2ª lei de Newton - IFRS

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 Newton. 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 Newton.
• Demonstrar os processos de aceleração e força dos corpos.
Objetivos Específicos
Conteúdos
Tempo
Desenvolvimento metodológico
da aula
1.
Apresentação
do 1. Apresentação 3min
• Comentar
sobre
algumas
professor da segunda lei de do professor e
aplicações da segunda lei de
Newton.
introdução
à
Newton e sua importância em
segunda Lei de
nossas vidas.
Newton.
2. Apresentar ao aluno os
acontecimentos
de
descobertas que levaram ao
entendimento e descoberta
da segunda lei de Newton.
2. História da 5min
aplicação
da
segunda lei de
Newton.
3. Compreender o conceito 3. Aplicação de 5min
de força e aceleração.
força
e
•
•
Através do uso do (anexo 1)
apresentar os cientistas e explicar
brevemente suas descobertas.
Explicar como é a aplicação de
força e aceleração.
•
aceleração.
•
4. Entender a interação entre 4. Segunda lei de 7min
o princípio fundamental da Newton.
dinâmica e apresentar a
equação.
5.
Compreender
a 5.
Força, 5min
classificação dos corpos no aceleração
e
muv.
peso.
6. Entender o princípio da 6. Entender o
dinâmica, usando as forças. tempo de cada 5min
corpo
no
movimento.
7. Avaliar o conhecimento 7. Avaliação
adquirido com a resolução
de exercícios teóricos e
práticos.
15min
•
•
•
•
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
Newton.
Através do uso do anexo1, usar o
trilho de ar e mostrar o
instrumento
e
sua
devida
explicação para a aplicação do
experimento.
Interpretar a equação da segunda
lei de Newton, destacando a
igualdade
de
força
pela
multiplicação de massa e
aceleração.
Explicar a força de corpo.
Demonstrando
através
de
exemplos o valor de cada força,
usando aceleração e massa.
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.
Anexo 1 – Roteiro do professor
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.
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
___________________________________________________________________________
_______________________
___________________________________________________________________________
_______________________
___________________________________________________________________________
_______________________
___________________________________________________________________________
_______________________
___________________________________________________________________________
_______________________
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
10.
11. 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.
Anexo 2 – Roteiro para os alunos
ROTEIRO PARA OS ALUNOS
SEGUNDOS ANOS
Aula: Segunda Lei de Newton
Duração: 2h/aulas
Material: Trilho de ar e cronômetros fornecidos pelo IFRS- BG
Relação entre Força Resultante e Aceleração
Procedimentos:
1. Montar o equipamento igual ao MRUV.
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 = m.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.
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?
________________________________________________________________________
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.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________