Conteúdos
Pêndulo simples.
Conservação da energia.
Gravidade.
Medição do tempo.
Objetivos
Este roteiro apresenta o pêndulo simples, suas principais características e como abordá-lo a partir dos conceitos de movimento periódico, conservação da energia, gravidade e medição do tempo. Espera-se que o aluno possa rever esses conceitos e conhecer as características básicas de um pêndulo simples.
1ª Etapa: Início de Conversa
O pêndulo simples é um dos dispositivos mais simples que podemos encontrar ou construir para estudar conceitos relacionados aos movimentos periódicos, conservação da energia, gravidade e medição do tempo. No entanto, como muitos dispositivos comuns no nosso cotidiano, ele passa despercebido pelos alunos e às vezes até pelos professores de Física.
Nesse roteiro você vai apresentar aos seus alunos o pêndulo simples, apresentar suas principais características e explorar suas relações com os movimentos, a energia e a medição do tempo.
Essa atividade inclui uma demonstração (do professor) que pode ser feita com materiais simples do cotidiano e que os alunos também podem fazer em classe, bastando um barbante e um objeto para amarrar em uma de suas extremidades.
2ª Etapa: Problematização e sensibilização
Nessa etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “Pêndulo simples”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos já sabem sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos:
1. Você sabe dizer o que é um “pêndulo”?
2. Você já viu um relógio de pêndulo?
3. Que tipos de pêndulos você vê no seu dia a dia?
4. Você sabe dizer qual a relação entre um pêndulo e o movimento periódico?
5. Sabe dizer qual a relação entre um pêndulo e a medição do tempo?
6. Do que será que depende o tempo de oscilação de um pêndulo?
Algumas das perguntas acima podem ter respostas dos alunos, outras talvez não tenham. O objetivo nesse momento não é respondê-las, mas sim despertar o interesse no aluno por descobrir as respostas. Por isso, não dê ainda nenhuma resposta. Você pode anotar essas perguntas na lousa e depois propô-las como tarefa no final da aula, verificando nas respostas o entendimento que os alunos tiveram do assunto ou, alternativamente, propô-las para debate novamente e avaliar se depois da aula os alunos conseguem formular boas respostas para elas.
É importante que nesse momento os alunos tenham a palavra e que as suas dúvidas sejam anotadas e não respondidas. Muitas dúvidas e novos fenômenos podem surgir nessa discussão. Lembre que o objetivo é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.
3ª Etapa: Apresentando o pêndulo e suas características
Visto que um pêndulo simples consiste apenas em uma massa que pode oscilar livremente suspensa por um fio fixado em algum ponto, é fácil construir um pêndulo. O professor pode levar um barbante fino e amarrar o apagador, ou outro objeto, na extremidade do fio para construir um pêndulo de exemplo.
A teoria referente ao pêndulo simples pode ser encontrada no artigo “Pêndulo simples”, sugerido no link 4 da seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais” ou, alternativamente, nos vídeos “Péndulos”, parte 1 e 2, sugeridos na mesma seção (links 1 e 2). No caso do uso dos vídeos, como eles estão originalmente em inglês e possuem legendas em espanhol, sugerimos que sejam pausados e intercalados com explicações do professor.
Não recomendamos deduções de equações nessa atividade, pois o objetivo dela é muito mais o estímulo para despertar o interesse dos alunos.
4ª Etapa: Conservação da energia mecânica no pêndulo
Para demonstrar a conservação da energia no pêndulo sugerimos uma abordagem a partir do vídeo Energía, o terceiro da sequência de vídeos dos Prof. Lewin, disponível no link 3 da seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”, ao invés do uso da lousa. A ideia aqui é apenas mostrar que a energia mecânica realmente se conserva e apresentar o pêndulo como um instrumento útil para essa demonstração, sem a preocupação de um envolvimento maior com a teoria.
5ª Etapa: Finalização
Para finalizar a atividade sugerimos que o professor leve os alunos para a sala de informática e acesse o “Simulador de pêndulo simples”, link 5 da seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”. Nesse simulador os alunos podem trabalhar tanto os conceitos básicos quanto a conservação da energia, incluindo aí sistemas dissipativos. É interessante propor que os alunos “meçam”, usando o cronômetro disponível no próprio simulador, o período de oscilação e comparem com o resultado teórico previsto.
O professor pode, se desejar, elaborar um roteiro de propostas de atividades para o uso do simulador, indicando o que deve ser feito e o que deve ser observado como, por exemplo: “Verifique o que acontece com o período do pêndulo se dobrarmos o comprimento do fio”; “Usando o simulador, descubra o valor da aceleração da gravidade em Júpiter”.
Explorar o próprio simulador e o uso das ferramentas dele também é uma atividade interessante e pode-se propor aos alunos, divididos em pequenos grupos, que formulem problemas a serem resolvidos com o uso do simulador.
Por fim, o professor pode sugerir aos alunos uma pesquisa histórica sobre o uso dos pêndulos e a construção de relógios. Essa história é fascinante e está diretamente ligada ao domínio dos mares durante o período das grandes navegações da Idade Média.
Materiais Relacionados
1. Péndulos, Vídeo (7:31) do Prof. Walter Lewin sobre pêndulos, com demonstrações interessantes e introduzindo os conceitos básicos sobre pêndulos – Parte 1 (Em inglês com legendas em espanhol, mas fácil de acompanhar);
2. Péndulos, Vídeo (11:09) do Prof. Walter Lewin sobre pêndulos, com demonstrações interessantes e introduzindo os conceitos básicos sobre pêndulos – Parte 2 (Em inglês com legendas em espanhol, mas fácil de acompanhar);
3. Energía, Vídeo (9:23) do Prof. Walter Lewin sobre pêndulos, com demonstrações interessantes e abordando a conservação da energia mecânica – Parte 3 (Em inglês com legendas em espanhol, mas fácil de acompanhar);
4. Pêndulo simples: texto e imagens explicando o funcionamento do pêndulo simples (indicado para o professor);
5. Simulador de pêndulo simples.