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Proposta de ensino de Força peso e Aceleração da Gravidade para o ensino médio com uso de sensores da PASCO

Gilmar Wagner Guilherme Liguori

Mateus H. R. Zaniti Rafael Henrique Campos Rogério Hisashi Honda

Samuel Gianasi Rodrigues

Estudante do curso de Licenciatura em Física Bolsista do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência

São João del Rei/MG, 14 de dezembro de 2011

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RESUMO: Todos os objetos que conhecemos estão sob a ação de uma força, a força

gravitacional, que se dirige ao centro do planeta Terra. Como qualquer força atuante

sobre uma massa gera uma aceleração sobre essa massa, então podemos dizer que

temos uma aceleração gravitacional. Uma equação que relaciona essa aceleração

gravitacional, a força peso e a massa de um corpo foi utilizada na parte experimental,

utilizando um corpo com uma massa M e um peso P, medido através de um sensor de

força da PASCO. Com essas grandezas, descobrimos a aceleração da gravidade local.

1. INTRODUÇÃO

Força Peso

Quando falamos em movimento vertical, introduzimos o conceito de aceleração

da gravidade, que sempre atua no sentido a aproximar os corpos em relação à

superfície da Terra.

Relacionando com a 2ª Lei de Newton, se um corpo de massa m, sofre a

aceleração da gravidade, quando aplicada a ele o principio fundamental da dinâmica,

poderemos dizer que:

A essa força, chamamos Força Peso, e podemos expressá-la como:

ou em módulo:

O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai, podendo ser variável,

quando a gravidade variar, ou seja, quando não estamos nas proximidades da

superfície da Terra.

A massa de um corpo, por sua vez, é constante, ou seja, não varia.

Existe uma unidade muito utilizada pela indústria, principalmente quando

tratamos de força peso, que é o kilograma-força, que por definição é:

1kgf é o peso de um corpo de massa 1kg submetido a aceleração da gravidade

de 9,8m/s².

A sua relação com o newton é:

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A aceleração da gravidade em um ponto é a intensidade do campo gravitacional

nesse ponto. Geralmente, o ponto é perto da superfície de um corpo massivo. Um

exemplo é a aceleração da gravidade na Terra ao nível do mar e à latitude de 45° (g)

que é aproximadamente igual a 9,80665 m/s². A aceleração na Terra varia

minimamente, devido a, principalmente, diferentes altitudes, variações na latitude e

distribuição de massas do planeta.

Quanto ao uso dos sensores da PASCO, foi uma sugestão dada pelo

Coordenador do PIBID, o prof. João Antônio. Procuramos usar os sensores em uma

aplicação experimental em laboratório. Por isso, aplicamos o conceito de que um corpo

distante do chão está sobre ação apenas de seu peso. Usando como reação normal à

tração de um sensor de força da PASCO, foi possível medir essa força.

É muito complicado trabalhar com esse tipo de material em escolas públicas,

devido à falta de materiais, falta de laboratório em bom estado para o uso, e ainda à

falta de tempo. Mas atividades como essas são de grande importância para alunos do

ensino médio, principalmente no ensino de física. Os alunos têm uma chance de ver as

aplicações da física em prática, o que é raro hoje no nosso ensino.

2. OBJETIVOS

O objetivo principal é produzir aprendizagens nos alunos de ensino médio sobre

Força Peso e Aceleração da Gravidade. Para tal, o professor faz uso de diversos

recursos medicionais para ensinar esse conteúdo, entre esses, o uso de sensores de

força da PASCO.

O objetivo do experimento é determinar a aceleração da gravidade local, através

dos conceitos de peso e massa de um corpo.

3. CONTEÚDO A SER ENSINADO

- Força peso;

- Relação da força peso e a massa de um corpo;

- Aceleração da gravidade.

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3.1. Importância do conteúdo

É de grande importância para o aluno aprender o conteúdo proposto, porque o

mesmo consta nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) e nos Conteúdos Básicos

Comuns (CBC) do Estado de Minas Gerais, portanto é assunto de vestibular e de

grande valia para os alunos.

Será importante também para o aluno poder conceituar massa, peso e

gravidade. Aplicar conceitos de física em exemplos e explicações. Trabalhar em grupo

para elaboração de hipóteses e explicações.

3.2. O que dizem os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+) para a área de

Física para o Ensino Médio e os Conteúdos Básicos Comuns (CBC) do Estado de

Minas Gerais

No CBC, consta muito pouco sobre o assunto, mas tem um item a respeito da

aceleração da gravidade e este item é “10.1.4. Compreender o conceito de aceleração

da gravidade e sua unidade de medida no S.I.”. E a respeito do uso de artefatos

tecnológicos o CBC diz: “O currículo deve propiciar ao estudante compreender algumas

das tecnologias desenvolvidas a partir do conhecimento gerado pela Física. Os

equipamentos tecnológicos devem ser examinados do ponto de vista das soluções

encontradas para os propósitos a que se destinam e do impacto social e econômico

que eles produzem na vida das pessoas. Nessa perspectiva, os artefatos e soluções

tecnológicas têm um valor pedagógico relevante.”.

3.3. Descrição do conteúdo

Existe uma força, a força gravitacional, que atrai qualquer corpo próximo a outro

para seu centro. No caso de grandes corpos, como um planeta ou um satélite natural,

essa atração é suficientemente grande para que qualquer objeto que esteja o mais

próximo de sua superfície. Essa força é chamada gravidade. Pela segunda lei de

Newton, podemos afirmar que uma força atuante em um corpo implica sobre ele uma

aceleração, então, podemos dizer que, atribuído a qualquer corpo, uma aceleração

gravitacional, proporcional à massa do planeta e inversamente proporcional à distancia

de seu centro. A massa de um corpo é uma propriedade física constante do mesmo. O

peso de um corpo é uma propriedade que varia com relação à sua massa e à

aceleração da gravidade do planeta. Portanto, podemos afirmar a equação 1:

P=mg (1)

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Onde, P=peso do corpo; M=massa do corpo; e G=aceleração da gravidade local.

No sistema internacional de unidades, a massa de um corpo é dada em

quilogramas (kg), a aceleração é dada em metros por segundo ao quadrado (m/s2) e o

peso dado em newton (N).

4. METODOLOGIA

4.1. Materiais e recursos

Sensor de força da PASCO, pesos com massas previamente analisadas, um

netbook contendo o programa para a leitura dos dados do sensor de força, um suporte

fixo para o sensor, um projetor de multimídia para apresentação teórica e melhor

visibilidade das leituras do programa.

4.2. Número de aulas previstas

Uma aula de 50 minutos.

4.3. Em que momento do planejamento geral das aulas de Ensino Médio a

proposta poderá/deverá ser trabalhada em sala de aula

A aula será ministrada para alunos do primeiro ano do ensino médio, que

estejam estudando as leis de Newton e suas aplicações.

4.4. Descrição da sequência de ações nessas aulas

Parte 1: No inicio da aula, apresentação de slides com a teoria sobre massa, peso,

gravidade e aceleração da gravidade, usando apresentação de slides em formato *.pdf,

para facilitar a abertura em qualquer sistema operacional. A motivação será uma tirinha

do Garfield™, na qual o personagem pensou em viajar para um planeta no qual a

gravidade seja menor, com intenção de perder peso. Essa parte da aula não deverá

ultrapassar os 15 minutos de duração.

Parte 2: Experimento: será apresentado o sensor de força da PASCO e a interface do

programa utilizado para a leitura dos dados. Ao sensor, um peso com massa

previamente medida será preso e seu peso avaliado. Com os dados, os alunos deverão

calcular a aceleração da gravidade local. O limite do sensor deverá ser observado, para

que o peso do objeto não o danifique. Essa medida será feita com três massas

diferentes, e os valores para a aceleração da gravidade serão comparados e, possíveis

divergências nos valores serão comentadas e discutidas. Esse processo deve durar

aproximadamente 20 minutos.

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Parte 3: Questionário: Os alunos responderão a um questionário, no qual deverão

calcular o peso de um corpo submetido a diferentes condições de aceleração

gravitacional. Esse processo será realizado em 15 minutos.

4.4 – Processos de avaliação

Os alunos serão incentivados a debater sobre os conhecimentos compartilhados

durante a aula e, a aplicação de um questionário teórico sobre a matéria. As questões

estão abaixo.

1) Defina força peso. Qual é a unidade da força peso?

2) Qual o peso de um corpo de massa igual a 10kg:

(a) Na superfície da Terra (g=9,8m/s²)?;

(b) Na superfície de Marte (g=3,724m/s²)?

3) Uma esfera tem um peso de 12 N calculado no sensor. Utilizando g = 9,8 m/s2,

calcule a massa em gramas desta esfera?

4) Qual a massa em kg de um corpo que pesa 70N na superfície de Júpiter

(g=22,93m/s2)?

5. RESULTADOS

5.1. Local

Foram realizadas duas atividades com o mesmo assunto, mas com alunos

diferentes. As atividades foram realizadas na Escola Estadual Governador Milton

Campos, no município de São João del Rei/MG, em um horário extraturmo à tarde,

mais precisamente às 14 horas e 30 minutos nas datas de 4 e 17 de novembro de

2011, para alunos do primeiro ano do ensino médio. As atividades foram executadas no

laboratório de Ciências Naturais da escola, que por sinal é um bom laboratório, arejado

e com bastante material.

5.2. Descrição das ações realizadas e se ocorreu como previsto, que alterações

ocorreram

1ª Aula (04/11/2011): A aula começou com uma explicação teórica sobre o assunto

tratado. Os alunos prestaram atenção e ficaram quietos, mas não perguntaram nada.

Já na parte experimental, foi chamado um aluno para fazer as medidas, e os cálculos

foram feitos no quadro com o restante da turma. Os alunos participaram do

experimento e fizeram as anotações dos resultados.

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2ª Aula (17/11/2011): Como na aula anterior, essa começou com uma explicação

teórica do conteúdo trabalhado. Por outro lado, os alunos dessa turma participaram

mais e tiveram muitas dúvidas, o que foi percebido pelo tanto de perguntas. Já na parte

experimental, os alunos já estavam cansados e não participaram muito, além do que, a

grande maioria nem prestrou atenção na prática. E, finalmente, fizeram a lista sugerida,

sendo que alguns apenas copiaram essa lista dos outros.

FOTOS PRIMEIRA ATIVIDADE:

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FOTOS SEGUNDA ATIVIDADE:

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6. ANÁLISE E DISCUSSÃO

6.1. Reflexão do ocorrido, pontos positivos, dificuldades encontradas

Antes do primeiro minicurso, tinhámos aquele medo de que os alunos não

fossem gostar da aula e com isso a aula ficaria monótona. Mas os alunos se

comportaram bem em ambos os minicursos. Notamos que o mesmo conteúdo para

duas turmas diferentes geraram diferentes dúvidas e discussões.

Uma das maiores dificuldades dos alunos está na matemática; eles se embolam

muito na hora de resolver as equações. Uma grande dificuldade também encontrada foi

com as unidades; os alunos não conhecem as unidades de muitas grandezas físicas e

ficava, perguntando qual unidade usar.

Notou-se que uma grande evolução no nosso modo de trabalhar de uma aula

para a outra, isso em todos os aspectos. Ficamos satisfeitos com os resultados das

duas aulas aplicadas, pois os alunos falaram que, quando tiverem mais minicursos,

eles vão participar novamente.

6.2. Avaliação do professor, dos alunos

A professora supervisora da turma, Cibelle, esteve presente nas duas aulas

avaliando as turmas e nos ajudando com a ordem. Demonstrou-se interessada, atenta

e satisfeita com o trabalho do grupo. Ajudou com algumas dúvidas tanto dos alunos,

quanto das nossas.

À respeito dos alunos, eles se comportaram bem e foi bem produtivo para os

mesmos. Alguns alunos saíram falando após o minicurso que nunca mais iria esquecer

a Lei de Hooke e a força peso e também que iriam guardar o valor da aceleração da

gravidade por um bom tempo. No fim foi aplicado um questionário em que a maioria

dos alunos acertou todos os quatro exercícios que continha, com exceção de uns três

alunos que erraram muito e nem sabiam o que estavam respondendo.

7. AGRADECIMENTOS: Gostaríamos de agradecer à CAPES as bolsistas concedidas

através do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), à Escola

Estadual Governador Milton Campos (Polivalente) e à professora Cibelle Andrade

Resende Machado a parceira e abertura ao desenvolvimento de nosso trabalho.

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REFERÊNCIAS (1) Conteúdos Básicos Comuns – Minas Gerais. Disponível em:

<http://www.supletivomg.caedufjf.net/supletivo/docs/Prog_Medio_Fisica.pdf>. Acesso

em: 05 dez. 2011;

(2) Parâmetros Curriculares Nacionais – Ensino Médio – Física. Disponível em:

<http://www.sbfisica.org.br/arquivos/PCN_FIS.pdf>. Acesso em: 03 dez. 2011;

(3) http://portaldoprofessor.mec.gov.br/index.html. Acesso em: 07 dez. 2011;

(4) HALLIDAY, David. WALKER, Jearl. RESNICK, Robert. Fundamentos de Física,

Mecânica. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC. v. 2.

(5) ALVARENGA, Beatriz. MÁXIMO, Antônio. Física Ensino Médio. 1. ed. São Paulo:

Scipione, 2007. v.1.