Colégio Santa Dorotéia

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1 Colégio Santa Dorotéia Área de Ciências da Natureza Disciplina: Física Série: 1 a - Ensino Médio Professor: Newton Física Projeto Acadêmico 2ª Etapa Data: 16 / 8 / 2016 Aluno(a): Nº: Turma: PROJETO FÍSICA NO PARQUE I. TEMA: Associação de aspectos cotidianos (vivenciados em um parque de diversões) aos conceitos teóricos já estudados (Queda livre dos corpos. Movimento Circular Uniforme. Lançamento horizontal. Leis de Newton e Dinâmica dos movimentos curvilíneos) II. DISCIPLINA ENVOLVIDA: Física III. OBJETIVOS: Esperamos que os alunos vivenciem ao mesmo tempo os diversos conceitos estudados nas etapas anteriores (nas atividades serão necessárias a aplicabilidade de mais de um conceito físico); relacionem os conteúdos já estudados com as situações reais, encontradas nos diversos brinquedos de um parque de diversões; desenvolvam sua capacidade de observação, raciocínio e de discussão em grupo; compreendam as situações observadas relacionando-as aos fenômenos físicos. sejam capazes de, diante de uma dada situação, observá-la e relacioná-la a leis físicas predeterminadas. IV. JUSTIFICATIVA: Neste projeto, trabalharemos diversos conteúdos de uma forma inter-relacional, propiciando uma visão mais ampla dos aspectos físicos envolvidos em um parque de diversões. Esperamos com esta atividade propiciar aos nossos alunos um aprendizado mais rico e mais efetivo, mostrando que esta ciência não é isolada da prática diária, muito pelo contrário, a origem Physis pode ser traduzida como a essência natural de todas as coisas. V. DESENVOLVIMENTO: O professor dará aos alunos, dentro da sala de aula, toda a orientação necessária ao bom andamento das atividades, explicando-lhes todos os passos a serem seguidos, bem como os requisitos necessários à sua execução. É de fundamental importância o envolvimento dos alunos nesta aula, para que todas as dificuldades ou dúvidas sejam resolvidas, evitando que elas ocorram durante o seu desenvolvimento. Na aula preparatória, em sala de aula os alunos deverão reunir-se com o grupo com o qual executaram a atividade. a) Divisão em grupos: Os grupos serão formados pelos próprios alunos, respeitando o número de seis alunos por equipe. Colégio Santa Dorotéia BH 1

2 b) Instruções e esclarecimentos: Física Todos os grupos deverão seguir à risca o roteiro estabelecido, não necessariamente na ordem apresentada. Esta recomendação é necessária para que não se acumulem muitas pessoas na mesma prática. Para maior segurança dos alunos, não será permitida nenhuma prática fora do roteiro apresentado. Todas as respostas deverão estar no SI e com no máximo uma casa decimal. Cada grupo deverá entregar um relatório com o nome de todos os seus integrantes. Para esta prática, cada aluno deverá levar: cronômetro; caderno de aula para consulta, contendo toda a matéria dada no aluno letivo; lápis e caneta; borracha; calculadora. VI. AVALIAÇÃO: O presente projeto terá o valor de 4,0 pontos, divididos conforme o esquema abaixo: 2 pontos serão dados ao trabalho escrito que será integralmente corrigido pelo professor. 2 pontos serão atribuídos, através de uma arguição a um dos integrantes do grupo, em sala de aula, sobre o projeto. Este aluno será escolhido pelo professor da turma. PARTE PRÁTICA RODA GIGANTE Peça a um colega do seu grupo para entrar na roda gigante levando consigo a massinha. Considerem na resolução das questões os dados abaixo: Raio (roda gigante) = 6,0m Raio do pneu = 0,30m 2 Colégio Santa Dorotéia BH

3 a) DETERMINE usando o cronômetro o período do movimento. T = b) CALCULE a velocidade tangencial da roda gigante, em m/s. Considere ( π= 3) 2πr Lembre-se: V = T Solução: V = c) Observe o pneu que transmite rotação para roda gigante. Comparando o movimento do pneu com o movimento da roda gigante, responda: O pneu apresenta velocidade tangencial MAIOR, MENOR, ou IGUAL a da roda gigante? JUSTIFIQUE: O pneu apresenta frequência MAIOR, MENOR ou IGUAL a da roda gigante? JUSTIFIQUE: O período de rotação do pneu é MAIOR, MENOR ou IGUAL ao da roda gigante? JUSTIFIQUE: Colégio Santa Dorotéia BH 3

4 d) REPRESENTE na figura a seguir as forças que atuam sobre o aluno no ponto mais alto da trajetória (A) e no ponto mais baixo (B). No ponto mais alto, a reação normal N sobre o aluno é maior, menor ou igual ao peso P? JUSTIFIQUE: No ponto mais baixo, a reação normal N sobre o aluno é maior, menor ou igual ao peso P? JUSTIFIQUE: TWIST Observe o movimento deste brinquedo: Tomando por base esse movimento, RESPONDA às questões formuladas a seguir: 4 Colégio Santa Dorotéia BH

5 a) Faça uma estimativa do raio de sua trajetória: R = b) Usando o cronômetro, DETERMINE o período de seu movimento: T = c) CALCULE em rpm a frequência de seu movimento: f = d) Ainda supondo o seu movimento na horizontal, responda: A reação normal do assento sobre o aluno N é MAIOR, MENOR ou IGUAL ao seu peso? JUSTIFIQUE. RUMBA Um dos alunos do grupo deverá entrar neste brinquedo, e os cálculos deverão ser feitos, utilizando a massa deste aluno. Considere o raio de sua trajetória na horizontal igual a 4,0m. m(aluno) = Colégio Santa Dorotéia BH 5

6 a) Utilizando o cronômetro, DETERMINE o período do movimento do carrinho. Física T = b) CALCULE a velocidade média do carrinho (supondo o movimento apenas na horizontal), em m/s. ( π= 3) v = c) Analisando o movimento no plano vertical (subida e descida do carrinho) e considerando o ponto A, o mais baixo da trajetória e o ponto B o mais alto, responda às questões formuladas abaixo: REPRESENTE na figura a seguir as forças que atuam sobre o aluno nos pontos A e B relacionando os módulo das forças com os tamanhos dos vetores. Para os dois pontos considerados na figura, a reação normal do assento sobre o aluno N é MAIOR, MENOR ou IGUAL ao seu peso? NA P NB P (Complete com o sinal adequado > ; < ou =) Considerando o raio da trajetória na vertical como sendo 8,0m, CALCULE a reação normal sobre o aluno nesses pontos. Ponto A Ponto B NA = NB = 6 Colégio Santa Dorotéia BH

7 ROTOR Física Um ou dois alunos do grupo deverá entrar nesse brinquedo. A massa desse aluno deverá ser utilizada nos cálculos, quando necessário. m(aluno) = O grupo deverá fazer uma estimativa do raio do rotor. R(rotor) = Baseando em sua observação responda às questões abaixo, considerando o movimento do rotor na horizontal: a) Quando o rotor atingir a sua rotação máxima, meça o tempo gasto para que complete 5 voltas. Utilizando esse tempo, DETERMINE o período de rotação do rotor e calcule a sua velocidade tangencial, em m/s. t(5voltas) = T(período) = b) CALCULE a força que a grade exerce sobre as costas do aluno, utilizando a massa desse aluno. (lembre-se que esta força será a força centrípeta sobre ele) Colégio Santa Dorotéia BH 7

8 c) Suponha que a grade seja removida durante o movimento, quando o rotor estava na horizontal. O aluno será lançado na direção radial (direção do centro da curva) ou na direção tangencial em relação ao rotor? JUSTIFIQUE VOLTA AO MUNDO É um brinquedo dotado de dois movimentos simultâneos. Um conjunto de cadeiras é posto a girar em torno de seu próprio eixo ao mesmo tempo em que gira em torno de um eixo central. As acelerações experimentadas neste brinquedo são excepcionais. Alguns segundos após o início do funcionamento, ambos os movimentos podem ser considerados como circular uniforme. (Considere π= 3). 8 Colégio Santa Dorotéia BH

9 a) Utilizando um cronômetro, meça o tempo necessário para que o conjunto de cadeiras dê uma volta completa em torno de seu próprio eixo (veja figura abaixo). Sugestão: meça o tempo gasto para dar 5 voltas e então calcule o período dividindo por 5 esse valor. Utilize o braço que segura o conjunto de cadeiras como referencial. Período (T) = b) Sabendo que a distância média de uma cadeira ao eixo de rotação é de 1,9 m, CALCULE sua velocidade tangencial ao girar. Lembre-se: V = 2πr T c) MEÇA o tempo necessário para que todo o conjunto de cadeiras dê uma volta completa em torno do eixo central (veja figura abaixo). Período (T) = d) CALCULE a velocidade linear do conjunto, sabendo que a distância do ponto central das cadeiras ao eixo central de rotação é 3,4 m. Colégio Santa Dorotéia BH 9

10 e) Observem os dois movimentos de rotação que ocorrem simultaneamente. O que ocorre com o módulo da velocidade tangencial do aluno que está dentro do brinquedo quando ele passa pelas posições: Em que os dois sentidos de rotação coincidem. Em que os dois sentidos são contrários. CARRINHO BATE-BATE Um ou dois alunos do grupo deverá (ao) entrar (em) em um carrinho (A) dirigi-lo na direção a um outro carrinho (B), provocando colisão. Baseando em sua observação, RESPONDA às questões abaixo: 10 Colégio Santa Dorotéia BH

11 a) A força que o seu carrinho A exerceu sobre o carrinho B, é MAIOR, MENOR ou IGUAL a força que o carrinho B exerceu sobre o carrinho A? JUSTIFIQUE: b) Durante a colisão as acelerações provocadas nos dois carrinhos serão necessariamente iguais? JUSTIFIQUE: c) CITE como as três leis de Newton estão envolvidas nessa colisão. CORSÁRIO Nesse brinquedo um navio pirata oscila como um pêndulo. O raio é de aproximadamente 3,0 m e ao passar pelo ponto mais baixo sua velocidade é de 10 m/s. Escolha um aluno do grupo para entrar no brinquedo e anote a sua massa (m = ). RESPONDA: Colégio Santa Dorotéia BH 11

12 a) CALCULE a força centrípeta sobre o aluno no ponto mais baixo da trajetória, em Newton. Física b) CALCULE a reação normal do assento sobre o aluno no ponto mais baixo da trajetória. LAGOA 12 Colégio Santa Dorotéia BH

13 a) Observe no centro da lagoa os jatos de água da fonte. Estime a altura atingida pelo jato que alcança a maior altura. (despreze nesta questão a resistência do ar). CALCULE, utilizando a altura estimada, a velocidade inicial com a qual o jato foi lançado, considerando g = 10m/s 2. h(estimado) = Lembre-se: V 2 = V g.h b) Observe agora o movimento de um barco. O seu movimento está relacionado com as leis de Newton e também com o conceito de torque. INDIQUE abaixo onde cada uma das leis de Newton está relacionada com suas manobras e também onde está sendo utilizado o conceito de torque. JUSTIFIQUE CADA RESPOSTA. 1ª LEI (INÉRCIA) 3ª LEI (AÇÃO E REAÇÃO) 2ª LEI (F = m.a) TORQUE Colégio Santa Dorotéia BH 13