Máquinas Simples - Alavancas
• Reconhecer as alavancas como máquinas simples e como elas auxiliam no trabalho.
• Compreender os mecanismos de funcionamento das alavancas.
Os alunos devem ter noções sobre os recursos criados pelo ser humano a partir de materiais da natureza.
Inicie o estudo conversando sobre a época das cavernas, quando o ser humano não tinha recursos tecnológicos como temos hoje, mas ele inventava máquinas simples para auxiliar sua vida.
"Um homem da pré-história saiu com seu filhote para ensiná-lo a caçar. Entretanto, um pequeno tremor de terra aconteceu e o filhote caiu dentro de um buraco e não conseguia subir. Para piorar, uma pedra rolou até a boca do buraco, de forma que o pai não conseguia entrar no buraco. Próximo a eles havia apenas algumas pedras, cipós e troncos de árvores secas."
Atividade 1 - Peça para os alunos desenharem contando como eles resolveriam esse problema. (A solução é muito intuitiva, a criação de uma alavanca).
Atividade 2 - Com uma caixa pesada simulando uma pedra, um cabo de vassoura e uma pedra, peça para que os alunos mostrem como iriam resolver o problema.
Professor, eles deverão utilizar a pedra menor como ponto de apoio e colocar a ponta do cabo de vassoura debaixo da caixa. Introduza o termo "alavanca" para explicar o recurso utilizado para remover a caixa.
Pergunte a eles qual a função das alavancas e anote suas respostas no quadro.
Apresente o pequeno texto abaixo:
"As alavancas são máquinas que podem ampliar nossa força. Várias tarefas que exigiriam de nós muita força podem ser feitas com uma força menor quando utilizamos uma alavanca. Isso se torna possível quando a distância entre o ponto de apoio da alavanca e o lugar onde fazemos a força é maior que a distância entre a carga e a alavanca."
Atividade 3 - Volte novamente à caixa e peça para que eles tentem levantá-la segurando na ponta do cabo de vassoura e segurando mais perto do ponto de apoio. Deixe que os alunos experimentem na prática, para que eles percebam a diferença.
Professor, neste caso eles perceberão que quanto mais longe do ponto de apoio eles segurarem, mais fácil será erguer a caixa.
Introduza então os termos "carga", "braço de força" e "ponto de apoio".
Peça para que eles desenhem a atividade que fizeram com a caixa, segurando próximo e distante do ponto de apoio, nomeiem cada parte e digam em qual das situações eles fizeram mais força.
Após discutir os problemas da parte um, desenhe o problema (da caixa pesada) no quadro.
Pergunte o que aconteceria se eles mudassem o ponto de apoio para o meio do braço de força. É provável que os alunos digam que se parece com o brinquedo gangorra. Se possível, leve-os ao parquinho ou improvise uma gangorra com um pedaço de madeira.
Imagem retirada de http://debico.files.wordpress.com/2009/08/gangorra.jpg (acesso 19/10/2009)
Atividade 4 - No parquinho, peça para dois alunos de pesos diferentes se sentarem um de cada lado gangorra. Peça para que os outros observem o que aconteceu e que proponham uma forma do aluno mais pesado ser erguido. Eles irão dizer para colocar outro colega junto. Atenda à solicitação e peça para que outro aluno se sente junto ao aluno mais leve. Ao agir assim, provavelmente o aluno maior será erguido.
Atividade 5 - Proponha nntão o seguinte problema: e se o aluno mais pesado fosse uma pedra que o aluno mais leve tivesse que erguer sozinho? Ouça as sugestões dadas. Deixe que eles discutam sobre o problema, e se for o caso, testem suas hipóteses. Se nenhum aluno propuser, como o ponto de apoio da gangorra é fixo, peça para que o aluno mais pesado se sente com cuidado o mais próximo do ponto de apoio possível. Após isso verifique se o aluno mais leve consegue levantar o mais pesado.
O que foi feito nesse caso foi aumentar relativamente o tamanho do braço de força (diminuindo a distância entre a carga e o ponto de apoio) e fazer com que a alavanca passasse a trabalhar a favor do aluno mais leve. Com o ponto de apoio no meio, a alavanca não faz trabalho algum, apenas muda a direção da força aplicada. Já com o ponto de apoio deslocado, ou seja, com o braço de força maior, maior será a amplitude do movimento (distância vertical percorrida) assim menor será a força necessária para mover a c arga.
Após a parte prática, dê outros exemplos e, juntos, identifiquem onde estão o ponto de apoio, o braço de força e a carga.
Imagem modificada de: http://www.fisica.net/mecanicaclassica/maquinas_simples_alavancas.php (acesso 12/10/2009)
Ao comermos, utilizamos o garfo/colher como alavanca para pegar a comida. O ponto de apoio é nossa mão, a carga é a comida e o braço de força é o comprimento do talher de onde nossa mão segura até a comida. Se segurarmos muito perto de onde estará a comida, fazemos mais força.
Nessa figura, a carga está na mão da pessoa e o ponto de apoio é o cotovelo. Para erguer a carga, a musculatura do antebraço deve fazer uma força para cima e o braço de força é o próprio comprimento do braço.
Nessa figura, o ponto de apoio é a pequena pedra, que está situada entre a pedra grande (carga) e o local onde os homens aplicam a força. O braço de força vai de onde os homens seguram até o ponto de apoio.
Na tesoura, o ponto de apoio é o parafuso que une as duas partes. A resistência fica do lado cortante da tesoura e fazemos força do outro lado. Para cortar coisas mais duras, deslocamos o objeto para perto do eixo, pois assim estamos aumentando relativamente o tamanho do braço de força.
Imagem modificada de: http://futebol.incubadora.fapesp.br/portal/conceitos/AlavancasFor_c3_a7aMuscular (acesso 12/10/2009)
No carrinho de mão, a carga está entre o ponto de apoio, a roda, e o braço do carrinho, onde seguramos. Para o esforço ser menor, é preciso colocar a carga o mais próxima da ponta da roda e segurar o mais distante possível, pois assim aumentaremos o tamanho do braço de força.
Professor, as informações que se seguem são para o seu conhecimento.
Existem três tipos diferentes de alavancas: interfixa, interpotente e inter-resistente.
Na alavanca interfixa, o ponto de apoio está entre a carga e o local de aplicação da força. É o caso da gangorra, da tesoura e do martelo. Nas alavancas inter-resistentes, a carga está entre o ponto de apoio e o local de aplicação da força. É o caso do quebra-nozes, do carrinho de mão e também da musculatura do nosso pé, responsável pelo nosso caminhar. Já nas alavancas interpotentes, a força é aplicada entre o ponto de apoio e a carga, como quando usamos o garfo, uma pinça ou levantamos um objeto apenas com o antebraço.
Imagem par a o item Avaliação:
Imagem modificada de : http://www.cienciamao.if.usp.br/tudo/exibir.php?midia=t2k&cod=_ciencias_cie52b (acesso 12/10/2009)
Sugestão de vídeos – Papaléguas e Coiote - http://www.youtube.com/watch?v=YCe9zXZOaiU (acesso 12/10/2009)
Atenção! Nos desenhos do papaléguas, o coiote usa muitas máquinas simples em suas armadilhas. Elas nunca funcionam e muitas vezes contrariam as leis da física, mas é uma ótima forma de deixar a aula mais lúdica, desde que se discutam alguns exemplos do vídeo. Além disso, como atividade, os alunos podem identificar as alavancas que o coiote usa durante o desenho.
Avalie se os alunos conseguiram perceber a atuação das alavancas, tanto ao levantar a caixa quanto no parquinho. É importante que eles possam experimentar, para que através da experiência vivida possam construir um modelo mental. Como avaliação, proponha problemas simples para que eles resolvam. Repita o exemplo da gangorra com figuras, para que eles possam explicar o que seria necessário para levantar a carga e formas alternativas de se fazer isso sem aumentar a força (deslocando o eixo ou deslocando a carga). É importante ressaltar isso, pois a alavanca é uma máquina simples, e, como tal, deve trabalhar a nosso favor.
Utilize também o exercício da gangorra (imagem inserida no item Estratégias e Recursos da Aula)
Peça para que cada aluno explique o que acontecerá em cada situação quando a criança se sentar. Suponha que o adulto seja uma pessoa magra e de estatura média. (apenas na situação 2 a gangorra ficará em equilíbrio, nos outros casos o adulto levantará a criança, sendo que no terceiro caso ele, o adulto, fará uma força ainda menor)
Teresabmf , Alvacir vite rossi , Distrito Federal - disse:
Tebernadete@gmail.com
Ajudou muito mesmo essa aula! Sou aluna e agradeço!
Urias , Instituto Educacional de Tianguá-IET , Ceará - disse:
urias_souza@yahoo.com.br
aula muito exclarecedora, compreensivel e didática. Para ficar completa poderia conter exemplos que pudesse utilizar a "equação de equílibrio das alavancas".