unidade didática i - [oscilações] leticia e derick (1)

UNIVERSIDADETECNOLGICAFEDERALDOPARANDEPARTAMENTOACADMICODEFSICA

PROJETOSDEENSINOEMOSCILAES,ONDASEACSTICA

PROJETO#2UNIDADEDIDTICATEMA:OEnsinodeOscilaesatravsdeLaboratriosExperimentais

decustobaixo.(LowCostLab&VirtualLab)

DerickKuglerLetciaMancia

Curitiba

2015

1. Apresentaodotema:

Motivados pela necessidade de criar uma ponte de transposio entre o

conhecimento terico (saber ensinado) e o cotidiano dos alunos e devido a

dificuldade dos alunos de ensino mdio na aprendizagem e abstrao dos conceitos

fsicos abordados em sala de aula e nos livros didticos,a construo dessa

UnidadeDidticafoibaseadanametodologiaexperimental.

Apesar da grande motivao dos professores em trazer atividades

experimentais para as aulas de fsica, a dificuldade relacionada com a

infraestrutura das escolas, hoje um dos maiores obstculos para os professores,

desta forma, esta unidade traz experimentos materiais de custo baixo e virtuais

gratuitos que podem ser facilmente construdos e/ou baixados da internet

gratuitamente pelo professor, gastando pouco ou quase nada, que so portteis,

podemserutilizadosdiversasvezesecomumtemporeduzidodeaula.

A atividade experimental no Ensino de Fsica est ligada ao desenvolvimento

intelectual do estudante e suas fases da construo do conhecimento e da

aprendizagem definidos por Piaget (1982), justificase a experimentao no ensino

de Fsica como uma ferramenta auxiliar ao processo ensinoaprendizagem do

conhecimento.

Ao trabalhar com a experimentao no ensino de oscilaes, mais

especificamente sobre a constante elstica de uma mola , Movimento Harmnico

Simples e Pndulo, com materiais de baixo custo, e tambm com laboratrios

virtuais, atravs de simulaes, priorizamos alguns objetivos principais para cada

captulo da unidade, assim apresentandoos na abertura de cada respectivo

captulo.

Esta unidade didtica, est dividida em 3 captulos independentes, e foi

pensada para auxiliar o professor de fsica em sala de aula, visando a melhoria do

processo de aprendizagem dos alunos, trazendo atividades onde os estudantes

trabalharo em grupos e tero de desenvolver e construir instrumentos de

linguagemeorganizao.(ex:grficos,tabelas,etc),comoveremosaseguir.

CaptuloIConstanteElsticaDaMola

(VirtualLab)

Figura1AplicativoPhETColorado.LaboratriodeMolas.Fonte:PrintScreendapgina

eletrnica..

Neste primeiro captulo, desejamos aprimorar os conhecimentos tericos

sobre a Lei de Hooke, transpondo toda a teoria divulgada pelo professor no

ambiente de sala de aula, trazendo os alunos para um laboratrio virtual, no qual

podero tirar concluses valiosas acerca das propriedades de uma mola, foras

envolvidas no processo e tambm desenvolver subsunsores para os prximos

captulosdestaunidade.

Tema:LaboratrioVirtual:Calculandoaconstanteelsticadeumamola

Data:Turma:Tempo:2aulas(100minutos)

Objetivos:

Estimaraconstanteelsticadeumamolaatravsdoapplet

Corrigirasquestespropostasnoroteiro,combasenoexperimentovirtual,

Apreciar que a constante elstica de uma mola no depende da massa, e sim

umacaractersticaintrnsecadaprpriamola.

Prrequisitos:

LeisdeNewton

LeideHooke(Aulaterica)

Recursos:

Computador(1pordupla)comJAVAinstalado

Roteiro

Calculadora

Metodologia

1. Atividade com simulao virtual (applet) para clculo da constante

elsticadamola.

2. Resoluodequestespropostas

Atividadesaseremdesenvolvidas:

1. A aula dever se realizar no laboratrio de informtica da escola, (nos

computadores,deverserpreviamenteinstaladooprogramaJAVA)

2. Osalunosdeverotrabalharemdupla

3. O laboratrio virtual dever ser aberto, e aps isso , o passoapasso do

roteiro(anexoI)deveserseguido.

4. As questes propostas, devero ser resolvidas e a folha entregue ao

professor.

AtividadeComplementar:

Noseaplica

Avaliao:

Calcularaconstanteelsticadeumamolaatravsdoapplet

Responder as questes propostas no roteiro , com base no experimento

virtual,

Perceber que a constante elstica de uma mola no depende da massa, e

simumacaractersticaintrnsecadaprpriamola.

Referncias:

ALVES, V. de F. A insero de Atividades experimentais no ensino de Fsica em nvel mdio: em

busca de melhores resultados de aprendizagem. 2006. 133 f. Dissertao (Mestrado) Curso de

MestradoemEnsinodeCincias,UniversidadedeBraslia,Braslia,2006.

DOCA,R.HBISCUOLA,G.J.VILLASBOAS,N.Fsica1ed.SoPaulo:Saraiva,2010

HALLIDAY,DRESNICK,R.Fsica(4v).RiodeJaneiro:LTC,1986

http://phet.colorado.edu/sims/massspringlab/massspringlab_en.html

AnexoI

Aluno:Turma:

RoteiroExperimental

Calculandoaconstanteelsticadeumamola

Vocutilizaraseguinteequao: xF = k

Onde:

Faforapeso

kaconstanteelsticaquedevesercalculada

xaelongaosofridapelamolaquandosubmetidaaumaforapesoF

Vocdeveranotartodososdadosnastabelas,procedendodaseguinteforma:

Transformeovalordamassaemgramasparakg

CalculeaForaPeso, .gF = m

Observenarguaqualfoiavariaonaelongaodamola.(noesqueade

colocarissoemmetros)

Calculeaconstanteparacadamassautilizada.

Massa(Kg) F(peso)(N) x(metros) k(N/m)

Apsestarcomatabelacompleta,respondaasquestesabaixo:

1. Sobaaodequaisforas,amassaestsujeita?

2. Amassainfluenciadequemaneiranadeterminaodaconstanteelstica?

3. Sevocrealizasseessamesmaexperincianalua,qualseriaovalordek?

4. Qualainflunciadagravidadenesseprocesso?

5. Vocconseguedizersegrandezasenvolvidassodiretamenteou

inversamenteproporcionais?

6. Oqueaconteceriasevocutilizaumamolacomumaconstantealta(mola

rgida)?

7. Umamolatemconstanteelsticade10N/cm.Determineaforaquedeve

seraplicadaparaqueamolasofraumadeformaode5cm.

8. Aconstanteelsticadeumamolade30N/cm.Determineadeformao

sofridapelamolaaoseaplicarnelaumaforade120N.

9. Aplicandoseumaforade100Nnumamolaelasofreumadeformaode2

cm.Qualaforaquedeformaamolade10cm?

10.Umamolasubmetidaaodeumaforadetrao.Ogrficoabaixo

indicaaintensidadedaforatensoraemfunodadeformaox.

Determine:a)aconstanteelsticadamolab)adeformaoxquandoF=60N.

CaptuloII

PerodoeFrequnciano

MHS(LowCoastLab)

Figura2Objetosutilizadosnaconstruodoexperimento.Fonte:internet.

Este captulo aborda o conceito de Movimento Harmnico Simples, trazendo esse fenmeno para a sala de aula, na forma de experimento de custo baixo,visando auxiliar o professor de fsica a fazer uma aula experimental e ajudando os alunos a construir os conhecimentoscitadosnosobjetivosmaisabaixo.

MovimentoPeridicoeOscilatrio

No estudo dos movimentos oscilatrios esto fundamentados alguns dos

maiores avanos para a cincia, como a primeira medio com preciso da

acelerao da gravidade, a comprovao cientfica da rotao da Terra, alm de

inmeros benefcios tecnolgicos, como a inveno dos primeiros relgios

mecnicos.

Movimentoperidico

Um movimento peridico caracterizado quando a posio, velocidade e

acelerao de um corpo mvel se repetem em intervalos de tempo iguais, como por

exemplo, o movimento do ponteiros dos relgios, de um ponto qualquer demarcado

em um aro de uma bicicleta que anda com velocidade constante ou at o

movimentorealizadopelosplanetasemtornodoSol.

Chamamos perodo do movimento (T) o intervalo de tempo que estes ciclos

levam at se repetirem. Assim, ao decorremse um nmero (n) de repeties em um

determinadointervalodetempo(t),seuperodoserdadopelaexpresso:

Como n uma grandeza adimensional, o perodo tem unidade igual

unidade de tempo. No SI, medido em segundos (s).Alm do perodo, em um

movimento peridico, considerada uma grandeza chamada freqncia (f), que

corresponde ao numero de repeties do movimento (n) em um determinado

intervalodetempo(t),ouseja:

Analisando as unidades da relao, a frequncia medida pelo inverso de

unidadedetempo,ouseja1/squerecebeonomedehertz(Hz)noSI.

Comparando as equaes do perodo e da frequncia, podemos definir a relao

entreelascomo:

MovimentoHarmnicoSimples

PodemosobterumaequaoparaapulsaodoMHS:

Temosque:

e

Comosabemos,afrequnciaigualaoinversodoperodo,logo:

Tema:AulaExperimentalsobrePerodoeFrequncianoMHS

Data:12/05/2015Turma:Tempo:2hora/aula(100minutos)

Objetivos:

Recordar os conhecimentos abordados sobre dinmica e constante elstica

deumamola

Discutir de que maneira podemos aplicar esses conhecimentos na oscilao

demonstradapeloprofessor

Calcularoperodoatravsdapulsao,comnoscilaes.

Traarogrficoempapelmilimetrado.

Analisar os resultados do grfico afim de formular uma relao entre as

grandezasdamolaeoperododomovimento.

Deduziraequaoparaoclculodafrequncia.

Prrequisitos:

LeisdeNewtonparaarotao

MovimentoCircularUniforme

LeideHooke

Recursos:

Quadronegro,

Giz

Mola

Pequenamassa.

Cronmetro(podeserdecelular)

Rguade30cm

Metodologia:

AulaExperimental:

1. DemonstraodeExperimentocomparticipaodosalunos

2. Experimentorealizadoemgrupopelosalunos


3. O professor dever separar a turma a fim de que se formem 3 ou 4

grupos, levando um kit experimental (contendo uma rgua, mola,

massa , folha de papel milimetrado e folha de atividade complementar)

paracadagrupo.

4. O professor ir recordar com os alunos alguns conceitos importantes

sobre dinmica, como 2 Lei de Newton e a fora restauradora de uma

mola.

5. Ser realizada uma demonstrao experimental utilizandose uma

mola de plstico e uma massa pendurada em uma de suas

extremidades. A massa ser colocada a oscilar com uma amplitude

pequena afim de instigar os alunos sobre as grandezas fsicas

presentes nesse movimento, tais como a massa do corpo a oscilar, a

constante elstica da mola, o tempo necessrio para oscilar

completamenteeaamplitudedomovimento.

6. Os alunos devero, ento, reunirse em grupos,e o professor distribuir

okitexplicandoaatividadeproposta.

7. Aps os alunos organizaremse, devese iniciar o experimento e a

medio de suas pulsaes mdias afim de comparar dois

movimentos oscilatrios distintos, os batimentos cardacos e a

oscilao do sistema massamola. Todos os dados devero ser

anotadosnastabelas(anexoII).

8. Com um bom nmero de pulsaes, realizar uma mdia por aluno.

lembrando seu pulso est associado a sua freqncia cardaca e esta

varia muito, porm, normalmente em repouso, os valores variam entre

60e90batimentosporminuto.

9. Com o cronmetro do celular, estimaro o perodo de oscilao do

sistema massamola que ser fornecido ao seu grupo, assim como

utilizaro uma rgua escolar (30 cm) para estimar o valor da amplitude

domovimento.

10.Com os dados devidamente anotados, os alunos devero traar um

grfico em papel milimetrado da posio da massa acima e abaixo da

posio de equilibrio, isto , da amplitude em funo do tempo em

segundos.

11.Com esse trabalho feito, uma analogia com o movimento circular ser

necessria para se determinar a relao entre o perodo de oscilao

do sistema massamola, a constante elstica da mola e a massa que

foipostaaoscilar.


Caso haja tempo extra, os alunos devero resolver uma lista de exerccios

visando a resoluo de casos parecidos com o trabalho realizado trabalho em sala.

AlistadeExercciosconstanoAnexoII.

Avaliao:

Avaliar os conhecimentos abordados sobre dinmica e constante elstica de

umamolaatravsdoquestionrio.

Ajuizar de que maneira podemos aplicar esses conhecimentos na oscilao

demonstrada

Estimaroperodoatravsdapulsao,comnoscilaes.

Acompanharaconstruodogrficoempapelmilimetradopelosgrupos.

Validarosresultadosdogrficoencontradospelosgrupos

Referncias:






AnexoII

1. TABELASUtilize essa tabela para anotar os dados da sua frequncia cardaca e o nmero de oscilaesdosistemamassamola.

NmerodePulsaes OscilaesdoSistema Pulsaes/Oscilao

Medida1

Medida2

Medida3

Medida4

Mdia

Utilizeessatabelaparadeterminarotempomdiodeumapulsaosua.

Nmerodepulsaes Tempocronometrado Pulsaes/Segundo

Medida1

Medida2

Medida3

Medida4

Mdia

Nessa ultima tabela, converta o nmero de pulsaes/oscilao para segundos/oscilao. Isto , utilize os dados da segunda tabela para adequar a primeira tabela aos padres de medidadoSistemaInternacional:

Pulsaes/Oscilao Pulsaes/Segundo Segundos/Oscilao

Medida1

Medida2

Medida3

Medida4

Mdia

2.ListadeExercciosComplementar

01. Considere os ponteiros dos minutos e das horas em um relgio. Determine a velocidadeangularrespectivaparacadaumdeles.

02. Se uma massa for muito superior a constante elstica da mola onde foi posta a oscilar, o que se pode afirmar sobre o perodo desse movimento? (Vai ser pequen ougrandeeporqu?)

03. Uma mola de constante elstica igual a 100 N/m possui uma massa fixa em uma de suas extremidades com valor de 4 kg para sua massa. Determine o tempo necessriopara:

a. amassacompletarumaoscilao

b. amassapercorrerumadistnciaigualaodobrodesuaamplitude.

CaptuloIII

PnduloSimples(VirtualLab)

Figura3LaboratriodePndulosdoPhETColorado.Fonte:PrintScreendapginaeletrnica.

Neste terceiro e ultimo captulo da unidade didtica, o foco principal ser em um virtual lab com pndulo simples, vale ressaltar que todas as atividades que foram trabalhadas at agora requerem uma aula de conhecimentos tericos, que incluam a demonstrao das equaes,grandezasefenmenosenvolvidos.

Tema:LaboratrioVirtual:CalculandooPerododeumPnduloSimples

Data:Turma:Tempo:1aula(50minutos)

Objetivos:

Definir o conceito de Pndulo Simples a partir de fenmenos semelhantes

observadospelosalunos

DeterminaroPerododeumPnduloSimples,

Aprimorar a concepo do movimento do Pndulo utilizando um Applet para

simulao.

Prrequisitos:

LeisdeNewton

LeideHooke

PerodoeFrequncianoMHS

Recursos:

Computador(1pordupla)

Roteiro

Calculadora

Metodologia

1. Atividade com simulao virtual (applet) para clculo do perodo de um

pndulosimples.

2. Resoluodequestespropostas


1. O professor pergunta classe sobre fenmenos que eles observam no

cotidiano que podem ser compreendidos como um MHS, assim como ser

possveldeterminaroPerodoeaFrequnciadomovimentoemquesto.

2. Aps certa exposio das ideias dos alunos, o professor ento define o

conceito de Pndulo Simples, afim de classificar alguns dos fenmenos

citadosanteriormentepelosalunos.

3. Feito isso, uma relao com o MHS seria estabelecida com o intuito de

determinaroperododeoscilaodeumPndulo.

4. Aps a apresentao da equao, os alunos devem abrir o Applet de

simulaodeumPnduloSimpleseentoseguiroroteirodaatividade.

5. Por fim, os alunos devem preencher as tabelas e responder as perguntas

paraentregarumrelatriosobreaaula


Noseaplica

Avaliao:

Encontrar situaes do cotidiano onde se aplicam o conceito de Pndulo

Simples

Relacionar o perodo de um pndulo simples com a sua dependncia do

tamanhodofioecomoamassaafetaomovimento.

Simular diversos ambientes para o fenmeno oscilatrio de um pndulo

simplesparamelhorcompreenderseufuncionamento.

Referncias:






https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/pendulumlab

AnexoIII

Aluno:Turma:

RoteiroExperimental

CalculandooPerododoPndulo

SabemosqueoperodoTdeumPnduloSimplespodesercalculadoutilizandoa

expresso:

T = 2 lg

Sendolocomprimentodofioegaaceleraodagravidade(aproximadamente

10m/s).

Coloqueamassaparaoscilarcomumaamplitudede10.

Ativeaopooutrasferramentasparaabrirocronmetro

Espereamassaatingirumdosextremosparacomearasuacontagem.

Calculeotempoparadiversasoscilaeseutilizeatabelaabaixopara

melhororganizarseusdados:.

Massa(Kg) Comprimento(m) Noscilaes Tempototal(s) Perodo(s)

Realizeomesmoprocedimentoagoraparaumngulode30

Massa(Kg) Comprimento(m) Noscilaes Tempototal(s) Perodo(s)

Apsestarcomatabelacompleta,respondaasquestesabaixo:

11.Quandovocvariouamassa,oquehouvecomoPerodo?

12.Quandovocvariouamassa,oquehouvecomaEnergia?

13.QualainflunciadocomprimentodofiosobreoPerodo?

14.EsobreaEnergia?

15.Parangulosmaiores,semvariarocomprimentodofio,oquehouvecomo

Perodo?

16.Seutilizaraequaodadanoincio,vocencontrariaquevaloresparao

Perodo?(Utilizeg=10m/seocomprimentodofionasimulao)

unidade didática i - [oscilações] leticia e derick (1)

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