Conteúdos
Pressão
Forças
Princípio de Bernoulli
Objetivos
Compreender, analisar e vivenciar situações que demonstram a ação da pressão e do equilíbrio de forças
Compreender o funcionamento da asa do avião propriamente dita
Compreender o princípio de Bernoulli da hidrodinâmica
1ª Etapa: Finalização
Para a finalização dessa aula o professor pode retomar as perguntas feitas inicialmente e verificar qual é a compreensão que os alunos têm agora sobre o funcionamento da asa do avião. Também pode ser interessante discutir outros experimentos sobre o princípio de Bernoulli que podem facilmente ser encontrados no YouTube.
Como o princípio de Bernoulli se aplica a todos os fluidos é interessante também pedir aos alunos que pesquisem sobre outras situações onde esse princípio é usado em nosso cotidiano (exemplos: sprays, aerofólios de carros de corrida, design de automóveis e barcos, formato de hélices para diferentes finalidades, chaminés de fábricas e outros tantos).
2ª Etapa: Início de Conversa
Aviões são mais pesados que o ar e voam! Muitos alunos têm uma ideia prévia de que isso se deva as suas asas, mas não é fácil, a princípio, entender muito bem qual é o real papel delas. E as hélices ou turbinas, para que servem?
Nessa atividade vamos levar o aluno a refletir sobre o funcionamento das asas do avião e construir com eles o conceito de diferença de pressão que caracteriza o princípio de Bernoulli. Como parte da atividade, proporemos aos alunos que construam eles mesmos uma asa e que a façam voar.
3ª Etapa: Problematização e sensibilização
Nessa etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “A asa do avião”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos pensam sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos. Essas perguntas também servirão para nortear o roteiro de experimentação sugerido.
1. Aviões são mais pesados do que o ar, por que voam então?
2. Um avião comum voaria na Lua, onde não há atmosfera? Por quê?
3. Vocês já repararam nas asas dos aviões? Elas são planas ou curvas?
4. E o helicóptero, ele tem asas?
Talvez alguns alunos tenham as respostas para algumas ou mesmo para todas essas perguntas. Talvez alguns fiquem em dúvida e surjam controvérsias. É importante que nesse momento os alunos tenham a palavra e que as suas dúvidas sejam anotadas e não respondidas. Da mesma forma o professor não deve “corrigir” as respostas dos alunos, mas deixar que eles mesmos verifiquem seus erros e acertos durante a aula e a experimentação que farão. O objetivo nesse momento inicial é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.
4ª Etapa: Apresentando o princípio de Bernoulli
Nessa etapa o professor deve apresentar aos alunos um pequeno vídeo (Trecho de um documentário do canal The History Channel (link2) disponível na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais” e, então, comentar com os alunos temas relacionados ao vídeo, como forças que atuam na asa e o conceito de pressão devido ao ar. O texto para o professor “O que faz um avião voar” (link 1 da seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”) pode ajudar a dar a fundamentação necessária ao professor para discutir esses conceitos com os alunos. A figura abaixo mostra as principais forças que atuam em um avião:
Em linhas gerais o princípio de Bernoulli diz que a pressão em um fluido diminui quando a velocidade desse fluido aumenta. Assim, quando o ar passa velozmente pela asa do avião ele faz com que a pressão atmosférica se torne maior do que a pressão exercida pelo ar em contato com a asa. Podemos demonstrar isso facilmente para a classe dobrando uma folha de sulfite ao meio e deixando as duas metades entreabertas (apoiando a folha em um lápis colocado na dobra, por exemplo, de forma que a folha fique segura pelo lápis), de maneira que ao soprar entre elas vemos que se aproximam devido a diminuição da pressão entre elas causada pelo movimento do ar (você pode perguntar aos alunos o que eles esperam que ocorra com os dois lados da folha antes de soprar – espera-se que a maioria diga que as folhas se abrirão ainda mais).
Como mostra o vídeo sugerido anteriormente, a asa de avião possui curvaturas diferentes, de maneira que o ar passa mais rápido por um dos lados – o lado que ficará sujeito à menor pressão. Essa diferença de pressão é que faz surgir a força de sustentação sobre a asa do avião.
Interessante notar que no caso dos helicópteros as pás correspondem as asas dos aviões e seu movimento giratório faz que exista um movimento relativo entre elas e o ar. O mesmo vale para o caso dos bumerangues que exploram tanto a velocidade de deslocamento no ar quanto a velocidade de rotação deles.
Para finalizar a apresentação o professor pode passar o vídeo “Como fazer um bumerangue caseiro”, link 3, que ensina a construir bumerangues e, então, propor a construção de um deles como tarefa de casa para grupos de dois ou três alunos.
5ª Etapa: Colocando os conhecimentos em prática
O material anexo, “Roteiros de Experimentação”, disponível na seção Material de Apoio traz atividades sugeridas para essa etapa. Nela o professor solicitará aos alunos que verifiquem experimentalmente a aplicação do princípio de Bernoulli na asa do avião e, para tanto, os alunos construirão uma asa de avião e a farão voar.
O professor poder formar duplas de alunos para construírem as asas e pode orientar as duplas de forma a construírem asas com diferentes perfis, variando a distância entre as extremidades das folhas dobradas (veja o roteiro do experimento), para poder explorar com os alunos os efeitos do ar sobre diferentes perfis de asa.
Materiais Relacionados
1. O que faz um avião voar – texto para o professor com explicações detalhadas sobre o funcionamento do avião: http://bit.ly/1RzOvGN
2. Vídeo (0:53) mostrando a necessidade de curvaturas diferentes dos dois lados de uma asa (Trecho de um documentário do canal The History Channel): http://bit.ly/25nHkMf