Equilíbrio de Forças

• Leia a preparação geral no capítulo “Gestão da Sala de Aula”;
• Leia sobre o projeto para que você tenha uma boa ideia do que fazer;
• Defina como você quer apresentar este projeto: Use o fornecido no Software WeDo 2.0 ou use um material de sua escolha;
• Determine o resultado final deste projeto: os parâmetros para apresentar e produzir a documentação/registros;
• Certifique-se de que o tempo é suficiente para que as expectativas sejam atendidas.

O vídeo introdutório pode definir a etapa para que as seguintes ideias sejam analisadas e discutidas com os estudantes para este projeto.

Vídeo introdutório
Muito tempo se passou desde que os humanos tentaram pela primeira vez movimentar objetos grandes. Desde as civilizações antigas até a idade moderna, várias ferramentas têm sido usadas para empurrar ou puxar objetos.

1. Quando você não consegue puxar alguma coisa, é porque há uma força igual ou maior na direção oposta.
2. Quando um objeto começa a se movimentar, é possível dizer que a força na direção do movimento é maior do que as demais forças aplicadas a aquele objeto.
3. Na terra, o atrito tem um papel importante.
4. É mais fácil puxar um objeto em contato com uma superfície com menor atrito, do que em uma superfície áspera e com mais atrito.

Este tópico sobre força e movimento foi explorado e explicado em detalhes por Sir Isaac Newton no século XVII. Vivenciamos diariamente as leis da física definidas por ele.

Perguntas para discussão

1. Quais as formas possíveis de mover um objeto?
   Para fazer um objeto se mover, empurre-o ou puxe-o, ou, de modo mais geral, aplique uma força sobre ele maior do que a força de resistência presente.
2. Você sabe explicar o que é atrito?
   Em qual tipo de superfície precisa-se de menos força para empurrar um objeto: superfície escorregadia ou superfície áspera? É mais fácil movimentar um objeto sobre uma superfície escorregadia do que sobre uma superfície áspera. Dependendo da massa de um objeto, também pode ser mais difícil movimentar o objeto sobre uma superfície escorregadia porque há menos controle para empurrar ou puxar.
3. Preveja o que irá acontecer se a força de tração for maior em uma direção do que na outra.
   Esta resposta deve estar baseada nas previsões dos estudantes no começo da atividade. Isto significa que neste ponto, as respostas dos seus estudantes podem estar incorretas. Seguindo a atividade os estudantes devem ser capazes de discutir o fato de que o movimento do objeto será na direção da maior força de impulso ou de tração.

Faça com que os estudantes salvem suas respostas com texto ou figuras na ferramenta Registro.

Construir e programar um robô puxador
Os estudantes irão seguir as instruções de construção para criar um robô puxador. Este robô irá puxar alguns objetos colocados dentro da sua cesta. Esta investigação pode ser feita em vários tipos de superfícies, como madeira e tapete. Use a mesma superfície durante todo o projeto.

1. Construa um robô puxador.
O módulo de balanceamento usado no projeto utiliza uma engrenagem cônica. Esta engrenagem cônica altera o eixo de rotação, de vertical para horizontal, trazendo o movimento do motor para as rodas.

A cesta possui algumas peças deslizantes para reduzir o atrito.

2. Programe o robô para puxar.
Esta programação irá exibir os números 3, 2, 1 antes de o motor ligar por 2 seg. na potência de motor 10.

2. Programe o robô para puxar.
Esta programação irá exibir os números 3, 2, 1 antes de o motor ligar por 2 seg. na potência de motor 10.

Sugestão
Antes dos estudantes começarem suas investigações, faça com que eles alterem os parâmetros da programação, de forma que eles os entendam completamente.

Testar o robô puxador
Usando este modelo, os estudantes devem ser capazes de conduzir uma investigação sobre as forças de tração.

1. Investigue o comportamento do robô adicionando à cesta, objetos leves e, depois, objetos pesados, até que o dispositivo pare de se mover.
Para que o robô puxador pare de ser mover, são necessários cerca de 300 gramas de objetos. Os estudantes podem usar qualquer objeto, mas cada um não deve ser muito pesado, já que o objetivo desta parte é alcançar o equilíbrio. Neste ponto, os estudantes terão forças equilibradas à sua frente.
Você pode usar uma seta para indicar a direção da força.

Você também pode usar os pequenos pneus como objetos para colocar dentro da cesta. Eles irão aumentar o atrito na lateral da cesta.

2. Usando a mesma quantidade de peças, coloque os pneus grandes no modelo e teste o que acontece.
Os estudantes irão colocar pneus no robô puxador. Isso irá fazer com que o atrito entre as rodas e a superfície seja maior na lateral do robô, aumentando a força que está puxando naquela direção. O sistema ficará desequilibrado.

Esta evidência suporta a ideia de que quando a força de tração é maior do que as forças opostas a ela, os objetos devem se mover.

3. Encontre o objeto mais pesado que é possível puxar quando o robô está equipado com os pneus.
Este passo final dependerá do atrito da superfície sobre a qual os estudantes estão trabalhando.

Investigar mais
Use a seção “Investigar mais” do projeto como uma extensão opcional. Tenha em mente que estas tarefas se estendem sobre as anteriores e são designadas para estudantes mais velhos ou mais avançados.

O robô puxador no qual os estudantes estão trabalhando usa um mecanismo de engrenagem cônica para alterar a direção da rotação do motor, isso não aumenta a força do movimento.

1. Construa um robô puxador diferente.
Deixe que os estudantes explorem novos designs para uma máquina de puxar. Deixe que eles construam seus próprios modelos, façam os mesmos testes feitos anteriormente com o robô puxador original e compare as descobertas das duas investigações. Como inspiração, dê uma olhada na Biblioteca de Design.

Sugestão para que os estudantes possam interagir entre si Encontre a máquina mais forte da sala de aula
Quando você achar que as equipes já terminaram os testes, organize uma competição de cabo de guerra:

• Coloque duas equipes em pares;
• Prenda os robôs de costas um para o outro com a corrente LEGO^® ;
• Faça com que as equipes coloquem quantidades iguais de peso e massa na cesta antes da competição;
• Faça com que eles liguem seus motores ao seu sinal, de forma que eles se afastem um do outro. Qual é o mais forte?

Concluir o registro
Peça aos estudantes que documentem/registrem seus projetos de diversas formas, como:
• Peça a eles que façam uma captura de tela dos seus resultados;
• Peça que comparem estas imagens com imagens reais;
• Convide os estudantes a gravarem um vídeo descrevendo seus projetos para a sala de aula.

Sugestões
Os estudantes podem coletar dados em formato de gráfico ou planilha. Os estudantes também podem fazer gráficos dos resultados dos seus testes.

Apresentar os resultados
Ao final deste projeto, os estudantes devem apresentar o resultado das suas investigações.

Para aprimorar as apresentações dos seus estudantes:

• Oriente-os a utilizar palavras como força equilibrada/igual, força desequilibrada, empurrar, puxar, atrito e peso;
• Peça a eles para utilizarem setas para representar a força;
• Peça a eles para colocar suas explicações em contexto;
• Oriente-os a analisar seus projetos e comparar com situações reais em que eles observaram forças equilibradas ou desequilibradas;
• Discuta a conexão entre suas descobertas e estas situações em particular.

Escala de proficiência dos estudantes (conteúdos e competências científicas e tecnológicas)
Você pode usar a matriz/tabela de observação do nível de proficiência dos estudantes que você encontrará no capítulo “Avaliação” e considerar:

Fase Explorar
Durante a fase Explorar, certifique-se de que o estudante está ativamente envolvido na discussão, pergunta e responde dúvidas e usa corretamente os termos empurrar e puxar, forças e atrito.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante é incapaz de fornecer respostas a dúvidas ou de participar de discussões de forma adequada ou de relacionar o equilíbrio como forças iguais sendo aplicadas em sentidos opostos.
2. O estudante é capaz de, através de solicitação, fornecer respostas a dúvidas ou de participar de discussões de forma adequada ou com ajuda e de identificar o equilíbrio e desequilíbrio de forças.
3. O estudante é capaz de fornecer respostas adequadas a dúvidas e de participar das discussões em sala ou relacionar o equilíbrio e desequilíbrio de forças com o sentido e a intensidade de aplicação de uma força.
4. O estudante é capaz de estender as explicações na discussão ou de descrever em detalhes o conceito de força a partir de aplicações com intensidades iguais ou diferentes, em sentidos opostos.

Fase Criar
Durante a fase Criar, certifique-se de que o estudante está trabalhando em equipe, de que ele pode fazer previsões sobre o que deve acontecer e de que ele pode usar as informações coletadas na fase Explorar.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante é incapaz de trabalhar bem em equipe, de fazer previsões sobre o que deve acontecer ou de usar informações coletadas.
2. O estudante é capaz de trabalhar em equipe e prever, com ajuda, o que pode acontecer na investigação.
3. O estudante é capaz de coletar e usar informações com orientação, trabalha em equipe e contribui com as discussões do grupo, faz previsões e coleta informações para usar em um momento de socialização.
4. O estudante é capaz de trabalhar em equipe e justifica as previsões para explicar sobre o equilíbrio e desequilíbrio de forças.

Fase Compartilhar
Durante a fase Compartilhar, certifique-se de que o estudante pode explicar o que está acontecendo com o modelo em termos de força, de que ele testou combinações diferentes e de que ele pode usar informações importantes do seu projeto para criar um relatório final.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante é incapaz de se envolver na discussão sobre a investigação, de explicar o modelo usando o conceito de força ou de usar as informações para criar um projeto final.
2. O estudante é capaz, através de solicitação, de se envolver na discussão sobre forças, de concluir múltiplos cenários de testes, a fim de fazer previsões e de usar informações limitadas para criar um projeto final.
3. O estudante é capaz de se envolver nas discussões sobre investigação de forças e de usar as informações coletadas dos testes para produzir um projeto final.
4. O estudante é capaz de se envolver de forma extensa nas discussões em sala sobre o tópico e de usar as informações coletadas para criar um projeto final que inclui elementos adicionais necessários.

Escala de proficiência dos estudantes (comunicação e registro)
Você pode usar a matriz/tabela de observação do nível de proficiência dos estudantes, que você encontrará no capítulo “Avaliação” e considerar:

Fase Explorar
Durante a fase Explorar, certifique-se de que o estudante pode explicar de forma eficaz suas próprias ideias e compreensão em relação às dúvidas colocadas.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante é incapaz de compartilhar suas ideias em relação às dúvidas colocadas durante a fase Explorar.
2. O estudante é capaz, através de solicitação, de compartilhar suas ideias em relação às dúvidas colocadas durante a fase Explorar.
3. O estudante expressa de forma adequada suas ideias em relação às dúvidas colocadas durante a fase Explorar.
4. O estudante usa detalhes para avançar nas explicações das suas ideias em relação às dúvidas colocadas durante a fase Explorar.

Fase Criar
Durante a fase Criar, certifique-se de que o estudante faz escolhas apropriadas (ou seja, captura de tela, imagem, vídeo, texto) e segue as expectativas estabelecidas para registrar/documentar as descobertas.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante falha em documentar/registrar as descobertas durante a investigação. 2. O estudante reúne os registros das suas descobertas, mas a documentação está incompleta ou não segue todas as expectativas estabelecidas.
2. O estudante documenta de forma adequada as descobertas para cada componente da investigação e faz escolhas apropriadas nas seleções.
3. O estudante usa uma variedade de métodos apropriados para o registro e excede as expectativas estabelecidas.

Fase Compartilhar
Durante a fase Compartilhar, certifique-se de que o estudante usa evidências das suas próprias descobertas durante a investigação para justificar seu raciocínio e adere a orientações estabelecidas para apresentar suas descobertas aos demais estudantes.
Considere as seguintes observações:

1. O estudante não usa evidências das suas descobertas em conexão com ideias compartilhadas durante a apresentação ou não segue orientações estabelecidas.
2. O estudante usa algumas evidências das suas descobertas, mas a justificativa é limitada. Orientações estabelecidas geralmente são seguidas, mas podem estar ausentes em uma ou mais áreas.
3. O estudante fornece de forma adequada evidências para justificar suas descobertas e segue orientações estabelecidas para a apresentação.
4. O estudante discute inteiramente suas descobertas e usa perfeitamente evidências apropriadas para justificar seu raciocínio enquanto segue todas as orientações estabelecidas.

Para garantir maior sucesso na execução da atividade, dê mais orientações para a construção e programação, como segue abaixo:
• Explique como conduzir uma investigação;
• Defina fatores nos quais os seus estudantes irão focar, como o tamanho das rodas, potência do motor ou tipo de ajuste da polia.

Seja específico ao estabelecer expectativas para os estudantes apresentarem e documentarem/registrarem suas descobertas.

Investigar mais
Como um desafio adicional, dê tempo extra para investigações com os designs e programações criados pelos estudantes. Isso permitirá que eles explorem fatores
adicionais que influenciam a velocidade.

Possíveis equívocos dos estudantes
Os estudantes geralmente têm problemas em diferenciar velocidade eaceleração. Um equívoco comum cometido pelos estudantes é a ideia de que se
a velocidade é constante, então a aceleração também é constante. Velocidade e aceleração são dois conceitos diferentes que estão ligados um ao outro, mas se
não houver alteração na velocidade, não há aceleração positiva ou negativa.