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Plano de aula > Ciências > 7º ano > Matéria e Energia

Plano de aula - Máquinas simples giratórias

Plano de aula de Ciências com atividades para 7º ano do Fundamental sobreo conceito de momento angular e torque com uma atividade envolvendo bases giratórias como piões e giroscópios.

Plano 03 de 5 • Clique aqui e veja todas as aulas desta sequência

Plano de aula alinhado à BNCC • POR: Willian Takemitsu Shigeyosi

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Sobre este plano select-down

Slide Plano Aula

Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.

Sobre esta aula: Nesta aula, serão abordados aspectos que fazem parte do trabalho com uma das habilidades de Ciências relacionados a Matéria e Energia. Você observará que a habilidade não será contemplada em sua totalidade e que as propostas podem ter continuidade em aulas subsequentes. Esta pode ser considerada uma continuidade sobre a temática e uma atividade diagnóstica para identificar as concepções dos alunos sobre o tema. É aconselhado que os alunos já tenham feito as aulas que tratam sobre máquinas simples: CIE07_01ME01 e CIE07_01ME02.

Esta aula abordará assuntos relacionados às máquinas simples, neste caso as máquinas simples com movimentos rotacionais. Será proposto uma atividade interativa investigativa em que os alunos realizarão uma coleta de dados seguido da análise de resultados.

Para esta aula é necessário que o professor traga um pião, que pode ser de plástico ou madeira, o que for mais prático e fácil para a realidade da escola. Caso não seja possível a compra do pião, o link abaixo instrui como construir pião a partir de bolinhas de gude e cola tipo Durepoxi ou cola de vidro. Entretanto, como o processo leva 24 horas para secagem, é aconselhável construir o pião com bastante antecedência para garantir que ele estará pronto para ser usado:

THENÓRIO, I. Faça um pião e aprenda um pouco sobre o momento angular, Ciência Tube, disponível em <http://www.cienciatube.com/2011/10/momento-angular-piao-bola-de-gude.html>, acesso em: 1 set. 2018.

Para esta aula também será utilizado um https://nova-escola-producao.s3.amazonaws.com/yJTh9J5cepdqd6H7qhTKZGYzffzBz27GtdQAEAYF9WdXvxbEs6e2EnBJPzXS/cie7-01me03--atividade-para-impressao.pdf que servirá como um guia para orientar os alunos na investigação do problema.

Para saber mais e se aprofundar sobre a temática a ser desenvolvida nas aulas que tratam dessa habilidade, consulte o livro e os links abaixo:

Caso o professor tenha interesse em como desenvolver os cálculos sobre a precessão, seguem alguns vídeos sugeridos:

Materiais necessários para a aula: pião, cronômetro, material de apoio, local aberto e com superfície plana. Material para impressão: .

Material Opcional, se possível: fidget spinner, bicicleta, cadeira giratoria ou base giratória.

Título da aula select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 2 minutos

Orientações: Organize os alunos em um semicírculo. Leia o tema da aula, diga que esta frase é o tema da aula e pergunte se eles conhecem exemplos de máquinas simples giratórias.

É possível que os alunos associem com máquinas de carros, motos, helicópteros, bicicletas etc.

Pergunte se eles sabem o que é um pião, ou se já brincaram com um. Talvez alguns alunos nunca tenham visto um, por isso é importante levar os piões, pois na aula o usaremos como objeto de investigação científica.

Atenção: Para esta aula o professor precisa de um local aberto e de piões (um por grupo). Pode-se também trazer, opcionalmente, objetos giratórios que tenham a mesma mecânica, como fidget spinner, bicicletas e cadeiras giratórias, por exemplo, para complementar a aula.

Detalhe: Lembre-se de que piões de madeira exigem prática para enlaçar o pião com o barbante e jogar, então, a sugestão é utilizar piões mais simples, como os de plástico, ou os feitos de bolinhas de gude, mas nada impede que o professor ensine os alunos a utilizar um pião de madeira, tomando os devidos cuidados para não machucar ninguém.

Contexto select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Pergunte se eles já andaram de moto ou bicicleta. Peça que eles compartilhem a experiência e discutam as ideias.

Em seguida, comente sobre a atividade que eles irão realizar: “Hoje vocês investigarão como funciona um pião; para isso, vocês realizarão vários lançamentos com os piões, efetuando uma coleta de dados seguida de análise dos resultados.

Questão disparadora select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 3 minutos

Orientações: Ainda no semicírculo, diga para os alunos investigarem o funcionamento do pião. Para isso, eles devem efetuar os lançamentos em uma superfície plana. De preferência, execute a tarefa fora do ambiente da sala de aula, a não ser que os piões selecionados não apresentem nenhum empecilho quanto a lançamentos no interior da sala. Lembre-se de que, os piões de madeira apresentam pontas metálicas que podem machucar os alunos, além de exigirem certa prática para serem lançados.

Organize os alunos em grupos de acordo com o número de piões providenciados (o ideal é que formem grupos de 3 a 4 alunos, para que todos possam interagir e se divertir).

Leia, então, a questão disparadora. Deixe que os alunos compartilhem suas opiniões sobre o tema e levantem hipóteses sobre qual seria a melhor rota para conduzir este experimento. Não corrija as hipóteses propostas por eles neste momento. A atividade a ser desenvolvida os levará à construção desse conhecimento.

Mão na massa select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 23 minutos.

Orientações: Separe os alunos em grupos proporcionais ao número de piões disponíveis (o ideal é de 3 a 4 alunos por pião). Entregue o questionário para a coleta de dados e leve os alunos para o local onde serão efetuados os lançamentos.

Link para o questionário guia a ser impresso e entregue aos alunos:

Explique a atividade usando o slide projetado. A atividade é bem intuitiva, deixe que os alunos brinquem também com o objeto de estudo, lembre-se que uma aula divertida sempre chama mais atenção.

Durante a atividade, pergunte para eles: “O que mantém o pião em pé? Se aumentar a velocidade de giro ele fica mais tempo em pé? Por que o pião gira meio tombado?”

Acompanhe o trabalho e procure colaborar com os grupos que tiverem dúvidas. Mas evite interferir muito, deixe que eles superem os desafios.

Dica: se for possível, o professor pode levar uma cadeira giratória, ou uma bicicleta para explicar a dinâmica de rotações.

Tempo estimado: 18 minutos.

Transição entre sala e ambiente externo: 5 minutos.

Link para o material impresso

Materiais necessários para a aula: pião, cronômetro, material de apoio, local aberto e com superfície plana. Material para impressão: .

Material Opcional se possível: fidget spinner, bicicleta, cadeira giratoria ou base giratória.

Sistematização select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 17 minutos

Orientações: Proponha uma roda de conversa para que os alunos possam compartilhar o que aprenderam durante a atividade. Discuta as questões do questionário, antes de mostrar esse slide, verificando se houve algum erro conceitual. Só depois disso mostre o slide para o fechamento da aula e sistematização do conteúdo.

Não é necessário que o aluno saiba os nomes dos movimentos, pois isso será apresentado no próximo slide.

O pião não cai devido à inércia de um corpo que está girando, conhecido como momento angular. Sendo assim, um objeto girando tende a permanecer girando até que uma força externa atue sobre este corpo. Por este mesmo motivo a bicicleta, quando está com suas rodas em movimento, manterá o equilíbrio por conservação do momento angular: quanto mais rápido é o giro, maior será o momento angular do objeto.

Com a coleta de dados e a análise dos mesmo os alunos deverão constatar o mecanismo de funcionamento do pião através da investigação. Pergunte “Alguém elaborou alguma hipótese diferente dos demais?”

Esse debate é importante para que os alunos indiquem as hipóteses que foram escolhidas e percebam a importância da observação no ensino de Ciências. E como isso pode gerar novas ideias e propostas de novas teorias para explicar determinados eventos.

Sistematização select-down

Slide Plano Aula

Tempo sugerido:

Orientações: Os movimentos do são os mesmos movimentos descritos pelo nosso planeta Terra. Ambos vão descrever basicamente os seguintes movimentos:

  • Rotação é movimento clássico de giro do pião em torno do eixo principal e provém da força tangencial que os alunos exerceram sobre a superfície do pião para ele começar a girar;
  • Precessão é o movimento giratório que consiste na mudança do eixo de rotação de um objeto, isso acontece devido devido a força da gravidade que acaba exercendo um torque sobre o pião. O torque exerce uma pequena alteração no eixo de giro, alterando o vetor de momento angular (giro), entretanto pela lei da inércia o pião continuará a girar, mas com o eixo de rotação inclinado fazendo o desenho da precessão;
  • Nutação é um movimento pequeno de oscilação que o pião faz em torno da precessão, este movimento ocorre devido a variação de velocidade angular de precessão, basicamente o pião começa perder velocidade por atrito e isso faz com que ele “balance” em torno do eixo de precessão aumentando cada vez mais a precessão até o pião parar no solo;

Observação: tanto o pião quanto a Terra podem, ainda, exercer um movimento conhecido como Translação, onde o corpo se desloca no plano. Apesar da translação poder acontecer concomitantemente com os outros tipos de movimentos, ela não é um movimento típico de uma máquina giratória.

Ao término da atividade é importante verificar se os alunos sistematizaram o conhecimento, peça que eles citem exemplos cotidianos que acontecem este tipo de fenômeno. Se for possível use a cadeira de base giratória e peça eles tentarem girar na cadeira com os braços abertos e depois para fechar os braços durante o giro, como eles vão diminuir a Inércia eles vão girar mais rápido por conservação de momento angular.

Curiosidades: este princípio de funcionamento de um pião (giroscópio) é o mesmo empregado na tecnologia de aeronaves e embarcações para manter o sistema de navegação em equilíbrio no ar ou na água, isto permite, portanto a navegação em piloto automático, ou amenizar o balanço da embarcação no oceano.

Resumo da aula

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Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.

Sobre esta aula: Nesta aula, serão abordados aspectos que fazem parte do trabalho com uma das habilidades de Ciências relacionados a Matéria e Energia. Você observará que a habilidade não será contemplada em sua totalidade e que as propostas podem ter continuidade em aulas subsequentes. Esta pode ser considerada uma continuidade sobre a temática e uma atividade diagnóstica para identificar as concepções dos alunos sobre o tema. É aconselhado que os alunos já tenham feito as aulas que tratam sobre máquinas simples: CIE07_01ME01 e CIE07_01ME02.

Esta aula abordará assuntos relacionados às máquinas simples, neste caso as máquinas simples com movimentos rotacionais. Será proposto uma atividade interativa investigativa em que os alunos realizarão uma coleta de dados seguido da análise de resultados.

Para esta aula é necessário que o professor traga um pião, que pode ser de plástico ou madeira, o que for mais prático e fácil para a realidade da escola. Caso não seja possível a compra do pião, o link abaixo instrui como construir pião a partir de bolinhas de gude e cola tipo Durepoxi ou cola de vidro. Entretanto, como o processo leva 24 horas para secagem, é aconselhável construir o pião com bastante antecedência para garantir que ele estará pronto para ser usado:

THENÓRIO, I. Faça um pião e aprenda um pouco sobre o momento angular, Ciência Tube, disponível em <http://www.cienciatube.com/2011/10/momento-angular-piao-bola-de-gude.html>, acesso em: 1 set. 2018.

Para esta aula também será utilizado um https://nova-escola-producao.s3.amazonaws.com/yJTh9J5cepdqd6H7qhTKZGYzffzBz27GtdQAEAYF9WdXvxbEs6e2EnBJPzXS/cie7-01me03--atividade-para-impressao.pdf que servirá como um guia para orientar os alunos na investigação do problema.

Para saber mais e se aprofundar sobre a temática a ser desenvolvida nas aulas que tratam dessa habilidade, consulte o livro e os links abaixo:

Caso o professor tenha interesse em como desenvolver os cálculos sobre a precessão, seguem alguns vídeos sugeridos:

Materiais necessários para a aula: pião, cronômetro, material de apoio, local aberto e com superfície plana. Material para impressão: .

Material Opcional, se possível: fidget spinner, bicicleta, cadeira giratoria ou base giratória.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 2 minutos

Orientações: Organize os alunos em um semicírculo. Leia o tema da aula, diga que esta frase é o tema da aula e pergunte se eles conhecem exemplos de máquinas simples giratórias.

É possível que os alunos associem com máquinas de carros, motos, helicópteros, bicicletas etc.

Pergunte se eles sabem o que é um pião, ou se já brincaram com um. Talvez alguns alunos nunca tenham visto um, por isso é importante levar os piões, pois na aula o usaremos como objeto de investigação científica.

Atenção: Para esta aula o professor precisa de um local aberto e de piões (um por grupo). Pode-se também trazer, opcionalmente, objetos giratórios que tenham a mesma mecânica, como fidget spinner, bicicletas e cadeiras giratórias, por exemplo, para complementar a aula.

Detalhe: Lembre-se de que piões de madeira exigem prática para enlaçar o pião com o barbante e jogar, então, a sugestão é utilizar piões mais simples, como os de plástico, ou os feitos de bolinhas de gude, mas nada impede que o professor ensine os alunos a utilizar um pião de madeira, tomando os devidos cuidados para não machucar ninguém.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 5 minutos

Orientações: Pergunte se eles já andaram de moto ou bicicleta. Peça que eles compartilhem a experiência e discutam as ideias.

Em seguida, comente sobre a atividade que eles irão realizar: “Hoje vocês investigarão como funciona um pião; para isso, vocês realizarão vários lançamentos com os piões, efetuando uma coleta de dados seguida de análise dos resultados.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 3 minutos

Orientações: Ainda no semicírculo, diga para os alunos investigarem o funcionamento do pião. Para isso, eles devem efetuar os lançamentos em uma superfície plana. De preferência, execute a tarefa fora do ambiente da sala de aula, a não ser que os piões selecionados não apresentem nenhum empecilho quanto a lançamentos no interior da sala. Lembre-se de que, os piões de madeira apresentam pontas metálicas que podem machucar os alunos, além de exigirem certa prática para serem lançados.

Organize os alunos em grupos de acordo com o número de piões providenciados (o ideal é que formem grupos de 3 a 4 alunos, para que todos possam interagir e se divertir).

Leia, então, a questão disparadora. Deixe que os alunos compartilhem suas opiniões sobre o tema e levantem hipóteses sobre qual seria a melhor rota para conduzir este experimento. Não corrija as hipóteses propostas por eles neste momento. A atividade a ser desenvolvida os levará à construção desse conhecimento.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 23 minutos.

Orientações: Separe os alunos em grupos proporcionais ao número de piões disponíveis (o ideal é de 3 a 4 alunos por pião). Entregue o questionário para a coleta de dados e leve os alunos para o local onde serão efetuados os lançamentos.

Link para o questionário guia a ser impresso e entregue aos alunos:

Explique a atividade usando o slide projetado. A atividade é bem intuitiva, deixe que os alunos brinquem também com o objeto de estudo, lembre-se que uma aula divertida sempre chama mais atenção.

Durante a atividade, pergunte para eles: “O que mantém o pião em pé? Se aumentar a velocidade de giro ele fica mais tempo em pé? Por que o pião gira meio tombado?”

Acompanhe o trabalho e procure colaborar com os grupos que tiverem dúvidas. Mas evite interferir muito, deixe que eles superem os desafios.

Dica: se for possível, o professor pode levar uma cadeira giratória, ou uma bicicleta para explicar a dinâmica de rotações.

Tempo estimado: 18 minutos.

Transição entre sala e ambiente externo: 5 minutos.

Link para o material impresso

Materiais necessários para a aula: pião, cronômetro, material de apoio, local aberto e com superfície plana. Material para impressão: .

Material Opcional se possível: fidget spinner, bicicleta, cadeira giratoria ou base giratória.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido: 17 minutos

Orientações: Proponha uma roda de conversa para que os alunos possam compartilhar o que aprenderam durante a atividade. Discuta as questões do questionário, antes de mostrar esse slide, verificando se houve algum erro conceitual. Só depois disso mostre o slide para o fechamento da aula e sistematização do conteúdo.

Não é necessário que o aluno saiba os nomes dos movimentos, pois isso será apresentado no próximo slide.

O pião não cai devido à inércia de um corpo que está girando, conhecido como momento angular. Sendo assim, um objeto girando tende a permanecer girando até que uma força externa atue sobre este corpo. Por este mesmo motivo a bicicleta, quando está com suas rodas em movimento, manterá o equilíbrio por conservação do momento angular: quanto mais rápido é o giro, maior será o momento angular do objeto.

Com a coleta de dados e a análise dos mesmo os alunos deverão constatar o mecanismo de funcionamento do pião através da investigação. Pergunte “Alguém elaborou alguma hipótese diferente dos demais?”

Esse debate é importante para que os alunos indiquem as hipóteses que foram escolhidas e percebam a importância da observação no ensino de Ciências. E como isso pode gerar novas ideias e propostas de novas teorias para explicar determinados eventos.

Slide Plano Aula

Tempo sugerido:

Orientações: Os movimentos do são os mesmos movimentos descritos pelo nosso planeta Terra. Ambos vão descrever basicamente os seguintes movimentos:

  • Rotação é movimento clássico de giro do pião em torno do eixo principal e provém da força tangencial que os alunos exerceram sobre a superfície do pião para ele começar a girar;
  • Precessão é o movimento giratório que consiste na mudança do eixo de rotação de um objeto, isso acontece devido devido a força da gravidade que acaba exercendo um torque sobre o pião. O torque exerce uma pequena alteração no eixo de giro, alterando o vetor de momento angular (giro), entretanto pela lei da inércia o pião continuará a girar, mas com o eixo de rotação inclinado fazendo o desenho da precessão;
  • Nutação é um movimento pequeno de oscilação que o pião faz em torno da precessão, este movimento ocorre devido a variação de velocidade angular de precessão, basicamente o pião começa perder velocidade por atrito e isso faz com que ele “balance” em torno do eixo de precessão aumentando cada vez mais a precessão até o pião parar no solo;

Observação: tanto o pião quanto a Terra podem, ainda, exercer um movimento conhecido como Translação, onde o corpo se desloca no plano. Apesar da translação poder acontecer concomitantemente com os outros tipos de movimentos, ela não é um movimento típico de uma máquina giratória.

Ao término da atividade é importante verificar se os alunos sistematizaram o conhecimento, peça que eles citem exemplos cotidianos que acontecem este tipo de fenômeno. Se for possível use a cadeira de base giratória e peça eles tentarem girar na cadeira com os braços abertos e depois para fechar os braços durante o giro, como eles vão diminuir a Inércia eles vão girar mais rápido por conservação de momento angular.

Curiosidades: este princípio de funcionamento de um pião (giroscópio) é o mesmo empregado na tecnologia de aeronaves e embarcações para manter o sistema de navegação em equilíbrio no ar ou na água, isto permite, portanto a navegação em piloto automático, ou amenizar o balanço da embarcação no oceano.

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