simulação do movimento de um pára-quedista

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
TRABALHO PRÁTICO NA PERSPECTIVA DOS NOVOS PROGRAMAS DE FÍSICA E QUÍMICA, MATEMÁTICA E
BIOLOGIA UMA ABORDAGEM À EXPERIMENTAÇÃO USANDO OS SENSORES
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TRABALHO PRÁTICO NA PERSPECTIVA DOS NOVOS PROGRAMAS DE FÍSICA E QUÍMICA, MATEMÁTICA E BIOLOGIA
UMA ABORDAGEM À EXPERIMENTAÇÃO USANDO OS SENSORES
ÍNDICE
1- INTRODUÇÃO ………………………………………………………………………………………...
2
2- OBJECTIVOS …………………………………………………………………………………………
2
3- PLANIFICAÇÃO DA ACTIVIDADE EXPERIMENTAL ……………………………………………
3
3.1- MATERIAIS ……………………………………………………………………………………...
3
3.2- PERGUNTAS PRELIMINARES …………………………………………………………………
3
3.3- PROCEDIMENTO ………………………………………………………………………………..
3
3.4- PERGUNTAS FINAIS ……………………………………………………………………………
5
4- DESCRIÇÃO DE INSTRUMENTOS DE AVALIAÇÃO DE ALUNOS NA ACTIVIDADE
EXPERIMENTAL ………………………………………………………………………………………...
6
5- DESCRIÇÃO DO RELATÓRIO A PEDIR AOS ALUNOS ………………………………………….
6
6- CONCLUSÕES ………………………………………………………………………………………...
7
7- BIBLIOGRAFIA ……………………………………………………………………….……………...
8
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UMA ABORDAGEM À EXPERIMENTAÇÃO USANDO OS SENSORES
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.
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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.
3.3- PROCEDIMENTO
1. Coloque o sensor de posição CBR-2 tal como é mostrado na figura.
2. Ligue o CBR-2 à calculadora.
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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
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No ecrã aparece o gráfico pretendido.
8. Execute também este procedimento para a bola de papel.
3.4- 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.
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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
Identificação e
do material
manuseamento
durante a
realização da do equipamento
actividade
Recolha,
registo e
organização
dos dados
recolhidos
Respeito
pelas
normas de
segurança
Discussão
dos
resultados
obtidos
Avaliação
final
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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.
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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.
2.
3.
4.
5.
Programa de Física e Química A 11º Ano
Programa de Matemática A do 10º Ano
Manual do programa “EasyData”
G. Ventura, M. Fiolhais, C. Fiolhasi, J. Paiva; 11F Física-A 11.º ano; Texto Editores.
N. Maciel, A. Miranda; Eu e o Planeta Azul – 9.º ano Ciências Físico-Químicas; Porto
Editora.
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