SIMULAÇÃO DO MOVIMENTO DE UM PÁRA-QUEDISTA

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1 Centro de Formação Entre Homem e Cávado Amares e Terras de Bouro Oficina de Formação: Trabalho Prático na Perspectiva dos Novos Programas de Física e Química, Matemática e Biologia. Uma Abordagem à Experimentação usando sensores SIMULAÇÃO DO MOVIMENTO DE UM PÁRA-QUEDISTA Formandos: Cátia Costa; Cristina Lemos; Paulo Prior; Teresa Furtado. Formadores: Abel Eça e Fernanda Neri Maio 2006 Amares

2 TRABALHO PRÁTICO NA PERSPECTIVA DOS NOVOS PROGRAMAS DE FÍSICA E QUÍMICA, MATEMÁTICA E BIOLOGIA página 2/8

3 ÍNDICE 1- INTRODUÇÃO OBJECTIVOS 2 3- PLANIFICAÇÃO DA ACTIVIDADE EXPERIMENTAL MATERIAIS PERGUNTAS PRELIMINARES PROCEDIMENTO PERGUNTAS FINAIS 5 4- DESCRIÇÃO DE INSTRUMENTOS DE AVALIAÇÃO DE ALUNOS NA ACTIVIDADE EXPERIMENTAL DESCRIÇÃO DO RELATÓRIO A PEDIR AOS ALUNOS CONCLUSÕES BIBLIOGRAFIA página 1/8

4 1- INTRODUÇÃO Dizemos que um objecto está em queda livre quando a única força que age sobre ele é a força gravitacional da terra. Quando se despreza a resistência do ar um objecto em queda livre que está perto da superfície da terra, cai com uma aceleração constante por acção da força gravítica. Esta aceleração normalmente é representada por o símbolo g. Mas para corpos leves ou com volumes significativos, a resistência do ar tem um efeito não desprezável. Este trabalho consistiu no desenvolvimento de uma actividade para ilustrar o movimento de queda de um pára-quedista. Pretendeu-se também comparar o movimento de queda de um corpo com resistência do ar desprezável (movimento uniformemente variado) com a queda com resistência do ar não desprezável (movimento uniforme). Este trabalho é principalmente direccionado para ser utilizado no décimo primeiro ano na componente de Física onde na Unidade 1 Movimentos na Terra e no Espaço onde são estudados os movimentos rectilíneos, acelerados e retardados, a partir de quedas livres de corpos próximo da superfície da Terra levará ao conceito de aceleração e à 2ª lei de Newton e o estudo do movimento rectilíneo uniforme (a partir da situação de quedas com efeito apreciável da resistência do ar, em que é atingida a velocidade terminal). Também pode ser adaptada para usar no 9.º ano na Física no estudo da queda livre de um corpo e na Matemática no estudo da função afim, contribuindo para que os alunos se familiarizem com a utilização da calculadora gráfica e sensores. A disciplina de Matemática também poderá usar este trabalho para interpretação e análise de gráficos de funções e na estatística, contribuindo para a interdisciplinaridade com a Física e aplicação da matemática a situações reais. Nesta experiência usa-se a aplicação EasyData. Os dados são recolhidos através do CBR-2, que é um sensor de posição. Este mede a distância do corpo em queda livre em relação ao sensor e também permite determinar a velocidade e a aceleração. 2- OBJECTIVOS Estudar o movimento de queda de um pára-quedista. Determinar a velocidade média terminal de queda de um corpo (forma de papel). Comparar a queda de um corpo em que a resistência do ar é desprezável com a queda de um corpo em que a resistência do ar não é desprezável. página 2/8

5 3- PLANIFICAÇÃO DA ACTIVIDADE EXPERIMENTAL 3.1- MATERIAIS CBR 2 Calculadora gráfica Suporte metálico para o sensor de posição Aplicação EasyData Forma de papel para queques Bola de papel 3.2- PERGUNTAS PRELIMINARES (A) Qual é o tipo de movimento de queda de um pára-quedista com o seu pára-quedas fechado e com o seu pára-quedas aberto? (B) Se um objecto cai inicialmente com movimento rectilíneo acelerado que passado um certo intervalo de tempo passa a movimento rectilíneo uniforme, qual é a forma do seu gráfico de velocidade tempo? (C) Todos os objectos em queda livre sofrem a mesma resistência do ar? Justifique PROCEDIMENTO 1. Coloque o sensor de posição CBR-2 tal como é mostrado na figura. 2. Ligue o CBR-2 à calculadora. página 3/8

6 3. Ligue a calculadora e inicie a aplicação EasyData. 4.O sensor liga automaticamente e no ecrã da calculadora aparecem os valores da distância. 5. Seleccione a opção start para iniciar a recolha de dados. Seleccione Ok e deixe cair a forma de papel. 6. No ecrã aparece o gráfico distância-tempo. 7. Seleccione Plots opção 2 para visualizar o gráfico velocidade-tempo página 4/8

7 No ecrã aparece o gráfico pretendido. 8. Execute também este procedimento para a bola de papel PERGUNTAS FINAIS (A) Com base nos gráficos distância-tempo obtidos para os dois corpos em queda livre identifique os tipos de movimentos na queda. (B) No gráfico velocidade-tempo obtido para a forma de papel seleccione a anlyz opção1 (estatística). Depois seleccione os limites onde a velocidade se mantém praticamente constante premindo ok obtendo os valores estatísticos referentes ao intervalo de tempo seleccionado. Com base nestes resultados indique o valor da velocidade média. (C) Compare os gráficos velocidade-tempo dos dois corpos, indique qual a velocidade máxima atingida por cada um durante o tempo de queda e relacione os valores obtidos com a resistência do ar. página 5/8

8 3.4- EXTENSÃO Exiba o gráfico de aceleração-tempo para a forma de papel e repare na variação da aceleração. Percorra o gráfico e leia os valores da aceleração individualmente. Tente explicar as variações com base nas observações feitas durante a queda do corpo? 4- DESCRIÇÃO DE INSTRUMENTOS DE AVALIAÇÃO DE ALUNOS NA ACTIVIDADE EXPERIMENTAL Os alunos realizarão a actividade em grupo e deverão apresentar gráficos da posição em função do tempo e da velocidade em função do tempo e, a partir deles, comparar as características do movimento de queda da forma de papel com a bola de papel, seleccionar a regiões dos gráficos em que o movimento e rectilíneo uniforme e rectilíneo uniformemente acelerado. Finalmente deverão determinar a velocidade terminal da forma de papel. Durante a realização da actividade os alunos serão avaliados usando a grelha, construída com base nas competências a desenvolver com a actividade. Grelha de observação da realização da actividade simulação do movimento de um páraquedista: N.º Nome Organização do material durante a realização da actividade Identificação e manuseamento do equipamento Recolha, registo e organização dos dados recolhidos Respeito pelas normas de segurança Discussão dos resultados obtidos Avaliação final página 6/8

9 4.1- COMPETÊNCIAS A DESENVOLVER PELOS ALUNOS Construir uma montagem laboratorial a partir de um esquema e descrição. Identificar equipamento de laboratório e explicar a sua utilização/função. Manipular com correcção e respeito pelas normas de segurança, o equipamento. Recolher, registar e organizar dados de observação, nomeadamente em forma gráfica. Discutir os limites de validade dos resultados obtidos, confrontando com as condições experimentais. Formular hipóteses sobre a influência de um parâmetro. Elaborar um relatório. Desenvolver respeito por normas de segurança. 5- DESCRIÇÃO DO RELATÓRIO A PEDIR AOS ALUNOS No final da actividade será pedido aos alunos a realização de um relatório com que terá o seguinte esquema: 1. Capa - Onde deve constar obrigatoriamente o título e os autores. 2. Resumo - Deve ser redigido com o máximo de concisão, tem que incluir o que se fez e como se fez e principais conclusões e/ou valores obtidos. 3. Introdução Deve ser feita uma breve descrição dos princípios teóricos que estão na base da actividade prática a realizar. 4. Parte experimental Onde deverá ser apresentado o material usado, a descrição da montagem e o procedimento experimental. 5. Resultados Devem ser apresentados os resultados sob a forma gráfica. Também devem ser apresentados os cálculos da velocidade terminal da forma. 6. Discussão Deve ser feita uma análise dos gráficos obtidos para a forma de papel e para a bola de papel. 7. Bibliografia. página 7/8

10 6- CONCLUSÕES A realização deste trabalho contribuiu para adquirir conhecimentos na utilização de sensores e calculadoras gráficas, o que é relevante para a implementação de outras actividades práticas na sala de aula. Este tipo de actividades permite ao aluno uma aprendizagem mais significativa e adquirir competências no manuseamento de novas tecnologias. Com este trabalho construíram-se materiais para abordar os conceitos relacionados com o estudo do movimento rectilíneo uniforme e movimento rectilíneo uniformemente acelerado, a partir da situação de quedas com efeito apreciável da resistência do ar e desprezando a resistência do ar, de uma forma prática construindo o conhecimento com base na observação. 7- BIBLIOGRAFIA 1. Programa de Física e Química A 11º Ano 2. Programa de Matemática A do 10º Ano 3. Manual do programa EasyData 4. G. Ventura, M. Fiolhais, C. Fiolhasi, J. Paiva; 11F Física-A 11.º ano; Texto Editores. 5. N. Maciel, A. Miranda; Eu e o Planeta Azul 9.º ano Ciências Físico-Químicas; Porto Editora. página 8/8