Elástico versus Gravidade: O Duelo das Energias

Desenvolvida por: Leandr… (com assistência da tecnologia Profy)
Área do Conhecimento/Disciplinas: Física
Temática: Energia Mecânica

Nesta prática, os estudantes criarão uma bancada de testes usando elásticos e contrapesos para examinar a energia potencial elástica versus a energia potencial gravitacional. Com a montagem de um sistema de catapultas improvisadas, eles medirão a energia cinética adquirida por projéteis após a liberação da força elástica e farão comparações com cenários exclusivamente gravitacionais. Assim, discutirão os princípios de conservação de energia mecânica, através do trabalho executado por meios elásticos e gravitacional. O objetivo principal é permitir aos alunos explorar de forma prática e experimental os conceitos teóricos estudados em energia mecânica, conectando a teoria à prática e promovendo uma compreensão mais aprofundada destas formas de energia e suas aplicações no mundo real. Durante as atividades, espera-se que os alunos desenvolvam habilidades de medição e análise de dados, trabalhando em grupo para promover a colaboração e o desenvolvimento de competências sociais.

Objetivos de Aprendizagem

Os objetivos de aprendizagem desta atividade são fundamentais para estimular o desenvolvimento das competências cognitivas e sociais dos alunos do 2º ano do Ensino Médio. O foco está em proporcionar uma compreensão prática dos conceitos de energia potencial elástica e gravitacional, bem como da conservação de energia mecânica. Além disso, busca-se alavancar habilidades essenciais como a capacidade de interpretar e analisar dados experimentais, trabalhar em equipe de maneira colaborativa, e aplicar conhecimento teórico em situações concretas. Os alunos serão instigados a questionar, investigar e propor hipóteses, processos que são centrais no ensino de ciências, enquanto se engajam ativamente nas tarefas propostas.

  • Compreender e aplicar os conceitos de energia potencial elástica e gravitacional.
  • Analisar e interpretar dados experimentais utilizando metodologia científica.
  • Desenvolver a habilidade de trabalhar colaborativamente em grupos.
  • Aplicar o princípio de conservação de energia em experimentos práticos.

Habilidades Específicas BNCC

  • EM13CNT109: Compreender o conceito de energia nas suas várias formas de manifestação e aplicá-lo para a análise de transformações e conservação em processos e sistemas naturais e tecnológicos.
  • EM13CNT203: Interpretar e criar representações para comunicar os resultados obtidos nas investigações científicas, artísticas e culturais, em meio físico, analógico ou digital.

Conteúdo Programático

O conteúdo programático da atividade abrange os principais aspectos da energia mecânica, focando nos tipos de energia potencial, elástica e gravitacional, bem como na energia cinética e no princípio de conservação da energia. A exploração prática desses conceitos permitirá que os alunos visualizem e compreendam de maneira mais clara as interações entre as diferentes formas de energia. Além disso, a prática integrará conhecimentos de Física com Matemática, Ciência e Tecnologia, viabilizando uma abordagem interdisciplinar que facilita a integração de aprendizagens e promove uma visão sistêmica dos processos naturais e tecnológicos.

  • Energia potencial elástica e suas aplicações.
  • Energia potencial gravitacional e cenários comparativos.
  • Energia cinética: medições e análises quantitativas.
  • Princípios de conservação de energia mecânica.

Metodologia

A metodologia adotada nesta atividade prioriza o aprendizado prático e exploratório. Por meio da construção de sistemas de catapultas e medições, os alunos não apenas aprendem os conceitos teóricos, mas também experienciam sua aplicação direta. A abordagem centrada no aluno, através de metodologias ativas, como a investigação orientada e aprendizagem baseada em problemas, promove um ambiente onde os estudantes são protagonistas de seu aprendizado. Eles têm a oportunidade de planejar, executar e revisar experimentos, refletindo sobre os resultados enquanto desenvolvem pensamento crítico e habilidades de resolução de problemas.

  • Aprendizagem baseada em problemas com foco em energia mecânica.
  • Investigação orientada com exercícios práticos e experimentais.
  • Colaboração em grupos para construção e análise de experimentos.

Aulas e Sequências Didáticas

O cronograma contemplará quatro aulas de 50 minutos, cada uma projetada para atingir objetivos específicos e para facilitar a progressão lógica da exploração dos conceitos e atividades práticas planejadas. A primeira aula será dedicada à introdução dos conceitos teóricos básicos necessários para a atividade prática. A segunda aula focará na construção e teste do sistema de catapultas, enquanto a terceira se concentrará na coleta de dados e sua análise. Por fim, a quarta aula será dedicada à discussão dos resultados, conclusões das atividades e a relação com contextos do mundo real. Cada etapa está estruturada para garantir o máximo engajamento e compreensão dos alunos.

  • Aula 1: Introdução aos conceitos de energia potencial elástica e gravitacional.
  • Momento 1: Apresentação dos Conceitos (Estimativa: 15 minutos)
    Inicie a aula explicando brevemente o que são energia potencial elástica e energia potencial gravitacional. Utilize exemplos cotidianos, como uma mola comprimida e um objeto em queda livre, para tornar os conceitos mais acessíveis aos alunos. Permita que os alunos compartilhem exemplos próprios e façam perguntas. Observe se todos compreendem as definições básicas e incentive a interação.

    Momento 2: Discussão em Duplas (Estimativa: 10 minutos)
    Divida a turma em duplas e peça que discutam entre si situações do dia a dia onde esses tipos de energia são aplicados. Circule pela sala, ouvindo as discussões e oferecendo sugestões de reflexão ou esclarecendo dúvidas particulares. É importante que os alunos se sintam confortáveis para expressar suas ideias e que valorizem o raciocínio crítico.

    Momento 3: Atividade Prática Simples (Estimativa: 15 minutos)
    Forneça elásticos e pequenos objetos para cada dupla. Instrua-os a realizar pequenos experimentos simples para observar a deformação elástica e os efeitos da gravidade, como lançar o objeto pendurado pelo elástico. Oriente-os a anotar suas observações. Auxilie nas medições e certifique-se de que o foco seja compreender o fenômeno observado.

    Momento 4: Compartilhamento e Reflexão (Estimativa: 10 minutos)
    Reúna a turma para compartilhar resultados e reflexões sobre a atividade prática. Pergunte o que descobriram, como se relaciona aos conceitos discutidos inicialmente, e peça para correlacionar aos exemplos cotidianos abordados. Conduza a discussão para que todos possam expressar suas opiniões e revisitem os conceitos. Avalie a participação e o entendimento de cada aluno por meio de suas contribuições verbais.

    Estratégias de inclusão e acessibilidade:
    Para aumentar a inclusão, organize as duplas de forma variada, incentivando a colaboração entre diferentes perfis de alunos. Assegure-se de que as instruções sejam dadas de forma clara e pausada, utilizando linguagem simples e direta. Se possível, forneça material de apoio visual, como gráficos ou vídeos. Para alunos com dificuldade auditiva, permita que estejam mais próximos para melhor leitura labial e facilite recursos visuais durante as explicações.

  • Aula 2: Construção do sistema de catapultas e preparação para experimentos.
  • Momento 1: Introdução à Montagem da Catapulta (Estimativa: 10 minutos)
    Inicie a aula explicando brevemente o objetivo do dia: construir um sistema de catapultas para entender na prática os princípios da energia potencial elástica. Utilize um protótipo simples para demonstrar a função básica da catapulta e as etapas de construção. Permita que os alunos façam perguntas e esclareça qualquer dúvida sobre os materiais e procedimentos.

    Momento 2: Organização dos Grupos e Distribuição de Recursos (Estimativa: 5 minutos)
    Divida a turma em pequenos grupos, incentivando a formação de equipes diversificadas. Distribua os materiais necessários: elásticos, colheres plásticas, bases de madeira ou papelão, fita adesiva, entre outros. É importante que cada grupo tenha todos os materiais à disposição para iniciar a montagem da catapulta.

    Momento 3: Construção Guiada da Catapulta (Estimativa: 20 minutos)
    Oriente os alunos passo a passo na montagem da catapulta. Incentive o raciocínio crítico ao perguntar sobre a função de cada componente ao longo da montagem. Circule entre os grupos, oferecendo suporte e garantindo que todos estejam progredindo adequadamente. Ressalte a importância da colaboração e da comunicação efetiva dentro dos grupos. Observe se os alunos estão envolvidos e ajude a resolver eventuais problemas práticos.

    Momento 4: Testes Iniciais e Ajustes (Estimativa: 10 minutos)
    Após a montagem, direcione os alunos a realizarem testes iniciais com suas catapultas. Incentive-os a observar o comportamento do sistema e fazer ajustes necessários. Este é o momento de aplicar conceitos teóricos, como a relação entre a tensão do elástico e a altura alcançada. Promova uma discussão rápida sobre os resultados preliminares.

    Momento 5: Planejamento para a Próxima Aula (Estimativa: 5 minutos)
    Oriente os alunos a anotarem observações, dificuldades e ideias para melhorar suas catapultas na próxima sessão. Informe que as anotações serão importantes para a etapa de coleta de dados experimentais. Reforce o compromisso com a continuação do projeto e a importância da preparação para os experimentos futuros.

    Estratégias de inclusão e acessibilidade:
    Para garantir inclusão, promova a participação ativa de todos os alunos, respeitando o ritmo e as habilidades individuais. Disponibilize instruções impressas ou audiovisuais para aqueles que necessitam de um suporte adicional na compreensão dos passos. Experimente fazer perguntas dirigidas sobre o que estão aprendendo e como a atividade se relaciona a conceitos mais amplos, incentivando a integração do conhecimento. Clientes visuais ou auditivos devem ser considerados, a fim de proporcionar o máximo de engajamento e compreensão.

  • Aula 3: Coleta de dados experimentais e análise dos resultados.
  • Momento 1: Revisão dos Conceitos e Planejamento (Estimativa: 10 minutos)
    Comece a aula revisando brevemente os conceitos de energia mecânica que serão aplicados durante a coleta de dados. Ressalte a importância das medições precisas. Permita que os alunos compartilhem suas observações e ideias anotadas na aula anterior. Incentive perguntas e planejamento de como realizarem as medições.

    Momento 2: Coleta de Dados Experimentais (Estimativa: 20 minutos)
    Oriente os alunos a se organizarem em seus grupos e iniciarem a coleta de dados com suas catapultas. Instrua-os a realizar múltiplas tentativas para garantir a repetibilidade dos resultados. Ajude-os a medirem a distância percorrida e o tempo de voo dos projéteis, utilizando régua e cronômetro. Destaque a necessidade de registrar com precisão os dados coletados, sugerindo tabelas ou planilhas.

    Momento 3: Análise dos Dados Coletados (Estimativa: 15 minutos)
    Instrua os grupos a analisarem os dados coletados, identificando padrões e relacionando-os aos conceitos de energia potencial elástica e cinética. Oriente-os a usar gráficos para representar os dados, quando possível. Circule pela sala, oferecendo assistência na interpretação dos resultados e incentivando a análise crítica.

    Momento 4: Discussão dos Resultados (Estimativa: 5 minutos)
    Reserve os últimos minutos para que os grupos compartilhem suas descobertas e dificuldades. Conduza uma discussão rápida, conectando as observações dos alunos aos princípios teóricos abordados. Avalie o entendimento dos conceitos por meio da participação dos alunos na discussão e na clareza das suas explicações.

  • Aula 4: Discussão dos resultados e aplicação em contextos reais.
  • Momento 1: Apresentação dos Resultados (Estimativa: 15 minutos)
    Comece a aula pedindo que cada grupo apresente brevemente os resultados de seus experimentos com as catapultas. Forneça tempo suficiente para que compartilhem os dados coletados, gráficos e observações principais. É importante que os alunos sejam claros e precisos durante suas apresentações. Faça perguntas que instiguem o raciocínio crítico e a conexão com os conceitos teóricos, estimulando o pensamento coletivo.

    Momento 2: Discussão em Grupo (Estimativa: 15 minutos)
    Organize uma discussão onde os grupos possam comentar sobre as apresentações uns dos outros. Incentive a troca de feedbacks construtivos entre os grupos, promovendo um ambiente cooperativo. Pergunte o que eles aprenderam com as experiências dos colegas e como poderia aplicar os resultados observados em situações do mundo real. Observe se todos estão participando ativamente e ofereça sugestões para aprofundar a análise.

    Momento 3: Aplicação dos Resultados em Contextos Reais (Estimativa: 15 minutos)
    Acompanhe os alunos na elaboração de exemplos de como os princípios observados podem ser aplicados em desafios do cotidiano ou em problemas tecnológicos. Permita que pensem em aplicações como a engenharia de estruturas, a biomecânica ou sistemas de transporte. Oriente o uso do raciocínio lógico para discutir as ideias e instigue os alunos a apresentarem suas sugestões ao restante da turma.

    Momento 4: Avaliação e Reflexão (Estimativa: 5 minutos)
    Finalize a aula com uma breve reflexão, pedindo aos alunos que organizem seus pensamentos sobre o que aprenderam ao longo dessa atividade prática. Pergunte sobre o que foi desafiador e o que gostariam de explorar mais. Avalie o entendimento dos alunos por meio das respostas e faça considerações finais que conectem os testes experimentais ao conhecimento teórico e suas aplicações práticas.

    Estratégias de inclusão e acessibilidade:
    Crie um ambiente onde todos os alunos sintam-se confortáveis para participar. Incentive a colaboração e a comunicação respeitosa entre os alunos, garantindo que todos tenham oportunidade de expressar suas ideias. Use material visual auxiliar durante as apresentações para apoiar a compreensão dos que precisam de suporte extra. Certifique-se de que o feedback e as instruções sejam claros e acessíveis, respeitando o ritmo de aprendizado de cada um. Caso necessário, permita o uso de tecnologia assistiva para auxiliar na comunicação e participação durante a aula.

Avaliação

A avaliação será diversificada e contemplará tanto aspectos formativos quanto somativos, com foco no aprendizado contínuo e feedback construtivo. O objetivo da avaliação é verificar a apropriação dos conceitos de energia mecânica e a capacidade dos alunos de aplicá-los em contextos experimentais. Serão utilizados os seguintes critérios de avaliação: participação ativa nos experimentos, precisão e análise dos dados obtidos, capacidade de trabalhar em equipe, e a qualidade das apresentações dos resultados finais. Um exemplo prático de aplicação é solicitar aos alunos que apresentem suas conclusões por meio de um relatório ou uma apresentação oral, oferecendo, após, feedback detalhado do professor para aprimoramento contínuo.

  • Avaliação formativa através de relatórios escritos pós-experimentos.
  • Feedback construtivo e individual após apresentações orais de grupo.

Materiais e ferramentas:

Os recursos para a atividade foram selecionados para potencializar a experiência prática dos alunos, utilizando materiais acessíveis e de baixo custo. Será necessário disponibilizar elásticos, contrapesos e outros materiais recicláveis para a construção de catapultas. Ferramentas de medição, como réguas e cronômetros, e papéis para o registro de dados também serão essenciais. A abordagem prática permite que os alunos estejam em contato direto com as ferramentas, reforçando o aprendizado e estimulando o uso criativo de materiais comuns para atingir objetivos educacionais.

  • Elásticos e contrapesos para construção de catapultas.
  • Réguas e cronômetros para medições precisas.
  • Papéis e materiais de escrita para registro e análise de dados.

Inclusão e acessibilidade

Sabemos que a inclusão e acessibilidade são prioridades no ambiente educacional e, por isso, enfatizamos a importância de tornar os recursos acessíveis sem custos adicionais significativos. Apesar de não haver condições ou deficiências específicas nesta turma, as estratégias de inclusão e acessibilidade devem garantir que todos os alunos participem de forma plena e igualitária. Portanto, recomendações incluem o uso de linguagens claras e acessíveis na explicação dos conceitos e instruções. Durante as atividades práticas, incentive a participação equilibrada em grupos, assegurando que todos tenham oportunidade de se expressar e contribuir, para promover um ambiente de equidade e respeito à diversidade.

  • Uso de linguagem acessível e inclusiva ao explicar conceitos.
  • Promoção de participação equilibrada em grupos para integração social.
  • Estratégias para acomodar diferentes estilos de aprendizagem.

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