1. Introdução
As máquinas simples são dispositivos que facilitam a realização de tarefas, modificando a maneira como aplicamos forças. Entre elas, estão a roda e o eixo, a alavanca, a roldana, o plano inclinado, a cunha e o parafuso. Elas estão presentes em muitas máquinas do nosso cotidiano, inclusive em veículos.
1.1. As seis máquinas simples
1. Alavanca: barra rígida que gira em torno de um ponto de apoio, permitindo levantar ou movimentar objetos com mais facilidade. Exemplos: gangorra, pé de cabra e abridor de garrafas.
2. Roldana (polia): roda com um sulco por onde passa uma corda. Pode mudar a direção da força aplicada e, quando combinada com outras roldanas, diminuir a força necessária para levantar uma carga. Exemplos: poços e guindastes.
3. Roda e eixo: conjunto formado por uma roda ligada a um eixo, que giram juntos ou de maneira articulada, facilitando o movimento e o transporte de objetos. Exemplos: carrinhos, bicicletas e maçanetas.
4. Plano inclinado: superfície inclinada que permite elevar ou abaixar objetos aplicando uma força menor ao longo de uma distância maior. Exemplos: rampas de acesso e rampas de carga.
5. Cunha: peça formada por uma ou mais superfícies inclinadas, utilizada para cortar, separar ou perfurar materiais. Exemplos: facas, machados e pregos.
6. Parafuso: máquina simples formada por um plano inclinado enrolado ao redor de um cilindro. O movimento de rotação permite fixar objetos ou transformar o giro em deslocamento. Exemplos: parafusos de fixação, tampas de rosca e macacos mecânicos.
Nesta atividade, vocês serão engenheiros e engenheiras: deverão construir um carrinho com materiais recicláveis que tenha PELO MENOS duas máquinas simples, testar seu funcionamento e investigar quais características contribuem para que ele percorra uma pista com velocidade e eficiência.
2. Pergunta investigativa:
Como os princípios das máquinas simples e os conhecimentos sobre forças e movimento influenciam a velocidade, a estabilidade e a distância percorrida por um veículo? Como podemos aplicar esses conhecimentos para projetar, construir e aprimorar um carrinho utilizando materiais recicláveis?
3. Hipótese
Antes de iniciar a construção, formulem uma hipótese para responder à pergunta investigativa. Pensem em quais características do veículo podem influenciar seu desempenho, como o atrito, a aerodinâmica, a distribuição de massa, o tamanho e o alinhamento das rodas e o mecanismo de propulsão.
Para elaborar a hipótese, utilizem a estrutura “Se… então… pois…”, estabelecendo uma relação entre uma característica do carrinho, o resultado esperado e uma explicação científica.
Se… — indiquem qual característica ou condição do carrinho vocês acreditam que influenciará seu desempenho.
Então… — prevejam o que acontecerá com a velocidade, a estabilidade ou a distância percorrida.
Pois… — expliquem por que vocês esperam esse resultado, utilizando seus conhecimentos científicos.
A hipótese deverá orientar as decisões durante a construção e poderá ser confirmada, parcialmente confirmada ou refutada pelos resultados dos testes.
4. Objetivo
Construir e testar um carrinho movido por um mecanismo de propulsão, utilizando materiais recicláveis e princípios das máquinas simples, para investigar como suas características influenciam a velocidade, a distância percorrida e o tempo de funcionamento.
5. Materiais
Cada grupo deverá trazer materiais reutilizáveis ou recicláveis para planejar e construir seu carrinho.
Importante: o carrinho deverá ter rodas e eixos funcionais e algum mecanismo de propulsão. O grupo deverá explicar como seu mecanismo funciona.
6. Procedimentos
6.1 – Planejar
Discutam a pergunta investigativa, formulem a hipótese e façam um desenho do carrinho, identificando o corpo, as rodas, os eixos e o mecanismo de propulsão. Prevejam quais características poderão favorecer o deslocamento.
6.2 – Construir
Utilizem os materiais disponíveis para montar o carrinho. Certifiquem-se de que as rodas girem livremente, que os eixos estejam alinhados e que o mecanismo de propulsão esteja preso com segurança.
6.3 – Testar e ajustar
Realizem um primeiro teste na pista. Observem se o carrinho anda em linha reta, se as rodas giram adequadamente e se o mecanismo funciona como esperado. Identifiquem possíveis problemas e façam ajustes.
6.4 – Revisão e ajustes teóricos
Utilizando a ajuda da IA, levantem possíveis ajustes a serem feitos no veículo. Anotem os ajustes na folha timbrada e levem-na ao laboratório para o próximo passo.
6.5 – Melhorar e comparar
Escolham uma característica do carrinho para modificar, como o alinhamento das rodas, o tamanho delas, etc. Repitam os testes e comparem os resultados antes e depois da mudança, mantendo as demais condições tão constantes quanto possível.
6.6 – Realizar os testes oficiais
Posicionem o carrinho sempre na mesma linha de largada e acionem o mecanismo de propulsão. Realizem três tentativas, registrando a distância percorrida e o tempo de deslocamento em cada uma.
7. Resultados e coleta de dados
Registrem os resultados de cada teste. Lembrem-se de que uma observação científica precisa ser baseada em dados, e não apenas na impressão de que o carrinho foi rápido.
A. Características do carrinho
Nome do carrinho: __________________________________
Materiais utilizados: ________________________________
Mecanismo de propulsão: ____________________________
Característica que decidimos modificar: _______________
B. Dados experimentais
| Tentativa | Distância percorrida (m) | Tempo de deslocamento (s) | Velocidade média (m/s) |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| Média |
Calculem a velocidade média utilizando a fórmula:
Para comparar corretamente os carrinhos, utilizem a mesma pista e o mesmo procedimento de largada. Se o carrinho parar antes do fim da pista, registrem a distância realmente percorrida.
C. Antes e depois da modificação
| Medida | Antes | Depois |
| Distância média (m) | ||
| Tempo médio (s) | ||
| Velocidade média (m/s) | ||
| Tempo de funcionamento do mecanismo (s) |
Observação: o tempo de deslocamento corresponde ao intervalo entre a largada e a chegada ao ponto definido ou a parada do carrinho. O tempo de funcionamento do mecanismo corresponde ao período durante o qual ele ainda produz propulsão. Essas medidas podem ser diferentes.
8. Discussão dos resultados
Respondam às questões com base nas observações e nos dados coletados.
1. O carrinho conseguiu se deslocar conforme o esperado? Quais evidências sustentam sua resposta?
2. Qual foi a velocidade média do carrinho? Como vocês chegaram a esse resultado?
3. As três tentativas apresentaram resultados semelhantes? Se houve diferenças, quais fatores podem ter influenciado os resultados?
4. Qual característica do carrinho pareceu contribuir mais para seu desempenho: o alinhamento das rodas, o tamanho delas, a estrutura do veículo ou o mecanismo de propulsão? Justifiquem com evidências.
5. O que aconteceu com o desempenho após a modificação realizada? Os dados indicam melhora, piora ou ausência de mudança significativa?
6. Como a roda e o eixo contribuem para o deslocamento do carrinho? Que problemas poderiam ocorrer se as rodas estivessem desalinhadas ou não girassem livremente?
7. O mecanismo de propulsão transformou energia em movimento? Expliquem como isso aconteceu no modelo construído.
8. O carrinho mais veloz foi necessariamente aquele que percorreu a maior distância? Expliquem a diferença entre velocidade e distância percorrida.
9. Que outras máquinas simples poderiam ser utilizadas em um sistema de transporte para facilitar tarefas como levantar, carregar ou deslocar objetos? Deem um exemplo e expliquem sua função.
10. Se vocês tivessem mais tempo e materiais, o que modificariam no projeto? Que novo teste realizariam para verificar se a mudança funcionaria?
9. Conclusão
Retomem a hipótese formulada no início da atividade e escrevam uma conclusão científica, utilizando os resultados obtidos.
Nossa conclusão
1. Retomada da hipótese: nossa hipótese estava correta, parcialmente correta ou incorreta?
2. Evidências: quais dados de distância, tempo ou velocidade sustentam essa conclusão?
3. Explicação científica: como os resultados ajudam a explicar a influência das rodas, dos eixos e do mecanismo de propulsão no movimento do carrinho?
4. Revisão da hipótese: com base nos resultados, o que manteríamos ou modificaríamos em nossa hipótese inicial?
A conclusão não deve se limitar a afirmar que o carrinho funcionou ou não. Ela precisa explicar o que os dados revelaram, como as evidências sustentam ou contradizem a hipótese e o que o grupo aprendeu com a investigação.