#3 Desafio Maker - OBJETOS VOADORES II

Construa um objeto voador (do tipo pipa) que utilize a menor quantidade de recursos (materiais diferentes) e que seja funcional, ou seja, que levante vôo. Será que conseguem?

Objetivos

• Promover o desenvolvimento da criatividade, colaboração, resolução de problemas e negociação.
• Possibilitar a exploração de conceitos científicos associados à geometria, ao movimento vertical e aerodinâmica.
• Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).

Áreas relacionadas
Ciências, Matemática e Artes/Design

Sugestão de materiais e ferramentas
Papel, cartolina, papel seda, cola branca/bastão, palitos de churrasco, palitos para algodão doce (40 cm), pedaços de bambu (> 50 cm), linha 10, tesoura, fita adesiva, sacos plásticos,  entre outros.

Para ir além...
A aerodinâmica de uma pipa pode ser entendida em termos de forças, em que a interação entre o formato e inclinação dela, em relação ao vento, gera forças resultantes chamadas de sustentação (lift - vertical para cima), arrasto (drag - contrária ao sentido do movimento), peso ou força da gravidade (gravity - vertical para baixo) e tração ou empuxo (thrust - produzida pelas turbinas no sentido do movimento -  no caso de um avião de papel essa força não existe), e a tensão (tension - força exercida pelo fio e serve para manter as demais forças em equilíbrio). Resumidamente, enquanto a força de sustentação for maior que a força peso, a pipa permanecerá em voo.

 

 Imagem: Huslander (2012).

Sugestões para o trabalho

Organizar os estudantes em grupos com 2, 3 ou 4 participantes. Apresente o desafio e forneça as regras: construir uma pipa capaz de voar. Os estudantes podem pesquisar diferentes maneiras de construir pipas, mas devem negociar com o grupo e com o instrutor para confeccionar ou modelo selecionado. Não induza a construção da pipa, sob pena de estragar a criatividade e a oportunidade de os estudantes aprenderem com os erros. Incentive-os a pesquisar diferentes modelos na internet, questione sobre as formas que estão construindo para que eles pensem por que fazem daquele jeito. Não indique caminhos, a menos que seja absolutamente necessário para o avanço do projeto ou para segurança dos participantes. Durante o período eles devem poder testar o modelo confeccionado e realizar ajustes caso necessário.

Referências

STUART, N. DAHMEN, S. R. A Física do Voo na Sala de Aula. Física na escola. Vol. 7, n. 2 (out. 2006), p. 36-42. Disponível em:
<http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol7/Num2/v13a07>. Acesso em: mar. de 2019.

HUSLANDER, M. How Kites Fly. Smithsonian: National Air and Space Museum. 2012
Disponível em: <https://airandspace.si.edu/stories/editorial/how-kites-fly> Acesso em: 8/04/2019.

#2 Desafio Maker - OBJETOS VOADORES I

Construa um objeto voador (do tipo avião) que, de forma autônoma, fique no ar pelo maior tempo possível e/ou que percorra a maior distância possível, sem interferência direta humana, a menos que seja condição fundamental para dar início ao seu funcionamento.
 

Objetivos

• Promover o desenvolvimento da criatividade, colaboração, resolução de problemas e negociação.
• Possibilitar a exploração de conceitos científicos associados ao movimento vertical e aerodinâmica.
• Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).

Áreas relacionadas

Ciências, Matemática e Artes/Design

Sugestão de materiais e ferramentas

Papel, cartolina, papel seda, cola branca/bastão, palitos de churrasco, palitos para algodão doce (40 cm), bambu, linha 10, tesoura, fita adesiva, entre outros.

Para ir além...

A aerodinâmica de um avião, bem como a de um avião de papel, depende de interações entre o vento e o formato do avião, especialmente sobre o formato de suas asas. 

Imagem: Stuart e Dahmen (2006).

Há duas formas complementares que permite compreender o que permite um avião voar. Uma delas diz que, o vento, quanto percorre a parte superior e inferior do avião, pode gerar zonas de baixa e de alta pressão, em função principalmente do formato das asas do avião. Na parte superior há uma compressão das linhas de corrente de ar, o que irá gerar uma diferença de pressão que será maior na parte inferior e menor na parte superior, o que resultará em uma força de sustentação para cima, fazendo o avião subir. Podemos entender também em termos de forças, em que a interação entre o formato e  inclinação da asa gerar forças resultantes chamadas de sustentação (vertical para cima), arrasto (contrária ao sentido do movimento), peso (vertical para baixo) e tração ou empuxo (produzida pelas turbinas no sentido do movimento -  no caso de um avião de papel essa força não existe).

Sugestões para o trabalho

Organizar os estudantes em grupos com 2, 3 ou 4 participantes. Apresente o desafio e forneça as regras: o avião deverá, voar pelo maior tempo possível e/ou percorrer a maior distância possível. Por exemplo, faça um primeiro teste com o avião e utilize o resultado em termos de tempo de voo e distância percorrida como um desafio a ser superado (não esqueça de guardar os diferentes aviões produzidos e as marcas atingidas). Não induza a construção do avião, sob pena de estragar a criatividade e a oportunidade de os estudantes aprenderem com os erros. Incentive-os a pesquisar diferentes modelos na internet, questione sobre as formas que estão construindo para que os faça pensar no que fazem e sobre por que fazem daquele jeito. Mas não indique caminhos, a menos que seja absolutamente necessário para o avanço do projeto ou para segurança dos participantes.

Referências

STUART, N. DAHMEN, S. R. A Física do Voo na Sala de Aula. Física na escola. Vol. 7, n. 2 (out. 2006), p. 36-42. Disponível em:
<http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol7/Num2/v13a07>. Acesso em: mar. de 2019.

#1 Desafio Maker - A CORRIDA

Construa um veículo terrestre que se mova de forma autônoma por no mínimo 2 metros em linha reta no menor tempo possível. Descobrir como medir a distância percorrida e a rapidez com que o carrinho se move faz parte do desafio. Será que consegue convencer seus colegas da rapidez do seu carrinho? Ter uma, duas, três, ou várias rodas melhora o desempenho do carrinho?  

Objetivos

• Promover o desenvolvimento da criatividade, colaboração, resolução de problemas e negociação.
• Possibilitar a exploração de conceitos científicos associados à relação energia-movimento. 
• Desenvolver a atitude científica (observar; descrever; comparar; formular perguntas, hipóteses e previsões; planejar experimentos; analisar resultados; construir modelos explicativos; interpretar e usar informações científicas; argumentar com evidências; produzir textos no contexto das ciências).

Áreas relacionadas
 Ciências, Matemática e Artes/Design.

Sugestão de materiais e ferramentas
 Papelão, papel, cartolina, EVA, isopor, palitos de churrasco/picolé, balões, elásticos, cola instantânea, garrafas pet, tampinhas, canudinhos, tesoura, régua, fita métrica, alicates, cola quente, fita adesiva, papel alumínio, motores elétricos dc, pilhas, interruptores, leds, ratoeiras (não usadas), sucatas, entre outros materiais e ferramentas disponíveis.

Para ir além…
Os veículos precisam de uma fonte de energia para se mover. Essencialmente, eles transformam alguma forma de energia em movimento. Por exemplo, um motor à combustão se aproveita da energia liberada pela queima do combustível, que, a alta pressão, se expande violentamente e empurra um pistão que transfere essa energia para as rodas do carro. Há outras formas de realizar esse tipo de tarefa: por exemplo, uma mola ou um elástico, é capaz de armazenar energia (chamada energia potencial elástica) e pode ser usada, por meio de algum dispositivo mecânico, para produzir movimento (chamada energia cinética). Também é possível usar a energia elástica de um balão. Quando enchemos o balão de ar com a boca, transferimos energia mecânica de nossos “músculos pulmonares” para o balão. Ao permitir a saída do ar em uma direção bem definida, pressionada pelas paredes do balão que contém energia potencial elástica armazenada, é possível fazer o veículo se mover no sentido oposto. Um mecanismo parecido ao do balão ocorre usando ar comprimido, por meio de um compressor ou de um uma bomba de encher bola, por exemplo. Há um princípio fundamental da ciência associada a isso tudo: o princípio da conservação da energia (na natureza nada se cria, tudo se transforma).
Já para planejar se o veículo percorre linha reta e qual sua rapidez, conceitos como velocidade, tempo, aceleração, deslocamento, distância percorrida, sistema de referência, entre outros, são explorados empiricamente pelos estudantes.


Sugestões para o trabalho
Organizar os estudantes em grupos com 2, 3 ou 4. Apresente o desafio e forneça as regras: os veículo deverá, o menor tempo possível, percorrer no mínimo 2 metros em linha reta. Forneça diversos materiais conforme os descritos acima (não permita o uso de kits prontos como Lego ou Atto). Não induza a construção do veículo, sob pena de estragar a criatividade e a oportunidade de os estudantes aprenderem com os erros. Incentive-os a usar diferentes materiais, questione sobre as formas que estão construindo para que os faça pensar no que fazem e sobre por que fazem daquele jeito. Mas não indique caminhos, a menos que seja absolutamente necessário para o avanço do projeto ou para segurança dos participantes. Consultar a internet é possível, mas o veículo construído pelo grupo deve ter no mínimo duas modificações estruturais claras com relação aos modelos consultados na internet (exemplos - número/forma/material das rodas; forma de propulsão; forma/material do design/estrutura, etc.). Sugere-se separar ao menos 30 minutos para a etapa de testes.