Conhecimentos introdutórios relevantes

Para que a aula tenha êxito, é necessário que os estudantes tenham conhecimentos básicos sobre forças e massa, pois esses conceitos servirão de base para o desenvolvimento da Lei da Gravitação Universal.

5. Metodologia

Este módulo didático foi construído tendo como base a teoria da aprendizagem significativa11 de David Ausubel e os pressupostos das comunidades de investigação12 propostas no programa de filosofia para crianças de Matthew Lipman.

11 _{A aprendizagem significativa é um conceito central na teoria de Ausubel e ocorre quando uma nova informação}

interage de modo não arbitrário e não literal com algum conceito pré-existente na estrutura cognitiva de um sujeito (MOREIRA, 2011).

12 _{Uma comunidade de investigação se estabelece a partir do diálogo entre os estudantes, que apresentam os}

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Pela extensão do conteúdo, o módulo pode ser dividido em duas partes, com uma aula dupla cada. As aulas são eminentemente teóricas e contam com a interação entre professor e alunos, conforme as estratégias descritas a seguir:

5.1. Estratégias didáticas - Parte 01

a) Mostrar o vídeo Cavendish Gravity Experiment Time Lapse Version 113. b) Soltar alguns objetos no chão e perguntar aos estudantes se o fenômeno mostrado no vídeo possui alguma relação com a queda dos objetos e que relação é essa.

c) Explicar que todos os corpos com massa atraem-se mutualmente e que, consequentemente, os fenômenos mostrados possuem a mesma natureza, a força gravitacional. d) Explicar que a força gravitacional é uma força universal, isto é, ela age em todos os corpos com massa e sempre no sentido de uni-los. Desse modo, pode-se dizer que todos os corpos atraem todos outros.

e) Abrir o simulador Universe Sandbox²14 e realizar três simulações de tempo de colisão entre estrelas, variando suas massas entre cada colisão. Na primeira, colidir dois sois a uma distância de 108𝑘𝑚, na segunda um sol e uma estrela mais massiva, como a Achernar (6,7 massas solares) e, por último, duas estrelas massivas.

Figura 8 – Simulação da colisão de dois sóis.

Fonte: Universe Sandbox (2015).

f) Solicitar que os estudantes formem grupos com quatro ou cinco componentes cada e mediar uma discussão entre os grupos, conforme roteiro constante do Apêndice 1A

g) Explicar que a força que age sobre os corpos é diretamente proporcional às suas massas e que essa força é sempre de atração, isto é, sempre no sentido de unir os corpos. Desse modo, quando a massa dos corpos é aumentada nas simulações, a força entre eles aumenta e,

13 _{O vídeo faz uma demonstração qualitativa do experimento de Cavendish, mostrando a atração gravitacional}

entre corpos e se encontra na plataforma Youtube, disponível em https://www.youtube.com/watch?v=11sLusnVZwM. Acesso em 05 jan. 2019.

14 _{O simulador se encontra disponível na plataforma de jogos eletrônicos Steam, no endereço}

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pela segunda lei de Newton, a aceleração de cada corpo também aumenta, fazendo com que as estrelas colidam mais rapidamente.

h) Solicitar que os grupos respondam à questão 1 constante do Apêndice 1B. i) Abrir novamente o simulador e realizar uma simulação envolvendo uma estrela central de grande massa e quatro outras menores e iguais entre si, todas com velocidades iniciais nulas em relação umas às outras, porém separadas no mesmo plano por ângulos de 90º e a diferentes distâncias da estrela central.

Figura 9 – Simulação da colisão de estrelas.

Fonte: Universe Sandbox (2015).

j) Mostrar, durante a simulação, que, com exceção do momento inicial, as velocidades instantâneas das estrelas são diferentes. Para isso, parar a simulação algumas vezes e mostrar a velocidade das estrelas a cada momento.

k) Mediar uma discussão entre os grupos, conforme roteiro constante do APÊNDICE 1C.

l) Explicar que a força que age sobre os corpos também depende de outro fator, a distância entre eles. Quanto mais distante os corpos estiverem, menor será a força entre eles.

m) Explicar que essa relação não é linear, isto é, a força não diminui na mesma proporção que a distância entre os corpos. Essa relação é quadrática, ou seja, a força diminui de forma proporcional ao quadrado da distância entre os corpos.

n) Solicitar que os grupos respondam à questão 2, constante do Apêndice 1B.

5.2. Estratégias didáticas - Parte 02

o) Explicar que, ao unir os fatores mostrados anteriormente, a força gravitacional segue a seguinte relação: 𝐹 ∝𝑚1𝑚2

𝑟2 , em que 𝑚1 e 𝑚2 são as massas dos corpos e 𝑟 é a distância

entre eles. Para que essa relação de proporcionalidade se torne uma igualdade, deve-se adicionar uma constante de proporcionalidade, chamada de constante gravitacional 𝐺, cujo valor

48 aproximado é 𝐺 = 6,67 ∙ 10−11 𝑁𝑚2

𝑘𝑔2. Desse modo, a força gravitacional é dada por: 𝑭 =

𝐺𝑚1𝑚2 𝒓2 .

p) Solicitar que os grupos respondam à questão 3, constante do Apêndice 1B. q) Explicar que as órbitas dos planetas são consequência da força gravitacional que o Sol exerce sobre eles.

r) Explicar que a forma aproximadamente esférica do Sol e dos planetas também é consequência da força gravitacional que faz com que grandes grupos de pequenas partículas se atraiam mutualmente para um mesmo ponto em comum. Mesmo os planetas rochosos sofrem esses efeitos, porque a quantidade de massa de um planeta, inclusive os menores, é grande o suficiente para moldar sua forma em torno do seu centro gravitacional.

s) Abrir uma simulação do Sistema Solar e mostrar seus principais componentes: o Sol, os planetas e suas órbitas.

Figura 10 – Simulação do Sistema Solar.

Fonte: Universe Sandbox (2015).

Figura 11 – Simulação da Terra.

Fonte: Universe Sandbox (2015).

t) Entregar, para leitura, o texto de apoio 1.1 – Características e Curiosidades sobre o Sistema Solar, constante do Apêndice 1D e o utilizar em conjunto com a simulação do Sistema Solar.

u) Solicitar que os grupos respondam as questões constantes do Apêndice 1E.