Qual a relação entre gelo e atrito?

Aproveite as Olimpíadas de Inverno para discutir com os alunos as transformações da matéria e a relação entre gelo e atrito

Objetivos

Medir o coeficiente de atrito estático entre dois materiais

Relacionar o derretimento do gelo com a redução do atrito

Identificar a pressão como fator que influencia o derretimento do gelo

Conteúdos

Força resultante

Plano inclinado

Força de atrito estático

Mudanças de estado físico

Anos                             1º ou 2º anos do Ensino Médio

Tempo estimado                5 aulas

Materiais necessários

Cubos de gelo
Caixa de isopor ou sacola térmica
Sal
Réguas e placas de diferentes materiais (plástico, madeira, aço)
Caixa de fósforo ou material de medidas semelhantes
Moedas ou arruelas finas
Cópias da reportagem "A ciência que vem do frio" (VEJA 2358, 05 de fevereiro de 2014)

Leia mais

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Desenvolvimento

1º etapa

Faça cubos de gelo com formato e tamanho semelhantes. Para conservá-los por mais tempo, coloque-os na caixa térmica envolvidos em uma mistura de gelo e sal.

Pergunte o que os alunos entendem por atrito e em quais situações do nosso cotidiano se poder perceber essa força. Observe se eles indicam somente situações negativas, nas quais o atrito deve ser evitado. Aproveite para ressaltar os aspectos positivos do atrito, como sua importância nas curvas dos carros e em nossa forma de andar. Informe à classe o que é caracterizado como atrito sob o ponto de vista da Física. Explique a diferença entre o atrito estático e o dinâmico e também apresente aos alunos a atividade a ser feita. 

2º etapa

Desafie a classe a medir o coeficiente de atrito estático entre o gelo e diferentes materiais, como aço, plástico e madeira. Use as réguas e hastes disponíveis. 
Divida os alunos em grupos e forneça uma régua a cada grupo. Instrua os alunos a colocar o cubo de gelo apoiado sobre uma das réguas. Peça que eles suspendam lentamente uma extremidade até que o cubo comece a deslizar para baixo. Oriente os alunos a colocarem uma caixa de fósforos debaixo de uma das extremidades da régua e mover a caixa lentamente até a outra ponta para facilitar a experiência. 

Lembre aos estudantes que a régua forma um triângulo retângulo com a superfície onde está apoiada. Quando o bloco de gelo começar a descer, os alunos devem medir o cateto oposto e cateto adjacente do triângulo (veja a imagem abaixo):

3º etapa

Demonstre a relação que há entre as forças peso, normal e de atrito, de modo que os alunos concluam que, em um plano inclinado, o coeficiente de atrito estático corresponde à tangente do ângulo de inclinação formado entre a régua e a direção horizontal. Peça para os alunos calcularem o coeficiente de atrito quando o gelo desliza nos outros materiais. 

4º etapa

Pergunte aos alunos se a força de atrito entre o gelo e os diversos materiais testados é grande ou pequena. Leve-os a concluir que, quando o gelo começa a derreter, forma-se uma fina camada de água, responsável por reduzir bastante o atrito. 

5º etapa 

Leia com os alunos a matéria A ciência que vem do frio publicada na revista Veja. Ressalte que os esportes de inverno só são possíveis em razão do derretimento do gelo constatado na experiência anterior. Pergunte aos adolescentes por que o gelo derrete em regiões com temperatura abaixo de zero. Eles devem perceber que não é somente a temperatura que pode causar o derretimento do gelo. Questione os alunos sobre quais fatores, além do aumento de temperatura, aceleram o derretimento do gelo. Proponha uma atividade de investigação para descobrir.

6º etapa 

Peça que cada grupo embrulhe três cubos de gelo em três pedaços de pano absorvente, com aproximadamente 30 x 30 cm. Instrua-os a reservar o primeiro cubo; segurar sem apertar o segundo cubo e apertar o terceiro com moedas ou arruelas - sem encostar os dedos no pano, portanto. Tenha o cuidado de resfriar as arruelas ou moedas na caixa de gelo antes do teste, de modo que as peças fiquem na mesma temperatura que o cubo. Proponha que os alunos se revezem nas atividades, para que ninguém se canse.

Discuta com os alunos por que o cubo de gelo que recebeu pressão derreteu rapidamente. Os alunos devem concluir que a pressão aplicada também favorece o derretimento do gelo.

Avaliação

Peça que os alunos relacionem algumas das modalidades dos esportes de inverno aos estudos que realizaram sobre o atrito e as transformações físicas do gelo. Um exemplo: eles podem explicar como o aumento de pressão sobre o gelo, aplicada pelas lâminas dos patins, possibilita reduzir o atrito e permite desenvolver grandes velocidades. Avalie se há indícios, no registros escritos, de que os alunos compreenderam os conceitos tratados.

Consultoria Cristian Annunciato
Professor de Física e pesquisador da Abramundo - Educação em Ciências, em São Paulo

http://revistaescola.abril.com.br/ensino-medio/planode-aula-qual-a-relacao-entre-gelo-e-atrito-772297.shtml