UMA AULA EXPERIMENTAL SOBRE CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR UTILIZANDO RECURSOS MULTIMIDIA.

## UMA AULA EXPERIMENTAL SOBRE CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR UTILIZANDO RECURSOS MULTIMIDIA.

## Fábio Ferreira Barroso e Rafael Pinheiro Santos 1 2

- 1 Colégio Santo Inácio, fabio.barroso@santoinacio-rio.com.br
- 2 Colégio Santo Inácio, rafael@santoinacio-rio.com.br

## Resumo

A proposta deste trabalho é ensinar a conservação do momento linear através de experiências num trilho de ar, para turmas do ensino médio. O trabalho consiste em analisar com os alunos, a partir da observação dos fenômenos e da experimentação, a aplicação do método cientifico para conservação do momento linear em colisões unidimensionais. Usaremos, ainda, a filmagem da colisão para estudar qualitativamente e quantitativamente o fenômeno. O objetivo da experiência é dar motivação às aulas e aos estudantes, fazendolhes adquirir atitudes como: a curiosidade pelo fenômeno desconhecido, o interesse pela disciplina e a troca de conceitos e de atitudes. Além da experiência, foi utilizada paralelamente como motivação da aula, a história das primeiras observações e quantificações dos conceitos de colisões. Essa proposta de trabalho foi levada à sala de aula e desenvolvida com as turmas da segunda série do ensino médio no Colégio Santo Inácio - Rio de Janeiro. Esperamos que o método aqui apresentado atue diretamente da formação das Competências e Habilidades dos alunos, como sugerido pelos Parâmetros Curriculares Nacionais [1], ordenando os conceitos, planejando as estratégias de trabalho, promovendo atitudes críticas, objetivas e científicas, e mostrando os caminhos e métodos de investigação quando os alunos se encontram frente a uma situação desconhecida. Além disso, a realização do experimento motivou os estudantes, ativou-lhes a curiosidade e desenvolveu a capacidade em analisar resultados e a trocar conceitos com o professor de forma mais estreita.

Palavras-chave : ensino de física, momento linear, colisões, método científico.

## A Preparação da aula e do experimento

No Colégio Santo Inácio o aluno cumpre uma carga horária de 4 (quatro) tempos de aula de física por semana, sendo que uma obrigatoriamente dentro da grade de horário é uma aula experimental no laboratório de física da escola. Essa aula pode ser demonstrativa ou com a realização de medidas por parte dos alunos, dependendo do andamento dos conteúdos em sala de aula o professor encaminha a melhor proposta de trabalho. Essas aulas de laboratório são discutidas por toda equipe de professores de física da escola, com o objetivo de enriquecer o trabalho dos docentes e dar mais qualidade as aulas experimentais.

Em um desses encontros foi proposto que pensássemos em uma atividade para discutir os conceitos da conservação do momento linear.

A aula foi pensada para acontecer em quatro tempos de 50 minutos, onde foi organizada da seguinte maneira: Na primeira aula uma visão histórica do problema onde os alunos fizeram uma pesquisa sobre o tema e resgataram uma visão sobre a origem das discussões dos conceitos no século XVII entre Leibniz e Descartes 1 2 culminando no desenrolar com D'Alembert sobre o conceito da atuação de força 3 agindo numa distância e num intervalo de tempo.

A segunda aula foi preparada para os alunos interagirem com o experimento, retirando relações de causa e efeito e os dados do experimento, através da filmagem das colisões realizadas no trilho de ar.

A terceira parte foi o tratamento de dados, montagem de gráficos e as leis da conservação do momento linear e por fim a quarta aula em que prepararam um relatório e uma breve apresentação do experimento realizado. Toda aula foi pensada em cima de conceitos apresentados no livro didático adotado pelo colégio [2].

## O processo histórico

O livro didático escolhido pela equipe do colégio [2] foi à base para essa aula, onde nele é abordada uma polêmica entre os físicos Descartes e Leibniz até a resolução da polemica com D'alambert.

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Figura 01: Descartes, Leibniz e D'Alembert.

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O físico e filosofo francês, Descartes acreditava que tinha encontrado a verdadeira medida de movimento e para comprovar essa ideia usava experiências com colisões, nas quais verificou que a soma dos momentos linear dos corpos envolvidos na colisão permanece a mesma antes e após a colisão. Leibiniz alguns anos depois publica um trabalho: 'Uma breve demonstração do erro memorável de Descartes...'. Nele ele argumenta que o produto massa e velocidade não seria a grandeza física adequada para definir a verdadeira medida de movimento de um corpo, e sim o que ele chamou de força viva (m . v ) que originou o conceito de 2 energia cinética.

A partir daí, durante aproximadamente um século estabeleceu-se uma polêmica no meio científico, sobre quem estaria com a razão.

Somente em 1743 a disputa é resolvida. D'Alambert, físico e matemático afirma que tanto um quanto outro são boas medidas de movimento. Ele demonstra que: A energia cinética de um corpo está relacionada com a ação de uma força ao longo do deslocamento no qual ela atua; Já a quantidade de movimento está relacionada com a ação da força ao longo do intervalo de tempo em ela age.

## Descrição das aulas

A primeira aula motivou muito os alunos e o que nos impressionou foi a grande participação dos alunos que se identificam com a área das ciências humanas. Nas discussões sobre o processo histórico de evolução do conceito apresentado e suas contextualizações.

Na segunda aula os alunos ficaram intertidos e concentrados no trabalho com o trilho de ar e com as filmagens. Percebemos muito interesse por parte dos alunos em trabalhar com uma superfície quase sem atrito e na produção do vídeo.

A terceira aula foi a mais cansativa pois aconteceu o tratamento de dados, montagem de gráficos e as relações com os conceitos.

Na quarta aula aconteceu a entrega do relatório final e as apresentações sobre a proposta desenvolvida. Percebemos que os alunos entenderam a proposta e se motivaram a compreender o fenômeno estudado.

## O experimento e a Coleta de Dados.

Mostramos abaixo um frame de um vídeo do experimento realizado por um grupo de alunos no trilho de ar. Esses vídeos foram analisados pelo programa Tracker [3] que se encontra disponível gratuitamente na internet. Este programa utiliza o tempo de apresentação do vídeo e monitora frame a frame o deslocamento dos objetos destacados no vídeo. Após selecionar os objetos a serem estudados o programa fornece vários tipos de gráficos, em nossa analise escolhemos trabalhar com os alunos o gráfico da posição em função do tempo.

No vídeo analisado abaixo, o carro 1 da direita colide com o carro 2 da esquerda na tentativa de produzir uma colisão perfeitamente elástica com carrinhos de massas iguais.

Notamos que o carro 1 esta em movimento enquanto o carro 2 se encontra em repouso. Após a colisão entre os carros, que ocorre no instante de tempo igual a 0,57s, o carro 2 passa a se mover e o carro 1 se mantém em repouso.

Figura 02: Tela de captura de dados.

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Na figura abaixo temos os dados isolados do carro 1 antes e após a colisão.

Figura 03: Tela do programa fornecendo o gráfico posição x tempo do carro 1 com os parâmetros da equação.

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A partir deste resultado, analisamos a equação da reta desse gráfico, representado na Figura 03, comparando-o com os parâmetros da experiência:

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ou, fazendo a correspondência entre os parâmetros,

<!-- formula-not-decoded -->

Encontramos para o coeficiente angular, valor igual a 0,513.

Na figura abaixo temos os dados isolados do carro 2 antes e após a colisão.

Figura 04: Tela do programa fornecendo o gráfico posição x tempo do carro 2 com os parâmetros da equação.

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A partir deste resultado, analisamos a equação da reta desse gráfico, representado na Figura 04, comparando-o com os parâmetros da experiência:

<!-- formula-not-decoded -->

ou, fazendo a correspondência entre os parâmetros,

<!-- formula-not-decoded -->

Encontramos para o coeficiente angular, valor igual a 0,526.

Como podemos verificar nos gráficos acima o tipo de colisão observada pelos alunos foi à colisão perfeitamente elástica. Os coeficientes angulares das duas retas são próximos, dentro da barra de erro experimental.

## Conclusão

A dificuldade de compreender o assunto abordado foi reduzida à medida que os alunos puderam observar e pensar no fenômeno da conservação do momento linear de uma maneira alternativa. Construir um experimento é trabalhoso, porém quando se observa a melhor compreensão por parte dos alunos em relação ao conteúdo estudado, facilitando o aprendizado, percebe-se que o objetivo do educador foi alcançado. O experimento e o método apresentado teve papel relevante na construção do conhecimento do aluno, motivando-o e fazendo-o pensar através da observação do fato a evolução do conceito ao longo da história.

Ressaltamos que após a realização da experiência, com ênfase nas evoluções históricas dos conceitos, os alunos se demonstraram mais interessados em participar da aula. Essa prática apresentada aqui é só uma opção para se chegar a construção da aprendizagem e do conhecimento do momento linear no ensino médio, de uma forma mais concreta e experimental a fim de facilitar o processo ensino-aprendizagem.

Resaltamos que a analise quantitativa poderia ser mais explorada se tivéssemos mais tempo para trabalhar com os alunos em sala e se o numero de alunos em sala fosse reduzido.

## Agradecimentos

Agradecemos a toda equipe de professores de física do Colégio Santo Inácio pelas discussões e oportunidade de crescimento profissional adquiridas em nossos encontros.

## Referências

- [1] Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio (PCNEM), 2001.
- [2] Guimarães, Luiz Alberto e Fonte Boa, Marcelo Cordeiro, Física Mecânica Ensino Médio, Vol1, Ed. Galera Hipermídia, Rio de Janeiro, 2010. ISBN 858804910-4.
- [3] Sítio para obtenção do programa para análise dos dados: http://www.if.ufrgs.br/cref/uab/lab/tracker.html
- [4] As ilustrações foram obtidas no sítio eletrônico http://www.corbis.com.