Relatório dos experimentos de: cinemática, dinâmica e ondas.

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL LICENCIATURA EM CIÊNCIAS DA NATUREZA: HABILITAÇÃO EM BIOLOGIA E QUÍMICA Relatório dos experimentos de: cinemática, dinâmica e ondas. Jacson Santos de Oliveira Joseana Souza da Silva Millena Melo dos Santos Victória Pereira Professor Drº Sérgio Mittmann Porto Alegre 2018

2 INTRODUÇÃO A prática experimental no ensino de ciências busca aprimorar o ensino e aprendizado do aluno. A deficiência de recursos didáticos apropriados para o ensino na escola acaba sendo um empecilho às práticas experimentais. O desenvolvimento e crescimento intelectual da criança e seus vários estágios da construção do conhecimento e da aprendizagem já discutidos por Piaget (1982), justifica a inserção de práticas experimentais para o ensino como ferramenta básica para auxiliar no ensino-aprendizagem. Abordaremos então, práticas experimentais que poderão ser aplicadas nas diferentes redes de ensino, servindo como apoio didático e prático para a ministração de aulas de ciências - (física). MECÂNICA A mecânica (em grego : Μηχανική, em latim : mechanìca, ou arte de construir uma máquina) é o ramo da física que se ocupa do estudo e da análise do movimento e repouso dos corpos, sua evolução no tempo, seus deslocamentos, as forças atuantes e os efeitos sobre o ambiente. (1) A Mecânica tem suas raízes em diversas civilizações antigas, mas foi durante a Idade Moderna que cientistas como Galileu Galilei, Johannes Kepler e especialmente Isaac Newton lançaram as bases da Mecânica Clássica. (2) A Mecânica Clássica, é a parte da física que analisa o movimento, as variações de energia e as forças que atuam sobre um corpo. A Mecânica Clássica refere-se a três formulações: a mecânica newtoniana, a mecânica lagrangeana e a mecânica hamiltoniana.

3 1. Experimento de Cinemática A cinemática é uma parte da mecânica que estuda o movimento dos corpos, estes podem ser partículas ou pontos materiais, sem fazer referência a forças ou massas. Alguns conceitos da Cinemática são muito importantes para a sua compreensão, são eles: Referencial (corpo a partir do qual se faz as observações), Movimento e repouso (conceitos tomados a partir da percepção do referencial, são conceitos relativos) e Trajetória (caminho feito por um corpo que se movimenta em relação a um referencial). Objetivo Calcular o alcance do projétil em lançamento oblíquo. Materiais Utilizaremos uma arma de brinquedo(plástico) para a demonstração; Fita métrica. Método Mede-se o alcance do projétil em um ângulo de lançamento conhecido. É feito cinco medições para obtenção de um valor médio e um desvio padrão. Lembrando que, estamos desconsiderando a resistência do ar e que existe um erro por não conseguirmos o valor exato, devido ao objeto ser demonstrativo. Conhecendo o ângulo (ɵ) e o alcance médio (Rm), calcula-se a velocidade inicial do disparo do projétil, através da seguinte equação: V o = 2g.Rm/sen 2(ɵ) Vo= Velocidade inicial g= gravidade 9,81m/s Rm= alcance médio ɵ = ângulo

4 Após calculada a velocidade inicial é possível encontrar o alcance, dentro do desvio padrão, para qualquer ângulo de lançamento utilizando a equação de alcance horizontal. R= Vo²/2 sen 2 (ɵ) Imagem ilustrativa dos materiais utilizados. 2. Experimento de Dinâmica Tendo por base os conteúdos abordados em sala de aula, temos que na Mecânica Clássica, a Cinemática estuda os movimentos sem considerar as

5 suas causas e a Dinâmica estuda os movimentos considerando suas causas, ou seja, considerando as forças atuantes sobre o movimento ou sobre o repouso dos corpos. Então temos que Força é um agente que modifica o estado de repouso ou de movimento dos corpos. A Força é uma grandeza física vetorial, ou seja, além do valor numérico (módulo) ela possui direção e sentido. O experimento consiste em um sistema de corpos onde uma xícara (corpo A) é presa a um barbante de aproximadamente 1,10m tendo na outra extremidade uma porca (corpo B). Distante cerca de 10cm do corpo A, o barbante é posicionado sobre um bastão de madeira (como uma roldana), segurado por uma pessoa na altura aproximada do seu ombro. Uma outra pessoa segura a extremidade com a porca, mantendo o sistema parado. Quando a pessoa solta a porca, a xícara descreve um movimento de queda livre dando a impressão de que irá se chocar contra o chão, porém, a porca acaba por se enrolar no bastão de madeira parando a xícara a poucos centímetros do solo. O endereço eletrônico de um vídeo completo deste experimento encontra-se nas referências. Abaixo uma ilustração que descreve o instante inicial do experimento. Podemos relacionar alguns aspectos do experimento com a 1ª. Lei de Newton (princípio da inércia) que diz que um corpo não pode por si só alterar o

6 seu estado de repouso ou de movimento se a força resultante que atua sobre ele é igual a zero. No instante inicial do experimento os corpos estão em repouso porque a força resultante sobre eles é igual a zero. Por um lado, a força da gravidade atua sobre a xícara na orientação vertical (y) no sentido negativo do eixo y mas, devido à tração do barbante e a posição do bastão de madeira, parte desta força é anulada pela pessoa que segura o bastão e a restante é transferida para a orientação horizontal (x) com o sentido decrescente do eixo x e a pessoa que segura a porca na outra extremidade do barbante aplica uma força de sentido contrário (crescente do x) e de mesmo módulo da resultante, fazendo com que a força resultante total seja igual a zero e a xícara permaneça em repouso. Do mesmo modo com a porca, cuja força da gravidade atua na orientação vertical (y) no sentido negativo do eixo y, a pessoa que segura a porca também exerce uma força de módulo e sentido contrário (crescente do y) à força da gravidade. Para manter o sistema em repouso, a pessoa que segura a porca precisa exercer uma força contrária e de mesmo módulo à força da gravidade que atua sobre os dois corpos.

7 No momento em a pessoa deixa de aplicar a força sobre a porca, a força resultante é diferente de zero e os corpos são acelerados. Analisando o movimento da xícara, tem-se que, conforme a 2ª. Lei de Newton, um corpo submetido a uma força resultante, adquire uma aceleração com a mesma orientação da força resultante. Como a força resultante é a força da gravidade, a xícara adquire uma aceleração de orientação vertical (y) no sentido negativo do eixo y. Por outro lado, a força atrito do barbante com o bastão de madeira tem sentido contrário ao movimento da xícara e à medida que a área de contato aumenta, essa força de atrito aumenta e vai desacelerando o movimento da xícara até a sua total parada. O que ocasiona o aumento do atrito do barbante com o bastão é o movimento de pêndulo que a porca descreve. O esperado inicialmente é que a porca não faça uma volta completa no bastão pois não possui energia potencial gravitacional suficiente para isso. Porém, como o braço do pêndulo é encurtado durante a movimentação do sistema, a porca executa não só uma volta, mas várias voltas em torno do bastão. Tal experimento é muito útil e pode ser utilizado para a abordagem de diversos conceitos da Física. 3. Experimento de ondas Segundo HALLIDAY (2009), a onda é uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio. Elas são classificadas em relação à natureza, direção e energia de propagação. Para o experimento usaremos uma mola comprida helicoidal de plástico

8 A partir desta mola veremos formação de uma onda, pois quando a esticamos sobre o chão a mola pode transmitir uma perturbação através dela, e esta perturbação que se propaga através da mola é chamada de onda. A onda é a energia em movimento, ou seja uma perturbação propagada e que não pode ser confundida com o meio de propagação. Uma onda é chamada de longitudinal quando as partículas do meio oscilam na mesma direção de propagação da onda. No experimento poderemos ver esta formação, quando encolhemos e soltamos a mola rapidamente, podemos ver um pulso se propagando no interior da mola. cuja a direção de vibração será a mesma de direção da propagação desta onda, um exemplo deste tipo de onda longitudinal é a onda sonora, que ocorre pois o som se propaga por meio da vibração do ar na mesma direção da sua propagação. utilizando a mola podemos ver ainda as ondas sonoras que ocorre nesta mola quando a perturbação é feita na direção perpendicular ao seu comprimento, para isto ocorrer basta darmos uma batida com a mão na lateral da mola, a perturbação provocada irá se propagar através da mola com a direção de vibração perpendicular a direção de propagação da onda. Além disso podemos visualizar um outro efeito, no instante que essa onda transversal se reflete na outra extremidade ela muda sua fase, ou seja se antes da reflexão esta onda se propagava com o ventre no lado esquerdo após a sua reflexão ela retorna com o ventre do lado direito, e vice versa, em nosso cotidiano há vários exemplos de ondas transversais em que podemos observar essas propriedades e características como as ondas na superfície da água, as ondas na corda do violão e as ondas eletromagnéticas.

9 Referências: (1),(2) Wikipédia - Disponível em: < Acessado em: 21 de junho de EXPLICATORIUM. Mecânica clássica. Disponível em: < Acesso em: 02 jul HALLIDAY, David; HALLIDAY, Resnick; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, Vol. 2: Gravitação, ondas e termodinâmica. Tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biasi. - Rio de Janeiro: LTC MUNDO EDUCAÇÃO. Conceitos básicos de cinemática. Disponível em: < >. Acesso em: 02 jul THENÓRIO I et al. Faça com seus amigos o experimento da caneca assustada. Manual do Mundo, Disponível em: < Acessado em: 01 de junho de 2018.