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Aula 17 — Conceito de Funções: Variável dependente e independente na física.

50 min

Objetivo geral

Compreender o conceito de função e diferenciar variável independente de variável dependente em situações físicas.

Objetivos específicos

  • Definir função como uma relação entre duas grandezas, na notação y = f(x).
  • Identificar, em uma situação física, qual grandeza é controlada (independente) e qual é medida em resposta (dependente).
  • Reconhecer as três formas de representar uma função: fórmula, tabela e gráfico.
  • Aplicar esses conceitos a exemplos físicos concretos (Lei de Hooke, aquecimento, movimento uniforme).

Conhecimentos prévios

  • Conforme Ausubel, a aprendizagem significativa depende de ancorar o conteúdo novo em algo que o aluno já sabe. Antes desta aula, o aluno precisa ter:
  • Noção básica de equações e substituição de valores em fórmulas (Matemática).
  • A Lei de Hooke (F = kx), já vista dimensionalmente na Aula 3.
  • Experiência prática de fazer medições repetidas (régua, cronômetro), já trabalhada nas Aulas 4 e 5.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_Aula17_ConceitoDeFuncoes.pptx (10 slides).
  • Quadro/lousa e material de escrita, para a resolução guiada (Momento 4).
  • Lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano), impressa ou projetada.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor inicia perguntando: "Se eu esquento uma panela de água, o que acontece com a temperatura dela conforme o tempo passa? Uma coisa causa a outra, ou as duas mudam por acaso, sem relação?" Ouvir 2 ou 3 respostas espontâneas. O objetivo é trazer à tona a intuição de que grandezas físicas se relacionam — uma responde à outra.

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Escrever no quadro: "t = f(x)", dizendo que representa um carrinho que teve sua posição medida em vários instantes de tempo. Perguntar se essa notação está correta. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): a crença de que a ordem em que as grandezas aparecem numa frase ("medi a posição em função do tempo") já determina automaticamente qual é a variável independente, sem parar para pensar no que foi de fato controlado e no que foi medido. Esse obstáculo é resolvido explicitamente no Momento 3, com a distinção formal entre variável independente e dependente.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 7 da Possor_Aula17_ConceitoDeFuncoes.pptx: Slide 2: por que funções importam na física — motivação, conectando com o que vem a seguir (Cinemática). Slide 3: o que é uma função — definição formal e notação y = f(x). Slide 4: variável independente vs. dependente — a regra prática de "o que eu controlei" vs. "o que eu medi". Slide 5: erro comum — retoma e resolve o obstáculo do Momento 2, com o exemplo do carrinho. Slide 6: exemplos físicos de funções — tabela com queda livre, Lei de Hooke, movimento uniforme, aquecimento. Slide 7: as três formas de representar uma função — fórmula, tabela e gráfico, todas para a mesma relação. Intercalar a exposição com perguntas rápidas de verificação (ex.: "na Lei de Hooke, quem é a independente?") para monitorar a compreensão em tempo real.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

O professor resolve no quadro, pensando em voz alta, o exemplo prático do slide 8 (Lei de Hooke, identificando as variáveis e calculando F para um valor de x). Em seguida, propõe uma variação semelhante — por exemplo, identificar as variáveis em "a distância percorrida por um carro depende da velocidade constante e do tempo de viagem" — para os alunos tentarem sozinhos ou em duplas, circulando pela sala para dar suporte individual.

Exercícios de Fixação

7 min · prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano), que também aparece de forma resumida no slide 9 (aquecimento de água). O professor circula pela sala, de olho especialmente em alunos que ainda trocam a variável independente pela dependente.

Síntese e Fechamento

3 min · consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta disparadora do Momento 1 (panela esquentando) e pedir que a turma a responda agora com o vocabulário correto: função, variável independente, variável dependente. Reforçar o resumo do slide 10, e anunciar que a próxima aula (Gráficos Cartesianos) vai usar exatamente essa distinção para decidir o que vai em cada eixo.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios de fixação, com atenção especial a alunos que identificam a variável dependente e independente trocadas. Instrumento complementar: para uma avaliação mais formal, gerar questões pela plataforma Possor filtrando pelo Assunto "Conceito de Funções".

Lista de exercícios

1. Em cada situação, identifique a variável independente e a dependente: a) um paraquedista em queda, cuja altura é registrada a cada segundo. b) um estudante que testa molas diferentes e mede a força para uma mesma deformação.

Gabarito: a) Independente: tempo. Dependente: altura. b) Independente: tipo de mola (ou sua constante elástica k). Dependente: força medida.

2. Na função y = 3x + 1, se x = 4, qual é o valor de y?

Gabarito: y = 3(4) + 1 = 13.

3. Cite as três formas de representar uma mesma função, vistas nesta aula.

Gabarito: Fórmula, tabela e gráfico.

4. Um carro viaja a uma velocidade constante de 20 m/s. A distância percorrida é dada por d = 20t. Quem é a variável independente e quem é a dependente? Calcule d para t = 5 s.

Gabarito: Independente: tempo (t). Dependente: distância (d). Para t = 5 s: d = 20 × 5 = 100 m.

5. Por que a ordem das palavras em uma frase ("a posição em função do tempo") não é garantia suficiente de qual variável é a independente?

Gabarito: Porque a notação gramatical não substitui a análise do experimento: é preciso identificar o que foi de fato escolhido/controlado (independente) e o que foi medido como resposta (dependente), já que é possível descrever a mesma relação com frases diferentes.

Observações e extensão

Para casa (opcional): pedir que o aluno pense em uma situação do cotidiano (não necessariamente física) que envolva uma relação de dependência entre duas grandezas, e identifique qual é a independente e qual é a dependente. Próxima aula: Gráficos Cartesianos — construção e leitura de eixos x e y. Nota para o professor: essa aula é a base direta da próxima (Gráficos Cartesianos) e de toda a Cinemática que vem em seguida. Vale garantir que a distinção entre independente e dependente esteja bem consolidada antes de avançar, já que ela vai determinar diretamente qual grandeza vai em cada eixo do gráfico.