Mecânica

Objetivo do item: Obter a massa de um planeta a partir da Lei da gravitação universal e da 2ª Lei de Newton

Aprendizagens essenciais (11º ano – pág. 7 e 8):

• Aplicar, na resolução de problemas, as Leis de Newton e a Lei da Gravitação Universal, (…);
• Determinar, experimentalmente, a aceleração da gravidade num movimento de queda livre, (…);
• Resolver problemas de movimentos retilíneos (queda livre, plano inclinado e queda com efeito de resistência do ar não desprezável) (…), aplicando abordagens analíticas e gráficas, mobilizando as Leis de Newton, explicando as estratégias de resolução e os raciocínios demonstrativos que fundamentam uma conclusão.

Áreas de Competência do Perfil do Aluno (A, C e D):

- Linguagens e Textos

Utilizar de modo proficiente diferentes linguagens e símbolos associados....... à matemática e à ciência.

- Raciocínio e resolução de problemas

Interpretar informação (…) e desenvolver processos conducentes à construção de produtos e de conhecimento, usando recursos diversificados.

- Pensamento crítico e pensamento criativo

Pensar de modo abrangente e em profundidade, de forma lógica, observando, analisando informação, experiências ou ideias.

Antes da realização da atividade experimental que conduz à determinação da aceleração da gravidade num movimento de queda livre na Terra (g_Terra),

a) comprovar, a partir da Lei da Gravitação Universal, que à superfície da Terra, g ≈ 9,80 ms^-2 

Ao usar, esporadicamente, metodologias de resolução de problemas, que assentam no construtivismo didático, o aluno é posicionado no centro da aprendizagem o que estimula a sua autonomia e capacidade de abordar e resolver outros problemas.

 O papel do professor passa por conduzir a discussão, lançando questões sem apresentar o caminho de resolução. Desse modo, as aprendizagens serão mais significativas.

 Conduzir a discussão no sentido:

- Dedução da fórmula g = GM/r², identificando as constantes necessárias, G e M e identificando a variável independente, r.

- Cálculo de g_Terra e comparação com o valor esperado.

- [extra] Discussão sobre a variação de g na Terra em função da latitude e em função da altitude.

 Após a realização da atividade experimental que conduz à determinação da aceleração da gravidade num movimento de queda livre na Terra (g_Terra),

 b) extrapolar para a possibilidade de obtenção de g_Lua.

 Sugere-se usar uma metodologia de aprendizagem baseada em questionamento, não dando respostas diretas aos alunos mas levando-os a estabelecer relações mentais que desenvolvam o raciocínio lógico na abordagem de problemas.

Sugestão para esse diálogo [Inquiry based learning  em cinco etapas principais - Pedaste, M. et. al, 2015]:

1. Orientação

- g_Lua = g_Terra? Observando vídeos de objetos em queda na Lua, qual é a principal diferença comparativamente a essa queda na Terra? Chegar à conclusão que g_Lua < g_Terra.

Informar os alunos que em 1971, na missão Apollo 15, o astronauta David Scott largou simultaneamente um martelo geológico e uma pena de falcão da mesma altura. Mostrar o vídeo dessa experiência:

https://moon.nasa.gov/resources/331/the-apollo-15-hammer-feather-drop/

- Galileu afirmou, séculos antes de se imaginar ir ao espaço, que objetos de massa diferente em queda livre, caem ao mesmo tempo. Porque é que se pode confirmar esse facto através desta experiência? g depende ou não da massa do objeto?

- Através desse vídeo será possível determinar, aproximadamente, g_Lua? Que grandezas teriam de se medir?

2. Conceptualização da experiência (em sala de aula, por análise de vídeo)

- Como medir o tempo de queda? [R: vários alunos cronometram o tempo de queda]

- Como medir a distância de queda? [R: Uma hipótese é investigar a altura do astronauta David Scott (1,83 m), solicitar a um aluno que tenha aproximadamente essa altura para se posicionar como o astronauta no vídeo e medir a altura dos braços ao chão].

Outra sugestão: usar um software de vídeo-análise (por exemplo, Tracker^®).

3. Investigação

- Como obter o tempo de queda mais provável?

- Com os dados obtidos, como determinar g_Lua experimental?

- Qual é a g_Lua real?

4. Conclusão

- Solicitar a um aluno que apresente oralmente o resultado obtido e o compare com o real.

5. Discussão.

- Enumerar fatores de erro experimental e forma de os minimizar.