PLANO DE AULA Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul Campus Bento Gonçalves

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1 PLANO DE AULA Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul Campus Bento Gonçalves Projeto PIBID-IFRS-BG Área: Física Plano de Aula para Aplicação de Atividade Didática Nº de aulas: 2 Tempo de uma aula: 45 minutos Unidade Temática: Segunda Lei de Newton Justificativa do tema: O estudo sobre os movimentos dos corpos é realizado desde a Antigüidade. Estudiosos, como Aristóteles, Galileu Galilei, Johannes Kepler e muitos outros, buscavam a explicação para os movimentos dos corpos. Baseados nos trabalhos de Galileu e Kepler, Sir Isaac Newton, um cientista inglês, mais conhecido como físico e matemático, descreveu a Lei da Gravitação Universal e um conjunto de princípios que descrevia a teoria sobre os movimentos dos corpos, denominados de princípios da dinâmica ou as leis de A segunda lei, conhecida também como princípio fundamental da dinâmica, é a lei que faz relação com a força resultante que atua sobre o corpo e a aceleração adquirida pelo mesmo. Ela diz que todo corpo, em repouso ou em movimento, necessita da aplicação de uma força para alterar o seu estado inicial. Ao se aplicar uma força sobre um corpo, como na gravura apresentada anteriormente, é possível perceber que o corpo ao se deslocar terá sua velocidade alterada. O conceito de força é bem intuitivo. Força é a causa que produz alteração na velocidade do corpo, ou seja, produz aceleração. A mesma lei diz que a resultante das forças atuantes sobre um ponto material é igual ao produto da massa pela aceleração, matematicamente essa lei é representada através da seguinte equação: F = m. a. Pré-requisito: Primeira Lei de Newton e noções de matemática básica. Objetivos Gerais: Apresentar um pouco da história e os caminhos que levaram o homem ao entendimento da força, aceleração e massa. Conceituar o que é segunda lei de Demonstrar os processos de aceleração e força dos corpos. Objetivos Específicos Conteúdos Tempo Desenvolvimento metodológico 1. Apresentação do professor da segunda lei de 1. Apresentação do professor e introdução à segunda Lei de da aula 3min Comentar sobre algumas aplicações da segunda lei de Newton e sua importância em nossas vidas. 2. Apresentar ao aluno os acontecimentos de descobertas que levaram ao entendimento e descoberta da segunda lei de 3. Compreender o conceito de força e aceleração. 2. História da aplicação da segunda lei de 3. Aplicação de força e 5min 5min Através do uso do (anexo 1) apresentar os cientistas e explicar brevemente suas descobertas. Explicar como é a aplicação de força e aceleração.

2 aceleração. Realizando um experimento simples com um trilho medir o tempo, com isso podemos calcular aceleração e força, com a medida do peso. Comentar um pouco da história do físico e fatos que levaram a formulação da segunda lei de 4. Entender a interação entre o princípio fundamental da dinâmica e apresentar a equação. 4. Segunda lei de 7min Através do uso do anexo1, usar o trilho de ar e mostrar o instrumento e sua devida explicação para a aplicação do experimento. 5. Compreender a classificação dos corpos no muv. 5. Força, aceleração e peso. 5min Interpretar a equação da segunda lei de Newton, destacando a igualdade de força pela multiplicação de massa e aceleração. 6. Entender o princípio da dinâmica, usando as forças. 6. Entender o tempo de cada corpo no movimento. 5min Explicar a força de corpo. Demonstrando através de exemplos o valor de cada força, usando aceleração e massa. 7. Avaliar o conhecimento adquirido com a resolução de exercícios teóricos e práticos. 7. Avaliação 15min Entregar aos alunos uma lista de exercícios com questões práticas e teóricas sobre a segunda lei de Newton, para ser resolvida no horário de aula. Anexo 2.

3 Anexo 1 Roteiro do professor

4 Roteiro do professor Aula: Segunda lei de Newton Material Necessário: 01 trilho 120 cm; 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12V; 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2) 01 eletroímã com bornes e haste; 01 fixador de eletroímã com manípulo; 01 chave liga-desliga; 01 Y de final de curso com roldana raiada; 01 suporte para massas aferidas 9g; 01 massa aferida 10g com furo central de Ø2,5mm; 02 massas aferidas 20g com furo central de Ø2,5mm; 01 cabo de ligação conjugado; 01 unidade de fluxo de ar; 01 cabo de força tripolar 1,5m; 01 mangueira aspirador 1,5 ; 01 pino para carrinho com fixador para eletroímã; 01 carrinho para trilho cor preto; 01 carrinho para trilho cor azul; 01 pino para carrinho para interrupção de sensor; 03 porcas borboletas; 07 arruelas lisas; 04 manípulos de latão 13 mm; 01 pino para carrinho com gancho; todos os materiais os bolsista levarão do laboratório de física do IFRS Relação entre Força Resultante e Aceleração Procedimentos: 1. Montar o equipamento igual ao MRUV. No cronômetro escolher a função F2. 2. Com uma balança medir a massa do carrinho Mc = kg 3. Acrescentar nos pinos do carrinho 2 massas de 20g e 2 massas de 10g totalizando (0,060 kg). 4. Suspender no suporte de massas aferidas (9g) 1 massa de 20 g, o que dará uma força aceleradora de: P = Ms.g Massa suspensa: Ms =0,029kg Força resultante: FR=m.g= N (g = aceleração gravitacional do local) Assim o sistema terá uma massa total igual a: M=Ma+Ms+Mc = kg Massa total (permanecerá constante durante toda a experiência). 5. Com um cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) ao cronômetro. 6. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga-desliga. 7. Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo. 8. Posicionar o S2 até obter um X=0,300m. Este deslocamento deve ser medido entre o pino central do carrinho e o centro S2 (STOP). 9. Zerar o cronômetro e desligar o eletroímã liberando o carrinho. 10. Anotar na tabela abaixo o intervalo de tempo registrado no cronômetro, repetindo três vezes este procedimento e calcular o tempo médio tm. 11. Transferir uma massa de 10g do carrinho para o suporte de massas aferidas. Assim a força aceleradora ficará igual a: Força resultante FR =Ms.g= N 12. Repetir o procedimento sempre transferindo massa do carrinho para o suporte para massas aferidas até completar a tabela.

5 13. Considerando uma tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a segunda coluna (massa do sistema) é igual a ultima coluna F/a? _ 14. Construir o gráfico FR=f(a) (força resultante em função da aceleração). Qual é a forma do gráfico? 15. O gráfico mostra que força resultante e aceleração são proporcionais (diretamente/inversamente). 16. Qual é a relação de proporcionalidade entre a força (F) e a aceleração (a)? 17. Enuncie a 2a Lei de Newton, com suas palavras, tendo como base as conclusões tiradas deste experimento

6 Relação entre Força Resultante e Aceleração Respostas (sugestão) 2. Mc=0,215kg 4. Força resultante FR=m.g=0,029.9,72=0,282N g=9,72m/s2 (aceleração da gravidade em Curitiba) Massa total M=Ma+Ms+Mc = 0,060+0,029+0,215=0,304kg Força resultante FR =Ms.g=0,039x9,72= 0,379N 13. Sim Reta 15. diretamente (pois o gráfico entre grandezas diretamente proporcionais é uma reta). 16. A força resultante é diretamente proporcional a aceleração do movimento sendo que a constante de proporcionalidade é a massa do sistema.

7 Anexo 2 Roteiro para os alunos

8 ROTEIRO PARA OS ALUNOS SEGUNDOS ANOS Aula: Segunda Lei de Newton Duração: 2h/aulas Material: Trilho de ar e cronômetros fornecidos pelo IFRS- BG Procedimentos: Relação entre Força Resultante e Aceleração 1. Montar o equipamento igual ao MRUV. 2. Com uma balança medir a massa do carrinho m c = kg 3. Acrescentar nos pinos do carrinho 2 massas de 20g e 2 massas de 10g totalizando (0,060 kg). 4. Suspender no suporte de massas aferidas (9g) 1 massa de 20 g, o que dará uma força aceleradora de: P = m.g Massa suspensa: m s =0,029kg Força resultante: F R =m.g= N (g = aceleração gravitacional do local) Assim o sistema terá uma massa total igual a: m=m a +m s +m c = kg Massa total (permanecerá constante durante toda a experiência). 5. Com um cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) ao cronômetro. 6. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga-desliga. 7. Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo. 8. Posicionar o S 2 até obter um X=0,300m. Este deslocamento deve ser medido entre o pino central do carrinho e o centro S 2 (STOP). 9. Zerar o cronômetro e desligar o eletroímã liberando o carrinho. 10. Anotar na tabela abaixo o intervalo de tempo registrado no cronômetro, repetindo três vezes este procedimento e calcular o tempo médio t m. 11. Transferir uma massa de 10g do carrinho para o suporte de massas aferidas. Assim a força aceleradora ficará igual a: Força resultante F R =m s.g = N 12. Repetir o procedimento sempre transferindo massa do carrinho para o suporte para massas aferidas até completar a tabela. 13. Considerando uma tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a segunda coluna (massa do sistema) é igual a ultima coluna F/a?

9 14. Construir o gráfico F R =f(a) (força resultante em função da aceleração). Qual é a forma do gráfico? FR(N) a(m/s2) 15. O gráfico mostra que força resultante e aceleração são proporcionais (diretamente/inversamente). 16. Qual é a relação de proporcionalidade entre a força (F) e a aceleração (a)? 17. Enuncie a 2ª Lei de Newton, com suas palavras, tendo como base as conclusões tiradas deste experimento.