A UTILIZAÇÃO DE PROTÓTIPOS DE FOGUETES COM GARRAFAS PET COMO ESTRATÉGIA NA APRENDIZAGEM DAS LEIS DO MOVIMENTO DE NEWTON

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE RORAIMA PRÓ-REITORIA DE ENSINO

A UTILIZAÇÃO DE PROTÓTIPOS DE FOGUETES COM GARRAFAS PET COMO ESTRATÉGIA NA APRENDIZAGEM DAS LEIS DO MOVIMENTO DE NEWTON (título do projeto)

Projeto submetido à apreciação do IFRR/PROEN, por meio do Edital Nº 06/2015 que trata sobre o Fomento de Práticas Pedagógicas Inovadoras - INOVA/IFRR, destinado a docentes do Ensino Técnico e de Graduação do IFRR, para o exercício 2015.

LOCAL-RR/2015 1

NOME DA INSTITUIÇÃO: INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE RORAIMA CÂMPUS NOVO PARAÍSO.

ENDEREÇO: BR-174, Km-512 ,Vila Novo Paraíso Caracaraí - RR

ADEMAR DE ARAÚJO FILHO Reitor do IFRR

IVONE MARY MEDEIROS DE SOUZA Pró-Reitora de Ensino do IFRR

ELIEZER NUNES SILVA Diretor Geral do Câmpus Novo Paraíso/IFRR

LEE MARCOS CRUZ DE SOUZA Docente Coordenador do Projeto

DOCENTE(S) PARTICIPANTE(S): ANTÔNIO FERREIRA DA SILVA PEDRO DOS SANTOS PANERO

ESTUDANTES CONVIDADOS ALEX RODRIGUES DA CRUZ LUIZ FERNANDO ASSUNÇÃO PINTO RAILTON DE ALMEIDA VIANA ROBERT DE SÁ SANTOS VICTOR FELIPE MARTINS DA SILVA AMAZONAS

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SUMÁRIO 1.

Introdução .............................................................................................. 4

2.

Justificativa ............................................................................................. 8

3.

Objetivos ................................................................................................ 8

3.1. 4.

Objetivo Geral .................................................................................... 8 Referencial Teórico ................................................................................. 8

4.1.

Funcionamento dos foguetes ............................................................. 9

4.2.

As três Leis de Newton .................................................................... 10

4.3.

Construindo foguetes com garrafas de refrigerante do tipo PET ..... 11

4.3.1.

Para a construção da plataforma: .................................................... 11

4.3.2.

Para a construção do foguete: ......................................................... 11

4.3.3.

Combustível: .................................................................................... 11

5.

Resultados Esperados ......................................................................... 12

6.

Orçamento ........................................................................................... 12

6.1.

Para 5 bases de lançamento de foguetes ........................................ 12

7.

Cronograma de Execução .................................................................... 13

8.

Referências .......................................................................................... 13

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1. Introdução

Um dos grandes desejos do homem é o de desbravar o Universo, suas galáxias, ser um astronauta, mas para quem nunca conseguiu realizar esse sonho resta um consolo que é o de construir seu próprio foguete feito de garrafa PET. Alunos gostam da disciplina de física, por descobrirem coisas novas e suas funções, outras por entenderem que podem compreender melhor o mundo, outros por simplesmente acharem que a disciplina é importante, existem alunos ainda que não apreciam a disciplina simplesmente por haverem cálculos, ou que o assunto possa ser cansativo pela teoria envolvida. Este projeto educacional trata da proposta de utilização de foguetes construídos com garrafas PET(Politereftalato de etileno) como recurso capaz de promover a aprendizagem das três leis do movimento de Newton. Tal proposta não se caracteriza como a única opção para os educadores implementarem práticas educacionais inovadoras. Nem tão pouco deve ser vista como uma “receita” a ser obedecida à risca. Ao contrário, trata-se de mais uma alternativa que pode ser aplicada no ensino de Física em nível médio. A proposta apresentada traz informações a respeito do funcionamento dos foguetes, da descrição do material e de procedimentos para a construção da plataforma de lançamento e dos foguetes de garrafa PET. Consta ainda, da descrição das aulas e do material utilizado nas mesmas. O princípio físico que viabiliza o funcionamento de um foguete é a Terceira Lei de Newton, a lei da Ação e Reação: "a toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade e sentido contrário”.

Fonte: http://perlbal.hi-pi.com/blog-images/707667/gd/129232400517/Como-funciona-o-foguete.jpg

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Toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário.

Terceira lei de Newton: ação e reação. Quando dois corpos interagem aparece um par de forças como resultado da ação que um corpo exerce sobre outro. Estas forças são comumente chamadas de ação e reação. O principio da ação e reação as seguintes propriedades das forças decorrentes de uma interação entre dois corpos.

Como a lei da ação e reação age no experimento? Tudo se inicia com a reação química que ocorre entre o vinagre (ácido acético - CH3COOH) e o bicarbonato de sódio(NaHCO3). Tal reação libera (Gás carbônico - CO2) com um progressivo aumento da pressão no interior da garrafa. A pressão aumenta a ponto de a rolha escapar. Quando isso acontece, a água e o ar são violentamente expulsos (ação) e empurrando (reação) a garrafa na mesma direção e sentido oposto.

Fonte: www.cienciamao.usp.br

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O foguete funciona, pois o vinagre e o bicarbonato de sódio (que este embrulhado na trouxinha de papel) reagem entre si formando CO 2. Quanto mais gás é liberado, maior a pressão no interior da garrafa. A pressão chega a um ponto tal, que a rolha é forçada a sair. Quando isso ocorre, o vinagre é empurrado para fora em alta velocidade, fazendo com que a garrafa seja empurrada para cima. Cada lançamento do foguete requer 20 gramas de bicarbonato de sódio que vão reagir com 500 ml vinagre. Para evitar que o bicarbonato reaja muito rapidamente com o vinagre, o pó de bicarbonato deve ser embrulhado em um pacotinho de papel absorvente, de forma a entrar com facilidade no gargalo. Para fazer um lançamento, insira o pacotinho de bicarbonato, coloque os 500 ml de vinagre na garrafa, e feche rapidamente a garrafa com a rolha. Agora é só colocar a garrafa emborcada na base de lançamento e pode começar a contagem regressiva.

Elementos que podem alterar a distância atingida pelo foguete. Velocidade: É a rapidez que um móvel sofre mudança de posição. Aceleração: Indica a rapidez que ocorre uma determinada variação na velocidade instantânea do móvel. Ângulo: É a reunião de dois segmentos de reta orientados (ou duas semi-retas orientadas) a partir de um ponto comum.

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acetic acid

sodium bicarbonate

(CH3COOH)

(NaHCO3)

sodium acetate

carbon dioxide

water

(CH3COONa)

(CO2)

(H2O)

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2. Justificativa

O objetivo do seguinte experimento é estabelecer uma ligação entre a física e a química, provando desta forma que todas as matérias estão interligadas.

3. Objetivos 3.1. Objetivo Geral

Desejamos mostrar que todas as matérias estão interligadas e que precisamos de todas de uma forma igual e apenas com o conjunto de todas unidas podemos chegar a novas descobertas e compreendermos melhor as coisas que estão a nossa volta.

4. Referencial Teórico

Adotamos como referencial teórico desse estudo a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel. As idéias presentes na teoria de Ausubel explicam a aquisição do conhecimento dentro de uma perspectiva cognitivista. Para Ausubel, o fator isolado que mais influencia as aprendizagens futuras é o conhecimento, por parte dos educadores, daquilo que o estudante já sabe. “Se tivéssemos que reduzir toda a psicologia educacional a um só princípio, diríamos o seguinte: o fator singular mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já sabe. Descubra isso e ensine-o de acordo” (AUSUBEL, NOVAK, HANESIAN, 1980, p.137).

Os organizadores prévios são utilizados para fazer a ligação entre aquilo que o estudante já sabe e aquilo que ele precisa saber para aprender significativamente. É construído com certo grau de abstração e inclusividade de forma a facilitar a apreensão do conhecimento que o aprendiz precisa adquirir. 8

Moreira destaca que os organizadores prévios, além de fornecer “idéiasâncora” relevante para a aprendizagem, podem estabelecer relações entre idéias, proposições e conceitos já existentes na estrutura cognitiva e aqueles existentes no material de aprendizagem. MOREIRA (2006) destaca que a distinção entre aprendizagem significativa e aprendizagem mecânica não deve ser confundida com a diferença entre aprendizagem por recepção e por descoberta. Visto que, na aprendizagem por descoberta o sujeito precisa descobrir aquilo que ele vai aprender, enquanto que na aprendizagem por recepção o conhecimento é apresentado ao estudante na sua forma final.

4.1. Funcionamento dos foguetes

Os foguetes são usados principalmente para usos aeronáuticos e astronáuticos, mas seus princípios de funcionamento são simples e aplicáveis em outras situações. Issac Newton (1642-1727) organizou o conhecimento do movimento físico em três leis científicas. As leis explicam como os foguetes funcionam e porque são capazes de funcionar no espaço sideral. Um foguete funciona analogamente a um balão de borracha, quando o enchemos de ar e a soltamos. O ar sai pelo orifício da bexiga produzindo uma ação, a bexiga produz uma reação de mesmo módulo, porém em sentido oposto. Os sistemas propulsivos empregados nos foguetes baseiam-se no escape de um gás com alta velocidade por um orifício. A geração desse gás pode ser feita através da combustão de propelentes sólidos ou líquidos. A queima do propelente no interior da câmara de combustão gera gases a alta pressão e temperatura. Uma vez que a pressão interna é superior à externa, os gases no interior do motor escapam através de um orifício. À medida que o gás é liberado, ele se expande, ou seja, tem a pressão diminuída, sendo que o mesmo ocorre com a temperatura. Como a energia se conserva, a velocidade aumenta. São os gases escapando com velocidade elevada que produz a ação, o movimento do foguete é a reação a esta ação.

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4.2. As três Leis de Newton

Os engenheiros usam as três leis de Newton para descrever o funcionamento e controlar o vôo dos foguetes. A primeira lei, chamada lei da inércia, diz que se o foguete estiver em repouso, é necessária a ação sobre ele de uma força resultante diferente de zero para que se mova. O mesmo ocorre se o foguete estiver em movimento, será preciso uma força resultante não nula para pará-lo, modificar a direção de sua trajetória reta, ou alterar sua velocidade. Quando o foguete encontra-se em repouso na sua plataforma de lançamento, tem-se que a superfície da base o empurra para cima enquanto a gravidade o puxa para baixo, numa situação onde essas forças encontram-se em equilíbrio. A segunda lei, ou princípio fundamental da dinâmica, associa a força à massa e à aceleração. Essa lei do movimento é essencialmente a afirmação de uma equação matemática que diz que a força é igual ao produto da massa pela aceleração (F = m.a). A terceira lei do movimento é a da ação e reação, e diz que toda ação produz uma reação de mesmo módulo, mas sentido contrário. Um foguete só poderá subir quando soltar o gás do seu motor. Isso ocorrerá da seguinte forma: o foguete exerce uma força sobre o gás, e o gás por sua vez, exerce uma força sobre o foguete. Ou seja, a ação é a liberação do gás para fora do motor e a reação é o movimento do foguete na direção oposta.

Fonte: http://www.oba.org.br/sisglob/sisglob_arquivos/INSTRUCOES%20GERAIS%20de%202015.pdf

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4.3. Construindo foguetes com garrafas de refrigerante do tipo PET

A construção dos foguetes com garrafas de refrigerantes do tipo PET pode ser feita através do uso de materiais diversos dos aqui descritos, dando liberdade a imaginação e a criatividade dos envolvidos nessa tarefa. Para a realização do experimento será necessário:

4.3.1. Para a construção da plataforma:  Madeira (para a construção da base da plataforma)  Cano de PVC (para ser usado como tubo de lançamento)  1 pedaço de cabo de rodo (para ser usado como rolha)  Linha (que será usada para ajustar a posição em que o foguete deve ficar dentro do tubo, levando em consideração que uma ponta da linha é amarada na rolha e a outra fica livre).

4.3.2. Para a construção do foguete:  Garrafas pet (uma será utilizada como corpo do foguete e a outra é cortada no meio, tendo sua parte da frente sendo colocada nos fundos da outra garrafa para criar aerodinâmica) ;  Partes de outra garrafa pet (utilizadas para formar as azas do foguete)  Fita (para envolver a garrafa de forma que as azas e a parte da outra garrafa acoplada no corpo do foguete não saiam).

4.3.3. Combustível:  500ml de vinagre (CH3COOH)  20gr de bicarbonato de sódio (NaHCO3) Formando: CH3COOH + NaHCO3→ CH3COONa+ CO2 + H2O

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5. Resultados Esperados

Identificar nos estudantes os conhecimentos já existentes a respeito do conteúdo a ser explorado através da abordagem ausubeliana, pois segundo MOREIRA (2006) é relevante para a aprendizagem significativa que o professor conheça o que o estudante já sabe para então ensiná-lo de acordo com os seus conhecimentos prévios. Participar da Olimpíada Brasileira de Lançamento de Foguetes através da OLIMPÍADA BRASILEIRA DE ASTRONOMIA E ASTRONÁUTICA – OBA1. 6. Orçamento 6.1. Para 5 bases de lançamento de foguetes

ITEM

DISCRIMINAÇÃO MATERIAL

canos Tês

20 mm de diâmetro para canos de 20 mm, sendo um com rosca no meio. para cano de 20 mm para cano de 32 mm para cano de 40 mm de plástico de ferro 32 mm de diâmetro de 20 mm para cano de 32 mm; 20 mm de diâmetro

registro luva luva braçadeiras braçadeira cano adaptador de cano adaptador de cano para rosca Joelhos

Pvc 90°

DO

UNID. MEDIDA

QUANTIDADE

12 15

VALOR UNITÁRIO (R$) 2,20 1,00

VALOR TOTAL (R$) 26,40 15,00

m unidade unidade unidade unidade unidade unidade unidade

5 5 5 50 5 1 5

12,00 1,00 1,00 1,00 3,00 2,50 1,00

60,00 5,00 5,00 50,00 15,00 2,50 5,00

unidade

5

1,00

5,00

unidade

10

0,60 20,00

6,00 80,00

30,00

60,00

10,00

20,00

1,00 1,00 15,00

4,00 1,00 30,00 5.000,00

m

4 tubos de PVC para água com 40 cm cada, com rosca em uma das extremidades (26 mm e ¾ polegadas); - 2 canos PVC com 30 cm, com rosca nas duas extremidades (26 mm e ¾ polegadas); - 1 tubo PVC com 50 cm, com rosca e uma das extremidades (21 mm e ½ polegadas); - 4 “Ts” de ¾ polegadas (PVC branco com rosca); - 1 luva de 40 cm; - 2 carretilhas usadas em varal para roupa; TOTAL 1

A OBA é realizada anualmente pela Sociedade Astronômica Brasileira (SAB) em parceria com a Agência Espacial Brasileira (AEB) entre alunos de todos os anos do ensino fundamental e médio em todo território nacional. A

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7. Cronograma de Execução MESES ATIVIDADES MAI

Levantamento do Material

x

M JUN

J JUL

A SET

S OUT

x

x

x

x

O NOV

N

Obs

X x

Construção da base

x x

Execução do projeto

J AGO

x x

X x

x

Realização de Oficinas

x

x x x x

x x

8. Referências AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Psicologia Educacional, Tradução de Eva Nick et al. Rio de Janeiro: Editora Interamericana, 1980. BERMAN, B. Energia à vontade. Astronomy Brasil. Vol. 2, número 13, p.10, maio, 2007 GASPAR, A. Física, volume único. São Paulo. Editora Ática, 2007 MOREIRA, M. A. Teorias de Aprendizagem.. São Paulo. Editora EPU, 1999 MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa. Brasília. Editora Universidade de Brasília, 1999. MOREIRA, M. A. A Teoria da Aprendizagem significativa e sua implementação em sala de aula. Brasília. Editora Universidade de Brasília, 2006. SILVEIRA, F. L., MOREIRA, M. A. e AXT, R. Estrutura interna de testes de conhecimento em Física: um exemplo em Mecânica. Enseñanza de las Ciencias, Barcelona, v.10, n. 2, p. 187-194, 1992. TALIN, S. L. Dificuldades de aprendizagem na terceira lei de Newton. Caderno Catarinense de Ensino de Física (atual Caderno Brasileiro de Ensino de Física), v. 16, n.2, p.141 – 153, ago., 1998. Foguetes – Manual do Professor com Atividade de Ciências, Matemática e Tecnologia/ NASA; Traduzido pela Universidade do Vale do Paraíba. São José dos Campos: Univap. 2001. National Aeronautics and Space Administration.

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