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Plano de Aula

Força e desaceleração em uma colisão de automóvel

Planeta Sustentável

Objetivos
Calcular a desaceleração e a força aplicada sobre uma criança em uma colisão de automóvel; discutir medidas para minimizar os danos provocados por uma colisão

Conteúdos
Energia cinética, energia gravitacional, equação de Torriceli, 2ª lei de Newton

Tempo estimado
Duas aulas

Introdução
No Brasil há uma guerra não declarada que mata muito mais do que os conflitos no Iraque ou a intifada palestina: a guerra do trânsito. Entre acidentes e atropelamentos, são mais de 40 mil mortes por ano no país. Para evitar tantas tragédias, entra em vigor dia 9 de junho uma lei que obriga pais e responsáveis a transportar crianças de até 7 anos e meio no banco de trás dos automóveis, em cadeirinhas próprias. A medida é tema da reportagem "Agora só na cadeirinha", publicada em VEJA, e é um bom ponto de partida para discutir com a moçada a Física por trás dos acidentes automobilísticos.

Desenvolvimento

1ª aula
Inicie a aula perguntando aos alunos se algum deles já se envolveu ou se conhece alguém que tenha se envolvido em um acidente de carro. Peça que contem suas experiências ao grupo, relatando o que aconteceu, quais as causas e as consequências. Em seguida, pergunte como esses acidentes poderiam ter sido evitados. Há alguma maneira de fazer com que os danos de uma colisão sejam menores? Converse com a turma sobre a necessidade de se tomar muito cuidado para evitar acidentes de trânsito e sobre a importância de medidas para minimizar as sequelas deles.

Em seguida, leia com os alunos a reportagem "Agora só na cadeirinha" e discuta com a nova lei, que obriga pais e responsáveis a transportar crianças de até 7 anos e meio em cadeirinhas próprias dentro dos carros. O que eles acham da medida? São a favor ou contra? Como acreditam que ela poderá ser fiscalizada?

Divida a classe em grupos e peça que discutam sobre o tema, registrando no caderno pelo menos três cuidados que devem ser tomados para evitar acidentes - como respeitar as leis do trânsito, não correr, evitar rachas etc. - e três medidas para minimizar os danos provocados por uma colisão - como utilizar o cinto de segurança, levar crianças no banco de trás, sinalizar corretamente um acidente etc.

Quando os grupos terminarem, peça que socializem as respostas, chamando a atenção para a responsabilidade de cada um para com a nossa vida e a dos outros. Para finalizar a aula, coloque a questão: quais princípios e leis físicas podem ser utilizados para analisar o trânsito e os acidentes automobilísticos? Faça uma relação na lousa dos conceitos levantados pelos alunos e indique que eles serão retomados na próxima aula.

2ª aula
Retome com os alunos a discussão da aula anterior sobre os cuidados com possíveis colisões de automóveis. Para começar, proponha a seguinte questão:

prédio

Uma colisão com velocidade relativa de 100km/h corresponde a uma queda de que altura? Nessa situação, qual o módulo da força média agindo sobre uma criança, ocasionada pela freada do automóvel?

Peça que os alunos se reúnam nos mesmos grupos da aula anterior e resolvam o problema.

De um tempo para que respondam e corrija. A resolução pode ser encontrada utilizando o princípio da conservação de energia. Desprezando os atritos, pode-se supor que toda energia cinética do carro tivesse sua origem na energia potencial gravitacional.

Então é possível escrever que: formula

a altura pode ser determinada pela relação: formula

Lembre a turma que a velocidade utilizada deve estar em m/s totalizando 27,8 - e não 100km/h. Substituindo os valores pode-se ver que: h ~ 39 metros - ou seja, tomando como base que um andar tem 3 metros, o choque equivalente à queda de um prédio de aproximadamente 13 andares!

Supondo que o carro amasse até a metade, a distância percorrida nessa colisão seria aproximadamente metade do seu tamanho, ou seja, em torno de um a dois metros. Utilizando a equação de Torriceli (V2 = Vo2 + 2.a.S), podemos calcular a desaceleração como sendo ~ 257m/s2 , ou seja aproximadamente a aceleração da gravidade solar (26 vezes a aceleração da gravidade terrestre).

Se a criança pesar em torno de 30kg, a força resultante, calculada pela 2ª lei de Newton (F=m.a) será de 7.710N (equivalente o um peso de 771 kg). Não é à toa que machuca tanto!

Em seguida, peça que os alunos realizem os cálculos para velocidades de 80, 60, 40 e km/h e construam dois gráficos: altura da queda em função da velocidade de colisão; e força aplicada sobre a criança em função dessa mesma velocidade. Enquanto os grupos trabalham, circule pela classe conversando com os alunos sobre os resultados e os perigos inerentes às colisões. Quando os grupos terminarem, socialize as respostas. Eles devem obter os gráficos mostrados abaixo.

grafico

 grafico 

Para encerrar a aula, discuta com a turma as limitações do modelo utilizado. Explique a eles que, durante a colisão, a aceleração não é constante, quanto menor a velocidade menor a deformação do carro - o carro amassa menos -, existe a resistência do ar etc.


Avaliação
Considere na avaliação a participação e o envolvimento dos alunos nas discussões e na resolução dos problemas propostos.

 

Consultoria Gustavo Issac Killner
professor de Física do Colégio Santa Cruz, em São Paulo

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