Lição do Teach
Queda livre: altura, tempo e efeito do objeto
Atividade para Ensino Médio inicial: usar o laboratório remoto de Queda livre, registrar tempos reais, comparar altura com t^2 e discutir com cuidado o efeito do objeto.
Primeira vez que ativa o Teach? Você pode realizar uma sessão de aula sem custo. Os estudantes entram com um código da turma.
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Objetivos de aprendizagem
Abrir o laboratório remoto de Queda livre a partir do Teach e registrar o tempo final mostrado pelo laboratório.
Distinguir variável independente, variável dependente e variáveis controladas em uma investigação de queda livre.
Comparar altura com t^2 e estimar g de forma aproximada, explicando as limitações.
Usar dados reais para discutir altura, tempo de queda, gravidade, resistência do ar e efeito do objeto sem fazer afirmações exageradas.
Visualização da atividade do estudante
Conteúdo da atividade
Apenas visualização. Em uma sessão de aula, os estudantes podem preencher respostas e entregar o trabalho ao professor.
Entender a investigação
11 min
Nesta atividade você vai usar um laboratório remoto real. O laboratório permite escolher uma bola e uma altura, reproduz uma queda gravada e, no final, mostra um tempo de queda em segundos. Seu trabalho não é medir a altura no vídeo: a altura é escolhida na interface do laboratório e o tempo é copiado do resultado final.
Queda livre significa estudar o movimento de um objeto que cai pela ação da gravidade. No modelo ideal, a resistência do ar é ignorada. Em um laboratório real, a resistência do ar e a forma do objeto podem influenciar um pouco, especialmente em objetos grandes ou leves.
Vocabulário que você usará:
- Altura (h): distância vertical selecionada no laboratório, em metros.
- Tempo de queda (t): tempo que o laboratório mostra ao terminar a queda, em segundos.
- Gravidade (g): aceleração aproximada com que os objetos caem perto da Terra; costuma ficar perto de 9,8 m/s^2.
- Resistência do ar: força do ar que se opõe ao movimento; pode fazer alguns objetos demorarem um pouco mais.
- Variável independente: o que você muda de propósito.
- Variável dependente: o que você mede ou registra.
- Variáveis controladas: o que você mantém igual para que a comparação seja justa.
Modelo e variáveis
Modelo que usaremos
h = \frac{1}{2}gt^2 \quad\Rightarrow\quad g = \frac{2h}{t^2}
Escolha uma opção. Se duas quedas usam a mesma bola, e uma delas começa de uma altura maior, o que deveria acontecer com o tempo de queda segundo o modelo ideal?
Responda com 2 ou 3 frases. Explique por que não convém mudar altura e objeto ao mesmo tempo. Use as palavras variável independente, variável dependente e variável controlada.
Abrir o laboratório a partir do Teach
12 min
Fluxo do laboratório remoto
Plano de seis execuções
O laboratório é a fonte principal de evidência. Abra o laboratório pelo botão desta atividade, não por uma página externa. Para cada execução, escolha uma configuração, deixe a queda terminar e copie um único tempo final na tabela de evidências da próxima seção.
Você completará duas comparações:
1. Série de alturas: mesma bola metálica a 1,10 m, 1,20 m e 1,30 m.
2. Comparação de objetos: mesma altura 1,10 m com bola metálica, bola amarela, bola de golfe branca e bola oca grande.
A bola metálica a 1,10 m serve para as duas comparações, então você precisa de seis linhas no total.
Abrir o laboratório de Queda livre
Abra o laboratório de Queda livre a partir do Teach.
Selecione a bola e a altura da linha que você está preparando.
Inicie a observação e reproduza a queda.
Espere o resultado final e copie o tempo de queda em segundos na linha correspondente da tabela de dados.
Volte à configuração e repita com a próxima linha.
Se o Teach não abrir o laboratório ou se a sessão não oferecer as configurações licenciadas necessárias, avise o professor e pare a parte de laboratório. Não use um site externo nem outro modo de acesso para completar esta atividade.
Escolha uma opção. Qual plano verifica melhor se o objeto influencia os dados reais de queda?
Responda como uma lista de seis linhas. Em cada linha escreva: objeto, altura e se pertence à série de alturas, à comparação de objetos ou a ambas.
Registrar e processar dados
15 min
Antes de preencher a tabela, copie de cada execução apenas o tempo final que o laboratório mostra. Não calcule distâncias a partir do vídeo. Em cada linha:
- Objeto, massa e altura já indicam a configuração.
- Tempo de queda é copiado do resultado final do laboratório, em segundos.
- t^2 é calculado multiplicando o tempo por ele mesmo.
- Estimativa de g é calculada com g = 2h/t^2.
Tabela de evidências de queda livre
Complete uma linha por configuração. Use ponto ou vírgula decimal conforme o Teach permitir, mas conserve as unidades: metros, segundos, segundos ao quadrado e metros por segundo ao quadrado. Arredonde t^2 e g a 2 ou 3 casas decimais.
| Objeto | Massa g | Altura m | Tempo de queda s | t^2 s^2 | Estimativa de g m/s^2 | Comparação |
|---|---|---|---|---|---|---|
Responda em uma frase curta. Quais unidades a altura e o tempo devem ter antes de calcular g em m/s^2?
Escreva apenas sua estimativa de g para uma linha da tabela, com unidade.
Explique o cálculo da estimativa anterior. Indique a linha usada, o cálculo de t^2, a substituição em g = 2h/t^2 e a unidade final.
Buscar padrões nos dados
10 min
Antes de responder, separe as duas comparações. Para a série de alturas, use apenas as três linhas da bola metálica. Para a comparação de objetos, use apenas as quatro linhas a 1,10 m.
Escreva os três pares de dados para um gráfico de altura em função de t^2 usando apenas as linhas da bola metálica. Use o formato (t^2, h) e não inclua medidas tiradas do vídeo.
Responda com 3 ou 4 frases e cite pelo menos duas linhas numéricas. A série de alturas com a bola metálica apoia de forma aproximada que h cresce com t^2?
Responda com 3 ou 4 frases. A 1,10 m, compare os quatro objetos usando tempos ou estimativas de g. Diga qual objeto se desvia mais e proponha uma explicação física possível relacionada à resistência do ar, forma, tamanho ou incerteza.
Escrever uma conclusão científica
9 min
Escolha uma opção. Se um tempo de queda for registrado curto demais, o que acontece com g = 2h/t^2?
Responda com uma conclusão de 6 a 8 frases usando o formato afirmação, evidência e raciocínio. Ela deve incluir: uma estimativa aproximada de g, dois dados numéricos da sua tabela, uma comparação entre objetos na mesma altura e uma limitação. Não afirme que esta atividade demonstra de forma exata que a massa muda ou não muda a gravidade.
Discussão final ou ampliação
8 min
Resposta opcional de 2 ou 3 frases. Se você tivesse mais tempo de laboratório, que repetição ou configuração extra faria para melhorar a conclusão? Explique que incerteza reduziria ou que ideia colocaria à prova.
Transforme esta visualização em uma sessão de aula
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