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Apresentação

James

Beta

Gali Max

Nilton

Nik

Fran

I9Es

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il-Pa

ula

Este é um material de apoio ao professor de Física. É composto por roteiros de atividades experimentais a serem realiza-das com materiais do cotidiano e alguns instrumentos próprios de laboratório. Além das atividades de laboratório, há três seções:

• “Fisicando”: atividades de aplicação de conceitos físicos, interpretação de linguagens usadas em tirinhas, análise de objetos curiosos, entre outros;

• “Problemas abertos”: problemas em que não há uma resposta defi nida, mas um conjunto de respostas igualmente aceitáveis;

• “A Física explica”: questões que evidenciam a curiosidade inerente ao ser humano a partir de questionamentos sobre os porquês causais (mecanicistas) e fi nais (teleológicos) de fenômenos físicos cotidianos.

Alguns experimentos têm caráter investigativo, permitindo a dedução de relações matemáticas entre variáveis a partir de tabulação de dados e construção de gráfi cos, devendo-se chegar a uma conclusão com uma descrição analítica e teórica do fenômeno. Em outros casos, após a realização dos experimentos, os alunos devem chegar às conclusões es-peradas a partir da leitura de seu material didático e da discussão da teoria dirigida pelo professor. Assim, terá estimulada sua elaboração de hipóteses, argumentação e análise de erros.

Com essa abordagem, as leis da Física, expressas em suas linguagens teórica e matemática, não funcionam como guia da investigação, mas como resultado dela, ao invés de representar tão somente o acúmulo de conhecimentos de fatos e teorias isoladas. Por isso, nesta proposta, o professor é condutor de tais atividades e intermediador, promovendo discussões e orientando os estudantes no processo de investigação.

Para dar ao material uma apresentação dinâmica, foram criados personagens que ilustram momentos de discussão do cotidiano em sala de aula. Esses personagens formam o “Clube da Física”. Seus nomes são referências a físicos que represen-tam os diferentes ramos da Física:

• James: referência a James Joule, representante da termodinâmica;• Alberta ou Beta: referência a Albert Einstein, representante da Física moderna;• Gali: referência a Galileu Galilei, da mecânica;• Max: referência a James Maxwell, representante da eletrodinâmica;• Nilton: referência a Isaac Newton, representante da ótica;• Nikole ou Nik: referência a Nicolau Copérnico, representante da gravitação;• Fran: referência a Benjamim Franklin, representante da eletricidade.

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Faça Física

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água balança de prato

ou digital

barbante

clipes plásticos

cronômetro

fita métrica de costura

objetos diversos

recipiente cilíndrico

régua graduada rígida

1. Sistema Internacional de Unidades (SI) 3Lab 1 – Medir sem instrumentos: vai dar pé? 3

2. Conceitos básicos em cinemática 4

3. Movimento uniforme (MU) 6Lab 2 – Quais as características do movimento de pontos móveis em meio viscoso? 6

4. Movimento uniformemente variado (MUV) 7Lab 3 – Corpos mais pesados caem mais rapidamente? 7Lab 4 – Quem quer dinheiro? Você consegue agarrá-lo? 8Lab 5 – Quais são seus tempos de reação? 9

5. Vetores 10

6. Movimento circular uniforme (MCU) 12Lab 6 – Como funciona a “magrela?” 13

7. Lançamentos oblíquo e horizontal 14Lab 7 – Como Guilherme Tell conseguiu flechar a maçã? 14

8. Dinâmica 18Lab 8 – Frenagens, garçons e parque de diversão: o que eles têm em comum? 19Lab 9 – Aceleradores: quanto de força e quanto de massa? 19Lab 10 – O que o Homem de Ferro tem que ver com a Física? 20Lab 11 – Como o carrinho de Física funciona? 21Lab 12 – Como escolher o elástico para o carrinho? 21Lab 13 – Os livros unidos jamais serão vencidos? 22Lab 14 – Pneus: é dos carecas que as colisões gostam mais? 22Lab 15 – Pneus: tamanho é documento? 23Lab 16 – Como funcionam as máquinas de Atwood? 23Lab 17 – Objetos leves podem puxar objetos pesados? 24Lab 18 – Por que o MCU é circular? 25Lab 19 – Pêndulo de Newton: tudo que bate rebate? 26

9. Trabalho e energia 30Lab 20 – Por que a primeira queda na montanha-russa é a mais alta? 31Lab 21 – Relógios de pêndulo: por que o pêndulo não falha? 32

10. Estática 33Lab 22 – Como a lei da inércia explica as rotações? 33Lab 23 – Qual o segredo do equilíbrio? 35

11. Resistência dos materiais 38Lab 24 – Qual a relação entre a estatura e o número dos sapatos? 38

Referências bibliográficas 40

Sumário

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Faça

Físic

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Medidas e unidades do SI1

Meça as grandezas físicas e registre, na segunda coluna da tabela, o valor obtido sem uso de instrumento de medida. Use a criatividade. Depois escolha o instrumento apropriado para medir cada grandeza e registre na terceira coluna o valor e a unidade de medida usada. Na quarta, transforme em unidade do SI.

Grandeza físicaValor obtido sem uso de instrumento de medida

Valor obtido com instrumento de medida

Medida obtida em unidade do Si

Altura do recipiente Resposta pessoal Resposta pessoal m

Comprimento da cir cunferência do recipiente

Resposta pessoal Resposta pessoal m

Massa do cronômetro Resposta pessoal Resposta pessoal kg

Velocidade do clipe plástico ao afundar na água

Resposta pessoal Resposta pessoal m/s

ConclusãoResposta pessoal. Sugestão: Faça com que os alunos percebam as difi culdades que o ser humano enfrentava quando não existiam instrumentos de

medida. Assim, eles devem reportar-se a épocas históricas em que o homem se valia de partes do corpo como padrões de comparação entre objetos.

Dessa ideia vem o título “Medir sem instrumentos: vai dar pé?”. Chame a atenção para o fato de que todo aparelho e procedimento de medida têm

limitações.

Fisicando1. Pesquise sobre o SI e descreva a importância dele para

a ciência.

No século XVIII, à época da Revolução Francesa, foi criado o Sistema

Métrico Decimal. Até o sé culo XX, havia diferentes unidades de

medida. Em 1953, o Brasil adotou o Sistema Métrico Decimal. Em

1960, na XI Conferência Internacional de Pesos e Medidas, o Brasil

padronizou o uso do Sistema Internacional de Unidades (SI).

A adoção do SI pela comunidade científi ca mundial facilita não

somente o diálogo entre os cientistas como também estabelece um

padrão mundial de medição.

2. Verifi que quais são as sete unidades básicas do SI e com-pare com as unidades de medida utilizadas no Lab 1.

Comprimento – metro (m)

Tempo – segundo (s)

Massa – quilograma (kg)

Temperatura – kelvin (K)

Corrente elétrica – ampere (A)

Quantidade de substância – mol (mol)

Intensidade luminosa – candela (cd)

Professor, dependendo das dimensões e de outras características dos

objetos utilizados, o aluno pode ter usado outras unidades diferentes

das do SI, como, por exemplo, o centímetro e o grama, em vez de ter

utilizado o metro e o quilograma.

água balança de prato

ou digital

barbante

clipes plásticos

cronômetro

fita métrica de costura

objetos diversos

recipiente cilíndrico

régua graduada rígida

Sistema Internacional de Unidades (SI)1

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Gali é um aluno muito esperto. Ao chegar do futebol deveria fazer uma tarefa: defi nir de forma criativa o conceito físico de movimento. Mas ele não queria fazer a tarefa.

1. Pesquise o signifi cado dos conceitos a seguir em seu ma-terial didático e relacione-os às ideias expressas por Gali nos 13o e 14o quadrinhos.

a) Movimento: Do ponto de vista do Sol, um objeto que não se

desloca na superfície da Terra está em movimento, pois ocorre alteração

na sua distância em relação ao Sol.

b) Trajetória: No caso da Terra em relação ao Sol, a trajetória é uma

elipse “desenhada” no espaço, com o Sol situado em um dos focos da elipse.

c) Posição: Imaginando um sistema cartesiano, em que o plano xy é

paralelo ao plano da elipse traçada pela Terra em sua órbita ao redor do

Sol, cada coordenada representaria os pontos por onde a Terra passa, ou

seja, sua localização em cada instante, dentro desse referencial.

d) Deslocamento: O módulo do deslocamento da Terra do periélio

ao afélio seria a medida da linha reta que une

esses dois pontos, isto é, a distância entre eles.

e) Espaço percorrido: O espaço percorrido pela Terra em uma

órbita completa ao redor do Sol é a medida do comprimento da elipse.

f ) Velocidade média: O módulo da velocidade média da Terra ao

completar a órbita ao redor do Sol é igual a zero, pois, nesse caso, a Terra

volta à posição original, isto é, não há deslocamento.

g) Velocidade instantânea: A velocidade instantânea da Terra é

a velocidade tangencial com a qual ela sairia para o espaço caso saísse

de sua órbita ao redor do Sol.

vs

tm =

∆

∆

Fisicando

Conceitos básicos em cinemática 2

Com sua nova visão de mundo, lá fi cou o elétrico menino, mas não por muito tempo.

Mas não esperava que sua mãe estivesse observando-o.

– Ah, mãe, eu tô cansado. Deixa eu fazer a tarefa depois, vai!

– Gali, chega de preguiça! Vai já fazer a tarefa!

– Ai, não vai ter jeito... não tenho ideia de como começar.

“O que se move é o que não está parado”, pensava ele.

Então foi procurar seus livros. Olhou ao redor.

Pensou mais um pouco.

Até que se sentou e os raios solares que entravam por uma fresta o fi zeram pensar no Sol.

Então lhe veio a luz!Ele correu para contar à mãe sua genial ideia.

Mesmo que esteja encostado na parede...

Ou andando de fi ninho...– Mãe, o Sol nos observa o tempo todo e, para ele, estamos em movimento...

... pois a Terra se move ao redor do Sol, distanciando-se dele.

Como estou na Terra, do ponto de vista do Sol, estou em movimento o tempo todo.

Ou sentado assistindo à TV. E como já acabei a tarefa, vou fi car aqui o tempo todo...

Então afastou os cadernos.

Ele queria mesmo era fi car “à toa”.

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2. O Clube da Física resolveu fazer uma excursão para a editora Casa Publicadora Brasileira, em Tatuí-SP. Cada aluno mora em uma cidade diferente, e Max, que mora em São Paulo, fi cou encarregado de alugar um micro-ônibus para buscar os outros colegas. A partir dos conceitos defi nidos no exercício anterior, ajude-o nessa missão.

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Faça

Físic

a

b) Max pretende comprar um Faça Física em Tatuí, para pre-sentear Nik, que mora em Sorocaba, depois passar com ela na casa de Gali, em São Roque. Em quais posições ele deve parar?

s = 130 km s = 80 km s = 54 km

c) Após partir de São Paulo, Max para em Carapicuíba para abastecer. Ele então faz um cálculo para saber a que distância está de Nik. Qual o valor encontrado?

80 − 26 = 54 km

d) Max se lembra de buscar James, que está na cidade de espaço 78 km. Que cidade é essa?

Itu

e) Quando chega a Itu, Max descobre que esqueceu num restaurante em Itapevi seu Ipod. Quanto ele de-verá percorrer para recuperar o aparelho?

|31 – 78| = 47 km

f ) De Itapevi, Max parte para Tatuí, onde compra o Faça Física. Depois vai para a casa de Nik, em Sorocaba. Nesse trecho qual é seu deslocamento? E seu espaço percorrido?

∆s = 80 − 31 = 49 km

Espaço percorrido = |130 − 31| + |80 – 130| = 149 km

g) De Sorocaba, Max, Nik e James foram para a casa de Gali, em São Roque. Nesse trecho, qual o deslocamen-to? E o espaço percorrido?

∆s = |54 − 80| = 26 km

Espaço percorrido = 80 − 54 = 26 km

h) Os quatro partem de São Roque para Boituva, para buscar o restante do grupo. De lá, vão para a sede do clube, em Carapicuíba. Nesse trecho, qual é o desloca-mento? E o espaço percorrido?

∆s = 26 − 54 = –28 km

Espaço percorrido = |116 – 54| + |26 – 116| = 152 km

i) Com a confusão de idas e vindas, James desconfi ou do valor cobrado pelo motorista e calculou todo o desloca-mento e o espaço percorrido nessa aventura. Quais são esses valores?

Sequência da viagem: São Paulo – Carapicuíba – Itu – Itapevi – Tatuí –

Sorocaba – São Roque – Boituva – Carapicuíba. Logo, o espaço percorrido:

|26 – 0| + |78 – 26| + |31 – 78| + |130 – 31| + |80 – 130| + |54 – 80| + |116 – 54| +

|26 – 116| = 26 + 52 + 47 + 99 + 50 + 26 + 62 + 90 = 452 km

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S Ão Pau Lo km 0

i Ta P e V ikm 31

i T ukm 78

B o i T u Vakm 116

C a r a P i C u Í B akm 26

S Ão r o Q u ekm 54

S o r o C a B akm 80

TaT u Íkm 130

Rodovia Castelo Branco.

Mar

ta Ir

okaw

a

a) Faça um diagrama da estrada para resolver os cálculos.

130

116

8078

5431

260

(km

)

São Paulo

Carapicuíba

Itapevi

São Roque

Itu

Sorocaba

Boituva

Tatuí

Item: c d e f f g h h