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Academic year: 2021

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(1)

R o l d a n a s e f o r ç a

Fornecido pelo TryEngineering -

www.tryengineering.org

Clique aqui para dar seu feedback sobre esta lição

F o c o d a l i ç ã o

A lição enfoca o conceito de força e o uso de roldanas para reduzir a força exigida.

R e s u m o d a l i ç ã o

A atividade Roldanas e força explora o conceito de força e mostra como roldanas são usadas no dia-a-dia para tornar o trabalho mais fácil. Os estudantes aprendem sobre diferentes usos de roldanas, o impacto de roldanas múltiplas e identificar o uso de roldanas na escola e em sua comunidade. Os alunos testam a capacidade de se mover pesos usando uma, duas e quatro roldanas em série.

F a i x a e t á r i a

8-11.

O b j e t i v o s

 Aprender sobre roldanas e sistemas de roldanas.

 Aprender como o uso de múltiplas roldanas pode reduzir dramaticamente a força exigida.

 Aprender como sistemas de roldanas são usados em máquinas e afetam o dia-a-dia.

 Aprender sobre trabalho em equipe e a solução de problemas em grupo.

R e s u l t a d o s e s p e r a d o s p a r a o s a l u n o s

Como resultado desta atividade, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de:

 Roldanas.  Força.  Redução do trabalho.  Solução de problemas.  Trabalho em equipe.

A t i v i d a d e s d a l i ç ã o

Os alunos aprendem como funcionam as roldanas e exploram como múltiplas roldanas usadas em seqüência podem reduzir a força exigida para mover um objeto. Os tópicos examinados incluem força, roldanas e solução de problemas. Os estudantes trabalham em equipe para projetar um sistema de roldanas que exija o mínimo de esforço para mover um peso.

(2)

Roldanas e força Página 2 de 8

R e c u r s o s / M a t e r i a i s

 Documentos de recursos do professor (anexos).

 Folha de recursos do aluno (anexa).

 Folhas de trabalho do aluno (anexas).

A l i n h a m e n t o a g r a d e s c u r r i c u l a r e s

Consulte a folha de alinhamento curricular anexa.

R e c u r s o s n a i n t e r n e t

 TryEngineering (www.tryengineering.org).

 Padrões da ITEA para a Educação Tecnológica: conteúdo para o estudo de tecnologia

(www.iteaconnect.org/TAA/Publications/TAA_Publications.html).

 Compêndio McREL de Padrões e Marcas de Referência (www.mcrel.org/standards-benchmarks). Uma compilação dos padrões atuais do currículo K-12 (ensino fundamental e médio) dos EUA, em formatos pesquisável e navegável.

 Padrões Educacionais de Ciência dos EUA (www.nsta.org/standards).

L e i t u r a s r e c o m e n d a d a s

 Using Pulleys and Gears (Machines Inside Machines) (ISBN: 1410914453).  New Way Things Work, de David Macaulay (ISBN: 0395938473).

 Moving Heavy Things, de Jan Adkins (ISBN: 0937822825).

A t i v i d a d e e s c r i t a o p c i o n a l

 Escrever um ensaio ou parágrafo descrevendo como roldanas são usadas em uma marina ou estaleiro.

E x t e n s ã o p a r a e s t u d a n t e s m a i s v e l h o s

 Estudantes mais velhos podem trabalhar em equipe para desenvolver um sistema de roldanas que permita que um estudante pesando 27 kg levante um adulto que pese 81 kg, ou seja, três vezes o peso do estudante.

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R o l d a n a s e f o r ç a

P a r a p r o f e s s o r e s :

A l i n h a m e n t o a g r a d e s c u r r i c u l a r e s

Nota: Todos os planos de aula deste conjunto são alinhados ao National Science Education Standards dos EUA, produzidos pelo National Research Council e endossados pela National Science Teachers Association e, se aplicável, ao Standards for Technological Literacy da International Technology Education Association.

‹ Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, séries K-4 (idades de

4 a 9 anos)

CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de:

 Propriedades de objetos e materiais.  Posição e movimentos dos objetos.

CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:

 Habilidades de projeto tecnológico.

CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de:

 Ciência como um esforço humano.

‹ Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 5ª a 8ª séries (idades de

10 a 14 anos)

CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de:

 Propriedades e alterações das propriedades da matéria.  Movimentos e forças.

 Transferência de energia.

CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:

 Habilidades de projeto tecnológico.  Compreensão de ciência e tecnologia.

CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência

Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma compreensão de:

 Ciência como um esforço humano.  História da ciência.

‹ Padrões para a Educação Tecnológica - todas as idades

Tecnologia e sociedade

 Padrão 5: Os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia no meio ambiente.

 Padrão 7: Os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da tecnologia na história.

Projeto

 Padrão 9: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do projeto de engenharia.

 Padrão 10: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da busca de erros, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e experimentação na solução de problemas.

Habilidades para um mundo tecnológico

 Padrão 13: Os estudantes desenvolverão habilidades para avaliar o impacto de produtos e sistemas.

(4)

R o l d a n a s e f o r ç a

P a r a p r o f e s s o r e s :

R e c u r s o s d o p r o f e s s o r

‹ Propósito da lição

Explorar o conceito de força, demonstrando como funcionam as roldanas e os sistemas de roldanas. Os alunos comparam a força necessária para mover um objeto usando uma única roldana e um sistema de múltiplas roldanas, aprendem sobre o uso de roldanas em máquinas e objetos do dia-a-dia e trabalham em equipe para criar sistemas de múltiplas roldanas.

‹ Objetivos da lição

 Os alunos aprenderem sobre roldanas e sistemas de roldanas.

 Os alunos aprenderem como o uso de múltiplas roldanas pode reduzir dramaticamente a força exigida.

 Os alunos aprenderem como sistemas de roldanas são usados em máquinas e afetam o dia-a-dia.

 Os alunos aprenderem sobre trabalho em equipe e a solução de problemas em grupo.

‹ Materiais

• Folha de recursos do aluno. • Folha de trabalho do aluno

• Um conjunto de materiais para cada grupo de estudantes: o Corda doméstica.

o Duas roldanas de 5 cm ou maiores.

o

Peso (uma garrafa plástica de refrigerante pequena, de 1 litro ou de 2 litros, cheia de líquido ou areia).

‹ Procedimento

1.

Mostre aos estudantes as diversas folhas de referência do aluno. Elas podem ser lidas em sala ou fornecidas como material de leitura como lição de casa para a noite anterior à aula.

2. Divida os alunos em grupos de 3 a 4 estudantes; forneça um conjunto de materiais por grupo.

3. Mostre aos estudantes a garrafa de refrigerante cheia e peça-lhes para desenvolver um plano para levantar a garrafa usando uma única roldana.

4.

Peça aos alunos que construam seu sistema usando os materiais fornecidos, de forma que ele funcione. As roldanas podem ser presas a maçanetas de portas, puxadores de gavetas ou outros objetos estáveis com cordas, e corda também pode ser usada para ser passada pelas roldanas e amarrada ao gargalo da garrafa.

5. Peça aos estudantes que observem o sentido em que estão puxando (ou exercendo força) e como, quando usam uma única roldana, esse sentido é oposto àquele do trabalho pretendido (levantar a garrafa).

6.

Peça aos estudantes que acrescentem outra roldana ao sistema da equipe e

determinem como a adição de uma segunda roldana afeta a força necessária para levantar a garrafa. Menos força é necessária para levantar a garrafa?

7.

Junte duas equipes de alunos, de forma que eles tenham agora quatro roldanas. Peça para que o novo grupo projete um novo sistema para levantar a garrafa, usando todas as quatro roldanas. A equipe deve prever o que acontecerá em relação à força necessária para levantar a garrafa.

8. Cada grupo de alunos então apresentará seu sistema de roldanas à turma e explicará o que funcionou e o que não funcionou em seu projeto.

‹ Tempo necessário

De uma a duas sessões de 45 minutos.

(5)

R o l d a n a s e f o r ç a

P a r a p r o f e s s o r e s :

R e c u r s o s d o p r o f e s s o r

so quatro: Puxe a corda e compare a força necessária para levantar a garrafa de refrigerante com aquela exigida pelo sistema de uma roldana, descrito anteriormente.

‹ Montagem da roldana simples

A ilustração à esquerda mostra como montar o sistema de uma roldana para levantar a garrafa de refrigerante. Observe que o sentido da força exercida para levantar a garrafa é oposto ao do movimento da garrafa, ou seja, você puxa para baixo para fazer a garrafa ir para cima. Passo um: Prenda uma roldana a uma maçaneta de porta, puxador de gaveta ou algum objeto fixo que possa suportar o peso da garrafa de refrigerante.

Passo dois: Amarre um pedaço de corda ao gargalo da garrafa e passe pela roldana.

Passo três: Puxe a corda e observe a quantidade de força necessária para levantar a garrafa. Observe que o sentido da força (para baixo) é oposto ao movimento resultante na garrafa (para cima).

‹ Montagem do sistema de duas roldanas

A ilustração à direita mostra a montagem do sistema de duas roldanas. A segunda roldana deve reduzir a quantidade de força necessária para levantar a garrafa de refrigerante à metade. Roldanas adicionais devem reduzir ainda mais a força necessária. Passo um: Prenda uma roldana a uma maçaneta de porta, puxador de gaveta ou algum objeto fixo que possa suportar o peso da garrafa de refrigerante.

Passo dois: Prenda o gargalo da garrafa à segunda roldana, usando uma corda.

Passo três: Amarre uma outra corda à parte de baixo da roldana de cima. Passe a corda pela roldana inferior, depois de volta ao redor da polia da roldana superior, depois ao redor da polia da roldana

inferior uma segunda vez e finalmente ao redor da polia da roldana superior. Agora a corda passa duas vezes ao redor de ambas as roldanas.

(6)

Roldanas e força Página 6 de 8

R o l d a n a s e f o r ç a

R e c u r s o d o a l u n o :

O q u e é f o r ç a ? O q u e s ã o r o l d a n a s ?

que pode fazer com que

, quando içamos uma garrafa rante nós exercemos força sobre ela, fazendo que ela seja suspensa no ar. De

,

ntou três s:

e em a, a não ser a mudar de estado pela ação de uma força

2. o

lteração do momento s velocidade) em relação ao tempo.

rça igual sobre o objeto A. ‹ O

Uma r é

onta

o longo da borda da roda, para mudar o sentido de uma força dana

ar equipamentos e objetos muitos tema de roldanas projetado para

à pode ca

instalação de ao

‹ Força

Empurrando ou puxando um objeto, damos a ele energia

mova, pare de se mover ou mude de direção. Por exemplo ele se de refrige

forma análoga, o líquido dentro da garrafa exerce uma força sobre as paredes da mesma. A força pode produzir o movimento do corpo ou causar deformação no mesmo. Energia pode ser gasta no processo ou a força aplicada pode ser equilibrada por uma força oposta de forma que nenhuma energia seja gasta.

‹ Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton (1642-1727) foi o primeiro a enunciar as leis básicas do movimento dos corpos. Ele aprese

princípios fundamentai

1.

A primeira lei de Newton afirma que um objeto permanec repouso ou em movimento uniforme, em linha ret

que seja compelido

externa. Ela e normalmente tomada como a definição de inércia.

A segunda lei explica como a velocidade de um objeto muda quando e a uma força externa. A lei define que a força é igual à a

(massa veze

le é sujeitad

3.

A terceira lei declara que para cada ação (força) na natureza existe uma reação

igual e oposta. Em outras palavras, se um objeto A exerce uma força sobre um objeto B, então o objeto B também exerce uma fo

que é uma roldana?

oldana é uma roda que pode girar livremente, possui uma borda convexa curva e da em um gancho ou base, para fins de estabilidade. Uma corda, correia ou m

corrente pode se deslocar a

de tração. Exemplos são o mastro de bandeira e varão de cortina. Uma “roldana fixa simples” é uma roldana presa a um objeto. Uma “roldana simples móvel” é uma rol

que é presa a uma corda ou cabo metálico, de forma que ela possa se mover com a corda ou cabo. Uma “roldana fixa simples” não altera a força, distância ou velocidade, mas muda a direção (ou sentido) da força. Pode-se usar um sistema de roldanas

para facilitar o levantamento de pesos, através da redução da força necessária para mover um objeto.

‹ Aplicação de roldanas: o elevador

Sistemas de roldanas são usados em muitos projetos de máquina, especificamente para mover e levant

pesados. O elevador é um exemplo de sis

levantar pesos. A maioria dos elevadores usa contrapesos de peso igual cabina do elevador mais cerca de 40% do peso máximo que o elevador contrapeso reduz a quantidade de peso que o motor precisa puxar. Em uma

tambor de içamento, um cabo de içamento sai de um tambor de enrolamento preso motor, passa por uma roldana muito grande presa à parte superior do elevador e volta até uma segunda roldana presa ao teto do poço do elevador e desce até o contrapeso.

(7)

t r a b a l h o d o a l u n o :

R o l d a n a s e f o r ç a

F o l h a d e

‹ Os engenheiros usam roldanas em todos os tipos de aplicações. Seu esafio é desenhar um plano para içar uma garrafa de refrigerante usan

d do duas roldanas.

Desenhe seu plano na caixa abaixo.

(8)

Roldanas e força Página 8 de 8

R o l d a n a s e f o r ç a

F o l h a d e t r a b a l h o d o a l u n o :

‹ Perguntas:

1. Você acha que a força que precisará aplicar para mover a garrafa diminuirá? Qu

iferença? Por que ou por que não?

e o tamanho da roldana influencia quanta força é necessária para levantar

. Você acha que a corda ser mais ou menos lisa influencia quanta força é necessária para

. Você acha que, colocando mais roldanas no seu sistema, é necessário puxar mais corda?

ue incorporam sistemas de roldanas.

. Cite exemplos de roldanas em sua escola, casa e/ou comunidade.

anto?

2. Você acha que colocar mais dez roldana faria d

3

a. Você acha qu garrafa? Por que ou por que não?

4

levantar a garrafa? Por que ou por que não? 5

a

. Cite exemplos de três máquinas q 6

7. Descreva problemas de engenharia que foram resolvidos através do uso de uma oldana ou um sistema de roldanas.

r

Referências

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