Plano de aula: As ondas no transporte de energia

Sobre este plano

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: Esta aula é uma introdução ao estudo de ondulatória; com foco principal na definição do conceito de onda e o transporte de energia associado à mesma. O objetivo final é que o aluno compreenda que ondas são perturbações que se propagam por um meio qualquer transportando energia sem transportar matéria. Embora durante este plano de aula haja a menção da existência de ondas mecânicas e eletromagnéticas, o objetivo deste plano não é detalhar as características destes tipos de onda. Este detalhamento será feito em um plano de aula posterior por meio do texto Ondas na plataforma Só Física, da Empresa Virtuous Tecnologia da Informação e disponível em: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao.php.

Como sugestão de Objeto Digital de Aprendizagem utilize o simulador: Ondas em uma corda, disponível na Plataforma Phet Simulações da Universidade do Colorado EUA pelo link: https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_pt_BR.html. No simulador é possível reproduzir situações reais de pulsos de ondas manuais ou com oscilador automático, onde é possível observar a propagação de energia por meio de ondas na corda, sem o transporte de matéria por meio da mesma.

Materiais necessários para a aula: Fita adesiva, régua, palitos de churrasco, pacote de jujubas ou massa de modelar.

Título da aula

Tempo sugerido: 1 minuto.

Orientações: Leia o tema da aula e comente com os alunos que eles irão estudar a formação de ondas e como as mesmas conduzem energia pelos meios de propagação.

Contexto

Tempo sugerido: 4 minutos.

Orientações: Apresente este slide para os alunos e discuta com os mesmos a formação de ondas na superfície das águas de um lago tranquilo. Levante para os alunos os seguintes questionamentos: Quais as causas prováveis da origem das ondas representadas na imagem?. Que desenho geométrico essas ondas estão formando?. Se sobre essas ondas fosse colocado um barquinho de papel, ele seria levado por elas?. As ondas observadas nessa imagem são semelhantes às ondas do mar? Peça aos alunos que citem exemplos de ondas e os meios de propagação das mesmas. Em cada exemplo citado pelos alunos, peça que eles descrevam qual é a fonte geradora dessas ondas. Por exemplo, as ondas do mar se propagam na água e são formadas pelos ventos na superfície.

Questão disparadora

Tempo sugerido: 3 minutos.

Orientações: Leia para os alunos a Questão disparadora e peça que respondam oralmente a interrogação proposta no slide. Pergunte aos alunos: O que a pedra lançada e o controle remoto transferem para o meio de propagação?. É esperado que, pelo título da aula, os alunos intuitivamente respondam: Energia. Neste caso, pergunte a eles: Que tipo de energia a pedra transfere para a água?. Que tipo de energia o controle remoto utiliza em seu funcionamento?. O que há de comum nas duas situações? E o que é diferente?.

Mão na massa

Tempo sugerido: 30 minutos.

Orientações: Divida os alunos em cinco grupos distintos e entregue para cada grupo 20 palitos de churrasco e 40 jujubas ou a massa de modelar para 40 bolinhas. A melhor opção para a atividade é utilizar as jujubas, pois possuem forma e massa uniformes entre si. Caso opte por fazer bolinhas com massa de modelar, é necessário que estas bolinhas sejam o mais uniforme possível, para que a massa das bolinhas seja igual. Para facilitar a compreensão quanto à construção e à finalidade da máquina de ondas recomendo o acesso ao vídeo Wave Machine Demonstration, disponível em: https://youtu.be/VE520z_ugcU. Para a formação dos grupos e entrega do material reserve um tempo aproximado de 4 minutos.

Mão na massa

Orientações: Oriente os alunos durante o desenvolvimento desta etapa da atividade, salientando que os mesmos devem ter cuidado ao manusear os palitos de churrasco, de modo a não se furarem com os mesmos ou espetar pequenas farpas em suas mãos. O ideal é que cada grupo construa 20 conjuntos de palitos com as jujubas que, reunidos, formarão uma máquina de ondas de aproximadamente 5 metros de comprimento. Reserve para esta etapa um tempo de aproximadamente 10 minutos.

Mão na massa

Orientações: Nesta etapa oriente que os grupos se unam, de modo que cada grupo ajude aos demais a colar seus conjuntos de palitos na fita adesiva e assim formem a máquina de ondas que terá um comprimento aproximado de 5 metros, resultado do trabalho em equipe. Quanto à fita adesiva; é necessário que ela tenha boa resistência e flexibilidade para suportar o peso dos conjuntos de palitos e jujubas e permita movimentos oscilatórios. Geralmente as fitas adesivas largas utilizadas no dia a dia escolar apresentam bom resultado nesta atividade. Reserve para esta etapa da atividade um tempo de aproximadamente 10 minutos.

Mão na massa

Orientações: Nesta etapa, caso seja difícil encontrar mesas ou suportes que permitam a fixação do conjunto de palitos em função de seu peso, visto que o mesmo deve estar o mais esticado possível, solicite que dois alunos segurem o conjunto por suas extremidades, mantendo-o esticado. Peça que os grupos inicialmente formados testem a máquina de ondas aplicando força sobre a extremidade da mesma, como mostra a imagem no slide, e observem o comportamento da onda formada. Se houver possibilidade é interessante que se faça um pequeno vídeo gravado frontalmente em câmera lenta, para que os alunos visualizem o contorno da onda gerada e comparem com o efeito gerado pelo pulso de uma onda em uma corda esticada no momento da Sistematização da aula. Reserve para esta etapa da atividade um tempo aproximado de 6 minutos.

Sistematização

Tempo sugerido: 6 minutos.

Orientações: Releia para os alunos a Questão disparadora. Pergunte a eles: Nas situações descritas há propagação de energia?. Nas duas situações, de que forma a energia se propaga?. A energia que a pedra transfere para a água é de mesma natureza que a energia que o controle remoto transmite para o aparelho receptor?. Com base nas respostas obtidas explique para os alunos que as duas situações possuem em comum o fato de promoverem a propagação de energia por meio de ondas; sendo que na água a energia que se propaga é de natureza mecânica, pois necessita de um meio material para se propagar e é produzida pelo movimento da pedra ao atingir a superfície da água; e, no caso do controle remoto, a onda gerada é de natureza eletromagnética e não necessita de meio material para a sua propagação; podendo inclusive, propagar-se no vácuo. Esta onda é resultado da transformação da energia elétrica das pilhas em ondas no oscilador que é um dispositivo eletrônico presente nos controles remotos.

Sistematização

Tempo sugerido: 6 minutos.

Orientações: Apresente este slide aos alunos e discuta com eles o funcionamento da máquina de ondas. Neste momento, se possível projete um vídeo gravado durante a atividade para análise visual do fenômeno observado. Levante questões do tipo: Como é possível produzir ondas na máquina feita por eles?. É possível perceber a propagação de energia por meio do conjunto?. Há transporte de matéria quando se utiliza o conjunto?. O que ocorre quando as ondas atingem a extremidade da fita? Se dissipam ou se propagam no sentido oposto?. Discuta com os alunos as respostas para estas questões e explique para os mesmos que ondas são perturbações que se propagam por um meio transportando energia, sem transportar matéria e que na máquina de ondas é possível também observar que as ondas sofrem o fenômeno da reflexão, pois ao atingir a extremidade do conjunto, voltam a se propagar pelo mesmo no sentido oposto e que esta propagação cessa em função da dissipação de energia ocasionada pela combinação da força gravitacional e a força de tração na fita que tendem a equilibrar o sistema na posição horizontal.

Uma discussão bastante acalorada sobre o conceito de ondas pode surgir por meio da pergunta: Se as ondas não transportam matéria, como é possível surfar nas ondas do mar e por que estas ondas arrastam as pessoas? Para responder a esta questão recomendo a leitura do texto: Surf, ondas, ...e Física! Disponível em:

http://clickeaprenda.uol.com.br/portal/mostrarConteudo.php?idPagina=2905.