, metais, isolantes, etc), precisando deste meio para se
propagar. Desta forma, percebemos que o som é uma onda mecânica, não se propagando no
vácuo. A maioria dos sons acaba sendo obtida através de objetos que estão vibrando, como
é o caso do alto-falante. Quando o diafragma contido no alto-falante se movimenta para
fora da caixa acústica ele cria uma região de alta pressão pois comprime o ar que está nas
proximidades. Da mesma forma, ocorre uma rarefação quando o diafragma se move para
dentro da caixa.
Quando as variações de pressão chegam aos nossos ouvidos, os tímpanos são induzidos a
vibrar e nos causam a sensação fisiológica do som.
Como o som é uma onda, possui todas suas características: comprimento de onda,
amplitude e freqüência. Um ouvido normal consegue ouvir uma faixa de freqüências que
varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz, sendo que as ondas que apresentam
freqüências inferiores a 20 Hz são denominadas infra-sônicas ao passo que os sons
superiores a 20000 Hz são chamadas de ultra-sônicas. Já outros animais podem produzir e
ouvir sons em freqüências inacessíveis aos ouvidos humanos como é o caso do morcego.
Os fenômenos ondulatórios também estão presentes nas ondas sonoras: reflexão, refração e
difração.
1. Reflexão
O som obedece às leis da reflexão ondulatória nos meios materiais elásticos. Simplificando,
quando uma onda sonora encontra um obstáculo que não possa ser contornado, ela "bate e
volta". É importante notar que a reflexão do som ocorre bem em superfícies cuja extensão
seja grande em comparação com seu comprimento de onda.
A reflexão, por sua vez, determina novos fenômenos conhecidos como reverberação e eco.
Esses fenômenos se devem ao fato de que o ouvido humano só é capaz de discernir duas
26
excitações breves e sucessivas se o intervalo de tempo que as separa for maior ou igual a
1/10 do segundo. Este décimo de segundo é a chamada persistência auditiva.
Reverberação
O som refletido chega ao ouvido antes que o
tímpano, já excitado pelo som direto, tenha tempo
de se recuperar da excitação (fase de persistência
auditiva). Desta forma, começa a ser excitado
novamente, combinando duas excitações
diferentes. O resultado é uma 'confusão' auditiva, o
que prejudica o discernimento tanto do som direto
quanto do refletido. É a chamada continuidade sonora e o que ocorre em auditórios
acusticamente mal planejados
Eco
O som refletido chega ao tímpano após este ter sido excitado pelo som direto e ter-se
recuperado dessa excitação. Depois de ter voltado completamente ao seu estado natural
(completou a fase de persistência auditiva), começa a ser excitado novamente pelo som
breve refletido. Isto permite discernir perfeitamente as duas excitações.
2. Refração
do som obedece às leis da refração ondulatória. Este fenômeno caracteriza o desvio sofrido
pela frente da onda quando ela passa de um meio para outro, cuja elasticidade (ou
compressibilidade, para as ondas longitudinais) seja diferente. Um exemplo seria a onda
sonora passar do ar para a água.
Quando uma onda sonora sofre refração, ocorre uma mudança no seu comprimento de onda
e na sua velocidade de propagação. Sua freqüência, que depende apenas da fonte emissora,
se mantém inalterada.
Como já vimos, o som é uma onda mecânica e transporta apenas energia mecânica. Para se
deslocar no ar, a onda sonora precisa ter energia suficiente para fazer vibrar as partículas do
ar. Para se deslocar na água, precisa de energia suficiente para fazer vibrar as partículas da
27
água. Todo meio material elástico oferece uma certa "resistência" à transmissão de ondas
sonoras: é a chamada impedância. A impedância acústica de um sistema vibratório ou
meio de propagação, é a OPOSIÇÃO que este oferece à passagem da onda sonora, em
função de sua frequência e velocidade.
3. Difração
É a propriedade de contornar obstáculos. Ao encontrar obstáculos à sua frente, a onda
sonora continua a provocar compressões e rarefações no meio em que está se propagando e
ao redor de obstáculos envolvidos pelo mesmo meio (uma pedra envolta por ar, por
exemplo). Desta forma, consegue contorná-los. A difração depende do comprimento de
onda. Como o comprimento de onda (λ) das ondas sonoras é muito grande - enorme quando
comparado com o comprimento de onda da luz - a difração sonora é intensa.
Intensidade do som
O som transporta energia, intensidade sonora é a grandeza numericamente igual à energia
média transportada pela onda, por unidade de tempo, através de uma unidade de área da
superfície da onda. Essa intensidade é medida em W/m2
Decibel é uma unidade inventada para medir a intensidade do som. Ela é uma razão entre
valores, com um valor de referência. Como a intensidade absoluta dos sons varia em uma
escala muito grande, a unidade é definida em termos de uma escala logarítimica.
Figura 2: escala de intensidades sonoras
(http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_T01.asp)
28
Aula 8: Por que suamos?
Tema
Calor e transferência de calor.
Objetivos
Discutir com os alunos os motivos do suor. Ressaltar a importância da
interdisciplinaridade. Nessa aula, conhecimentos de física, biologia e educação física se
relacionam na explicação do fenômeno.
Material
- Copos plásticos
- água
- velas
- fósforos
Conceitos trabalhados
Sensação térmica, energia térmica, equilíbrio térmico
Motivação
Por que sentimos frio ou calor? Por que ficamos todo arrepiado e trememos de frio? Quais
são os mecanismos que geram, em nós, o suor e qual a sua função? O que é calor? Como o
calor se transfere de um lugar para outro? Qual a função do suor na pratica esportiva?
Momentos da aula 9 Tempo (min)
1. Corrida 15
2. Discussão e apresentação do conteúdo 15
3. Experimento 20
29
Descrição dos momentos da aula
1. O professor propõe aos alunos que corram em volta da quadra por 10 minutos.
Depois disso pode que descrevam o que aconteceu com o corpo. Os aluno devem
dizer que sentiram calor e que depois de algum momento começaram a suar.
2. No segundo momento o professo passa discutir com os alunos a diferença entre
temperatura e sensação térmica. Define o conceito de calor como energia térmica
em trânsito. Explica os mecanismo de transmissão de calor. Nessa parte da aula
também que se estudam as características do corpo humano relacionadas com a
temperatura.
3. Na última parte da aula os alunos realizam um experimento que ilustra o
mecanismo de suor.
Com uma vela acesa, um copo com três quartos de água e outro vazio. Coloca-se o
copo vazio sobre a vela e observa-se. Depois se coloca o copo com água e compara
com o resultado anterior. Verifica-se que o copo com água não queima e mantém
uma temperatura um pouco mais baixa.
Quando no interior do copo está ar, este não permite uma dissipação adequada do
calor libertado pela chama da vela, visto que o ar apresenta a propriedade de
oferecer uma elevada resistência à transferência de calor. Sendo assim, quando o
copo de plástico contém somente ar, a temperatura no exterior do copo aumenta que
faz com que o copo queime. Por outro lado, o copo de plástico não derrete quando
contém água no seu interior porque a água tem uma capacidade calorífica elevada
que permite uma absorção do calor transmitido ao copo pela chama da vela. Isto é, a
água permite que a temperatura no exterior do copo seja sempre inferior à de
inflamação do plástico porque utiliza o calor libertado pela chama para aumentar
lentamente a sua temperatura (elevada capacidade calorífica). O mesmo acontece
com o organismo ao praticar exercícios! Através do suor o corpo mantém a
temperatura mais baixa.
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Material de apoio ao aluno - Aula 8
Para entender o mecanismo de suor, precisamos entender primeiro um pouco do
funcionamento do corpo humano. O ser humano é um animal homeotérmico, ou seja, existe
uma estreita faixa de temperaturas (ao redor dos 36,1oC) dentro da qual o corpo consegue
funcionar adequadamente, regulando as funções das células.
Para evitar que a temperatura corporal saia fora dessa estreita faixa, o organismo
criou mecanismos de defesa.
Quando o ambiente está frio, começamos a perder calor para ele, são acionados, de
início, os horripiladores, pequeninos músculos que ficam na raiz de cada pelo que temos
espalhados pelo corpo. Esse acionamento causa de imediato o conhecido arrepio, uma onda
de trepidação muscular pelo corpo todo. A tremedeira, que logo depois se estende a outros
músculos, é nossa primeira proteção, pois tremer é um processo mecânico para gerar calor.
Além disso, os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e,
como o ar é um bom isolante térmico, eis nosso primeiro agasalho natural. Quanto mais
pelo, mais ar é aprisionado e tanto melhor será esse agasalho natural. Nas aves, tal agasalho
é constituído pelas penas. Outra proteção natural do corpo é o embolar ; fechamos as mãos,
cruzamos os braços, encolhemos as pernas e curvamos o corpo tudo isso para diminuir a
superfície externa exposta quanto menor a superfície exposta,menor será a área pela qual o
calor pode escapar para o ambiente. No frio, o gato dorme todo enrolado, os bois se juntam
ao máximo e você se encolhe todo sob os cobertores. O segredo é diminuir a superfície
exposta! Quando isto não for suficiente, teremos que apelar para os agasalhos eles
engrossam as camadas de ar ao redor de nossa pele proporcionando maior isolamento
térmico. Cobertores não "esquentam" ninguém! Eles apenas aprisionam uma boa camada
de ar ao nosso redor e, como o ar aprisionado é um bom isolante térmico, impede a perda
de calor do corpo para o ambiente.
O calor é a transferência de energia de um corpo a outro, devida apenas à diferença
de temperatura entre eles. Pode-se dizer, então que calor é energia em trânsito! E quando
sentimos calor? É a vez do nosso corpo receber calor do ambiente que está mais quente do
que nós próprios. Para manter o corp na faixa adequada de temperatura, devemos dar um
jeito de jogar calor para fora do corpo. Por exemplo, o sangue intensifica sua técnica de
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fluir e passa a irrigar partes mais próximas da pele (é aquele vermelhão que começamos a
ver e sentir na pele) como a camada protetora do sangue diminui (pois está mais próximo
da epiderme),o calor pode mais facilmente se transferir dele para a superfície da pele e
escapar para o ambiente.
Portanto, podemos dizer que a sensação que temos de frio é a perda de calor do
organismo para o ambiente, e que a sensação de calor é o processo inverso.
O suor.
Quando a diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente é muito grande, uma dos
mecanismos do organismo para manter sua temperatura é o suor. As glândulas
sudoríparas, em forma de tubos que se abrem na superfície da pele formando os poros, o
suor que, ao evaporar retira mais calor da própria pele, esfriando-a.
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Aula 9: Finalizando o curso
Nessa aula, o professor retoma os tópicos já abordados durante o curso, fazendo as
conexões necessárias entre os assuntos. Destacando sempre a importância de se olhar para
um tema com uma visão interdisciplinar, relacionando conteúdos para compreensão global
de um fenômeno.
Nessa aula podem aparecer outras questões relacionadas a pratica esportivas que
não foram trabalhadas nas aulas anteriores, relacionando esporte com nutrição, praticas
cotidianas, etc.
O professor deve permitir que os alunos façam as perguntas que lhes interessarem,
mas pode seguir o roteiro apresentado para a aula.
Uma alternativa para a aula caso as perguntas já tenha sido respondidas ao longo do
curso, seria da realização de um jogo de perguntas e respostas. Divide-se a classe em dois
blocos e escolhe-se um aluno para ser o entrevistador. O professor prepara fichas contendo
as perguntas e respostas e uma lista de “atividades castigos”. Os grupos tiram no par ou
ímpar quem começa a responder. O grupo continua respondendo até errar, para cada acerto
ganha 10 pontos. Se quiser, ele pode passa a vez, mas deve pagar o castigo. As respostas
erradas são descontadas 5 pontos.
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Guia de perguntas para o professor – Aula 9
1. É realmente necessário beber água durante os exercícios?
Com certeza! Para melhorar a performance o corpo deve ser mantido hidratado. Ao
fazer exercícios, o corpo perde líquidos através do suor (aula 9), essa perda pode provocar
desidratação, cansaço, estresse, e ate mesmo choque térmico.
A melhor maneira de se manter hidratado é beber água antes, durante e depois de
praticar exercícios.
2. Qual a diferença entre água e as bebidas esportivas?
As duas são necessárias para manter a saúde. O suor é uma mistura de água e sais
(sódio, cloro e potássio) que dão o sabor salgado depois de seco. Beber água repõe a perda
de liquido e as bebidas esportivas contêm carboidrato (ajuda na reposição de energia pós-
exercício), sódio (a reposição de sódio pode prevenir as cãibras, ajuda no processo de
reidratação e também é o mineral mais perdido através do suor).
3. Como a comida afeta os níveis de energia?
Ao fazer exercícios, deve-se prestar bastante atenção na alimentação O melhor
alimento antes dos treinos são carboidratos como pão, cereal, banana, porque eles são
digeridos devagar. A falta de energia durante a pratica esportiva pode provocar perda de
concentração e até mesmo acidentes. Antes de um jogo, deve-se evitar também alimentos
de difícil digestão e alimentos com alta quantidade de açúcar, que são digeridos
rapidamente e não fornecem energia para toda atividade.
4. Qual a importância do alongamento?
O alongamento pode prevenir diversos tipos de lesões. Alem disso, tem duas boas
vantagens. A primeira: aumenta a flexibilidade. A segunda: mantém tendões e músculos em
bom estado, evitando que entrem em fadiga.
5. Qual o calçado apropriado?
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O calçado adequado também ajuda na prevenção de lesões. Entretanto, cada esporte
tem necessidades especificas, como, por exemplo, a corrida precisa de leveza e
flexibilidade e tênis para futebol devem ter um reforço no dedão para evitar machucados ao
chutar. Portanto, para cada tipo de esporte existe um calçado adequado.
6. Qual a importância do aquecimento?
O aquecimento antes de uma atividade esportiva é de extrema importância pois
ajuda a evitar lesões. O músculo já aquecido trabalha melhor.
7. O que fornece mais energia, carboidratos, proteínas ou gordura?
Acredite ou não, seu corpo aproveita a energia de todas as três fontes. Para a
maioria de parte, usa carboidratos como seu combustível preliminar, especialmente durante
o exercício de intensidade elevada (como um Sprint). Isso é porque as dietas dos atletas
devem ser 50-75% carboidratos tais como grãos, frutas, e vegetais inteiros. Se oexercício
for uma intensidade mais baixa (como um movimento), seu corpo usa a gordura como seu
combustível principal. Apenas porque ocorpo começa alguma de sua energia da gordura
não significa que você necessita adicionar alimentos gordurosos a sua dieta. Já a proteína
dá ao corpo a energia de uma maneira diferente. Em vez de fornecer como combustível, a
proteína constrói e mantém os músculos.
8. Um bom atleta pode ser vegetariano?
Sim! Uma dieta vegetariana pode ser muito saudável e pode fornecer toda a energia
necessária para ser um atleta grande. Os vegetarianos comem grãos, frutas, e os vegetais
inteiros, que são grandes fontes dos carboihrados. A única coisa que os vegetarianos
necessitam pensar é sua entrada da proteína. As proteínas constroem e mantêm os músculos
e a maioria de povos recebem a proteína da carne. Alguns vegetarianos comem os ovos e os
peixes que são também fontes excelentes. Outros, fontes de proteína são queijo, soja,
porcas, tofu, feijões.
9. Como açúcar dá energia, é adequado comer algum doce antes de exercicios?
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Comer o doce antes de exercitar não é uma idéia boa. Os alimentos elevados no
açúcar podem fornecer um reparo rápido da energia mas uma vez que terminada, a energia
não é reposta. Ao invés, escolha o açúcar baixo, alimentos elevados do hidrato de carbono
como pães, frutas, e os vegetais antes de você exercitam.
10. E a cafeína?
A cafeína e os esportes não misturam. A cafeína, apesar de forncere energia tem
efeitos maléficos ao organismo. Primeiramente, acelera a batida do coração. Quando você
exercita, seu coração bate também mais rapidamente. Assim, quando você combina a
cafeína e exercita, seu coração está batendo muito mais duramente do que necessita, o que
poderia causar problemas de saúde. Em segundo, a cafeína é um tipo de alimento conhecido
como como um diurético. Isso significa que o faz ir ao banheiro. Cada vez que você vai ao
banheiro, seu corpo perde líquido.
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Bibliografia Fontes na internet http://www.conviteafisica.com.br/home_fisica/improviso_sala_de_aula/mecanica/mec_mov_precessao.htm http://www.trilhanorte.com.br/historiabike.htm http://www.superbicicletas.hpg.ig.com.br/esportes/92/index_int_10.html http://www.cdcc.sc.usp.br/ciencia/artigos/art_19/roda.html http://www.f1sport.com.br/ http://sportsfigures.espn.com/sportsfigures/ http://futebol.incubadora.fapesp.br/portal/links http://fisicanet.terra.com.br/fisicadosesportes/ Bibliografia Superinteressante nº10 ano4 “Eficiência em duas rodas” – Luiz Guilherme Duarte Superinteressante nº6 ano 4 Coluna: “Superdivertido – Corrida de vetores” – Luiz Dal Monte Neto Superinteressante nº 9 ano 6 “Mecânica de Precisão” – Fátima Cardoso, Ivan Martins, de Londres, Gisela Heymann, de Paris
AGUIAR, C.E. and RUBINI, G. Aerodynamics of the soccer ball. Rev. Bras. Ens. Fis., Oct./Dec. 2004, vol.26, no.4, p.297-306. ISSN 0102-4744.
M.A.F. Gomes e E.J.R. Parteli, G. Aerodynamics of the soccer ball. Rev. Bras. Ens. Fis., mar. 2001, vol.23, no.1p10-18, p.297-306
