Com o recurso a um CBR – 2 e uma TI Nspire-CX, podemos registar o movimento da bola em situação real e explorar de acordo com as metas previstas para esta Atividade Laboratorial. Embora os professores já tenham lido muito sobre conceções alternativas e ao longo dos anos tentem minimizar e/ou mesmo eliminar este conhecimento baseado no senso comum, estudos revelam que as conceções alternativas resistem ao longo dos tempos. Temos assim de decidir que estratégias utilizar para modificar essas ideias alternativas aproximando-as o mais possível das defendidas pelo cientistas.

Figura 1. Simulação e gráfico posição – tempo do movimento de uma bola com resistência de ar.
Figura 2. Simulação e gráfico posição – tempo do movimento de uma bola sem resistência de ar.
Figura 3. Recolha de dados com sensor de movimento.

A simulação poderá ajudar a a compreender que o tempo de queda não depende da massa mas sim da altura de queda, verificando depois se possível num tubo de Newton.

Figura 4. Queda de uma pena sem efeito da resistência de ar e gráfico posição-tempo do movimento da pena. Recolha de dados com sensor de movimento.

No 11º ano esta atividade do movimento de queda e ascenção de um bola é um recurso verdadeiramente interessante.

Quando fazemos a recolha de dados é possivel visualizar em simultâneo os gráficos velocidade-tempo e posição-tempo. A análise destes gráficos resultante de um acontecimento visualizado pelos alunos ajudará certamente os mesmos a compreender melhor alguns conceitos de cinemática. Como por exemplo:

  • Durante a queda a velocidade aumenta embora seja negativa.
  • Durante a subida a velocidade é positiva no entanto diminui.
  • Inferir qual o sentido do referencial no eixo dos yy.
Figura 5. Gráficos posição tempo e velocidade tempo do movimento de queda e ressalto de uma bola.

O conceito de aceleração é também de difícil compreensão. Muitas vezes constatamos que os alunos assumem o sinal positivo ou negativo do valor da aceleração da gravidade ao sentido com que o móvel se desloca. Isto é, “se o valor de g é negativo na queda então será positivo no ressalto”.

Pela análise dos gráficos, y= y(t) e/ou v=v(t) durante o movimento referente quer a uma queda, ou ressalto ou mesmo queda seguido de ressalto podemos escrever as equações da lei do movimento e da lei das velocidades e deduzir o valor da aceleração. Usando bolas de massas diferentes podemos constatar que a aceleração não depende da massa.

Figura 6. Ajuste da curva de regressão para 1º movimento de queda (g= -9.6 ms-2), 2º movimento de ressalto (g=-9.5 ms-2), 3º queda seguido de ressalto g= -9.5 ms-2.

Na interação da bola com o solo dá-se uma colisão. As forças de colisão são forças interiores de intensidade elevada e que atuam durante um intervalo de tempo muito curto, que poderá ser facilmente visualizado no gráfico aceleraçãotempo. Neste gráfico podemos observar que o valor da aceleração é aproximadamente -10 ms-2, mas atinge valores elevados quando a bola toca no solo, podendo aqui fazer-se uma exploração mais detalhada a nível de 12º ano.

Figura 7. Gráficos aceleração tempo e posição tempo.

Procedimento para aquisição de dados:

  • Conecte a unidade portátil ao Lab Cradle.
  • Escolha a aplicação Vernier Data Quest.
  • Escolha um intervalo de tempo curto (2,5s) para isso premir sobre o campo Duração.
  • Para fazer leituras invertidas faça um clique sobre o campo do sensor e preencha os campos, inverter leituras e zero.