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:

Leis de Newton: dinâmica, movimento, forças de atrito, força peso,

atração gravitacional, velocidade, aceleração, inércia, resistência do ar.

Sendo que todos esses conteúdos serão discutidos de início seguindo cada

lei, mas vai depender muito também das colocações dos alunos.

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