Disciplina:

Física

Ciclo: Ensino Médio
Assunto: Queda-livre e gravitação.
Tipo: Metodologias

Os professores de Física freqüentemente apontam dificuldades em iniciar o trabalho com o movimento de queda-livre, assunto geralmente tratado no primeiro ano do Ensino Médio. Uma das maiores dificuldades dos alunos é superar um equívoco comum entre pessoas adultas que nunca estudaram Física: achar que objetos mais pesados caem mais rápido que os mais leves. Essa, aliás, era a concepção grega de movimento de queda, apresentada por Aristóteles (384–322 a.C.) em seu texto “Física”, publicado no século IV a.C. A idéia de que a velocidade de queda dos corpos dependia de seu peso foi considerada válida até o século XVI, quando Galileu Galilei (1564-1642) questionou-a e demonstrou que ela não era verdadeira.

A atividade aqui proposta tem por objetivo desequilibrar essa convicção, bastante comum entre estudantes de primeiro ano do Ensino Médio, e ensinar o conceito de queda-livre: queda de um corpo próximo à superfície terrestre cuja resistência do ar não exerce influência observável.

Para iniciar os trabalhos o professor deve levar para a sala de aula uma coleção de esferas metálicas de diâmetros diferentes. Dessa forma, a coleção terá esferas de pesos bem distintos, importante para os objetivos da atividade. Caso seja difícil conseguir todas as esferas metálicas, podem ser utilizadas bolas feitas de materiais variados. O importante é não colocar uma que seja tão leve que a resistência do ar possa ser significativa na observação de sua queda de uma altura entre dois e cinco metros.

Procedimento:

O professor distribui as esferas para toda a classe e solicita aos alunos que procurem observar o movimento de queda desses corpos. A pergunta a ser feita nesse momento é a seguinte: por que esses corpos caem ao serem largados de uma determinada altura?

É importante notar que a explicação de que os corpos caem devido a atração gravitacional é, a rigor, uma resposta insatisfatória. Isso porque podemos, em seguida, perguntar: mas como essa força de atração gravitacional surge? Devemos, nesse momento, informar aos alunos que os próprios físicos ainda não sabem responder a essa questão. O próprio Newton (1642-1727), no livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, publicado em 1687, comenta o fato de que não é possível explicar como a atração gravitacional surge, mas só é possível saber que ela é proporcional à massa dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles – o famoso Princípio da Gravitação Universal.

Albert Einstein (1879-1955), em seu trabalho, de 1915, sobre a Relatividade Geral, tentou responder a essa questão, introduzindo a idéia de curvatura do espaço-tempo.

Depois de alguns minutos observando as esferas, o professor apresenta a seguinte questão: se nós soltarmos essas esferas de uma altura de dois metros, qual delas chegará mais rapidamente ao chão? Em seguida, o professor pede aos alunos que (sem fazer a experiência) ordenem-nas em ordem crescente de tempo de queda.

Aqui é importante destacar que a maioria dos alunos acha que as esferas mais pesadas cairão mais rapidamente e, por isso, o intervalo de tempo correspondente à sua queda será menor do que o intervalo de tempo correspondente à queda das esferas mais leves. Nesse momento, o professor não deve interferir; deve deixar para a experiência o desmentido dessa afirmação.

O passo seguinte é conferir, por meio de uma experiência, o que realmente ocorre com o tempo de queda dessas esferas. É importante que o professor comente com seus alunos que a Física é uma ciência experimental e que, portanto, as hipóteses devem ser testadas pela experiência para serem confirmadas ou não.

O professor pode deixar por conta dos alunos a forma como eles vão fazer o teste para verificar o tempo de queda de cada esfera. Se eles utilizarão um cronômetro para medir o tempo de queda, ou se tentarão largar as esferas juntas, duas a duas, e comparar os tempos de queda diretamente.

É muito interessante observar a expressão de surpresa dos alunos quando eles descobrem que uma esfera de ferro pesada (uma bola utilizada em arremesso de peso, por exemplo) demora o mesmo tempo para cair de uma altura de dois metros que uma pequena esfera de metal tirada de uma rolimã. Ou que uma bola de madeira e uma bola de ferro, ambas com o mesmo diâmetro, caem juntas, apesar de uma ser muito mais pesada do que a outra.

Essa desequilibração cognitiva, para utilizar uma expressão tipicamente piagetiana, coloca os alunos em um estado de grande curiosidade sobre as causas que levam a essa nova descoberta, propiciando motivação intensa para que o professor desenvolva os estudos formais sobre a queda-livre, agora com uma classe interessada e atenta.

Texto original: Vinicius Ítalo Signorelli
Edição: Equipe EducaRede