Guia do Professor
Módulo: Energia
Atividade: “Brincando” com Molas
I - Introdução
Nesta atividade, o aluno compara as forças exercidas por diferentes combinações de molas para
verificar que a força aplicada por uma mola, depende de características intrínsecas da mesma, e de
quando ela é esticada. O aluno ainda verifica as conseqüências da aplicação de força em pontos de
diferentes distâncias do centro de uma balança.
A atividade consiste de um jogo para dois jogadores, onde o objetivo é descobrir como
restabelecer o equilíbrio de uma balança que, de um lado pode-se pendurar blocos e do outro pendurar
molas. Cada jogador atua de um lado da balança, um manipula os blocos e outro as molas. Os blocos
podem ser escolhidos de um a um, de três em três ou de nove em nove. Já para as molas, as
possibilidades são maiores, pois podem ser combinadas em série ou em paralelo, e esticadas de
diferentes valores.
O objetivo desta atividade está centrado na força exercitada por uma mola, logo se presume que
o aluno compreenda a força gravitacional exercida da Terra sobre o bloco, para que possa ser feita uma
comparação com as forças exercidas pelas molas.
Podemos afirmar que a soma da força de um lado da balança, exercida pelo peso dos blocos, é
igual a soma da força do outro lado, exercida pelas molas; para que a balança esteja equilibrada;
afirmação esta, que podemos descrever pela equação:
Fblocos = Fmolas
Equação 1
A força exercida pelos blocos é igual à massa vezes a aceleração gravitacional, mas o que
importa é a comparação entre uma força exercida sobre um bloco e uma outra exercida sobre dois, três
blocos, e assim por diante. Considerando o peso de um bloco como sendo nossa unidade de força, então
podemos considerar a força exercida por N blocos, igual a Nblocos , que é o número de blocos.
Já a força exercida pela mola é dada pela expressão da lei de Hooke abaixo:
Fmola = - K . y
Equação 2
Onde Fmola é força exercida pela mola, K é a constante elástica da mola e y é o quanto a mola é
esticada.
Estão disponíveis para escolha do aluno cinco molas, com diferentes valores de constante
elástica, que são: 0,33; 0,5; 1, 2 e 3 (unidade de força por unidade de distância). As molas podem ser
esticadas de 0 a 9 (unidades de distância).
A balança tem três posições de cada lado, ao longo de seu braço, com valores que crescem do
centro para as extremidades, onde podem ser aplicadas as forças. O efeito da força aplicada depende do
ponto de aplicação, sendo proporcional à distância entre o ponto de aplicação da força e o centro da
balança. Se aprofundarmos um pouco mais na Física e na Matemática, podemos multiplicar,
vetorialmente, o Vetor Força pelo Vetor Posição do ponto de aplicação da força e teremos uma nova
grandeza chamada Torque, que podemos interpretar, neste caso, como sendo o efeito da força aplicada.
Podemos, agora, voltar a equação 1 e reescrevê-la, utilizando as grandezas discutidas acima:
Nblocos . Pblocos = Kmola .y.Pmola
Equação 3
Onde Nblocos é o número de blocos, Pblocos é a posição dos blocos ao longo do braço da balança,
Kmola é constante elástica da mola escolhida, y é o quanto a mola foi esticada e Pmola é a posição da mola
ao longo do braço da balança.
Basta substituir os valores escolhidos na equação 3, de maneira que os dois lados da equação sejam
iguais, para verificar se a balança está equilibrada.
II - Objetivos
Verificar as conseqüências de diferentes combinações de molas idênticas.
Relacionar o torque em função do ponto de aplicação da força que o produz.
III - Pré-requisitos
O aluno deverá calcular a força peso em função da massa e a da aceleração da gravidade.
IV - Tempo previsto para a atividade
1 hora aula.
V - Na sala de aula
O professor deverá trabalhar os seguintes temas em sala de aula, para que a
atividade possa ter um bom rendimento:
-Força Peso.
-Força elástica.
-Lei de Hooke.
-Torque.
-Equilíbrio.
Questões para discussão:
-De que depende a constante elástica de uma mola?
-Cortando uma mola ao meio, o que acontece com a constante elástica dos dois pedaços?
-E se juntarmos os dois pedaços, um ao lado do outro, o que acontece com a constante e elástica
da combinação dos dois?
VI - Na sala de computadores
Preparação:
Como se trata de um jogo, o ideal é tenha dois alunos por computador, embora o jogo
possa ser realizado com o computador simulando um dos jogadores.
Material necessário:
Os alunos deverão levar um material para rascunho e para elaborar um relatório sobre a
atividade.
VII - Durante a atividade
A atividade é planejada para que o aluno não precise da ajuda do professor, o professor deverá
ficar apenas de prontidão para qualquer dúvida.
VIII - Depois da atividade
O professor complementa com conclusões relacionando a aula anterior com a
atividade de computador, voltando às questões iniciais:
-De que depende a constante elástica de uma mola?
-Cortando uma mola ao meio, o que acontece com a constante elástica dos dois
pedaços?
-E se juntarmos os dois pedaços, um ao lado do outro, o que acontece com a
constante elástica da combinação dos dois?
IX - Avaliação
A cada jogada, o aluno é avaliado, e como são 81 possibilidades de cada lado, pode-se afirmar
que ele não obterá sucesso no jogo, se “chutar” as jogadas. O aluno deverá elaborar um relatório
descrevendo os passos que o levaram a responder as perguntas propostas.
X - Atividades complementares
Esta atividade serve como preparação para a atividade “Um salto radical”
XI - Referências bibliográficas
Projeto de Ensino de Física (Instituto de Física da Universidade de São Paulo). Conservação de
Energia. São Paulo: MEC/FENAME/PREMEN, 1975.
GREF(Grupo de reelaboração do ensino de Física). Física I: Mecânica. São Paulo: Editora da
Universidade de São Paulo, 1990.
HELOU, W. & NEVES, A.(editores). Física, parte III. (org. Phisical Science Study Committee). São
Paulo: Scipione, 1997.
HEWITT, P. Física Conceitual.(trad. Trieste Freire Ricce e Maria Helena). 9 ed. Porto Alegre:
Bookman, 2002.