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Figura 2: Duas massas de carga suspensas numa barra rígida
Figura 2: 1: O guindaste auxilia o Homem nos trabalhos que exigem muito esforço humano sobretudo nas construções de edifícios modernos de grandes alturas. O seu funcionamento obedece as determinadas relações entre grandezas físicas que podemos analisar na estática. A barra encontra-se suspensa no ponto chamado fulcro
1. PROBLEMA
Desde os tempos mais remotos o Homem descobriu máquinas simples capazes de apoiar-lhe no trabalho, reduzindo o esforço humano na realização de trabalho. Uma dessas máquinas é o guindaste (Fig.1). Na Fig.2 apresenta-se uma simplificação do guindaste como sendo uma barra de um corpo rígido apoiada num ponto chamado fulcro. Este sistema, constituído pela barra rígida, pelo fulcro (ponto de apoio da barra) e pelas massas (cargas) nas extremidades é chamado de alavanca. Antes da realização de uma experiencia de demonstração você vai realizar elaborar um prognóstico.
Professor-Q1: É possível, através de uma alavanca, equilibrar uma massa maior por uma menor? Justifique!
--- Professor - ED 1: Numa barra rígida (alavanca) são colocadas duas massas diferentes sendo a massa . Na base dos resultados desta experiencia discutem-se os prognósticos dos alunos elaborados a partir da Q1, e consecutivamente definem-se os objectivos da aula.
OBJECTIVO DA AULA:
Verificar qualitativamente e experimentalmente a condição de equilíbrio numa alavanca Material necessário:
1 Base de sustentação, 2 Haste circular metálica de 60cm, 3 fulcro, 4 Barra rígida, com 8 furos equidistantes (4 de cada lado) e 5 Jogo de massas de 50g.
REALIZAÇÃO DA EXPERIÊNCIA (Realização, Observação, Descrição e Registo dos dados)
Professor – ED2: Coloca-se na barra uma carga de massa a uma distancia e verifica-se o efeito produzido. Que efeitos produz a força (carga) na alavanca?. Descreve os efeitos observados!
Aluno-Q2:
A força aplicada, perpendicularmente, à distância produz uma rotação da alavanca; a rotação pode dar se no sentido horário ou no sentido anti-horário.
Professor – ED3: Coloca-se na barra novamente a carga de massa numa outra distancia e verifica-se o efeito agora produzido. Que efeito produz a força (carga) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED2.
Aluno-Q3:
A força aplicada para rotação será tanto menor, quanto maior for a distancia que separa o ponto de aplicação da força do eixo de rotação (Uma força mais afastada (distante) em relação ao fulcro produz mais facilmente a rotação do que uma força próxima ao fulcro); Professor – ED4: Colocam-se massas iguais a distâncias iguais ( ) do fulcro nos dois lados da alavanca. Que efeitos produzem as forças (cargas) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED2 e ED3.
Aluno-Q4:
As forças aplicadas não produzem nenhuma rotação. As forças aplicadas equilibram-se.
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Professor – ED5: Com as massas colocadas na ED4, mantendo as distâncias inalteradas, adiciona-se mais uma carga de massa igual 50g à carga inicial numa das cargas. Que efeitos produzem as forças (cargas) na alavanca? Compare os efeitos produzidos com ED4!
Aluno-Q5:
O equilíbrio desfaz-se. O equilíbrio não se mantem. Produz-se uma rotação no sentido anti-horário. As forças aplicadas produzem uma rotação, uma no sentido anti-horário e outra no sentido horário, mas vence a rotação da força aplicada maior.
Professor – ED6: Compare os resultados entre ED3 e ED5! Aluno-Q6:
Mantendo as distâncias iguais entre as cargas, a força aplicada mais elevada realiza uma rotação no sentido anti-horário. A rotação (no sentido horário) da força aplicada menor é vencida.
Professor – ED7: Com as massas colocadas segundo o procedimento ED5. Elabore um prognóstico do que poderia ser feito para que não se produza nenhuma rotação!
Aluno-Q7:
Tendo em consideração os resultados de ED3, segundo os quais [] poderia afastar-se a menor massa para uma maior distancias . Uma massa de carga mais afastada do fulcro tende a produzir uma rotação maior.
ELABORAÇÃO DOS CONHECIMENTOS (ED1 a ED7):
1. O efeito de uma única força na alavanca pode ser o de produzir uma rotação. A rotação pode dar se no sentido horário ou no sentido anti-horário.
2. A força aplicada para rotação será tanto menor, quanto maior for a distancia que separa o ponto de aplicação da força do eixo de rotação.
3. Alavanca permite a redução da força potente (esforço) necessária para suportar uma força resistente (carga). 4. Chama-se momento de uma força a uma grandeza física que caracteriza a tendência de uma força produzir em
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1. PROBLEMA
N’diwa, é uma armadilha estacionária usada para a caça de animais de pequeno porte (ratos, passarinhos, esquilos,
perdizes). Consiste: i) Numa pedra, cuja uma das superfícies, deve ser lisa com uma área de 300cm2 aproximadamente. Esta área tem uma função importante de servir de espaço necessário para a captura do animal e manter a presa imobilizada por algum tempo. A pedra é suportada pela sua extremidade superior pelo braço mais curto do ramo de uma árvore de 25 a 30 cm de comprimento (n’tanda) enquanto a outra parte da pedra encontra-se apoiada sobre o próprio solo. ii) Um outro ramo da árvore também de 25 a 30 cm de comprimento é espetado no solo e funciona como forquilha (m`phanda) cuja extremidade superior tem uma abertura na forma de um vértice em ‘V’. iii) O ramo (n’tanda) apoia-se na forquilha pela abertura no ponto em ‘V’ que serve de fulcro. iv) Uma outra varra fina de árvore (m’ziguiro) é também espetada fortemente no solo e inclinado ligeiramente de modo que a sua extremidade superior esteja encostada ao ramo da forquilha (m’panda). O m’ziguiro tem a função de assegurar o pau de suporte da isca (n’tambarico). O sistema forquilha (m’panda), pau de suporte da isca (n’tambarico) e o pau de segurança (m’ziguiro) formam um triângulo. Note-se que o pau da isca encontra-se ligeiramente suspenso e acima do próprio solo. v) Na cavidade já feita no próprio ramo do braço maior do ramo (n’tanda), entrelaça-se uma corda (kambala), cuja extremidade solta é amarrada à um pequeno pauzinho de 2 a 3 cm de comprimento. Este pauzinho (m’piringuiro) constitui a peça de engate ou de segurança da armadilha; o m’piringuiro mantém a armadilha engatada. vi) A forquilha (m’panda) e o pauzinho de engate (m’piniguiro) formam com o gatilho (n’tambarico) um pequeno triângulo de engate. A isca (n’hambu) é fixa no próprio gatilho (m`tambarico). A isca (n`hambo) produzida a partir de farelo torrado, grau ou bolo de amendoim pilado, pedaços de mandioca, espiga de mapira ou maçanica é posicionada num ponto central situado por debaixo da pedra. vii) Finalmente algum movimento do animal nas proximidades e na tentativa de comer a isca, resulta sempre na soltura do gatilho que desengata o m’piringuiro. Consequentemente a grande pedra caindo, mantém presa a vítima.
A partir deste modelo original e diminuindo as dimensões reais do objecto original por um factor de 10, apresenta-se um modelo do n’diwa; na Figura 2 mostra-se a primeira versão construída em madeira e na Figura 2b um outro modelo de
tamanho ainda mais reduzido construído a partir de material plástico.
pedra
mpand a
mpiniguiro
Figura 1a: Montagem original do N’DIWA. Província de Tete - Distrito de Borona, 2006.
liwa
m'ziquiro
n’tanda
kambala
m'panda
nhambo
n'tambarico
m'piniguiro
Figura 2a: Reprodução de um modelo do N’DIWA à base de madeira
Figura 2b: reprodução de um modelo do N’DIWA usando material plástico
Figura 1b: Vista pormenorizada do N’DIWA
n'tambarico
nhambo
m'piniguiro
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TAREFA [A]
Analisar um texto sobre o contexto social, constituição e funcionamento do n’diwa!
Elaborar ou formular o problema do n’diwa!
Elaborar uma estratégia para a solução do problema (ou estudo teórico) do n’diwa!
Apresentar a solução do problema do n’diwa!
Formular os resultados obtidos e conhecimentos sobre o n’diwa!
Contar algum episódio ou alguma história sobre armadilhas!
TAREFA [B]
Analisar um texto sobre o contexto social, constituição e funcionamento do n’diwa!
Elaborar ou formular o problema do n’diwa!
Elaborar uma estratégia para o estudo experimental do n’diwa!
Apresentar a solução do problema do n’diwa!
Formular os resultados obtidos e conhecimentos sobre o n’diwa!
Contar um episódio ou uma história sobre as armadilhas!
TAREFA [C]
Analisar um texto sobre o contexto social, constituição e funcionamento do n’diwa!
Elaborar ou formular o problema do n’diwa!
Esboçar o sistema físico envolvido no n’diwa ou desenhar a configuração da armadilha como sistema físico!
Identificar e representar graficamente as forças que actuam (forças aplicadas e intrínsecas) e indicar o sistema de
referência!
Definir as condições de equilíbrio e escrever as respectivas equações!
Realize as projecções das forças envolvidas usando um sistema de referência!
Resolver o sistema de equações em relação a tensão da corda!
Formular os resultados obtidos e conhecimentos sobre o n’diwa!
Contar um episódio ou uma história sobre as armadilhas!
TAREFA [D]
Analisar um texto sobre o contexto social, constituição e funcionamento do n’diwa!
Elaborar ou formular o problema do n’diwa!
Com base na fotografia faça a reconstrução e montagem do n’diwa usando materiais simples (barras de
madeira ou metálicas leves, cordas, palitos, pauzinhos, etc.)!
Medir as grandezas físicas envolvidas e apresentar uma tabela de medições!
Determinar os valores das forças e das distâncias; usar os resultados obtidos para analisar as relações entre a força
e a distância.
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