Contextualização

A força elástica é um tipo de força restauradora que aparece quando um objeto é deformado pela ação de uma força externa e busca retornar à sua forma original, assim que essa força externa é retirada. Se você já esticou uma mola ou um elástico, carregou um arco ou uma besta, ou até mesmo pressionado uma bola de borracha, então você já experimentou a força elástica.

Segundo a Lei de Hooke, em muitos materiais, o comprimento da deformação é diretamente proporcional à força aplicada. Isto é, quanto mais a mola, o elástico ou qualquer corpo elástico for esticado ou comprimido, maior será a força elástica exercida por ele. O trabalho realizado pela força elástica é a energia armazenada no corpo que está sendo deformado. Esta energia é chamada de energia potencial elástica.

A força elástica é uma parte vital de muitos sistemas e fenômenos naturais e artificiais: ela é responsável por manter o formato das células vivas, é a força que permite que os saltadores de bungee jump voltem em segurança, e é a força que faz os relógios de mola funcionarem. Neste projeto, vamos explorar mais a fundo a natureza do trabalho da força elástica e compreender melhor o papel que desempenha em nosso mundo.

A força elástica tem uma ampla gama de aplicações, desde a estrutura molecular de materiais até a engenharia e o design de máquinas e edifícios. No campo da medicina, por exemplo, a força elástica das artérias e veias ajuda a manter a pressão sanguínea e o fluxo sanguíneo. Na engenharia civil, a força elástica é crucial na concepção de estruturas que podem suportar as forças do vento e do sismo. Em suma, uma compreensão sólida do trabalho da força elástica é fundamental para uma ampla variedade de disciplinas.

Para explorar esse conceito em maior profundidade, sugerimos os seguintes recursos:

• Trabalho da Força Elástica - Mundo Educação
• Força Elástica e Lei de Hooke - Brasil Escola
• Força Elástica e Materiais - Só Física

Atividade Prática

Título: Projetando e Testando Catapultas: Uma Exploração da Força Elástica

Objetivo do Projeto

Este projeto tem como objetivo oferecer aos alunos uma experiência prática de como o trabalho da força elástica desempenha um papel crucial no funcionamento das catapultas, uma invenção que remonta à antiguidade e que utiliza a energia potencial armazenada numa fonte elástica para lançar projéteis a grandes distâncias. Além disso, os alunos serão desafiados a conceber, construir e testar os seus próprios modelos de catapultas, proporcionando-lhes a oportunidade de aplicar muitos dos conceitos aprendidos em sala de aula e de ver em primeira mão como a teoria se traduz na prática.

Descrição Detalhada do Projeto

A construção do modelo de catapulta será dividida em várias etapas: concepção, projeto, construção, teste e otimização. Os alunos terão que cooperar e colaborar ao longo do projeto, aplicando as suas habilidades de resolução de problemas, comunicação e gerenciamento de tempo.

O projeto irá abordar diversos tópicos, incluindo a Lei de Hooke, a força elástica, o trabalho da força elástica, a energia potencial elástica e a física do movimento projetil. Além disso, o projeto terá uma importante componente interdisciplinar, pois envolverá conceitos de geometria, desenho técnico, engenharia de materiais, história e até mesmo de escrita e de pesquisa.

Materiais Necessários

• Palitos de madeira
• Elásticos
• Cola
• Mini-almofadas de marshmallow ou pequenas bolas de papel
• Régua
• Projetor (para desenho técnico)
• Papel milimetrado
• Lápis e canetas
• Computadores com acesso à Internet para pesquisa e escrita

Passo a Passo Detalhado para a Realização da Atividade

1. Pesquisa e Conceção da Catapulta: Cada grupo deverá pesquisar designs diferentes de catapultas, aprender sobre a sua história e o funcionamento do princípio de lançamento de projéteis usando força elástica. Cada grupo então conceberá o seu design de catapulta, apresentando-o num desenho técnico detalhado, utilizando conceitos de geometria e medidas.

2. Construção da Catapulta: Utilizando os materiais fornecidos e seguindo o design que eles conceberam, os alunos construirão o seu modelo de catapulta.

3. Teste da Catapulta: Cada grupo testará a sua catapulta, registando os resultados em termos de distância, precisão e consistência para diferentes forças aplicadas (por exemplo, diferentes graus de estiramento dos elásticos).

4. Otimização da Catapulta: Com base nos resultados do teste, cada grupo poderá fazer alterações e melhorias no seu design e construção da catapulta, antes de realizar um segundo ciclo de testes.

5. Relatório de Projeto: Após a conclusão da parte prática do projeto, cada grupo deve trabalhar em conjunto para escrever um relatório de projeto detalhado. O relatório deve incluir: uma introdução contextualizando o tema e o projeto; o desenvolvimento detalhando a teoria da força elástica, o design e a construção da catapulta, e a metodologia dos testes; um conjunto de conclusões tiradas do projeto; e uma lista de referências de todos os materiais consultados.

Entregas do Projeto

Cada grupo deverá produzir as seguintes entregas:

• Desenhos técnicos da catapulta projetada.
• O modelo físico da catapulta.
• Relatório de projeto, que deve incluir:
  • Introdução: Contextualizando o tema e o objetivo do projeto.
  • Desenvolvimento: Detalhando a teoria da força elástica, o design e a construção da catapulta, bem como a metodologia e os resultados dos testes.
  • Conclusões: Explicitando os aprendizados obtidos, as conclusões retiradas sobre o projeto e como eles se relacionam com a teoria da força elástica estudada em sala de aula.
  • Bibliografia: Indicando todas as fontes que foram consultadas durante o projeto.

Ao escrever o relatório, os alunos devem se certificar de que estão se comunicando claramente e de maneira eficaz, representando graficamente os resultados dos testes quando apropriado e explicando como eles validam ou desafiam a teoria estudada. O relatório deverá ser escrito em linguagem clara e precisa, com ênfase na coerência e na correta utilização dos conceitos físicos.