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SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O ESTUDO DOS CONCEITOS BÁSICOS DAS

FORÇAS AERODINÂMICAS ENVOLVIDAS EM AVIÕES DE PAPEL E DE DE-

PRON.

CARLA PATRÍCIA DE CARVALHO

Juazeiro-BA

2017

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Estimado (a) Professor (a)

A “SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O ESTUDO DOS CONCEITOS BÁSI-

COS DAS FORÇAS AERODINÂMICAS ENVOLVIDAS EM AVIÕES DE PAPEL E

DE DEPRON” é um produto educacional, parte da dissertação do Mestrado Nacional Profis-

sional em Ensino de Física, do polo de Juazeiro –BA.

O interesse pela aerodinâmica é despertar os educandos para observação dos voos e

no contato com o conhecimento científico empregado na sala de aula.

A aerodinâmica é de grande importância para a humanidade, pois foi dominando

esses conhecimentos que o homem conseguiu ir a distâncias mais longas, conseguiu superar

fronteiras. Seu crescimento ocorreu a partir do momento que foi empregada na aviação de

grande escala, pois sabemos que juntamente com o domínio dos ares veio grandes conquis-

tas e transformações na sociedade.

Levando em consideração essa relevância da aerodinâmica a percepção que o ensi-

no da Física nas escolas está muito concentrado na transmissão dos conteúdos didáticos, se

propôs trabalhar uma sequência didática sobre a aerodinâmica utilizada nos voos.

A sequência didática é um conjunto de atividades escolares organizadas, de maneira

sistemática, em torno de um gênero textual oral ou escrito, segundo Dolz, Noverraz e

Schneuwly, 2004, p. 97. Nesse sentido a sequência didática vai proporcionar aos educadores e

educandos uma proposta didática com uma programação de conteúdo que facilitará o enten-

dimento e a compreensão. Além de ser uma opção ao professor de Física como auxílio as ati-

vidades em sala de aula.

A sequência mostra os conceitos em voos de aviões convencionais e de papel, a par-

tir da montagem de aviões de papel e finalizando com uma competição em duas modalidades.

Há também a sugestão da construção de um aeromodelo feito de depron e isopor, utilizado

para melhor entendimento dos conceitos estudados e dinamizar a sequência.

O objetivo desta dessa sequência didática é apresentar aos alunos do 1º ano do Ensi-

no Médio conceitos básicos da aerodinâmica, mostrado através de explicações com imagens e

exemplos práticos, como os aviões de papel e um aeromodelo de depron. Mostrar aos alunos

noções básicas da aerodinâmica através de princípios físicos. Desenvolvendo nos alunos do 1º

ano do Ensino Médio a curiosidade, o interesse e a motivação pela Física através da prática.

Ao sugerir esta proposta didática, teve-se a pretensão de compartilhar como trabalhar

um assunto estudado nas aulas de Física, por meio de aulas atrativas e descomplicadas, onde

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se acredita que ao associar essa recomendação os discentes serão oportunizados a participar

de um trabalho prático, contribuindo na expansão de novas cognições e impulso a inovações

atuais de aprendizagem.

A sequência didática se divide em 4 etapas, com a duração de seis aulas de 50 minu-

tos cada. A primeira e segunda etapa terão duração de duas aulas (1h e 40min) a terceira e

quarta etapa terão duração de duas aulas cada (1h e 40min).

A 1ª etapa permite ao professor, identificar os conhecimentos prévios dos alunos so-

bre fundamentos da aerodinâmica, relembrar os conceitos das Leis de Newton e conhecer o

que diz a teoria do princípio de Bernoulli, o professor fará uma avaliação diagnóstica com

cinco (5) questões, que será aplicada na 1ª e 3ª etapa, realização de uma dinâmica para os alu-

nos perceberem o movimento de outro objeto no ar, na 2ª etapa terá as informações e regras

sobre a competição de aviões de papel, além de dicas para pesquisa.

Na 3ª etapa começa a parte do conhecimento sobre aerodinâmica e suas forças atra-

vés de imagens e conceitos. Será refeita a avaliação diagnóstica após o conhecimento do con-

teúdo. Na 4ª etapa será a montagem dos aviões de papel e a competição, cada aluno fará seu

modelo de avião de acordo com a modalidade que vai concorrer, após a montagem os alunos

irão praticar com seus aviões, antes da competição. No campeonato ocorrerá primeiro uma

modalidade depois a outra (modalidade distância e modalidade tempo).

O passo a passo para a construção do aeromodelo, está na parte final do produto, em

sugestões, onde o professor pode construir com os alunos, utilizando aulas extraclasse, ou

construção por partes em aulas durantes semanas, fica a critério das disponibilidades de pro-

fessor e alunos.

Os materiais que serão utilizados para a sequência didática são:

Quadro, Pincel, Apagador (necessário para os desenhos)

Secador de cabelo, extensão e de doze a vinte bolinhas de plástico ou de isopor

(para a dinâmica).

Folhas de papel sulfite (para montagens dos aviões de papel).

Brinde para os ganhadores da competição de aviões de papel.

Data show, notebook e caixa de som, (caso o professor use algum vídeo.)

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ETAPA 1: Investigando o tema

Nesta etapa o professor investigará os conhecimentos prévios dos alunos sobre fun-

damentos da Aerodinâmica. Será realizada uma avaliação diagnóstica com cinco questões

sobre o assunto. As respostas dos alunos servirão para nortear os conteúdos previstos. Escreva

as questões no quadro para que os alunos respondam ou entregue o questionário em folha im-

pressa.

QUESTIONÁRIO

1. O que você entende por aerodinâmica?

2. Como é possível que um avião convencional voe?

3. Quais forças estariam envolvidas no avião durante o voo?

4. Para que um avião tenha uma boa sustentação no ar, como deve ser a velocidade e

pressão do ar nas asas de um avião?

5. Você sabia que podemos observar alguns conceitos da Física nos aviões de papel?

Indagar aos alunos sobre o que sabem, ou entendem ou imaginam a respeito da aero-

dinâmica nos aviões (neste instante o professor deixará os alunos a vontade com suas respos-

tas). Discorra sobre os conceitos básicos das forças aerodinâmicas nos aviões que serão estu-

dados.

Relembrar as leis de newton:

Princípio da Inércia: de acordo com PIETROCOLA (2010), a Primeira

Lei de Newton diz que todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimen-

to uniforme em linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças

imprimidas sobre ele. Portanto se temos um avião parado no solo, ele somente se mo-

verá se seus motores forem ligados e a tripulação acionar o voo.

Um corpo em repouso poderá, por sua inércia permanecer em repouso. Um

corpo em movimento poderá, por sua inércia manter-se constante sua velocidade.

Por exemplo: uma moto com duas pessoas, em uma partida brusca, o corpo

do passageiro, que estava em repouso, tende a permanecer em repouso até que uma

força aja sobre ele. Nesse caso, a moto sofre a ação de uma força e se desloca, enquan-

to o corpo do passageiro tende a permanecer em repouso, dando a impressão de ir para

trás (figura 1A). Em uma freada brusca, o corpo do passageiro, que estava em movi-

mento, tende a permanecer em movimento até que uma força aja sobre ele. Nesse ca-

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so, ao sofrer a ação de uma força, a moto para, enquanto o corpo do passageiro tende a

permanecer em movimento, continuando a ir para frente (figura 1B).

Figuras 1A e 1B: 1ª Partida brusca de uma moto e 1B freada brusca de uma moto

Fonte: Silva e Filho, 2010, p.168 e 169.

A segunda Lei de Newton diz que “a variação do movimento de um corpo é

proporcional à ação efetiva das forças aplicadas e se dá na mesma direção da força resultante”

(PIETROCOLA, 2010, p. 266).

Se um avião voar na direção contrária ao vento a velocidade diminuirá, se o vento for

lateral, haverá uma tendência de empurrar a aeronave para outra direção, a menos que o piloto

corrija a ação.

Força resultante: é igual a massa do corpo multiplicada pela aceleração adquirida por

ele, soma vetorial de todas as forças que agem sobre um corpo.

Por exemplo: ao empurrar um carro e ter a resultante não nula das forças que agem

sobre o carro é a mesma, diferenciando somente a massa. Empurrando um carro vazio (figuras

2A), empurrando um carro com passageiros (figura 2B).

A B

8

Figuras 2A e 2B: 2A empurrando um carro vazio e 2B empurrando um carro com passageiros

Fonte: Silva e Filho, 2010, p.173

3ª lei de Newton: Princípio da Ação e Reação, serve para analisar as forças que agem

nos corpos quando há interações entre eles. Onde possui forças com a mesma intensi-

dade, mesma direção e sentidos opostos.

Essa lei pode ser enunciada da seguinte forma: “A toda ação existe uma reação de

mesma intensidade e direção, mas de sentido oposto” (PIETROCOLA, 2010, p. 271).

Por exemplo: Quando uma pessoa inicia uma caminhada sobre uma superfície, o pé

age empurrando o chão para trás. Nesse mesmo instante, o chão age no pé, no sentido

oposto (figura 3).

Figura 3: Pé em contato com o chão

Fonte: Silva e Filho, 2010, p.179.

Faça uma explicação básica do princípio de Bernoulli

B

A

9

Daniel Bernoulli, um cientista suíço do século XVIII, estudou o movimento de fluidos

em tubos, diz que onde a rapidez do fluido cresce, a pressão interna do mesmo decres-

ce e vice-versa.

Esse princípio se aplica também as asas de um avião, para compreender melhor a força

de sustentação que mantêm um avião no ar, as asas são construídas de maneira que o

ar é forçado a fluir com mais rapidez na parte superior da asa, onde terá menor pressão

e com menor velocidade na parte de baixo da asa, terá maior pressão (figura 4)

Figura 4: perfil de uma asa, explicando a sustentação

Fonte: http://livrepouso.com.br/porqueoaviaovoa/ disponível em 20 de março de 2017

Explicar aos alunos o que diz o princípio de Bernoulli utilizando essa dinâmica. Tal

princípio pode ser enunciado da seguinte forma: “Se a velocidade de uma partícula de um

fluido estiver aumentando enquanto a mesma escoa ao longo de uma linha de corrente, a pres-

são desse fluido deve diminuir e se sua pressão aumenta, sua velocidade deverá diminuir”.

Nesse caso, quando o fluido passa por um corpo, tão maior será a velocidade, quanto menor

for a diferença de pressão. Também explica a sustentação em uma asa de avião, indicando que

onde quer que a velocidade seja relativamente alta, a pressão deve ser relativamente baixa e

onde quer que a velocidade seja relativamente baixa, a pressão deverá ser relativamente alta

gerando uma substancial sustentação (ALMEIDA e SILVA, 2015, ).

Efetuar uma dinâmica para despertar os alunos ao tema a ser estudado. A dinâmica

(figura 5) se chama “bolas flutuantes” é um bom exemplo para que os alunos percebam o mo-

vimento das bolinhas quando o fluxo de ar sai pelo secador de cabelo. Baseia-se em posicio-

nar uma bolinha acima do lugar de saída de ar do secador, posicionando-o na vertical, e em

testes também com o secador um pouco inclinado.

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Figura 5: Esquema de um secador de cabelo e uma bolinha. A: o secador encontra-se desligado e B: ligado

Fonte: elaborado pela autora

A dinâmica deve ser feita, com o secador de cabelo ligado, na vertical e bolinhas (de

plástico ou isopor numa quantidade entre doze e vinte bolinhas). Faça uma divisão de equipes

na sala com no máximo seis alunos por equipe. Para o secador deixe uma extensão elétrica

disponível caso o espaço da sala seja grande, peça que cada equipe indique dois colegas para

representa-los, disponibilização de dois minutos para cada equipe poder levar a maior quanti-

dade de bolinhas de um lado para o outro (paredes paralelas) sem utilizar as mãos na bolinha,

levando-as apenas com o secador ligado, uma equipe por vez. Vence a equipe que levar mais

bolinhas.

Disponibilização de alguns minutos para que os alunos façam teste com as bolinhas e

o secador um pouco inclinado, momento em que os alunos comentem suas observações sobre

a dinâmica. A dinâmica serve para que os alunos se sintam motivados e animados para as eta-

pas seguintes, podendo perceber na dinâmica a força que o ar do secador exerce na parte supe-

rior das bolinhas, mantendo-as sustentas. Relembrado a explicação anterior sobre o princípio

de Bernoulli.

ETAPA 2: Informações da competição de aviões de papel

O professor apresentará a competição de aviões de papel, esta será realizada na quar-

ta e última etapa. É de extrema importância que os alunos observem as explicações da etapa

seguinte, para a construção do seu modelo de avião de papel. Os alunos precisam entender o

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porquê do modelo escolhido. Os alunos poderão pesquisar na internet e trazer seu modelo

para ser feito em sala, antes da competição.

A competição terá a importância de auxiliar os alunos a compreenderem de forma

prática as forças aerodinâmicas, e observar os conceitos através dos aviões de papel.

Regras:

Confecção de diferentes modelos de aviões de papel.

Divisão dos modelos por tempo e distância.

Treinamento com os aviões confeccionados.

Lançamentos por modalidade.

Premiação por modalidade.

Dica: os alunos serão alinhados para o lançamento.

Alguns links que podem ajudar na pesquisa dos modelos:

MUNDO INFORMATIZADO. Como fazer um avião de papel (fácil e rápido). Dispo-

nível em: <https://www.youtube.com/watch?v=yihAnqpZi8k>.

EASY ORIGAMI. Origami: avião de competição. Disponível em:

<https://www.youtube.com/watch?v=kC-eLgKupQ8 >.

ORIGAMIES. Easy paper fighter jet. Disponível em:

<https://www.youtube.com/watch?v=aETGusBLJJ8>.

Carga horária: Nas etapas 1 e 2: 2 aulas (1 hora e 40 minutos).

ETAPA 3: Conhecimento sobre a aerodinâmica e suas forças

Como será que um avião consegue voar?

Pois bem, o voo de aviões está fundamentado nos princípios da física.

Nos aviões convencionais suas estruturas são compostas por: Fuselagem, Trem de

pouso, Asas, Empenagens, Superfícies de controle, Controles de voo, Amortecedores, Freios.

Na estrutura de aviões de papel há: Fuselagem (base) e Asa, mas com o objetivo de entender

as observações dos conceitos básicos da aerodinâmica já é o suficiente.

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Aerodinâmica é a parte da Física que conduz alguma dinâmica vinculado com um

corpo e o ar que o envolve, gerando forças. Desta maneira, estuda a ação dos fluidos e da for-

ça do ar sobre corpos sólidos que se encontram em movimento, como exemplo temos o avião

sendo o corpo e o ar que o circunda.

As forças aerodinâmicas auxiliam na compreensão do porquê de corpos se moverem no ar,

como: automóveis, barcos, aviões, entre outros. Os cientistas e engenheiros se arquitetam em

modelos de aeronaves e automóveis capazes de suportar a força do ar e sustentar um desem-

penho ideal. Os princípios da aerodinâmica são aplicados em: projeções, construções de pon-

tes e prédios, submarinos e outros.

As forças aerodinâmicas auxiliam na compreensão do porquê de corpos se moverem

no ar, como: automóveis, barcos, aviões, entre outros. Os cientistas e engenheiros se arquite-

tam em modelos de aeronaves e automóveis capazes de suportar a força do ar e sustentar um

desempenho ideal. Os princípios da aerodinâmica são aplicados em: projeções, construções de

pontes e prédios, submarinos e outros.

Sugestão: O uso de um vídeo (A GENTE EXPLICA. Como os aviões vo-

am?.disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=_cf_i-JA_bc&t=26s >. Após o ví-

deo o professor deve esclarecer aos alunos o que irão estudar e qual o objetivo dessas aulas.

As forças aerodinâmicas aplicadas aos aviões convencionais são os mesmo em aero-

modelo, aviões de papel, em voos de animais e muito mais.

São quatro forças básicas que atuam no avião em voo: Tração, Sustentação, Peso e

Arrasto. (figura 6)

Figura 6: as quatro forças aerodinâmica.

Fonte:http://www.vooleve.com/Pages/Artigos_files/Angulo_ataque/angulo_ataque_2.htm. disponível em 20 de

março de 2017.

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A fim de que o avião seja capaz de voar, é crucial duas forças: a tração e a sustenta-

ção. Ao passo que as forças de arrasto e peso desaceleram o avião para que permaneça no

chão ou o tende em direção ao chão. Pode-se inferir sobre:

Tração:

É o esforço gerado pelo motor do avião e é alcançado uma aceleração de massa de ar

superior à do avião. Com reação de igual veemência, contudo de sentido contrário (explicado

pela 3ª lei de Newton), sendo assim os motores produzem a tração jogando o ar para trás e

impulsionando o avião para frente. (figura 7).

Figura 7: motor de avião, produzindo tração

Fonte: http://ectjoinville.com/AttractionsAndEquips/HowWorksDetail/8645. disponível em 21 de março de

2017.

A primeira lei de Newton também pode ser citada aqui, pois essa lei afirma que

quando um objeto está em repouso, esse ficará em repouso até que seja exercido uma força

resultante sobre esse objeto. Sendo assim o avião permanecerá em repouso, caso não haja

uma força resultante.

Usando o princípio da ação e reação (3ª lei de Newton), a força do motor do avião

impulsiona o ar para trás (ação) e o ar empurra o avião para frente (reação).

Sustentação:

É a constituinte da força aerodinâmica perpendicular à orientação do deslocamento do

voo (figura 8). Mostrando a melhor condição que um avião dispõe, e sua capacidade de se

manter no voo. Sendo manuseada como aspecto de controlar o peso do avião e desta forma

assegurar o voo. Depende em parte do ângulo de ataque da asa, e também do perfil de asa, que

em sua maioria tem a parte superior curvada.

Em inglês Sustentação chama-se Lift, sua equação é:

14

2..2

.vS

CL l equação 1

Onde: L = Lift (sustentação)

CL = coeficiente de sustentação

= densidade do ar

S = área da asa

v2 = velocidade ao quadrado

A sustentação também depende de outros fatores, como a velocidade e o ângulo de

ataque da asa (que é o ângulo formado na inclinação do avião).

Figura 8: avião com sustentação positiva.

Fonte: http://clipper440.blogspot.com.br/2015/07/13-de-julho-estudando.html disponível em: 21 de março de

2017.

O princípio de Bernoulli diz que conforme maior a velocidade de um fluido por qual-

quer superfície, a pressão será menor sobre essa superfície. Como por exemplo o ar (como

fluido). A sustentação na asa de um avião, a velocidade por cima da asa será maior e em de-

corrência disso a pressão será menor, sendo o inverso na parte inferior (figura 9).

15

Figura 9: perfil de uma asa gerando sustentação

Fonte: http://livrepouso.com.br/porqueoaviaovoa/ disponível em 20 de março de 2017.

Peso:

Força de atração da gravidade sobre um objeto, com sentido para baixo e intensidade

equilibrada à massa desse objeto. (figura 10). Sendo sua direção perpendicular à superfície da

terra. Esta força atrai o avião para a terra e precisa ser nivelada pela força de sustentação para

manter o avião no ar.

Figura 10: peso do avião

Fonte:

https://books.google.com.br/books?id=QgKbCgAAQBAJ&pg=PA275&lpg=PA275&dq=bernoulli+paul+hewitt

&source=bl&ot =O4JfxoDkvH&sig=YYbiiiBzSCZQyWpVpoAB4fbPQ44&hl=pt-

BR&sa=X&ved=0ahUKEwjE3N6ej8LTAhVSlpAKHe1wB4IQ6AEIRzAF#v=onepage&q=bernoulli%20paul%20

hewitt&f=false. Disponível em 02 de abril de 2017

Arrasto :

Força que se opõe ao movimento de um avião agindo de forma paralela e na mesma

direção do vento relativo, confrontando o movimento do avião.

Em inglês o arrasto é chamado de Drag, sua fórmula é:

2..2

.vS

CdD

equação 2

Onde só muda o coeficiente em comparação a de sustentação.

16

O exterior dos aviões é planejado de tal modo que produzem o menor arrasto possível.

O arrasto aerodinâmico esta pontualmente ligado à velocidade máxima atingida por um avião,

bem como seu consumo e alcance. Existe dois tipos básicos de arrasto: (1) o arrasto parasita

(figura 11) e (2) o arrasto induzido. (Figura 12 e 13).

1. Arrasto parasita: está ligado totalmente com a área frontal do avião. Como um re-

levo que faz com que o movimento de ar tenha de se desviar drasticamente, ou seja

quando a sustentação é nula. O arrasto parasita pode acontecer por motivos estru-

turais do corpo do avião, pelo contato direto das partículas do fluxo de ar com a

parte externa do avião, ou seja, da parte áspera do avião, e também pelo posicio-

namento das asas, podendo aumentar o arrasto em altas velocidades.

Figura 11: tipos de arrasto

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfZOsAA/monografia-final-aviao?part=4. Disponível em 21 de

março de 2017.

2. Arrasto induzido: se liga a capacidade de um perfil de asa produzir a sustentação, sendo

assim, quanto maior for o grau de sustentação do perfil, maior será o seu arrasto induzido.

Acontecendo a partir da diferença de pressão existente no extradorso e no intradorso da asa,

gerando nesta situação os vórtices de ponto de asa (figura 12), responsáveis pelo arrasto indu-

zido.

17

Figura 12: vórtices

B

Fonte: http://diariodebordohofmann.blogspot.com.br/2012/05/vortices-ou-vortex-entenda-o-fenomeno.html.

disponível em 21 de março de 2017

Esses vórtices afetam a velocidade, o desempenho, o alcance do avião. Uma boa opção

de asa para diminuir esse arrasto, são as asas com curvas “winglets” (figura 13). A velocidade

sendo maior, menor será seu arrasto; e numa menor velocidade, maior será seu arrasto, por

exemplo no pouso.

O arrasto induzido costuma aparecer em baixas velocidade, onde a sustentação é bem

maior. Gerando nessa situação os vórtices de ponta de asa, responsáveis por esse arrasto, que

tem a importante função de reduzir os vórtices gerados pelo arrasto induzido. Os winglets

serve para que aconteça uma quebra do fluxo de ar da região inferior para a superior das asas.

Eles não conseguem parar completamente a criação de vórtices, mas ameniza a situação. Na

figura (13), pode se observar que na asa convencional acontece grande vórtice, e na asa com

winglet o vórtice é bem menor.

Figura 13: winglets

Fonte: http://diariodebordohofmann.blogspot.com.br/2012/05/vortices-ou-vortex-entenda-o-fenomeno.html,

disponível em 21 de março de 2017(modificado)

Após as explicações das forças deverá explicar que as quatro forças trabalham juntas:

Para velocidade constante: Tração é igual ao Arrasto.

18

Para altitude constante: Sustentação é igual a Peso.

Aceleração do avião: Tração maior que Arrasto.

Desaceleração do avião: Tração menor que Arrasto.

Para subida do avião: Sustentação maior que Peso.

Para descida do avião: Sustentação menor que Peso.

Explicar as componentes Sustentação e Arrasto que quando se agregam acontece a

formação da resultante aerodinâmica, empurrando a asa para cima e para trás, aplicada a um

ponto chamado de centro de pressão (figura14)

Figura 14: resultante aerodinâmica, α: ângulo de ataque

Fonte: http://blog.hangar33.com.br/os-principios-da-aerodinamica-do-voo/.disponivel em 21 de março de 2017

(modificado)

Um termo utilizado pela aerodinâmica, é o ângulo de ataque (inclinação em graus das

asas em relação a horizontal) que atua claramente na aptidão de produzir a sustentação no

perfil (figura 15), e o ângulo crítico acontece quando o ângulo de ataque ultrapassar os 45º ou

quando tiver num ângulo negativo, ao acontecer isso chamará de stol, o memso pode aconte-

cer a partir do ângulo crítico (perda da sustentação).

19

Figura 15: ângulo de ataque e stol

Fonte: https://www.slideshare.net/mastermidia/cga-e-tva-pp-e-cms-2007?nomobile=true.disponível em 22 de

março de 2017

Para manter voo, os aviões ainda utilizam partes fixas como os estabilizadores hori-

zontais e verticais, que se localizam na cauda do avião. Existe também as partes móveis, que

são conhecidas como superfícies de comando, que são os ailerons, leme de direção e profun-

dores. (figura16).

Figura 16: partes externas de um avião.

Fonte: http://aeropp.blogspot.com.br/2013/06/comandos-e-partes-de-um-aeromodelo.html.disponível em 22 de

março de 2017.

Os aerofólios podem ter perfil assimétrico e simétrico (figura 17). Onde o perfil assi-

métrico é adequado para as asas, e o perfil simétrico é indicado para ser usado na empenagem

(leme e profundor) do avião. Produzindo maior sustentação, diminui o arrasto (figura 18).

20

Figura 17: perfil de asas

Fonte: https://nascidosparavoar.wordpress.com/comissario-de-bordo/bloco-4/cga-conhecimentos-gerais-de-

aeronaves/cga-2-teoria-de-voo/.disponível em 22 de março de 2017

Figura 18: aerofólio

Fonte: https://nascidosparavoar.wordpress.com/comissario-de-bordo/bloco-4/cga-conhecimentos-gerais-de-

aeronaves/cga-2-teoria-de-voo/.disponível em 22 de março de 2017.

AVIÕES DE PAPEL

Das quatro forças básicas da aerodinâmica vistas anteriormente, pode utilizar três de-

las para explicarmos o voo de alguns segundos dos aviões de papel (figura 19).

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Figura 19: diagrama de um corpo livre de avião de papel

Fonte:. http://fisicagrupoquatro.blogspot.com.br/2015/04/curiosidade-fisica-por-traz-do-aviao-de.html. Dispo-

nível em 22 de março de 2017

FS = Força de Sustentação; FA= Força de Arrasto; P= Força Peso

Sustentação - força gerada pelas asas, causada pela diferença de pressão entre a

superfície superior e inferior.

Arrasto - é a força que se opõe contra o avião, diminuindo a velocidade do um avi-

ão.

Peso - pode trabalhar a favor ou contra o avião.

Com exceção da força de tração, as outras forças ocorrem no avião de papel. A força

de tração poderá ser aplicada pela mão do lançador, em consequência de o papel ser leve, po-

de acontecer do avião de papel conseguir segundos no ar, dependendo também do seu mode-

lo.

As asas de um avião de papel precisam produzir sustentação suficiente para compensar

o seu peso. Quanto mais rápido se deslocar, maior sustentação as asas produzirão, mantendo-o

no ar. As asas e o corpo do avião de papel também produzem arrasto, que cresce quanto mais

rápido voar o avião.

Como não há motor para produzir tração, o avião de papel tem que conseguir veloci-

dade de outra forma. Dependendo do modelo do avião, um avião de papel de bico fino ele

pode ser apontando para baixo, trocando altitude por velocidade, permite que ele voe rápido o

suficiente para gerar a sustentação necessária para seu peso. E apontando o avião para cima,

só terá um bom desempenho, se o modelo for um planador, onde ficará mais tempo no ar.

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Nesse momento o aluno já terá mais conhecimentos, converse com os alunos sobre su-

as dúvidas, e os novos conhecimentos. Peça novamente que eles respondam as questões (as

mesmas questões respondidas no começo da primeira etapa). O que se espera é que os alunos

consigam responder com mais facilidade, já que nessa etapa eles já estarão com maior conhe-

cimento.

QUESTIONÁRIO

1- O que você entende por aerodinâmica?

2- Como é possível que um avião convencional voe?

3- Quais forças estariam envolvidas no avião durante o voo?

4- Para que um avião tenha uma boa sustentação no ar, como deve ser a velocidade e

pressão do ar nas asas de um avião?

5- Você sabia que podemos observar alguns conceitos da Física nos aviões de papel?

Carga horária: Na etapa 3: 2 aulas (1 hora e 40 minutos).

ETAPA 4: Preparação dos aviões de papel e competição.

Nesta etapa, os alunos irão preparar seus modelos, disponibilize folhas e alguns mi-

nutos para que cada aluno monte seu avião, após as montagens de todos, será o momento em

que eles apresentarão seus modelos e explicarão o porquê da escolha e qual a função (vai mais

longe ou fica mais tempo no ar) do avião montado por cada um. É importante que cada avião

tenha a identificação, para diferenciá-los.

Ao termino das apresentações dos aviões se desloquem para o espaço onde haverá a

competição de aviões de papel criados por eles com suas devidas estratégias (quadra ou pá-

tio). Comece com uma modalidade, depois a outra. Solicite que eles se posicionem e, ao sinal

dado, lancem seus aviões. Caso os alunos não consigam perceber na primeira vez, voltem à

posição inicial e repitam o lançamento. A competição finaliza quando chegarem a uma con-

clusão de quais modelos foram os vencedores.

Depois da competição, promova uma roda de conversa para que os alunos apresen-

tem suas considerações a respeito da experiência. Que discutam o que observaram durante o

processo e verificar se conseguiram compreender os conceitos da aerodinâmica nos voos dos

aviões de papel, em um bom ou mal desempenho.

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É essencial que o professor converse com os alunos e que indique outras possibilida-

des de se observarem as forças aerodinâmica, como: nos voos de animais, carros de corrida,

aeromodelos de pequeno porte, aviões feito com outros materiais, por exemplo: isopor, de-

pron (tipo de isopor próprio para aviões), papelão, materiais plásticos, entre outros.

Carga horária: Na etapa 4: 2 aulas (1 hora e 40 minutos).

Sugestões:

Avaliação: O professor poderá avaliar a eficácia da sequência, aplicando o questioná-

rio antes e pós execução do conteúdo; participação e comportamento dos alunos; empenho e

desempenho nas aulas, antes e depois da competição.

Proposta para construção de um aeromodelo de nepron:

Uma sugestão que pode corroborar com a sequência é a construção de um aeromo-

delo de isopor ou depron (material específico para mini aeromodelo). O modelo desse aero-

modelo é de um Cessna 182, obtido pelo site: http://aerogaropaba.blogspot.com.br/. Pelo site

pode ser impresso o molde para a confecção (impressão em partes, mas pode ser colado, para

ser passado no tamanho ideal no isopor. Com a base desse aeromodelo podemos diversificar

os vários tipos de asas, figura 20.

Para a construção desse modelo com os alunos, é aconselhável que o professor utilize

aulas extraclasses, ou horário no contra turno, ou até em vários dias, pelo motivo da demora

na construção, fica a critério da disponibilização de tempo entre professor e alunos.

Figura 20: foto do modelo cessna 182 em um aeromodelo de depron, com dois tipos de asas.

Fonte: elaborado pela autora

Para a construção desse aeromodelo é preciso ter em mãos:

A planta da fuselagem;

Cartolina (para colar a planta, ficando mais resistente);

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Quatro placas de depron de 5mm;

Estilete;

Cola para isopor;

Isopor de 2cm para as asas;

Pincel para marcar o molde no depron;

Lixas para madeira (a mais grossa e a mais fina) para acabamento das asas;

Peso para ser colocado dentro/ frente do avião (para que a frente fique mais pesado,

pode ser um pedacinho de pneu ou borracha que cole dentro do aeromodelo);

Cola quente para cola o peso dentro do avião;

Pincéis permanente para pintar o aeromodelo;

Régua para medir as asas;

Cordão para amarrar a asa a fuselagem.

Com esses materiais em mãos, recortar na cartolina as partes da fuselagem e passar

essas partes do molde no depron, e recortar com o estilete, colar a parte de baixo da fuselagem

com as laterais, o segredo para que cole rápido é passar a cola de isopor no local, deixar secar

por alguns minutos, quando tiver quase seca cola, cole o depron um no outro (figura 21) dessa

maneira cola muito rápido. Cuidado com a parte da frente, pois dá mais trabalho por conta da

curva da frente.

Figura 21: fuselagem após colada

Fonte: elaborado pela autora

Após a construção, os alunos podem pintar o aeromodelo, destacando as janelas e par-

tes móveis (figura 22).

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Figura 22: pintura da fuselagem

Fonte: elaborado pela autora

Antes das asas, colar um pedaço de borracha ou de pneu, algo que fique dentro do avi-

ão, na parte da frente, que no momento que o aeromodelo for cair, caia sempre de frente (figu-

ras 23 A e 23B).

Figura 23: na figura 23 A: local onde será colocado a pedra e a borracha e na 23 B: ideia de como fazer o

peso.

Fonte: elaborado pela autora

Para as asas são necessários uma placa de isopor de 2cm, o comprimento da asa já é

o comprimento do isopor, cerca de 1m, e a largura com 17cm; uma placa de isopor dá para

duas asas, recortar a parte que ficará encaixado na fuselagem sempre medindo para não errar.

Com o isopor cortado no modelo da asa, lixar toda a asa de maneira assimétrica, os alunos

devem lixar com a lixa mais grossa e fazer o acabamento com lixa mais fina, após, cole o de-

pron nas asas tanto na parte superior como inferior, deixando um espaço na parte da frente

(figura 24).

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Figura 24: asa do aeromodelo

Fonte: elaborado pela autora

Os alunos podem fazer diferentes tipos de asas, asa assimétrica (figura 25 A) e asa

com winglets nas pontas (figura 25 B), os alunos podem estudar e pesquisar qual é melhor

modelo. Encaixar a asa e amarrar com um cordão. Pronto o aeromodelo já estará pronto para

ser lançado. Uma dica bem interessante é procurar um local aberto e espaçoso, e de preferên-

cia que tenha uma vegetação baixa (capim), para amenizar o impacto do aeromodelo no mo-

mento da queda.

Figura 25: asa assimétrica 25 A e 25 B asa com winglet

Fonte: elaborado pela autora

Os alunos devem pesquisar e estudar as melhores maneiras para se lançar o aeromo-

delo, já que é bem diferente dos aviões de papel. O professor deve procurar maneiras para que

todos os alunos tenham a chance de lançar o aeromodelo, lembrando dos diferentes tipos de

asa, onde os alunos podem perceber qual asa tem mais aerodinâmica, e assim poderem des-

crever a experiência de uma aula bem divertida.

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