Utilizador:Yuri Zanerippe Miguel
Público alvo/ Duração: 2° Ano do Ensino Médio/ Duas horas-aula (45 min cada)
INTRODUÇÃO A ONDULATÓRIA – ONDAS TRANSVERSAIS
Conteúdo:
1.1) Conceito de onda;
1.2) Propagação de um pulso transversal em meios unidimensionais;
1.3) Reflexão de pulsos (extremidade fixa e livre);
1.4) Ondas periódicas.
Objetivos:
Proporcionar ao educando condições de:
- Conceituar as características de uma onda;
- (Re)Conhecer uma onda transversal;
- Correlacionar a tensão com a velocidade de propagação da onda em uma mesma corda;
- Correlação entre frequência e comprimento;
- Discriminar os tipos de reflexão de pulsos com extremidade fixa e livre.
Procedimentos:
Atividade Inicial:
Iniciar com aula expositiva dialogada sobre os tipos ondas, com enfoque em onda transversal, conceituando-a junto aos alunos, além de ressaltar sua presença em nosso dia, seja transportando energia a todos os cantos no Universo, ou até mesmo nas coisas mais simples do cotidiano como usar o telefone celular, escutar um rádio, assistir TV, ou simplesmente olhando para as estrelas. Isso incrementará a importância das aulas de Física, para explicar fenômenos da natureza que não são questionados, ou são questionados mas acabam esquecidos na sessão “na próxima aula eu respondo” de alguns professores(as). Esta primeira etapa terá uma duração de dois terços de uma aula, aproximadamente 30 minutos.
Desenvolvimento:
A segunda etapa consiste na utilização da simulação computacional para a reflexão acerca de alguns fenômenos que não podem ser feito em prática, como exemplo a reflexão de um pulso com extremidade solta. O aluno deverá executar o arquivo em java localizado na área de trabalho (wave-on-a-string_pt_BR.jar) disponível no site < https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/wave-on-a-string > ou acessar este linque que estará num documento na área de trabalho para execução em html5 (inglês): < https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_en.html >.
Através desta simulação o aluno poderá escolher a fonte osciladora manual, oscilador automático ou pulso, além de optar por extremidade infinita, solta e fixa. Os parâmetros amplitude, tensão, amortecimento, frequência e tamanho do pulso poderão ser alterados conforme a escolha. Há também ferramentas adicionais como réguas para aferir comprimento de onda e sua amplitude, além de uma linha tracejada móvel para referenciar a crista ou vale da onda para posterior aferição. A simulação em java contém duas funções importantes para a execução e visualização de alguns fenômenos, que é a “pare e siga” e “pule”. Com ela o aluno poderá parar a simulação no momento desejado e avançar a cada clique na função “pule”, assim o aluno poderá tirar um “Print Screen” para salvar em arquivo de imagem no momento específico que desejar. Entretanto a simulação em html5 tem uma função a mais em relação a java, que é “slow motion” - câmera lenta, que ajuda ainda mais a visualizar a reflexão da corda com extremidade fixa e solta, além dos nós (pontos de equilíbrio). Caso o aluno comece a mexer nos parâmetros e algo saia do controle há opção de reiniciar.
Na primeira proposta de simulação, o aluno deverá refletir sobre os parâmetros envolvidos, para que possa fazer ondas periódicas com as características pedidas. Primeiramente deverá selecionar o tipo de oscilação automática, pois se trata de ondas periódicas, além do uso da régua para aferição da amplitude e comprimento de onda, no qual será arbitrário – poderá aferir de crista a crista, de vale a vale, de nó a nó ou de outro ponto qualquer que complete um ciclo. O uso da linha tracejada móvel auxiliará para demarcar a crista ou o vale para obter uma medida mais precisa da amplitude. As funções “pare e siga” e “pule” (java) ou “slow motion” e “pause” (html5) serão indispensáveis para que o aluno possa tirar um “Print Screen” no momento exato do ápice da onda. Entretanto há outros parâmetros que poderão ser alterados, mas espera-se que o aluno reconheça ao alterá-los, que estes farão a onda se propagar lentamente ou rapidamente – tensão, ou dissipar sua energia mais ou menos intensamente – amortecimento. Haverá a pergunta, “que tipo de extremidade utilizar?”, este será um momento de experimentação, que levará o aluno a perceber que não fará diferença na onda produzida.
A segunda proposta de simulação exigirá do aluno uma percepção matemática mais aguçada, devido à presença da raiz quadrada. Pois o fato de quadruplicar ou dividir a tensão por quatro, fará com que a força aumente ou diminua duas vezes respectivamente. A simulação terá a funcionalidade de averiguar tal fenômeno. Infelizmente a simulação não dispõe de um “velocímetro de onda” ou de outro qualquer medidor, por exemplo de frequência. Apenas possui potenciômetros que aumentam ou diminuem tais parâmetros (amortecimento, tensão, amplitude e frequência) sem rigor em proporcionalidade.
A terceira proposta visa evidenciar ao aluno a relação entre frequência e comprimento de onda, enquanto uma aumenta o outro diminui e vice e versa respectivamente.
A quarta proposta de simulação propõe que o aluno rebusque os conceitos sobre as leis de Newton, especificamente a terceira, na qual justifica a inversão de fase em uma corda com extremidade solta enquanto o segundo arranjo (extremidade solta) não haverá ação de força entre suporte e corda, não ocorrendo a inversão de fase. Esta última situação é totalmente idealizada, desconsiderando a massa do suporte (haste, argola e corda). Esta última etapa tem como previsão duração de uma hora – pouco mais de uma hora-aula.
As propostas para simulação não levam em conta as dimensões, entretanto servirá como facilitador no processo de assimilação e reconciliação integradora, pois os alunos poderão buscar conceitos vistos em sala na busca de responder/simular as propostas. O passo seguinte seria a continuidade do conteúdo para posterior resolução de questões sobre frequência, período, comprimento de onda, amplitude.
Avaliação:
O aluno deverá montar as situações propostas pelo professor através do simulador com pontuação definida de 0 à 10. Deve tirar um “Print Screen” da tela e salvar com o número do exercício seguido do nome da dupla (ex.: 9_fulano_ciclano) que, em seguida será recolhido com um pendrive pelo(a) professor(a), com o texto manuscrito ou digitado para posterior avaliação. Além disso, a participação e interação entre dupla e simulação será avaliada
Recursos:
- Lousa; giz/ caneta, data show/ Televisor, Laboratório de Informática, guia de atividades (um por dupla), Recurso Educacional Aberto – Phet Colorado: Onda em uma corda.
Observações:
Há possibilidade de usar a simulação em java ou html5, entretanto em html5 está em inglês, sendo necessário anotar o significado de algumas palavras na lousa. A simulação em html5 há menos risco de incompatibilidade na execução.
Sugestão de atividade utilizando a simulação
Nome da Escola
Aluno (a): ___________________________________________. Nº____. Turma: 2º Ano ____.
Data: ___/___/___. Disciplina: Física
Professor: X pontos Nota: ____.
GUIA DE ATIVIDADES
INTRODUÇÃO A ONDULATÓRIA – ONDAS TRANSVERSAIS
Instruções
Abrir o arquivo wave-on-a-string_pt_BR.jar localizado na área de trabalho ou acessar o linque dentro do arquivo Onda_em_uma_corda.odt. Todas as atividades terão uma parte na forma digital (arquivo de imagem), para isso deve-se tirar um “Print Screen” da tela e salvar com o número do exercício seguido do nome da dupla (ex.: 9_fulano_ciclano), além de um texto manuscrito ou digitado, neste caso deve-se utilizar um editor de texto (BrOffice Writer ou similar). Ambos serão recolhidos com um pendrive pelo(a) professor(a), com o texto manuscrito ou digitado para posterior avaliação. Preste atenção que cada enunciado pode ser necessário mais de um arquivo de imagem para respondê-lo. Há um mapa da simulação (Figura 1) para facilitar a localização das funções e parâmetros.
Propostas para simulação
1º – Faça ondas periódicas com um comprimento de onda aproximadamente de 3 cm e com uma amplitude de 1,30 cm. Número de oscilações na imagem formada? Qual a função de cada parâmetros utilizados para gerar a onda com as características exigidas?
2º – A velocidade de propagação da onda em uma corda está diretamente relacionada com a tensão aplicada na mesma. A partir dos conceitos abordados em sala explique: Supondo que uma corda esteja oscilando com uma tensão x N, e em seguida a tensão sobre a corda quadruplica. O que acontecerá com sua velocidade? E, se dividirmos a tensão em quatro, o que acontecerá com a velocidade? (Utilize a simulação para melhor visualizar este fenômeno.)
As equações v = √σ/ μ¬ e μ = M/ L mostram as relações entre as grandezas discutidas em sala e estão descritas logo abaixo. Utilize-as caso julgue necessário.
v = Velocidade metros por segundo (m/s);
σ = Tensão em Newton (N);
μ = densidade linear em quilograma por metro (kg/m);
M = Massa em quilograma (kg);
L= Comprimento da corda em metros (m).
3ª – A frequência e o comprimento de onda estão relacionados, entretanto, não é tão fácil assim para perceber ou (re)conhecer que relação é essa. Para isso monte um arranjo com extremidade infinita e oscilação contínua com uma amplitude e frequência qualquer. Tire um “Print Screen” (1)e em seguida aumente e diminua a frequência (tire “Print Screen” (2 e 3) de ambas as situações). Analise as imagens e busque reconhecer qual é a outra característica alterada.
4ª – A reflexão de pulsos numa corda pode ocorrer de duas maneiras, com extremidade fixa ocorrendo a inversão de fase, e com a extremidade solta sem inversão de fase. Monte os dois arranjos descritos anteriormente e explique com conceitos Físicos discutidos em sala o motivo pelo qual um ocorre inversão de fase e o outro não.