Sobre esta aula
Este slide não deve ser apresentado para os alunos, ele apenas resume o conteúdo da aula para que você, professor, possa se planejar.
Nesta aula serão abordados assuntos relacionados às máquinas simples, neste caso a catapulta, como alavanca e torque. Será proposto uma atividade interativa que envolve conceitos de ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM), onde os alunos deverão projetar, montar e testar a catapulta.
Para esta aula é indicado que os testes sejam feitos em um local aberto, para evitar possíveis colisões com as lâmpadas ou outros objetos e pessoas que possam vir a gerar algum problema.
Materiais necessários para a aula: palitos de sorvete, palitos de dente, espeto de churrasco, colheres de plástico, copo plástico (normal e de café), tesoura ou estilete, fita adesiva, elástico de borracha, cola branca, cola quente, papelão, canetinhas, objetos pequenos a serem disparados.
Materiais de apoio:
Sobre catapulta. Portal Escola Britânica, Catapulta, Escola Britânica, disponível em <https://escola.britannica.com.br/levels/fundamental/article/catapulta/480925> Acesso em: 12 ago. 2018.
Sobre torque. Portal Khan Academy, Torque, Khan Academy, disponível em <https://pt.khanacademy.org/science/physics/torque-angular-momentum/torque-tutorial/a/torque> Acesso em: 12 ago. 2018.
ALMEIDA, F.B. Momento ou Torque de uma Força, Mundo Educação, disponível em <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/momento-ou-torque-uma-forca.htm> Acesso em: 12 ago. 2018.
Sobre a atividade STEM. PERES, P. O que é o STEM - e como ele pode melhorar a sua aula, Portal Revista Nova Escola, disponível em <https://novaescola.org.br/conteudo/11683/o-que-e-o-stem-e-como-ele-pode-melhorar-a-sua-aula> Acesso em: 12 ago. 2018.
Título da aula
Tempo sugerido: 2 minutos
Orientações: Organize os alunos em um semicírculo. Leia o tema da aula, diga que esta frase tema da aula foi inspirado por um antigo filósofo e cientista: Arquimedes que disse: “Me dê uma alavanca e eu moverei o mundo”. Arquimedes se referia às máquinas que usavam o conceito de torque, força e braço de alavanca para arremessar projéteis. Diga que eles serão os engenheiros e cientistas responsáveis por projetar e executar um dos maiores projetos da humanidade. Comunique os alunos que eles serão encarregados de fazerem e usarem uma catapulta.
Para esta aula é indicado que os testes sejam feitos em locais abertos, entretanto caso nenhuma catapulta projetada tem grandes alcances o ensaio pode ser realizado dentro de um espaço fechado.
CONTEXTO
Tempo sugerido: 4 minutos
Orientações: Pergunte se eles já tentaram usar uma colher apoiada na ponta de um prato para lançar um objeto, como um caroço de azeitona, ou alguma outra coisa.
A ideia é estimular o princípio básico da catapulta, o uso do ponto de apoio e o braço de alavanca.
Em seguida, comente sobre a atividade que eles irão realizar: “- Hoje vocês serão os engenheiros responsáveis pela arquitetura e execução do projeto da catapulta, o objetivo de vocês é acertar o alvo projetado.”
QUESTÃO DISPARADORA
Tempo sugerido: 3 minutos
Orientações: Ainda no semicírculo, diga para os alunos que eles serão os responsáveis por arquitetar e construir uma catapulta. Para tal eles devem: desenhar, projetar, executar e analisar os resultados da construção de uma catapulta.
Leia, então, a questão disparadora. Deixe que os alunos compartilhem suas opiniões sobre o tema e levantem hipóteses sobre quais seriam melhor a rota para conduzir este projeto. Não corrija as rotas propostas por eles neste momento. A atividade proposta os levará à construção desse conhecimento.
Separe os alunos em grupos. E coloque os materiais pelas mesas, não divida o material igualmente entre os grupos, deixe com os grupos com uma limitação de materiais, o interessante é que eles tenham que ir em outras mesas pedir o material, incentivando a interatividade entre eles.
A única exceção deve ser a cola quente, deixe sobre a mesa do professor, visto que é uma ferramenta delicada e exige atenção, assim fica mais fácil para o professor controlar a atividade. Se for um dia frio e úmido já deixe a cola quente ligada antes do início da atividade para não ter problemas de utilização.
MÃO NA MASSA
Tempo sugerido: 26 minutos.
Orientações: Explique a atividade usando o slide projetado. Diga que a atividade terá três etapas: projeto, execução e teste.
Para a primeira parte da atividade, peça para que eles desenhem o esboço do que eles pensam em fazer, eles terão 8 minutos para isso.
Na segunda etapa peça que eles se organizem e dividam as tarefas, um integrante deve ir atrás dos itens necessário para a construção pedindo o material em outras mesas, os outros devem montar e verificar se o projeto precisa de adaptações/melhorias durante a construção, eles terão 10 minutos para isso.
Na última etapa os alunos devem testar as catapultas, para isto peça que cada grupo desenhe um alvo no papelão, ou pedaço de madeira. Se preferir, leve o alvo pronto para não ter que montar nada no momento da atividade.
Em uma área aberta inicie os testes e parabenize os grupos pelos projetos e comemore quando eles acertarem o alvo. Peça para que eles encontrem a distância ideal de acordo com cada catapulta. Dê a eles 6 minutos para efetuar os disparos e testar a catapulta.
Os dois minutos restantes é para a transição dos alunos.
Durante a atividade, pergunte para eles: Qual objeto sua catapulta vai disparar? Qual é o princípio de funcionamento da sua catapulta?
Pode acontecer de ter grupos que não consigam executar a tarefa, ou quebre a catapulta. Isso, consequentemente, irá gerar uma frustração. Diga que errar faz parte do aprendizado e do desenvolvimento de novas tecnologias. Na maioria das vezes não acertamos de primeira, temos que ser perseverantes: refletir e tentar observar onde está o problema, rever o projeto e tentar novamente. Nestas situações deixe que as crianças que derem errado possam disparar objetos com outros grupos que deram certo, o importante é que eles participem de maneira coletiva. Peça que eles escolham objetos adequados para o disparo, bolinhas de papel é uma opção, é bom que tenha variações porque eles verão como a influência da geometria afeta a trajetória do projétil.
Acompanhe o trabalho e procure colaborar com os grupos que tiverem dúvidas. Mas não procure interferir muito, deixe que eles superem os desafios.
Materiais necessários para aula: palitos de sorvete, palitos de dente, espeto de churrasco, colheres de plástico, copo plástico (normal e de café), tesoura ou estilete, fita adesiva, elástico de borracha, cola branca, cola quente, papelão, canetinhas, objetos pequenos a serem disparados.
SISTEMATIZAÇÃO
Tempo sugerido: 15 minutos.
Orientações: Proponha uma roda de conversa para que os alunos possam compartilhar o que aprenderam durante a atividade. Discuta as questões do slide, verifique se houve algum erro conceitual.
A primeira questão é o retorno da questão disparadora e o princípio físico por trás disto:
- torque que é uma grandeza proporcional ao tamanho do braço de alavanca e a força aplicada.
- A intensidade com que os alunos disparam a catapulta está associada a força aplicada,
- O tamanho do braço da catapulta é o tamanho do braço da alavanca
- O torque é o produto destas duas grandezas
- O melhor ângulo de lançamento de um objeto é 45°, sendo assim o ideal é que a catapulta tenha um fim de curso ajustado em torno deste ângulo. Entretanto na prática outros fatores vão influenciar, tal como o formato do recipiente que vai segurar o projétil, ele pode simplesmente não permitir o lançamento no momento desejado.
Os alunos devem tentar relacionar todo o processo de construção da catapulta com a questão do “ponto de apoio”, que permite a “alavancagem” do objeto, muito embora provavelmente os alunos não vão utilizar este tipo de linguagem. Provavelmente eles vão dizer algo do tipo “apoiamos o palito aqui e arremessamos o objeto” que é a mesma coisa.
Alguém elaborou alguma hipótese diferente dos demais? Algum projeto não deu certo?
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.
É possível também ter projetos que não funcionaram como esperado: Reforce o quão importante é o fato que a maioria das vezes as coisas não dão certo na primeira tentativa, que muitas vezes pesquisas e projetos de desenvolvimento levam anos para serem executados e transformados em tecnologias aplicadas. Estas reflexões são importantes para a desenvoltura crítica do aluno.
Atividade para o professor na sistematização, especialmente no caso em que todos os projetos não funcionem: tenha uma régua rígida em mãos relativamente grande (no mínimo 30cm) e bolinhas de papel. Uma régua de madeira funciona melhor, quanto mais rígido a régua melhor.
Apoie a régua na ponta da mesa deixando uma parte para fora permitindo efetuar os disparos das bolinhas de papel. Utilizando diferentes distâncias de apoio efetue disparos “batendo na ponta da régua” que está para fora da mesa e mostre o efeito do braço de alavanca nos disparos da catapulta improvisada. É possível limitar o ângulo de lançamento, colocando algum obstáculo limitador, este obstáculo é chamado de fim de curso. Deixe que os alunos reproduzam o experimento em suas carteiras.
SISTEMATIZAÇÃO
Orientações: Projete o slide ou leia as informações para sistematizar os aprendizados da aula. Retome o conceito de torque, ponto de apoio (ponto de rotação) e força relacione com a atividade desenvolvida.
Discuta a importância de errar, refazer e persistir tendo em vista que tudo pode sempre evoluir. Todo projeto precisa ser testado e validado, assim, este processo leva um determinado tempo para ser executado. Explique também que, além disso tudo, é necessário trocar informações com outras pessoas, pois assim todo e qualquer projeto será enriquecido com novos conceitos e ideias.
Caso seja aplicável, você pode mostrar como isso funciona em uma maçaneta da porta, quanto menor for o braço de alavanca menor será o torque e mais difícil será para abrir a maçaneta porta. Ou mesmo vale ao tentar abrir a porta pela ponta da porta, ou pelo ponto de apoio curto onde estão as dobradiças.
Essa aula é uma aula introdutória para o estudo de máquinas simples devido ao seu caráter esta aula não exige um pré-requisito de conhecimento prévio dos alunos, especialmente, porque o conceito está no dia a dia do aluno como o caso da maçaneta da porta.
As próximas aulas que seguem esta unidade de matéria e energia são voltadas a novos tipos de máquinas simples e seus funcionamentos.
