Atividade_Podcast_CN_EM_A força de atrito

Setor de Educação de Jovens e Adultos
SEQUÊNCIA DIDÁTICA PODCAST
ÁREA CIÊNCIAS DA NATUREZA – FÍSICA - ENSINO MÉDIO
Título do
Podcast
Área
Segmento
Duração
A força de atrito
Ciências da Natureza – Física
Ensino médio
5min55seg
Habilidades
H81. Identificar tipos de forças expressando os resultados em linguagem matemática, quando
necessário.
H83. Resolver situações-problema que envolvam interações e movimentos, utilizando as leis
de Newton.
Tempo Estimado: 30 minutos
Materiais e recursos necessários: cópia do roteiro do podcast A força de atrito.
Conteúdos: Forças
Força de atrito
1ª e 2ª leis de Newton
Desenvolvimento:
Antes de desenvolver essa atividade é imprescindível que você ouça atentamente o podcast
denominado “A força de atrito”.
Caso você não o tenha escutado, ouça o áudio desse podcast que está disponível no Portal Eja.
Você pode até gravá-lo no seu telefone celular.
Em caso de dúvida, procure o orientador de aprendizagem que lhe ajudará a localizar o
podcast no Portal Eja.
Além disso, se julgar conveniente, ouça novamente o áudio para sanar dúvidas que porventura
apareceram enquanto ouvia.
Depois de ouvi-lo, você estará em condições de realizar as atividades aqui propostas.
Vamos à atividade?
O podcast inicia afirmando que “Todos nós temos intuitivamente a ideia do que seja força!“
Você já parou para pensar sobre isso? Já pensou no significado da palavra força?
Observe que, em nosso dia a dia, essa palavra possui muitos significados. Mas, na Física, é
importante que você perceba que a ideia de força possui um significado especifico. Vamos
refletir sobre essa questão no exercício a seguir.
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Exercício 1
Nas alternativas abaixo foram feitas algumas afirmações utilizando a palavra “força”. Qual
delas auxilia no entendimento da ideia de força na Física?
a) A Força do Amor foi uma telenovela brasileira exibida pelo SBT na década de 1980. Ela
teve 62 capítulos e era levada ao ar por volta das 20 horas. Mesmo com um elenco
com grandes nomes da televisão sua audiência foi muito baixa.
b) Através de uma experiência simples, utilizando dois copos cheios de água, é possível
comprovar a força do pensamento positivo.
c) A Força Aérea Brasileira informou que recebeu o último dos 46 caças F-5 que enviou para
modernização, há uma década e, que foram equipados com novos sistemas eletrônicos,
radares mais potentes e armas mais modernas.
d) No jogo de vôlei, o atleta aplica uma força na bola o que faz com que ela se
movimente mais rapidamente. Consequentemente, com o aumento da velocidade fica
mais difícil, para a equipe adversária defender a bola.
e) A forca tática do estado realizou uma operação, nas ruas do centro da cidade,
objetivando conscientizar a populaçao sobre os perigos de dirigir alcoolizado.
E já que estamos falando de forças, em que situações podemos observá-las em nosso dia a
dia? Para responder a essa pergunta vamos resgatar a definição de força na Física. Ela pode ser
definida da seguinte forma:
A força é um fenômeno capaz de produzir uma mudança no estado de movimento de um
corpo.
Mas lembre-se! As forças nem sempre geram resultados que podem ser instantaneamente
observados.
Uma laranja pendurada num galho da árvore aparentemente parece não estar sob a ação de
nenhuma força. Mas sobre ela atua a força da gravidade. O mesmo vale para uma caixa
apoiada sobre uma mesa.
Exercício 2
Leia atentamente o texto a seguir. Foque sua atenção durante sua leitura para duas palavras
muito importantes: matéria e interação.
A maior parte das forças com que nos defrontamos no dia-a-dia pode ser entendida a partir da
compreensão da estrutura da matéria. Como a matéria é composta por átomos (ou
aglomerados deles - as moléculas), essas forças (como a força normal, a força de atrito e a
força elástica) têm origem na interação entre os átomos que compõem os materiais.
Disponível em: < http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/forcas/outras/>. Acesso em: 22 abr. 2013. 15h58min.
De acordo com o texto, como se explica a origem de forças como a força de atrito?
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Força da gravidade, força de tração, força normal, força nuclear, força eletromagnética, força
de atrito, força de resistência do ar...... elas estão presentes em nossa vida e aparecem nas
diferentes interações. Cada interação representa uma força diferente, que depende das diferentes
condições em que os objetos interagem.
Observe, por exemplo, as várias situações mostradas na ilustração. Procure identificar os
diversos tipos de forças presentes nas situações mostradas !
Disponível em: <http://edfpibid.blogspot.com.br/2012/01/ferias-volei-diversao_12.html>. Acesso em: 22 abr. 2013.
14h57min.
Até agora refletiu-se sobre o conceito de força e observou-se a existência de vários tipos.
Agora, vamos focar nossa atenção na força que é o objeto de estudo no podcast: a força de
atrito.
O locutor do podcast faz o seguinte questionamento: Será que você conseguiria andar se não
existisse a força de atrito? Pense um pouco sobre essa situação e imagine como seria nosso dia
a dia sem o atrito.
Como você ouviu no áudio, as forças de atrito se opõem aos movimentos. Isso quer dizer que
o sentido dessa força é oposto ao sentido do movimento. Isso vai permitir que um carro freie
(a força de atrito entre o disco e a pastilha dos freios ) e pare (o atrito entre o pneu e o chão).
Disponível em: <http://www.detran.to.gov.br/conteudo.php?id=631 >. Acesso em: 22 abr. 2013. 16h39min.
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Exercício 3
Lembre-se! A força de atrito é oposta ao sentido do movimento. Para as situações
apresentadas, utilize uma seta para indicar o sentido dessa força entre os objetos
mencionados e o solo.
Cadeira empurrada para a direita
Caminhão estacionado numa subida
Ouvimos também, no podcast que “Em todas essas situações o atrito é causado pelas
irregularidades nas superfícies que estão em contato. Mesmo as superfícies que parecem ser
muito lisas, possuem irregularidades que são vistas somente com microscópios.”
Isso significa que nem todos os atritos são iguais pois sendo uma força de contato, seu valor
vai depender das duas superfícies que estão em contato.
Exercício 4
Observe atentamente as figuras a seguir que ilustram uma bola de bilhar movimentando-se
em duas superfícies distintas.
8
Figura 2. Bola de bilhar se
movendo em cima de um chão de
concreto.
Figura 1. Bola de bilhar se
movendo em cima de uma mesa
de vidro.
Admitindo-se que foi aplicada, na bola de bilhar, a mesma força em ambas as situações. Em
qual delas a bola percorrerá maior distância?
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No exercício anterior, será que existe uma maneira de se calcular o valor da força de atrito
entre a bola de bilhar e a mesa de vidro e entre a bola de bilhar e o chão de concreto? Para se
responder essa pergunta resgatemos um comentário no podcast. Um dos momentos mais
importantes do podcast é quando o locutor afirma que:
Em termos numéricos o valor da força de atrito vai depender, dentre outro fatores, do
coeficiente de atrito.
O coeficiente de atrito é específico para cada par de materiais que estão em contato.
Ao pesquisar, no seu livro por exemplo, a aula 10, do volume 1, do livro de Física do Novo
Telecurso, você observará que a força de atrito pode ser representada pela equação:
Fat =  . N
Força
de
atrito
Coeficiente
de
atrito
Força
Normal
Vamos fazer uso dessa equação para verificar o valor numérico da força de atrito nas situações
mostradas no exercício 4.
Considera-se uma bola de bilhar com massa próxima à das bolas oficiais: 150 g (0,15 kg) e os
seguintes coeficientes de atrito dinâmicos:
Bola de bilhar e concreto: 0,8
Bola de bilhar e vidro: 0,2
Em ambas as situações, a bola de bilhar movimenta-se em planos retilíneos. Para essa
situação, pode-se igualar as forças normal (N) e peso (P), conforme mostrado na ilustração.
Força normal
Força dirigida “para cima” que a superfície aplica na bola
Força da gravidade
Força dirigida “para baixo” devido à atração da bola pelo
nosso planeta
Isso significa que ao se determinar o valor da força peso (P) através da expressão P = m.g,
determina-se também o valor da força normal (N). Ambas as forças possuem, nessa situação,
o mesmo valor numérico.
Utilizando a expressão P = m.g onde m = 0,15 kg e g = 10 m/s2 ficamos com:
P = m.g
P = 0,15 kg . 10 m/s2
P = 1,5 N (leia-se: a força da gravidade vale 1,5 newtons.)
Então a força normal (N) também vale 1,5 N.
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Como já se conhece o valor da força normal e dos coeficientes de atrito pode-se determinar o
valor da força de atrito nas duas situações apresentadas.
Situação 1
Força de atrito entre a bola de bilhar em movimento na mesa de vidro
8
Força Normal = 1,5 N
Força de atrito = ?
coeficiente de atrito = 0,2
Utilizando a expressão Fat = .N onde  = 0,2 e N = 1,5 N ficamos com:
Fat = .N
Fat = 0,2 . 1,5
Fat = 0,3 N (leia-se: a força de atrito vale 0,3 newtons.)
Situação 2
Força de atrito entre a bola de bilhar em movimento no chão de concreto
Força Normal = 1,5 N
Força de atrito = ?
coeficiente de atrito = 0,8
Novamente, utilizando a expressão Fat = .N onde  = 0,8 e N = 1,5 N ficamos com:
Fat = .N
Fat = 0,8 . 1,5
Fat = 1,2 N (leia-se: a força de atrito vale 1,2 newtons.)
E para aprofundar seus estudos, pense um pouco no exercício proposto a seguir, extraído de
exames vestibulares. Em sua resolução, você resgatará os conceitos de força resultante,
aceleração, velocidade constante, lei da inércia, 2ª lei de Newton e variação da velocidade.
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Exercício 5
(UFJF-MG) Um caminhão é carregado com duas caixas de madeira, de massas iguais a 500 kg,
conforme mostra a figura.
O caminhão é então posto em movimento numa estrada reta e plana, acelerando até adquirir
uma velocidade de 108 km/h e depois é freado até parar, conforme mostra o gráfico.
(g=10m/s2).
v(km/h
)
t(s)
O coeficiente de atrito estático entre as caixas e a carroceria do caminhão é =0,1. Qual das
figuras abaixo melhor representa a disposição das caixas sobre a carroceria no final do
movimento?
a)
b)
c)
d)
e)
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Indicações:
Temas de estudo – Física – ensino médio.
Assunto: Isaac Newton - Leis do movimento 3
Disponível em: <www.eja.educacao.org.br>. Acesso em: 17 out. 2013.
Anexos:
Gabarito comentado.
Exercício 1 – Alternativa D.
Exercício 2 - Na interação entre os átomos que compõem os materiais.
Exercício 3
Força de atrito
entre o solo e a
roda maior.
Força de atrito
entre o solo e a
roda menor
Força de atrito
entre o solo e
as rodas
Exercício 4 – Considerando que a mesa de vidro é mais lisa (apresenta menos rugosidades) que
o chão de concreto (apresenta mais rugosidades), a bola de bilhar percorrerá uma maior
distância quando em contato com a mesa de vidro.
Exercício 5 - Alternativa A
A intensidade da força de atrito estático entre as caixa e a carroceria vale:
Fat = .N
E a força normal N é igual à força da gravidade.
P = m.g
P = 500.10
P = 5000 N
Portanto a força de atrito estático entre as caixas será:
Fat = .N
Fat = 0,1.5000
Fat =500N
Aplicando-se uma força acima desse valor as caixas se movem.
Durante o movimento acelerado do caminhão (entre 0 e 20 s)teremos uma aceleração que
pode ser determinada pela expressão v = vo + a.t.
Teremos então:
v = vo + a.t
onde
v = 108 km/h que transformados em m/s fornece como resultado 30 m/s
vo = 0
t = 20s
ficamos com
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v = vo + a.t
30= 0 + a.2
a = 1,5 m/s2
Utilizando a 2ª lei de Newton determina-se a força resultante nesse intervalo (entre 0 e 20 s)
FR = m.a
FR = 500.1,5
FR = 750N
Observe que a FR é maior que a Fat. Então, nesse primeiro momento, as caixas se movem para
trás e ficam juntas na parte traseira do caminhão.
No intervalo de tempo entre 20 s e 100 s, o movimento é uniforme, pois de acordo com o
gráfico o caminhão se movimenta com velocidade constante. Considerando que a velocidade é
constante, o sistema está em equilíbrio dinâmico e a força resultante é nula (FR = 0). Assim, as
caixas permanecem juntas na parte traseira.
No intervalo de tempo final (entre 100 s e 140 s) o caminhão freia. Tem-se uma situação de
movimento retardado no qual, novamente, pode-se determinar a desaceleração e a força
resultante. Novamente utilizando a expressão v = vo + a.t onde que será escrita na forma:
v = vo – a.t
v = velocidade final = 0 (caminhão parado)
vo = 30 m/s (velocidade que o caminhão possuía quando começa a desacelerar)
t = 40 s (tempo gasto para parar totalmente)
ficamos com
v = vo – a.t
0 = 30 – a.40
0 – 30 = – a.40
– 30 = – a.40
a = – 30/(–40)
a = 0,75 m/s2
Utilizando a 2ª lei de Newton determinamos a força resultante nesse intervalo (entre 100 e
140 s)
FR = m.a
FR = 500.0,75)
FR = 375 N
A força resultante FR é menor que a Fat. Ou seja, a força resultante não é suficiente para
vencer a força de atrito e as caixas não se movimentam. Então, nesse terceiro momento, as
caixas como já estavam na parte traseira do caminhão, continuam na mesma posição.
Referências
MIRANDA,
E.
A
força
de
atrito.
Disponível
em
<
http://www.eja.educacao.org.br/bibliotecadigital/cienciasnatureza1/podcasts/Paginas/Podcas
tEM.aspx>. Acesso em: 22 abr. 2013. 10h15 min.
COPELLI, A. Onde estão as forças? Disponível em < http://www.if.usp.br/gref/mec/mec2.pdf>.
Acesso em: 22 abr. 2013. 15h20min.
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