Gravidade

Num mundo perfeito, poderíamos trocar a prova final de física por uma sessão de Gravidade (Gravity – o filme) com uma rodada de sucos e salgados discutindo sobre a física, a ciência e o mais importante, o que nos faz humanos…

Mas como vocês já descobriram, o mundo não é perfeito! E isso não é o fim do mundo! Ao contrário. Estudem mais para prova e, se puderem, não deixem de assistir (preferencialmente em 3D) este filmaço de ficção científica mas com muita da física que estudamos este ano:

  • Cinemática;
  • Leis de Newton (1º, 2° e 3º) em profusão;
  • Refração – ok, foi do ano passado (as cenas com lágrimas no espaço são incríveis!);
  • Impulso e quantidade de movimento;
  • Gravitação;
  • Termofísica;

E também com muitas questões de outras disciplinas:

  • Fisiologia humana;
  • Ciência e Tecnologia;
  • Superação;
  • Esperança e Confiança;

Pessoalmente achei que a mensagem final do filme é: Nunca perca a esperança! Não importa se as “referências” externas te apontem o contrário. Sempre vale a pena continuar lutando!

Continuem estudando e aprendendo, a despeito de notas de provas ou avaliações padronizadas

PS: Minha mini resenha do filme está aqui!

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Roteiro de “Corridas e Saltos”

Colégio Pedro II – Campus Centro

Professor Sérgio

Gabriel Gomes – 11

Gabriel de Assis – 13

Guilherme Coelho – 17

Lucas Corrêa – 19

Turma/Ano: 1203/2013

Ferramentas utilizadas para realização do trabalho -Fita métrica de 2 metros de comprimento -Cronômetro -Câmara filmadora -Objeto a disposição para marcar o início e o fim de uma pista de corrida improvisada -Editor de Imagem -Balança

Equações utilizadas para cada problema

-Energia cinética

Ec = m*v^2/2

-Energia potencial gravitacional

Epg = m*g*h

Obs: Na superfície terrestre g (gravidade) é 9,8 m/s², porém com objetivo de facilitar alguns cálculos, usaremos g = 10 m/s²

É de extrema importância que o aluno que irá realizar o salto ser o mesmo que irá correr. Partindo do princípio que devemos comparar a energia cinética da corrida e a energia potencial gravitacional do salto, a variável que aparece em ambas equações deverá ser a mesma, no caso a massa. Por isso é essencial que o mesmo aluno realize as duas tarefas, para que possa acontecer uma comparação plausível.

O resultado dessas equações tem valors próximos? Depende

Ec = Epg (?)

m*v^2/2 = m*g*h

v^2/2 = 10h

v^2 = 20h

Desde que a velocidade média ao quadrado da corrida seja igual a 20 vezes a ultura do salto, então, a energia cinética é igual a energia potencial gravitacional.

Técnicas usadas para obtenção dos valores das variáveis da equação da energia cinética:

-A massa foi previamente descoberta através da balança

-A velocidade medida foi obtida através da divisão da distancia percorrida sobre o tempo. Para determinar a distância foi usada uma fita métrica e o tempo foi marcado usando um cronômetro.

Técnicas usadas para obtenção dos valores das variáveis da equação da energia potencial gravitacional

-A massa foi previamente descorberta como foi dito acima

-A força da gravidade em superfície terrestre vale 10 m/s²

-Para medir a altura usamos a parede da quadra como referência e uma fita métrica. O aluno salta e com uma câmara filmadora gravamos seu salto, paramos o filtro no frame onde o salto tem altura máxima e fazemos os cálculos para descobri-la.

O centro de massa do corpo humano é difícil de medir a que a destribuição de massa do corpo é irregular, mas pode-se dizer que quando o aluno está com os braçoes juntos so corpo o centro de massa é no umbigo.

Se o aluno levantar o braço esquerdo o centro de massa se deslocará levemente em direção a diagonal superior esquerda.

Se o aluno levantar o braço direito o centro de massa se deslocará levemente em direção a diagonal superior direita.

Se o aluno levantar os dois braços o centro de massa se deslocará levemente para cima.

Para realização do trabalho foi usado o livro de física do 2º ano do ensino médio e o carderno.

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Roteiro Teórico I – Projeto de Aprendizagem “Saltos e Corridas”

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Colégio Pedro II – Campus Centro

Etapa I: Roteiro Teórico do Projeto de Aprendizagem “Saltos e Corridas”

Preparação do Experimento

Prof. Sérgio Lima

Componentes:

Clara Loureiro Gadelha de Azedias

Gerson Faustino Ribeiro da Silva

Lucas Barcellos Oliveira

Marcelo Henrique da Costa Esteves

Sarah Lopes Salomão

Turma: 1205

2º Ano do Ensino Médio

  • Introdução

Vivemos em constante movimento. Seja em um desempenho individual ou em um trabalho de equipe, o ser humano adotou as atividades físicas e esportes como forma de competição, lazer ou zelo pela saúde. É nesse contexto que realizamos o projeto-aprendizagem deste terceiro trimestre do ano de 2013. A Física não se apresenta apenas por modelos teóricos ideais, mas também está presente no dinamismo das atividades físicas e complexa beleza do corpo humano. Trazemos a esta atividade, através da aplicação do método científico, a demostração de uma certeza teórica na prática e no esporte, utilizando-se de medições de velocidade, distância e altura, em atividades de corrida e salto, citadas, tanto na Física, como no lema olímpico “Citius, Altius, Fortius”, em português, “O mais rápido, o mais alto, o mais forte”.

 

  • Proposta e conceitos essenciais

O objetivo deste projeto é a compreensão do papel do centro de massa do corpo humano em atividades físicas, como o salto e a corrida, além da relação da energia empregada em um salto perpendicular ao solo e em uma corrida.

 

  • Centro de massa no corpo humano

O centro de massa no corpo humano em pé e com postura ereta localiza-se na região do umbigo e é definido pela disposição da massa do corpo no espaço. Um cálculo preciso da localização do centro de massa de um individuo exigiria a medição e psagem de seus membros, no entanto, sua localização exata não é necessária para a realização do experimento e foge do escopo deste roteiro. Para a realização desta atividade, é necessária a compreensão de seu papel e do que ocorre com ele durante saltos e corridas. Durante tais movimentos, mantendo uma disposição constante do tronco e braços durante sua execução, a posição do centro de massa tendo o corpo humano como referencial não é alterada. Tendo como referencial um expectador, em ambas atividades, o centro de massa translada junto do resto do corpo, mantendo sua posição relativa.

Lembre-se que, numa situação de repouso, caso o indvíduo erga um de seus braços, seu centro de massa se deslocará, elevando-se e aproximando do braço erguido, e, erguendo dois braços, seu centro de massa se deslocará para cima. Mas esse deslocamento afeta o movimento de salto ou corrida? A resposta, que será comprovada por esse experimento, é também descrita teoricamente. Independentemente de sua posição, o centro de massa se deslocará por uma mesma distância durante o movimento. Logo, ao levantarmos os braços durante um movimento de salto e o centro de massa descolar-se para cima, devemos nos lembrar que o deslocamento do centro de massa será o mesmo. Com isso podemos concluir que a altura máxima do alto será maior, conforme podemos constatar experimentalmente. Isso ocorre pois, se o centro de massa deve deslocar-se igualmente em todos os saltos, e nesse salto, está em uma posição mais elevada, a altura máxima do salto deverá ser maior que o salto coms os braços abaixados.

 

Assim, para calcular o deslocamento do centro de massa no salto, basta calcular o delocamento de qualquer outro ponto no corpo durante o salto.

 

  • Energia cinética e energia potencial gravitacional

Para avaliarmos possíveis relações entre o movimento de salto e de corrida, analizaremos a energia cinética média de uma corrida e a energia potencial gravitacional máxima de um salto. A energia potencial gravitacional tem seu valor máximo no instante em que o indivíduo alcança a altura máxima de seu salto e sua velocidade em relação ao solo é 0. Nesse instante, a energia conservada no salto não está mais sendo utilizada para o movimento, mas está armazenada para um movimento em potencial, e será convertida novamente em energia cinética quando o indíviduo começar a “queda” pós-salto. Já a energia cinética de uma corrida, ou seja, a energia do movimento, será medida tendo como parâmetro para velocidade a velocidade média de um indivíduo durante a corrida em um trajeto pré-determinado.

Os modelos matemáticos a serem utilizados serão as fórmulas Eg=m*g*h, referente à energia potencial gravitacional, onde Eg é a energia potencial gravitacional, m a massa do corpo, g a aceleração da gravidade e h a altura do salto, e Ec=m*v²/2, onde Ec é a energia cinética, m a massa do corpo e v a velocidade do mesmo. Na análise desses dados, calcularemos os valores para a energia cinética média da corrida e para a energia potencial gravitacional máxima do salto, além do estudo do gráfico de que ambas equações descrevem ao longo do movimento.

Para tal cálculo, será necessário determinar os valores da massa, velocidade, e altura do salto (não será calculada a aceleração da gravidade).

 

  • Medições

Para as medições, dos parâmetros acima, serão utilizados o seguintes instrumentos:

  1.  Balança farmacêutica para a medição da massa do indivíduo;
  2. Marcadores autocolantes com indicações de distância para a marcação da distância a ser percorrida durante a corrida, a cada 3 metros, contando a partir de um ponto inicial de largada;
  3. Radar de velocidade amador para medição da velocidade instantânea ao longo da corrida;
  4. Câmeras de vídeo posicionadas em 2 ângulos para a captura da corrida, uma de forma perpendicular ao trajeto e capturando todo o percurso do corredor e outra no fim do percurso, capturando o movimento do corredor e os dados do visor do radar e em uma única perspectiva perpendicular ao salto e à fita métrica para a aptura do salto.
  5. Fita métrica/trena para medição da distância do percurso da corrida e da altura máxima do salto.
  6. Marcadores autocolantes para marcação de um ponto no corpo para seu acompanhamento durante o salto.

 

  • Precisão e acurácia

Para maior quantidade de dados e melhor análise, dois integrantes do grupo realizarão corridas e saltos. Cada integrante realizará três corridas e três saltos em condições idênticas, e o valor utilizado para a análise da média e conclusões finais será a média das três passagens de cada um. Os dados de cada integrante serão analizados separadamente e cada um deles correrá e saltará.

Para a aferição da velocidade, utilizaremos o recurso de vídeo para analizar quadro-a-quadro as imagens da corrida e do salto. Essa estratégia foi escolhida pois elimina a imprecisão causada pelo tempo de reação do ser humano, resultando em divergência entre o tempo real de corrida e o tempo registrado em um cronômetro. Vale lembrar que a imprecisão continuará existindo, devido ao fato de a câmera registrar o movimento a uma taxa baixa de quadros por segundo. Entretanto, a imprecisão será reduzida consideravelmente. Além disso, serão tomadas as devidas precauções para garantir que as câmera filmem de forma ortogonal ao atleta e ao trajeto, evitando que a pespectiva cause imprecisões na medição do deslocamento.

Vale lembrar que, a velocidade aferida através do método de análise no computador nos fornecerá a velocidade média da corrida. Já o radar fornecerá uma série de velocidades instântaneas. Para encontrar uma velocidade média do radar, o corredor deverá percorrer a distância com uma aceleração constante de forma que o gráfico de sua velocidade forma um segmento de reta. O ponto médio desse segmento representará a velocidade média da corrida. Do ponto de vista experimental, isso será epresentado pela velocidade instantânea do corredor no exato ponto médio do trajeto. Será utilizada uma média da velocidade média do vídeo e do radar para os cálculos.

Para a aferição da distância máxima do salto, será realizado a técnica de análise do vídeo já descrita acima, tendo atrás do saltador a fita métrica estendida e presa à parede.

Será medida a altura máxima do salto calculando o deslocamento da cabeça do saltador durante o salto. Essa técnica foi escolhida pois, caso medissemos a altura que os pés do saltador atingiriam, a medição estaria sujeita a uma imprecisão maior, visto que pode ocorrer um movimento, ainda que involuntário, dos pés ou pernas, por exemplo, dobrando um pouco os joelhos durante o salto. Por isso, a medição da altura através do deslocamento dos pés do saltador foi descartada e foi escolhido um ponto do corpo que não sofre tanto movimento durante o salto, no caso, a cabeça.

Para as conclusões destacadas acima, foram realizados testes de aferição, calibragem e posicionamento na véspera e ante-véspera da realização do experimento.

A massa dos componentes que realizarão as experiências foram medidas no mesmo dia da realização do experimento, de forma a ocorrer a menor variação possível de massa entre o momento da experiência e o momento da aferição da massa.

  • Conclusão

O experimento, a ocorrer no dia 31/10/2013, empregará os instrumentos e métodos acima descritos para a coleta de dados para o projeto.

  • Bibliografia consultada

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABkXkAL/centro-massa

http://www.profedf.ufpr.br/rodackibiomecanica_arquivos/Centro%20de%20Gravidade%202012.pdf

http://axpfep1.if.usp.br/~otaviano/Fisicaolimpicasaltos.html

http://hypertextbook.com/facts/2006/centerofmass.shtml

http://baes.ua.pt/bitstream/10849/230/9/Cap%C3%ADtulo%2011%20-%20Cinética%20Angular.pdf

Páginas consultadas no dia 28/10/2013.

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Roteiro Teórico I – Projeto de Aprendizagem “Saltos e Corridas” está licenciado sob uma licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 3.0 Brasil.

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Trabalho da 3° Certificação – Saltos e Corrida

Colégio Pedro II – Campus Centro

Professor: Sérgio Lima

Alunos:

Diego Cordeiro – n° 06

João Ricardo Magalhães – n° 14

Lua Xavier – n°18

Rafael Batista – n°28

>Instrumentos utilizados na construção do Trabalho

* Fita Métrica

* Giz de Quadro

* 2 Câmeras de celular

* Cronometro

* Balança

* Uma escada ou Cadeira

 

> Como a posição do braço influencia no centro de massa?

É difícil calcular exatamente onde se encontra o centro de massa no corpo humano. Então, para efeitos de estudo, consideramos que a posição de cada parte do corpo em relação ao resto é a mesma no momento inicial (assim que o saltador sai do chão) e no final (assim que atinge a maior altura). O ponto ao qual fixamos o centro de massa é sobre o umbigo, que geralmente se encontra de 10 a 15 cm acima da metade do corpo humano. Logo consideramos que o topo da minha cabeça varia de altura do mesmo jeito que o meu centro de massa.

Obs1: Após cada caso o individuo deverá voltar para a posição inicial que é a do 1° caso, braços juntos ao corpo.

* 1° Caso: Os dois braços juntos ao corpo

O centro de massa será sobre o umbigo, pois está havendo uma “perfeita” distribuição de massa.

* 2° Caso: Braço direito formando 90° com o tronco e o esquerdo junto ao corpo

Como só haverá uma extensão do corpo para o lado direito, o centro de massa transladará um pouco para o mesmo lado.

* 3° Caso: Braço direito formando ângulo°, com o tronco e o esquerdo junto ao corpo.

O centro de massa se deslocará do umbigo para a direita e para cima.

* 4° Caso: Os dois braços levantados, fazendo ângulo entre 90° e 180° com o tronco.

O centro de massa se deslocará na direção vertical ao umbigo, sem trasladar para direita ou pra esquerda, desde que os braços formem um mesmo ângulo.

 

> Como medir a altura máxima alcançada no salto?

1. Deve-se com uma fita métrica, medir a altura inicial do objeto de estudo (aluno);

2. Por o aluno junto à parede;

3. Fixar a fita métrica na parede;

4. Com a câmera do celular numa altura que achamos que o aluno deve pular, filmar o salto;

5. Rever a gravação e ver qual a altura que o aluno atingiu.

Obs 2: No item 4, é importante colocar a câmera numa altura próxima da altura máxima do salto, pois em qualquer outra posição a câmera registraria somente a altura formada pela reta que vai da câmera, passando pela cabeça e chegando na parede, e esta última possuiria um ângulo de inclinação que impossibilitaria a medição, dando uma altura errada. Neste momento será utilizada a cadeira ou a escada caso o atleta, como no nosso caso, seja o maior da equipe.

A altura maxima foi a riscada em azul.

A altura maxima foi a primeira, que está riscada em azul.

> Altura do Centro de Massa

A altura máxima que o centro de massa consegue alcançar será a sua altura inicial mais a altura que o aluno saltou.

 

> Deve ser o mesmo aluno para Saltar e Correr?

Sim, porque, como estamos querendo ver à relação entre Energia Cinética e Energia Potencial, se faz agradável à utilização de uma mesma pessoa, uma vez que pessoas diferentes possuem massas diferentes e alturas diferentes.

 

> Como medir/avaliar a energia potencial gravitacional ?

Utilizando valores obtidos anteriormente iremos calcular a energia potencial, na qual a aceleração da gravidade adotada será 9,8 m/s², uma vez que nós saímos da teoria e fizemos um exercício pratico, o valor da aceleração da gravidade deve ser o valor real. A altura que iremos utilizar será a altura inal do atleta menos a altura inicial. A formula que será utilizada será Epg = mgh

Medimos, primeiramente a altura do atleta que participou dos saltos e da corrida, a altura foi de 1.90m

Medimos, primeiramente a altura do atleta que participou dos saltos e da corrida, a altura foi de 1.90m (metros)

> Como medir/avaliar a energia cinética ?

A energia cinética(Ec) será cada vez maior variando de acordo com a velocidade do aluno e/ou sua massa. Esta pode ser definida pela formula Ec=(mv²)/2, abrindo a fórmula e trocando v por d/t ficando: (md²)/(2t²).

Com os braços juntos ao tronco, foi cronometrado o tempo que o aluno utilizou ao se deslocar 15m. O tempo obtido foi de 3,2 segundos

Com os braços juntos ao tronco, foi cronometrado o tempo que o aluno utilizou ao se deslocar 15m. O tempo obtido foi de 3,2s (segundos)

 

 

 

> Fatores que merecem esclarecimento

  • O atleta(aluno) tem que para efeitos de comparação da energia cinética e da energia potencial correr e saltar de formas iguais, isto é utilizando um dos casos abordados pela equipe logo no inicio deste trabalho.
  •  Após a confecção do trabalho as areas sujas de giz foram limpas, pelo menos pelo nosso grupo.

> Bibliografia

  • http://www.mundoeducacao.com/fisica/centro-massa.htm site utilizado para ver onde se encontra o centro de massa no corpo humano.
  • http://www.if.ufrj.br/~micha/projetos/fisica_esporte.html – Projeto: Física no Esporte – O Prof. Daniel Micha
  • http://aprendendofisica.pro.br/pmwiki.php/Main/ErrosMedidasFisicaEEtc – erros e medidas física.

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Trabalho da 3° Certificação – Saltos e Corridas de Diego Cordeiro, Rafael Batista, João Ricardo Magalhães e Luã Xavier é licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-SemDerivados 3.0 Não Adaptada.

Publicado em 1205, 2-ano, 2013, Atividade, Atividade-Alunos, CP2, Diego, Diego, Experimentos | 1 Comentário