A.L.1.2 SERÁ NECESSÁRIO UMA FORÇA PARA QUE UM CORPO SE MOVA? FÍSICA 11.ºANO QUESTÃO-PROBLEMA Dois alunos discutem: um diz que é preciso aplicar constantemente uma força a um corpo para que este se mantenha em movimento; o outro afirma que a resultante de forças que actuam sobre um corpo pode ser nula e ele continuar em movimento, Quem tem razão? Com esta actividade, integrante da unidade Movimento na Terra e no espaço, pretende-se que os alunos: identifiquem as forças que actuam sobre um corpo; reconheçam que, no movimento de um corpo apoiado no plano horizontal, a força gravítica é equilibrada pela acção do apoio sobre o corpo; estudem o movimento de um corpo que se move em linha recta num plano horizontal, sujeito a uma resultante de forças diferente de zero, e a alteração deste movimento quando a resultante passa a ser nula; analisem esta última situação no sentido de verificar se este movimento obedece à lei da inércia; infiram com base nos resultados da experiência se os efeitos do atrito são desprezáveis ou consideráveis e discutam as soluções da questão proposta em ambas as situações; confrontem os resultados da experiência com os pontos de vista de Aristóteles, de Galileu e, posteriormente, de Newton. 1
PREPARAÇÃO PRÉVIA De forma a preparar convenientemente a actividade experimental, os alunos devem rever teoricamente: Interpretação do movimento segundo Aristóteles, Galileu e Newton 1ª e 2ª leis de Newton; Movimento uniforme; Movimento uniformemente variado. TRABALHO LABORATORIAL MATERIAL (POR TURNO) Material e equipamento Quantidades Carrinho 4 Roldana 4 Massas marcadas 4 Calculadora gráfica com CBR 4 Fios de ligação PROCEDIMENTOS 1 1. Fazer uma montagem semelhante à da figura. 1 Adaptado de Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., Paiva, J., & Ferreira, A. J. (2009). 11 F - Física e Química A - Física - Bloco 2-11.º/12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. 2
2. Configurar uma calculadora gráfica com CBR. 3. Libertar o carrinho por acção da massa, registando na calculadora o gráfico velocidade-tempo. 3
REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS t(s) v (m/s) 0,00 0,005 0,10 0,230 0,30 0,723 0,40 0,900 0,50 1,300 0,70 1,595 0,80 1,587 0,90 1,557 1,10 1,556 1.8 1.6 Gráfico velocidade-tempo v (m/s) 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 y = 2.4931x - 0.0166 R² = 0.98894 y = -0.1045x + 1.6651 R² = 0.77681 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 t (s) DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Analisando os resultados, os alunos observaram facilmente diferentes momentos no movimento do carrinho. Durante os primeiros 0,50 segundo a velocidade do carrinho aumentou, devido à massa de encontrar a cair por acção da força gravítica. Entre os 0,50 e 0,70 segundos verificou-se o embate da massa no solo, pelo que, a resultante das forças que actua sobre o carrinho é nula. Por fim a velocidade do carrinho permanece praticamente constante, manifestando a aceleração nula, como previsto. Os alunos puderam identificar que na fase 4
representada a verde no gráfico, o carrinho se deslocava com movimento rectilíneo uniformemente acelerado e na fase representada a azul, se deslocava com movimento rectilíneo e uniforme. Relativamente à questão problema, é importante que os alunos desmontem a concepção errada de que é imprescindível uma força para que um corpo se mova. Além disso, é importante ter em conta que esta questão sugere fortemente o uso da linguagem correcta, precisa, clara e objectiva é fundamental pois os alunos da questão não estão necessariamente a contradizer-se. Se um aluno considerar implicitamente a existência da força de atrito e que a força que é preciso aplicar é uma força directamente aplicada, enquanto o outro aluno se refere à resultante das forças e por isso considera explicitamente que se houver atrito é preciso outra força, eles não se contradizem. No entanto se o primeiro aluno pretende afirmar que a resultante deverá ser constantemente diferente de zero para manter o corpo em movimento, haverá contradição entre eles. CONSIDERAÇÕES 1. O comprimento da corda é determinante, sendo adequado um comprimento que permita o embate da massa quando o carrinho está sensivelmente a meio da calha. 2. Pode, alternativamente, utilizar-se um digitímetro e células fotoeléctricas para realizar a experiência. Para tal são escolhidos pontos na calha onde é medida a velocidade usando uma célula fotoeléctrica e, posteriormente, medidos os intervalos de tempo entre a posição inicial e os mesmo pontos na calha, usando agora duas células. BIBLIOGRAFIA Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., Paiva, J., & Ferreira, A. J. (2009). 11 F - Física e Química A - Física - Bloco 2-11.º/12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Martins, I. P., & al., e. (2003). Programa de Física e Química A, 11º ou 12º anos. Ministério da Educação. 5