Faça um helicóptero de papel da Nasa

Peça aos alunos que descrevam como um helicóptero voa. Os elementos da sua descrição devem incluir lâminas rotativas horizontais e de movimento rápido.

Explique que as pás rotativas são ligeiramente anguladas para que possam empurrar o ar e levantar o helicóptero do chão.

Pergunte aos alunos o que mais gira e empurra o ar (por exemplo, um ventilador). Peça aos alunos que comparem e contrastem um ventilador com um helicóptero. Por exemplo, ambos movem o ar de maneiras semelhantes, mas o helicóptero move um grande volume de ar para baixo, enquanto um ventilador geralmente move um volume menor de ar em nossa direção.

Explique que um helicóptero move tanto ar com suas pás grandes e rápidas, que a força das pás contra o ar pode superar o peso do helicóptero e empurrá-lo para cima do chão. O helicóptero está trabalhando contra a força da gravidade – que está constantemente puxando o helicóptero para baixo em direção ao solo – e gerando uma força ascendente chamada “sustentação” girando suas pás através do ar. Quando a força de sustentação é maior que a força da gravidade, o helicóptero sobe do solo e voa.

Pergunte aos alunos se um helicóptero pode voar de forma diferente na Lua ou em Marte e por quê. Nota: A Lua não tem atmosfera para gerar sustentação suficiente para voar. Marte tem uma atmosfera muito fina que pode suportar um pequeno helicóptero com pás de movimento muito rápido. O helicóptero Mars Ingenuity da NASA testará se isso é viável.

Mostre aos alunos este vídeo sobre Helicóptero Mars Ingenuity da NASA:

Ingenuity é uma demonstração de tecnologia. Em outras palavras, o objetivo é ver se ele pode voar no Planeta Vermelho e estudar como o design poderia ser melhorado para um futuro helicóptero de Marte.

Explique aos alunos que os engenheiros tiveram que fazer muitos testes para descobrir qual design funcionava melhor. Mostre aos alunos este vídeo sobre os testes do Ingenuity no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA:

Explique aos alunos que agora eles experimentarão construir um helicóptero de papel e tentarão criar o melhor design.

Para que os alunos construam seus helicópteros como um projeto independente, peça-lhes que sigam o instruções. 

Peça aos alunos que cortem ao longo das linhas tracejadas do modelo do helicóptero.

Peça aos alunos que dobrem as pás da hélice, A e B, em direções opostas ao longo das linhas sólidas. Os painéis X e Y dobram-se em direção ao centro, e Z é dobrado para cima para dar rigidez ao corpo do helicóptero e diminuir seu centro de gravidade para um voo mais estável.

Peça aos alunos que façam um voo de teste levantando-se, segurando o helicóptero pelo corpo, levantando-o o mais alto que puderem no ar e deixando-o cair. Pergunte-lhes: O que vocês observam? Para que lado as lâminas giram? Largue o helicóptero de um ponto mais alto. (Suba algumas escadas ou fique em um banquinho.) Como o desempenho muda?

Pergunte aos alunos o que eles podem mudar em seu helicóptero para afetar seu desempenho. Incentive-os a fazer uma mudança no helicóptero e fazer outro lançamento. Se os alunos tiverem dificuldade em pensar em mudanças, sugira que tentem fazer mais uma dobra na parte inferior do helicóptero ou tentem encurtar ou alterar o formato das pás. Como o desempenho muda? Por que a mudança escolhida tem esse efeito? Peça aos alunos que compartilhem suas mudanças e resultados.

Pergunte aos alunos se eles conseguem descobrir como fazer suas lâminas girarem mais rápido ou mais devagar. Peça-lhes que descubram como fazer suas lâminas girarem na direção oposta.

Peça aos alunos que pensem em como podem melhorar o desempenho do helicóptero e fazer outro diferente do primeiro. Peça-lhes que usem um tipo diferente de papel ou façam um muito menor ou muito maior. Qual o tamanho do helicóptero que você pode fazer e que ainda funcionará? Quão pequeno helicóptero você consegue fazer? Como helicópteros com diferentes tamanhos de pás se comparam em desempenho? Qual tamanho funciona melhor? Como você define “melhor desempenho”?

Pergunte aos alunos o que acontece com o helicóptero quando eles o deixam em locais mais altos. A maioria dos alunos deveria dizer que as lâminas giram mais.

Peça aos alunos que larguem um de seus helicópteros e tentem contar quantas vezes as pás giram. É impossível! Pergunte como eles podem resolver o problema de contagem de rotações. Alunos mais velhos podem ter smartphones e gravar um vídeo em câmera lenta. Os alunos mais jovens podem ficar perplexos com o desafio.

Faça com que os alunos com acesso a um vídeo em câmera lenta prossigam nessa direção. Peça para outros alunos prenderem uma fita reta na parte inferior do helicóptero, ficarem na ponta da fita para mantê-la firmemente no lugar no chão e deixarem o helicóptero cair como antes. Assim que o helicóptero parar no chão, peça-lhes que contem as torções na fita para determinar quantas rotações seu helicóptero fez.

Peça aos alunos que projetem um experimento que lhes permita prever o número de giros que seu helicóptero realizará a partir de uma altura desconhecida. Peça aos alunos que meçam várias alturas de onde cair, usando uma fita métrica ou unidade de medida não padronizada. Faça com que eles comecem a cair do ponto mais baixo possível –geralmente a cerca de 60 centímetros do chão– e registre o número de voltas. Peça-lhes que façam um gráfico t para registrar a distância de onde caíram e o número de voltas.

Peça aos alunos que repitam as medições para uma variedade de alturas que possam alcançar facilmente.

Peça aos alunos que representem graficamente seus resultados em um plano xy.

Peça aos alunos que adicionem a altura de um banquinho ou escada à altura que podem alcançar e usem seu gráfico para estimar o número de curvas que seu helicóptero alcançará em uma queda a partir dessa altura. Peça aos alunos mais velhos que desenvolvam uma regra para calcular o número de voltas a partir de uma determinada altura.

Depois de registrarem sua estimativa, peça aos alunos que subam no banquinho ou nas escadas e larguem o helicóptero. Eles precisarão de um colega ou membro da família para manter a parte inferior da fita firme no chão.

Conforme o tempo permitir, peça aos alunos que experimentem diferentes projetos de helicópteros e rotações de contagem e gráficos. Quais designs giram mais lentamente e quais giram mais rápido?