1

OFICINA:

PROPOSTAS DE ENSINO DE FÍSICA CONTEXTUALIZADAS COM A ASTRONOMIA E A ASTRONÁUTICA

Hugo Henrique de Abreu Pinto (SEEDUC-RJ)hugolape2004@yahoo.com.br

TODO O MATERIAL DA OFICINA SE ENCONTRA DISPONÍVEL EM:www.hugo.pro.br

1. Plano de aula 1 – Introdução à mecânica e referenciais

1.1 Pressupostos conceituais necessários:

Nenhum.

1.2 Objetivos:

• Entender a “mecânica” como um ramo da física.

• Compreender os conceitos de movimento, repouso e trajetória.

• Entender que movimento, repouso e trajetória dependem do referencial adotado.

1.3 Duração da aula: 100 minutos.

1.4 Materiais necessários:

• Computador com programa Stellarium instalado (o programa Stellarium pode ser

baixado gratuitamente em http://www.stellarium.org/pt/).

• Datashow.

2

1.5 Estratégias:

1.5.1 Definir a “mecânica” como o ramo da física que estuda o movimento. Dar exemplos

gerais, que podem variar desde o movimento de uma pedra ou um carro até

movimentos de planetas e estrelas.

1.5.2 Questionar os alunos: “como saber se algo está em movimento ou em repouso?

Será que isso é simples?”

1.5.3 Questionar os alunos: “um passageiro em um ônibus em movimento, está em

movimento ou em repouso?”. Responder à questão no referencial de outro

passageiro e no referencial de um observador fixo no solo (figura abaixo).

Figura 1 – Passageiro de ônibus observado de diferentes referenciais (fonte: vestibular UFRJ 2008).

1.5.4 Questionar os alunos: “um poste fixo no solo está em movimento ou em repouso?”

Responder à questão no referencial de um ônibus em movimento e no referencial

do Solo.

1.5.5 Questionar os alunos: “o planeta Terra está em movimento ou repouso?” Caso a

resposta da maioria dos alunos seja “movimento” (conforme devem ter estudado

nas aulas de ciências), os alunos devem ser questionados sobre a observação

desse movimento no cotidiano. Deve-se explicar que os movimentos terrestres são

descritos EM RELAÇÃO AO SOL, e que EM RELAÇÃO À GENTE, a Terra se

encontra em repouso.

1.5.6 Utilizar a animação disponível em

http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/PlanetasEstrelas/TerraLuaSol.html, projetada

3

por datashow, para mostrar movimentos da Terra e da Lua em relação ao Sol (fora

de escalas de tamanho e distância).

Figura 2 – Animação sobre o sistema Sol-Terra-Lua (fonte: http://www.astro.iag.usp.br/~gastao/PlanetasEstrelas/TerraLuaSol.html)

1.5.7 Questionar os alunos: “o Sol se encontra em movimento ou em repouso?”

1.5.8 Usar o programa Stellarium, projetado por datashow, para mostrar o movimento do

Sol (e das outras estrelas e planetas) em relação à Terra [1]. Para tanto, recomenda-

se:

• colocar os pontos cardeais leste (E) e oeste (O) nos extremos da tela e o norte

(N) no centro, como na Figura 3;

• ajustar o relógio do programa para o dia da aula, na parte da manhã;

• fazer o tempo correr mais rápido até atingir a noite;

• fazer o tempo correr normalmente, dar “zoom” em algum planeta e em seguida

clicar fora dele, para observar seu movimento em relação à Terra. Esse

movimento é facilmente observado em telescópios com aumentos a partir de

50x.

1[

[

] A utilização do programa Stellarium é muito intuitiva, pois muitos de seus controles são

análogos aos de um aparelho de DVD. De qualquer forma, existe um tutorial no site do

download do programa e uma janela de ajuda no próprio programa.

4

Figura 3 – Imagem obtida com o programa Stellarium.

1.5.9 Exibir um vídeo filmado dentro de um brinquedo de parque de diversão (disponível

em http://www.youtube.com/watch?v=I6QT-aBeCCQ&feature=related), para

exemplificar observações em um referencial em movimento.

1.5.10 Retornar a questão do movimento do poste (seção 1.5.4), dessa vez usando

também o Sol como referencial.

1.6 Atividades para casa:

• Leitura do site “A Física e o Universo” (www.hugo.pro.br/astronomia.htm), Unidade 2,

seções de 1 a 6.

• Resolução de alguns exercícios, como os do Anexo I.

1.7 Atividade relacionada:

Havendo a possibilidade de levar os alunos a uma área aberta (pátio do colégio, por

exemplo), em uma noite sem nuvens, e de posse de um pequeno telescópio, pode-se fazer

observações do céu com os alunos. Uma forma de se obter um pequeno telescópio (o

Galileoscópio) é inscrevendo o colégio na Olimpíada Brasileira de Astronomia e

Astronáutica (http://www.oba.org.br).

5

Figura 4 – Galileoscópio. (fonte: http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?

experimento=674&USANDO+O+GALILEOSCOPIO+PARA+FILMAR+A+LUA++USING+GALILEOSCOPE+TO+SHOOT+THE+MOON)

Com o Galileoscópo, é possível observar, entre outras coisas:

• crateras da Lua;

• fases de Vênus (nas épocas do ano mais apropriadas);

• Júpiter com suas quatro luas galileanas;

• Saturno com seus anéis;

• os movimentos aparentes (em relação à Terra) de todos os corpos celestes citados

acima (observação especialmente útil para trabalhar o conceito de referencial).

2. Plano de aula 2 – Introdução à mecânica e referenciais

2.1 Pressupostos conceituais necessários:

• Movimento, repouso e referencial.

• Velocidade (média e instantânea).

6

• Movimento retilíneo uniforme.

2.2 Objetivos:

• Compreender as leis de Newton de forma qualitativa e entender sua importância

científico-tecnológica na atualidade.

2.3 Duração da aula: 100 minutos.

2.4 Materiais necessários:

• Computador.

• Datashow.

• Garrafa PET de 2 litros.

• Arame.

• Alicate.

• Prego.

• Fio de Nylon (ou linha de pesca, ou “linha para pedreiro”).

• Borrifador de plantas.

• Álcool etílico líquido (92,8º).

• Fósforo ou isqueiro.

2.5 Estratégias:

2.5.1 Apresentar a Mecânica Newtoniana como um marco histórico, por explicar

todos os movimentos conhecidos na época de sua formulação (século XVII).

Dar exemplos, como a queda de uma maçã e a órbita da Lua.

2.5.2 Explicar que a Mecânica Newtoniana continua a ser usada até hoje. Dar

exemplos, como:

• órbitas de satélites;

7

• previsões astronômicas no Sistema Solar (ocorrência de eclipses, posições

de planetas etc.);

• monitoramento de asteroides próximos à Terra;

• lançamento de foguetes espaciais.

2.5.3 Como uma forma de visualizar as leis de Newton aplicadas ao lançamento de

foguetes, realizar o “experimento do foguete de garrafa PET” (descrito no Anexo

III). OS ALUNOS DEVEM SER ORIENTADOS A NÃO REPETIREM O

EXPERIMENTO EM CASA, POR ENVOLVER USO DE MATERIAL

INFLAMÁVEL! [2]

Figura 5 – “experimento do foguete de garrafa PET” sendo realizado em sala de aula.

2.5.4 Explicar, de forma qualitativa, a Terceira Lei de Newton aplicada ao

lançamento de foguetes.

2[

[

] Pode-se optar também por realizar um experimento com foguete impulsionado por água

(http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol8/Num2/v08n02a02.pdf e http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?

experimento=157&FOGUETE+DE+AGUA), por vinagre e bicabornato de sódio

(http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=aas&cod=_exploracaoespacialexplor) ou por Coca-Cola e bala

Mentos (http://www.youtube.com/watch?v=gIi1Gf9Ev_M). Entretanto, esses experimentos devem ser realizados ao

ar livre. Vinculada à Olimpiada Brasileira de Astronomia (www.oba.org.br), também existe uma Olimpíada Brasileira

de Foguete, onde os alunos devem lançar foguetes impulsionados com água.

8

2.5.5 Exibir vídeo sobre missão de ônibus espacial, disponível em

http://www.youtube.com/watch?v=IJNw7HH-9fY.

2.5.6 Explicar de forma qualitativa a Primeira e Segunda Leis de Newton,

aplicadas à missão do ônibus espacial do vídeo.

• A Primeira Lei de Newton é exemplificada pela ejeção das câmaras de

combustível (Figura 6) e a continuidade do movimento do veículo espacial [3].

Figura 6 – ejeção de câmaras de combustível de um ônibus espacial (fonte: http://profclaudenir.blogspot.com/2011/04/onibus-espacial.html)

• A Segunda Lei de Newton é exemplificada pelo pouso do veículo espacial

(Figura 7), onde são necessários paraquedas para auxiliar na frenagem do

veículo, exercendo uma força resultante contrária ao movimento.

3[

[

] A rigor, a Primeira Lei de Newton só se aplica quando a força resultante aplicada a um corpo

é igual a zero, o que não é o caso. Neste caso, o que deve ser enfatizado é a possibilidade de

haver movimento mesmo com os motores do veículo espacial desligado, devido à inércia do

veículo. Pode-se citar também a necessidade de uma velocidade de escape, para que o

foguete não retorne à Terra devido a ação da gravidade.

9

Figura 7 – Ônibus espacial sendo freado(fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/onibus-espaciais4.htm).

2.6 Atividades para casa:

1.7.9.1 Leitura do site “A Física e o Universo” (www.hugo.pro.br/astronomia.htm),

Unidade 2, seções de 8 a 12.

1.7.9.2 Resolução de alguns exercícios, como os do Anexo II.

2.7 Atividade relacionada:

Exibição do filme “O Céu de Outubro” (1999).

Referências

Observação: estas referências englobam as aulas propostas anteriormente e a discussão

prévia realizada na oficina.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros

Curriculares Nacionais Ensino Médio. Brasília: SEMTEC/MEC, 2000. Disponível em:

<http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/ciencian.pdf.> Acesso em: 2 out. 2012.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio:

orientações educacionais complementares aos parâmetros curriculares nacionais - Física.

Brasília: SEMTEC/MEC, 2002. Disponível em:

<http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/CienciasNatureza.pdf>. Acesso em 2 out. 2012.

KANTOR, C. A. et al. Coleção Quanta Física. Editora PD. Material de presentação disponível em

<http://www.edicoessm.com.br/pnld/pnld-2012-em/quantafisica/quanta-fisica>. Acesso em 2 out 2012.

O GREF – Grupo de Reorientação do Ensino de Física. Disponível em: <www.if.usp.br/gref>. Acesso:

2 out. 2012.

10

PINTO, H. H. A. Uma Proposta de Ensino de Mecânica no Ensino Médio Contextualiado com a

Astronomia e a Astronáutica. Dissertação de mestrado (Mestrado Profissional em Ensino de

Ciências e Matemática). CEFET/RJ, Rio de Janeiro, 2012. Disponível em:

<http://www.hugo.pro.br/astronomia_downloads.htm>. Acesso em 2 out. 2012.

RIO DE JANEIRO. Currículo mínimo 2012 – Física. SEEDUC-RJ, 2012. Disponível

em:<http://www.rj.gov.br/web/seeduc/exibeconteudo?article-id=759820>. Acesso em 2 out. 2012.

SÃO PAULO. Proposta Curricular do Estado de São Paulo – Física – Ensino Médio. São Paulo:

SEE, 2008. Disponível em:

<http://www.rededosaber.sp.gov.br/portais/Portals/18/arquivos/Prop_FIS_COMP_red_md_20_03.

pdf>. Acesso em 2 out. 2012.

ANEXO I – Exercícios sobre referenciais

1. Um grupo de estudantes faz sinal para um ônibus, mas o motorista resolve não parar no

ponto. Sobre o motorista do ônibus, leia as afirmativas a seguir:

I - O motorista está em movimento em relação ao ônibus.

II - O motorista está em movimento em relação aos estudantes.

III – O motorista está em movimento em relação a um poste na rua.

De acordo com o CONCEITO FÍSICO de movimento e repouso, pode-se dizer que:

a) somente a afirmativa I está correta;

b) somente a afirmativa II está correta;

c) somente as afirmativa I e II estão correta;

d) somente as afirmativas II e III estão corretas;

e) as três afirmativas estão corretas.

11

2. Em relação a um poste fixo no solo, leia as afirmativas a seguir:

I – O poste está em repouso em relação à Terra.

II – O poste está em repouso em relação a um carro em movimento.

III – O poste está em repouso em relação ao Sol.

De acordo com o CONCEITO FÍSICO de movimento e repouso, pode-se dizer que:

a) somente a afirmativa I está correta;

b) somente a afirmativa II está correta;

c) somente as afirmativa I e II estão correta;

d) somente as afirmativas II e III estão corretas;

e) as três afirmativas estão corretas.

3. (UFRJ 2008 – Não específica) Heloísa, sentada na poltrona de um ônibus, afirma que o

passageiro sentado à sua frente não se move, ou seja, está em repouso. Ao mesmo tempo,

Abelardo, sentado à margem da rodovia, vê o ônibus passar e afirma que o referido

passageiro está em movimento.

De acordo com os conceitos de movimento e repouso usados em Mecânica, explique

de que maneira devemos interpretar as afirmações de Heloísa e Abelardo para dizer

que ambas estão corretas.

12

4. Um helicóptero sobe verticalmente e com velocidade constante em relação ao solo.

Desenhe a trajetória de um ponto P situado na extremidade de uma das pás da hélice para

um observador:

a) sentado dentro do helicóptero;

b) no solo, fixo em relação ao solo.

5. Um avião voando horizontalmente solta um pacote de mantimentos. Um observador em

repouso no solo vê o pacote cair com a trajetória mostrada na figura.

Qual das figuras melhor representa a trajetória do pacote de mantimentos, observada pelo

piloto do avião?

a) b) c) d) e)

13

6. O livro “O Pequeno Príncipe” conta a história de um menino que vive em um minúsculo

planeta (impossível no mundo real), tão pequeno que ele pode dar uma volta completa com

apenas alguns passos. A figura abaixo mostra o Pequeno Príncipe admirando uma flor.

No caso da figura, como o Pequeno Príncipe estaria vendo a flor?

a) b)

7. Imagine que você passe aproximadamente 24 horas observando o Sol, a Lua e as estrelas

a noite, em um dia sem nuvens. Quais desses corpos celestes você observaria mudando

de posição no céu ao longo das 24 horas.

a) Apenas o Sol.

b) Apenas a Lua.

c) Apenas o Sol e a Lua.

d) O Sol, a Lua e as estrelas a noite.

e) Nenhum deles.

14

GABARITO

1. D

2. A

3. (Gabarito Oficial) Em Mecânica, o

movimento e o repouso de um corpo

são definidos em relação a algum

referencial. Para dizer que tanto

Heloísa quanto Abelardo estão

corretos, devemos interpretar a

afirmação de Heloísa como “o

passageiro não se move em relação

ao ônibus”, e a afirmação de Abelardo

como “o passageiro está em

movimento em relação à Terra (ou à

rodovia)”.

4.

5. E

6. A

7. D

ANEXO II – Exercícios sobre as leis de Newton (qualitativo)

15

1. (SAERJ[4] 2012) Isaac Newton foi um dos principais precursores do Iluminismo e deu,

ainda, grandes contribuições para o desenvolvimento da Ciência.

Dentre as contribuições de Newton para a Ciência, destaca-se:

a) a formulação do princípio da atração e repulsão, no qual cargas de mesmo sinal se

repelem e de sinais diferentes se atraem;

b) o estabelecimento de que uma pequena mudança no início de um evento pode

acarretar consequências desconhecidas no futuro;

c) a conclusão de que todos os corpos do Universo que possuem massa atraem outros

corpos que também possuem massa;

d) o estudo da mecânica quântica que engloba os sistemas físicos cujas dimensões são

próximas ou abaixo da escala atômica;

e) a descoberta de que todos os planetas movem-se em órbita elíptica em torno do Sol,

em vez de órbitas circulares.

2. (SAERJ[3] 2012) Em uma prova de arremesso de disco, um atleta necessita girar o seu

corpo para exercer um impulso, fazendo com que o objeto adquira movimento ao ser

abandonado. Se essa prova fosse feita em um local onde a gravidade é nula, a trajetória

descrita por esse disco seria uma:

a) circunferência;

b) elipse;

c) parábola;

d) reta;

e) hipérbole.

4[[] Sistema de Avaliação do Estado do Rio de Janeiro. Trata-se de uma prova aplicada pela Secretaria de Estado de Educação do

Rio de Janeiro a todos os alunos da rede como um dos critérios de avaliação da qualidade do ensino.

16

3. A figura a seguir mostra o lançamento de um foguete espacial, com os gases resultantes

da queima do combustível sendo atirados violentamente para fora.

Fisicamente, os gases são atirados para fora porque:

a) os gases exercem uma força em si mesmos para baixo, com a intensidade da força que

eles exercem no foguete;

b) os gases exercem uma força em si mesmos para baixo, com a intensidade da força

resultante do foguete;

c) os gases exercem uma força em si mesmos para baixo, com a intensidade do peso do

foguete;

d) o foguete exerce uma força nos gases para baixo, com a intensidade da força que os

gases exercem no foguete;

e) o foguete exerce uma força nos gases para baixo, com a intensidade da força resultante

do foguete.

4. Imagine uma nave espacial em uma viagem rumo a Marte. Quando esta nave já está bem

longe da Terra, mas ainda distante de Marte, acaba seu combustível. O que aconteceria

com a nave ao acabar o combustível?

a) Continuaria com a velocidade que tinha.

b) Diminuiria sua velocidade.

c) Pararia.

d) Mudaria o sentido do movimento (daria “ré”).

17

5. Desde a Antiguidade, a maioria das pessoas acreditava que a Terra se encontrava parada

no universo. Hoje sabemos que, dentro do nosso modelo de Sistema Solar, a Terra se

movimenta em torno do Sol com uma velocidade de aproximadamente 30 quilômetros por

segundo. Imagine que a Terra está se movimentando na direção indicada pela seta da

figura, e de repente ela para.

O que aconteceria com o homem indicado na figura no momento em que a Terra parasse?

a) Pararia junto com a Terra e nada sentiria.

b) Pararia junto com a Terra e começaria a flutuar.

c) Continuaria em movimento e, para alguém fixo na Terra, seria jogado para frente (no

sentido da seta).

d) Continuaria em movimento e, para alguém fixo na Terra, seria jogado para trás (no

sentido oposto ao da seta).

GABARITO

1. C

2. D

3. D

4. A (considerando desprezíveis as forças gravitacionais entre a Terra e Marte.)

5. C

18

ANEXO III – Experimento do foguete de garrafa PET (a álcool)

Passe duas laçadas de arame (uma próxima ao fundo e outra próxima ao gargalo) no

corpo de uma garrafa PET de 2 litros, cada uma terminada por uma argola. Passe uma longa

linha de nylon pelas argolas de arame e prenda suas extremidades em dois suportes (pode

ser na horizontal, na vertical ou inclinada), bem esticada.

Faça um furo de 2 ou 3 mm de diâmetro no centro da tampa da garrafa, usando um

prego aquecido. Sem a tampa, borrife um pouco de álcool dentro da garrafa (use borrifador

manual tipo usado em plantas ou equivalente) e rapidamente coloque a tampa. Aproxime a

chama de um palito de fósforo (ou isqueiro) do orifício feito na tampa ... e observe o belo vôo

do foguete.

(Fonte: www.feiradeciencias.com.br, texto adaptado)

Uma explicação mais detalhada desse experimento pode ser obtida em:

http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=121#top.

Algumas orientações sobre o experimento:

• OS ALUNOS DEVEM SER ORIENTADOS A NÃO REPETIREM O EXPERIMENTO EM CASA,

POR ENVOLVER USO DE MATERIAL INFLAMÁVEL.

• O foguete deve estar bem alinhado com o fio para não girar e enroscar no fio durante o

lançamento. Pelo mesmo motivo, deve-se verificar se as argolas dos arames estão moldadas

de forma perpendicular ao fio. Recomenda-se que o professor pratique alguns lançamentos em

casa, antes da aula.

• Durante o lançamento ocorre uma reação química que tem como produto água e CO2 (fonte:

http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=121#top). Isso implica

que, para um segundo lançamento, deve-se esperar alguns minutos até a garrafa PET secar e

19

recuperar seu oxigênio. Para repetir o experimento, recomenda-se que o professor tenha um

segundo “foguete” a mão.