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Uma análise histórica da queda livre, abordando experimentos realizados por galileu e newton, além de discutir as teorias de aristóteles e newton sobre o movimento dos corpos. O documento também detalha as metodologias utilizadas pelos cientistas e as consequências de suas descobertas para a compreensão da gravidade.
Tipologia: Trabalhos
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Alan Aparecido de Paula Aline M. Conde Alysson Miranda de Lima Cassiane Ap. Jesus Santos Wellington Manzano Julia C. Garanhani Júlio César Martins Otávio Carvalho de Lima
Dentro da realidade do ensino da Física em nosso país, o de ensinar de modo eficiente aos alunos se mostra um desafio dos mais difíceis. O método tradicional de ensino se faz nos dias de hoje pouco eficiente e monótono. Criar novos meios de transmissão de conhecimento, onde o aluno possa sair de sua passividade e se tornar um agente ativo do seu processo formativo, garante uma eficácia maior na transmissão de conteúdos complexos. Utilizando de experimentos laboratoriais, no caso deste relatório o experimento tratou-se em compreender o fenômeno físico de queda livre, partindo das experiências de Galileu e Newton, buscou-se uma interação maior do agente principal no recebimento de conhecimento, quebrando o paradigma: quadro negro, professor, livro. Ao utilizar praticidade mesclando com teoricidade prende-se a atenção do aluno no seu processo formativo transformando-o em um aprendizado lúdico, transformando um assunto complexo em uma experimentação prática e ativa dentro da sala de aula, realizando uma experimentação eficaz, fugindo do método decorativo. Palavras-chaves: Interação. Física. Galileu. Leis de Newton. Relatórios. Engenharia.
Desde a mais tenra infância nos acostumamos a ver com certa naturalidade as chamadas “Leis Naturais ou Físicas”, mesmo sem ter a mínima noção dos agentes que nestas agem. Atos como, ver um objeto em queda livre, sendo este de modo natural (uma fruta caindo de uma árvore) ou mesmo mecânico (atirar uma bola para cima) não trazem consigo motivos suficientes para elaborarmos um tratado físico/filosófico. Contudo, somos seres que temos uma aguçada curiosidade sobre as coisas. A passividade com a qual vemos estes fenômenos de hoje em um passado até não muito recente tirava o sono de muitas pessoas que viam os fenômenos acontecerem ao seu redor e se desesperavam por não saberem os reais motivos de estes ocorrerem, tendo-se no muito das vezes de se apegarem a explicações mitológicas e de certo modo fantasiosas sobre o mesmo, o que obviamente não acarretava paz de espírito para estes homens curiosos. Foi na Grécia Antiga com o surgimento da Filosofia e consequentemente do início da sistematização dos estudos científicos que surgiram os primeiros questionamentos racionais sobre os fenômenos físicos. Aristóteles (384 – 322 a.C.) inicia uma “metodologização” sistemática passando a procurar respostas embasadas no racional do que até então era explicado apenas no empírico. O filósofo grego trazia consigo a teoria do “Geocentrismo”, onde segundo ele a Terra era estacionária e os astros luminosos (sol, lua) giravam ao redor dela de modo ordenado em órbitas circulares concêntricas. O mesmo dizia que havia forças físicas diferentes para explicar os movimentos dos objetos terrestres dos objetos celestes. Aristóteles buscou explicar os movimentos dos corpos terrestres. Segundo ele, o fenômeno de uma pedra caindo em linha reta nada mais era do que um “retorno” da mesma ao seu lugar natural que era o centro da Terra. Para ele tudo tinha seu lugar próprio e como a natureza era formada por quatro elementos: terra, água, fogo e ar, os elementos mais pesados tendiam naturalmente para o centro da Terra enquanto os elementos leves como fogo e ar tendiam para um movimento contrário, ou seja, subiam para o seu lugar próprio que era as esferas concêntricas. Outra constatação interessante que Aristóteles apresenta é de que quando um
objeto apresenta movimentos não naturais (algo lançado para cima), este objeto apresenta um movimento “violento” contrário à natureza, só sendo possível tal movimento através de uma força motriz. Por mais simplória que seja a concepção aristotélica, há de se encontrar uma meritocracia plausível em seus estudos, haja vista que, o mesmo não possuía de meios tecnológicos adequados e nem literatura confiável para tecer sua teoria. Mesmo assim, essa tese perdurou por mais de 18 séculos. Somente com Galileu Galilei (1564 – 1642), o estudo sobre a queda dos corpos passa a ganhar conotação científica de fato. Galileu observou que o movimento de pendulo de um corpo dependia do comprimento do fio e independia da massa pertencente ao objeto atado a este mesmo fio. Galileu constatou que a diferença da velocidade na queda dos corpos se devia exclusivamente ao meio, pois os pesos diferentes lançados de uma mesma altura em meios diferentes apresentavam velocidades de queda diferentes. Ainda segundo sua constatação, corpos menos de menor massa lançados em um meio mais denso tem uma lentidão acentuada se comparados a corpos mais pesados. Por outro lado em meios menos densos essa lentidão diminui e a diferença de massas entre os corpos faz com que a queda se faça em menor diferença de tempo. Lançando um olhar além, quando se realiza a experiência no vácuo, as massas apresentadas se mostram irrelevantes e o tempo de queda dos objetos tanto para os mais leves quanto para os mais pesados se faz igual (LOCQUENEUX, 1989). O movimento de queda livre para a época de Galileu era avançada demais para a tecnologia de então. O mesmo não dispunha de equipamentos como relógios e cilindros de vácuo para realizar experimentos. Portanto, houve a necessidade de elaborar metodologias condizentes com a realidade temporal do cientista italiano. Ele elaborou uma experiência partindo de um plano inclinado onde se constatou que a queda dos corpos não de fazia com movimentos acelerados, mas sim com um movimento uniforme acelerado (RIVAL, 1997). Galileu utilizou-se de método matemático experimental através de observações mensuráveis o que permitiu que ele e sua experiência do plano inclinado se tornassem de fato a primeira tentativa moderna de tentar explicar a queda livre dos corpos (Ibid.). Sessenta anos depois, outro cientista chamado Isaac Newton começa seus experimentos gravitacionais. Este por se tratar de um cientista mecanicista, vê na
Estudar as condições de queda livre de um corpo e, através de cálculo, comprovar que, sem a interferência de ar no corpo, os objetos tendem a cair no mesmo instante de tempo. Através das equações do movimento uniformemente variado, determinar a velocidade com a qual os objetos chegam ponto mais baixo da trajetória. 3 MATERIAIS UTILIZADOS Cronômetro digital – podendo ser o ligado diretamente aos sensores ou, quando não funcional, um contador próprio; Bolinha de aço; Tripé estrutural para queda livre com régua milimetrada; Bateria de 6V ~ 12V para funcionamento do eletroímã. Figura 1 – Ilustração do equipamento utilizado
h (altura de queda – mm) – 200 mm Repetiçã o t (tempo de queda – s) t² (tempo ao quadrado) Velocidade de queda (v
Analisando os resultados obtidos se buscou alcançar resultados pautados nos dados coletados de modo a se tornar o mais semelhante possível às experiencias de queda livre realizados por Newton e Galileu. Contudo, a falha na coleta eficaz de dados devido a ampla utilização dos equipamentos no laboratório comprometeu o alcance satisfatório de tal intenção. Ao analisar os dados obtidos e lançá-los nas formulas dentro da planilha excel não se pôde obter gráficos satisfatórios. Porém, utilizou-se as fórmulas do MRU: V = ∆S/∆t se alcançou a velocidade média do experiemento, o que possibiitou a obtenção dos gráficos apresentados acima. Devido a falha na obtenção de dados importantes para a confecção do relatório seus resultados ficaram comprometidos não atingindo os objetivos por completo.
BARRETO, Márcio. Newton e a Metafísica: uma proposta de ensino de Física para o segundo grau a partir do resgate das origens do conceito de força à distância. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Educação da Universidade Estadual de Campinas. São Paulo, 1995. COELHO, Lopes Ricardo. A segunda Lei de Newton. Manuais e História da Ciência. São Paulo, Ed. Especial v. 20, p. 536-549. 2000. HIODO, F. Y. A forma e o campo de gravidade da Terra. [S.l.]: [s.n.], 2009. LOPES, B.J. Aprender e Ensinar Física. Fundação Calouste Gulbenkian, Fundação para a Ciência e a Tecnologia. Braga. Março, 2004. LOCQUENEUX, R. História da Física. 1ª. Ed., 2ª. reimpr., v. 2, Rio de Janeiro: Globo,b1989. NEWTON, Isaac. Principia Mathematica Philosophiae Naturalis. São Paulo: Editora USP, 2002. RIVAL, M. Os grandes experimentos científicos. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1997 RODRIGUES, Idely Garcia. Aspectos Epistemológicos da Mecânica de Newton: Novas Formas de Compreensão dos Conceitos. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Física e Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo. São Paulo, 1988. VEIT, E.A.; TEODORO, V.D. Modelagem no ensino: Aprendizagem de Física e os Novos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física. São Paulo, vol. 24, n.2, p. 87-96, jun. 2002. VIGOTSKY, L.S. A formação social da mente: o desenvolvimento dos processos psicológicos superiores. 4 ed. São Paulo: Martins Fontes, 1991. WESTFALL, Richard. A vida de Isaac Newton. Rio de Janeiro: Nova Fronteira,
