Modelagem teórica e experimental da dinâmica de corpos rígidos em superfícies com atrito aplicada ao ensino do conceito de energia e suas transformações

Abstract

Nesse trabalho, apresentamos o desenvolvimento e a construção de um aparato experimental e de uma sequência de aprendizagem para realizar um estudo do conceito de energia e de suas transformações utilizando a dinâmica de um corpo rígido deslizando sobre uma superfície com atrito. O aparato consiste em um dispositivo capaz de lançar um disco de madeira munido de quatro pontos de apoio sobre uma superfície plana, em movimento combinado de rotação e translação. O movimento de rotação é produzido pela conversão de energia potencial gravitacional, estocada em um peso suspenso, enquanto o movimento de translação é produzido pela conversão de energia potencial elástica, estocada em uma mola. Ao final de cada ensaio, uma trajetória desenhada sobre a superfície é analisada para avaliar o princípio de conservação da energia mecânica e as perdas energéticas por atrito por meio da superfície e das partes móveis do aparato. Para uma avaliação qualitativa do desempenho da estratégia, foram utilizados mapas conceituais. Esse produto educacional foi aplicado no Instituto Federal Norte de Minas Gerais - Campus Salinas, para uma turma do primeiro ano do Ensino Médio. Acreditamos que esse produto tem grande potencial para enriquecer não apenas as aulas relacionadas com o tema “energia e suas transformações”, mas todas as demais aulas de mecânica. Ele possibilita, ainda, estudar o impacto que a introdução de aparatos experimentais, manipuláveis diretamente pelo aluno, permite alcançar na melhoria da aprendizagem significativa de conceitos básicos da mecânica, integrando de forma mais efetiva os conceitos e suas definições matemáticas. A estratégia utilizada para a aplicação desse trabalho visou uma participação ativa dos estudantes na construção dos conceitos, na manipulação do experimento e na execução de medidas.