F11 AL12 Sera necessaria uma força para que um corpo se mova

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)
0,00
0,10
0,30
0,40
0,50
0,70
0,80
0,90
1,10
v (m/s)
0,005
0,230
0,723
0,900
1,300
1,595
1,587
1,557
1,556
Gráfico velocidade-tempo
1.8
1.6
v (m/s)
1.4
y = -0.1045x + 1.6651
R² = 0.77681
1.2
1
0.8
0.6
0.4
y = 2.4931x - 0.0166
R² = 0.98894
0.2
0
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
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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.
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