produz uma rotação da alavanca; a rotação pode dar se no sentido horário ou no

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1 Ficha de trabalho n PROBLEMA Desde os tempos mais remotos o Homem descobriu máquinas simples capazes de apoiarlhe no trabalho, reduzindo o esforço humano na realização de trabalho. Uma dessas máquinas é o guindaste (Fig.1). Na Fig.2 apresenta-se uma simplificação do guindaste como sendo uma barra de um corpo rígido apoiada num ponto chamado fulcro. Este sistema, constituído pela barra rígida, pelo fulcro (ponto de apoio da barra) e pelas massas (cargas) nas extremidades é chamado de alavanca. Antes da realização de uma experiencia de demonstração você vai realizar elaborar um prognóstico. Figura 2: 1: O guindaste auxilia o Homem nos trabalhos que exigem muito esforço humano sobretudo nas construções de edifícios modernos de grandes alturas. O seu funcionamento Figura 2: Duas massas de carga suspensas numa barra rígida m 1 m 2 obedece as determinadas Professor-Q1: É possível, através de uma alavanca, equilibrar uma massa maior por uma relações entre grandezas físicas que podemos analisar na menor? Justifique! estática. A barra encontra-se suspensa no ponto chamado Professor - ED 1: Numa barra rígida (alavanca) são colocadas duas massas diferentes sendo fulcro a massa. Na base dos resultados desta experiencia discutem-se os prognósticos dos alunos elaborados a partir da Q1, e consecutivamente definem-se os objectivos da aula. OBJECTIVO DA AULA: Verificar qualitativamente e experimentalmente a condição de equilíbrio numa alavanca Material necessário: 1 Base de sustentação, 2 Haste circular metálica de 60cm, 3 fulcro, 4 Barra rígida, com 8 furos equidistantes (4 de cada lado) e 5 Jogo de massas de 50g. REALIZAÇÃO DA EXPERIÊNCIA (Realização, Observação, Descrição e Registo dos dados) Professor ED2: Coloca-se na barra uma carga de massa a uma distancia e verifica-se o efeito produzido. Que efeitos produz a força (carga) na alavanca?. Descreve os efeitos observados! Aluno-Q2: A força aplicada, perpendicularmente, à distância sentido anti-horário. produz uma rotação da alavanca; a rotação pode dar se no sentido horário ou no Professor ED3: Coloca-se na barra novamente a carga de massa numa outra distancia e verifica-se o efeito agora produzido. Que efeito produz a força (carga) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED2. Aluno-Q3: A força aplicada para rotação será tanto menor, quanto maior for a distancia que separa o ponto de aplicação da força do eixo de rotação (Uma força mais afastada (distante) em relação ao fulcro produz mais facilmente a rotação do que uma força próxima ao fulcro); Professor ED4: Colocam-se massas iguais a distâncias iguais ( ) do fulcro nos dois lados da alavanca. Que efeitos produzem as forças (cargas) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED2 e ED3. Aluno-Q4: As forças aplicadas não produzem nenhuma rotação. As forças aplicadas equilibram-se. 1 P a g e

2 Ficha de trabalho n 0 1 Professor ED5: Com as massas colocadas na ED4, mantendo as distâncias inalteradas, adiciona-se mais uma carga de massa igual 50g à carga inicial numa das cargas. Que efeitos produzem as forças (cargas) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED4! Aluno-Q5: O equilíbrio desfaz-se. O equilíbrio não se mantem. Produz-se uma rotação no sentido anti-horário. As forças aplicadas produzem uma rotação, uma no sentido anti-horário e outra no sentido horário, mas vence a rotação da força aplicada maior. Professor ED6: Compare os resultados entre ED3 e ED5! Aluno-Q6: Mantendo as distâncias iguais entre as cargas, a força aplicada mais elevada realiza uma rotação no sentido anti-horário. A rotação (no sentido horário) da força aplicada menor é vencida. Professor ED7: Com as massas colocadas segundo o procedimento ED5. Elabore um prognóstico do que poderia ser feito para que não se produza nenhuma rotação! Aluno-Q7: Tendo em consideração os resultados de ED3, segundo os quais [] poderia afastar-se a menor massa para uma maior distancias. Uma massa de carga mais afastada do fulcro tende a produzir uma rotação maior. ELABORAÇÃO DOS CONHECIMENTOS (ED1 a ED7): 1. O efeito de uma única força na alavanca pode ser o de produzir uma rotação. A rotação pode dar se no sentido horário ou no sentido anti-horário. 2. A força aplicada para rotação será tanto menor, quanto maior for a distancia que separa o ponto de aplicação da força do eixo de rotação. 3. Alavanca permite a redução da força potente (esforço) necessária para suportar uma força resistente (carga). 4. Chama-se momento de uma força a uma grandeza física que caracteriza a tendência de uma força produzir em um corpo, uma rotação em relação a um determinado ponto/eixo. 2 P a g e

3 1. PROBLEMA N diwa, é uma armadilha estacionária usada para a caça de animais de pequeno porte (ratos, passarinhos, esquilos, perdizes). Consiste: i) Numa pedra, cuja uma das superfícies, deve ser lisa com uma área de 300cm 2 aproximadamente. Esta área tem uma função importante de servir de espaço necessário para a captura do animal e manter a presa imobilizada por algum tempo. A pedra é suportada pela sua extremidade superior pelo braço mais curto do ramo de uma árvore de 25 a 30 cm de comprimento (n tanda) enquanto a outra parte da pedra encontra-se apoiada sobre o próprio solo. ii) Um outro ramo da árvore também de 25 a 30 cm de comprimento é espetado no solo e funciona como forquilha (m`phanda) cuja extremidade superior tem uma abertura na forma de um vértice em V. iii) O ramo (n tanda) apoia-se na forquilha pela pedra abertura no ponto em V que serve de fulcro. iv) Uma outra varra fina de árvore (m ziguiro) é também espetada fortemente no solo e inclinado ligeiramente de modo que a sua extremidade superior esteja encostada ao ramo da forquilha (m panda). O m ziguiro tem a função de assegurar o pau de suporte da isca (n tambarico). O sistema forquilha (m panda), pau de suporte da isca (n tambarico) e o pau de segurança (m ziguiro) formam um triângulo. Note-se que o pau da isca encontra-se ligeiramente suspenso e acima do próprio solo. v) Na cavidade já feita no próprio ramo do braço maior do ramo (n tanda), entrelaça-se uma corda (kambala), cuja extremidade solta é amarrada à um pequeno pauzinho de 2 a 3 cm de comprimento. Este pauzinho (m piringuiro) constitui a peça de engate ou de segurança da armadilha; o m piringuiro mantém a armadilha engatada. vi) A forquilha (m panda) e o pauzinho de engate (m piniguiro) formam com o gatilho (n tambarico) um pequeno triângulo de engate. A isca (n hambu) é fixa no próprio gatilho (m`tambarico). A isca (n`hambo) produzida a partir de farelo torrado, grau ou bolo de amendoim pilado, pedaços de mandioca, espiga de mapira ou maçanica é posicionada num ponto central situado por debaixo da pedra. vii) Finalmente algum movimento do animal nas proximidades e na tentativa de comer a isca, resulta sempre na soltura do gatilho que desengata o m piringuiro. Consequentemente a grande pedra caindo, mantém presa a vítima. n tanda kambala m'panda liwa m'ziquiro nhambo kambala m'ziquiro nhambo n'tambarico m'piniguiro m'piniguiro n'tambarico Figura 1a: Montagem original do N DIWA. Província de Tete - Distrito de Borona, Figura 1b: Vista pormenorizada do N DIWA A partir deste modelo original e diminuindo as dimensões reais do objecto original por um factor de 10, apresenta-se um modelo do n diwa; na Figura 2 mostra-se a primeira versão construída em madeira e na Figura 2b um outro modelo de tamanho ainda mais reduzido construído a partir de material plástico. Figura 2b: reprodução de um modelo do N DIWA usando material plástico 3 P a g e Figura 2a: Reprodução de um modelo do N DIWA à base de madeira

4 TAREFA [A] Elaborar uma estratégia para a solução do problema (ou estudo teórico) do n diwa! Apresentar a solução do problema do n diwa! Contar algum episódio ou alguma história sobre armadilhas! TAREFA [B] Elaborar uma estratégia para o estudo experimental do n diwa! Apresentar a solução do problema do n diwa! TAREFA [C] Esboçar o sistema físico envolvido no n diwa ou desenhar a configuração da armadilha como sistema físico! Identificar e representar graficamente as forças que actuam (forças aplicadas e intrínsecas) e indicar o sistema de referência! Definir as condições de equilíbrio e escrever as respectivas equações! Realize as projecções das forças envolvidas usando um sistema de referência! Resolver o sistema de equações em relação a tensão da corda! TAREFA [D] Com base na fotografia faça a reconstrução e montagem do n diwa usando materiais simples (barras de madeira ou metálicas leves, cordas, palitos, pauzinhos, etc.)! Medir as grandezas físicas envolvidas e apresentar uma tabela de medições! Determinar os valores das forças e das distâncias; usar os resultados obtidos para analisar as relações entre a força e a distância. 4 P a g e

5 TAREFA [E] Para todos os grupos Comparação de resultados e conhecimentos obtidos. Assim, assinale com (V) quais das afirmações seguintes se assemelham aos resultados/conhecimentos por si obtidos! 1) A força aplicada para rotação será tanto menor, quanto maior for a distancia que separa o ponto de aplicação da força do eixo de rotação; 2) Alavanca permite a redução da força potente (esforço) necessária para suportar uma força resistente (carga) de valor muitas vezes superior; 3) Uma combinação de alavancas (sistema de alavancas) permite uma maior redução do esforço necessário (força potente), do que aquele que seria necessário em uma alavanca simples. 4) Uma força (F) actuando em um corpo rígido produz a rotação que dependem não só do módulo e direcção da força (vector) mas também da distância do eixo de rotação ao ponto de aplicação dessa mesma força; 5) O momento de uma força é uma grandeza física vectorial e axial usada para descrever a rotação devido a acção de uma força aplicada em relação a um ponto ou eixo de rotação. 5 P a g e