universidade federal do vale do sÃo francisco … · universidade federal do vale do sÃo...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO– UNIVASF PRÓ-REITORIA DE PESQUISA, PÓS-GRADUAÇÃO E INOVAÇÃO TECNOLÓGICA.
A EXPERIMENTAÇÃO EM CINEMÁTICA COMO FACILITADOR DA APRENDIZAGEM DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO
José Gregório de Souza Neto
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física da Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr. José Américo de Sousa Moura.
Juazeiro – BA Fevereiro de 2018
ii
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Integrado de Biblioteca SIBI/UNIVASF
Bibliotecário: Renato Marques Alves
Souza Neto, José Gregório de.
S729e A experimentação em cinemática como facilitador da aprendizagem da física no ensino médio / José Gregório de Souza Neto – Juazeiro, 2018.
xi, 125f.: il.;29cm.
Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) – Universidade Federal do Vale do São Francisco, Campus Juazeiro-BA, 2018.
Orientador: Prof. Dr. José Américo de Sousa Moura.
1. Física – Estudo e ensino. 2. Cinemátic I. Título. II. Moura, José Américo de Sousa. III. Universidade Federal do Vale do São Francisco.
CDD 530.07
iii
iv
Dedico esta dissertação a todos que contribuíram direta ou indiretamente para a conclusão de mais uma etapa na caminhada pela busca do conhecimento. Em particular ao meu filho Bernardo que veio e mudou muitos conceitos que eu tinha sobre a vida.
v
AGRADECIMENTOS
Inicialmente a Deus pelo dom da vida e pela fortaleza que nos proporciona a crença em sua existência. À minha mãe Iria de Souza Silva e ao meu pai José Silva pela sabedoria e dedicação que sempre demonstraram na árdua tarefa de educar para a vida. Ao meu filho Bernardo que, mesmo pequenino foi a minha grande fonte de sabedoria e amor. Agradeço aos colegas Murilo, Jaildson, Nivaldo, Renato, Alciclébio, Lid, Carla, Érica que com suas amizades tornaram a caminhada mais gratificante e proveitosa. Agradecer a todos os professores que fizeram parte do corpo docente que, com seus conhecimentos e humildade conseguiram cumprir com sua tarefa de orientar e transmitir suas experiências e conhecimentos, o que nos proporcionaram ter uma visão mais ampla do que seja o ensinar a Física. À coordenadora doutora Mariele e seu fino trato com todos que fizeram parte desse curso de mestrado. Ao professor e orientador José Américo de Sousa Moura pela sua paciência e dedicação e, domínio sobre o tema que versa o trabalho desenvolvido nessa dissertação.
vi
RESUMO As atividades experimentais ocuparam um importante papel dentro do processo de ensino e aprendizagem das Ciências nas últimas décadas e mais particularmente dentro da Física. Por meio da experimentação busca-se verificar leis e teorias científicas, ensinar o método científico, facilitar a aprendizagem e compreensão de conceitos, além de desenvolver habilidades práticas. O objetivo deste trabalho é o de utilizar uma abordagem pedagógica para construir um equipamento que possa ser utilizado como ferramenta de ensino de conteúdos da primeira série do ensino médio, com ênfase na cinemática. Os objetivos específicos consistem em aplicar experimentos utilizando o equipamento construído a fim de auxiliar no processo de visualização e aprendizagem dos conteúdos. Busca-se também observar o conhecimento prévio e o conhecimento do aluno após a realização dos experimentos, a partir da aplicação de um questionário de sondagem. Além disso, mediu-se o grau de satisfação do aluno em relação à aplicação do experimento. Para desenvolver este trabalho partiu-se de uma pesquisa bibliográfica realizada com autores que trataram o tema, complementando-se com uma pesquisa de campo em uma escola da rede estadual de ensino na cidade de Petrolina-PE. A Escola funciona em regime Integral e o público-alvo constou de alunos da primeira série do ensino médio. Após a aplicação do experimento pode-se observar que os alunos tiveram uma melhoria significativa no seu nível de aprendizado, interagiram entre si e com o professor, motivaram-se a aprender e destacaram a importância da realização de experimentos como uma possibilidade efetiva de melhorar a aprendizagem dos mesmos. Palavras-chave: Ensino de Física, Experimentação, Cinemática.
vii
ABSTRACT
Experimental activities have played an important role in the teaching and learning of science in the last decades and more particularly in physics. Through experimentation, it seeks to verify laws and scientific theories, to teach the scientific method, to facilitate the learning and understanding of concepts, as well as to develop practical skills. The objective of this work is to use a pedagogical approach to build an equipment that can be used as a teaching tool for contents of the first grade of high school, with emphasis on kinematics. The specific objectives are to apply experiments using the developed device in order to assist in the process of visualization and learning of the contents. It is also sought to observe the previous knowledge and knowledge of the student after the realization of the experiments, from the application of a survey questionnaire. In addition, the degree of satisfaction of the student in relation to the application of the experiment was measured. In order to develop this work, we started with a bibliographical research carried out with authors who dealt with the theme, complemented with a field research in a school of the state educational network in the city of Petrolina-PE. The School operates under Integral regime and the target audience consisted of students of the first grade of high school. After the application of the experiment it can be observed that the students had a significant improvement in their level of learning, interacted with each other and with the teacher, were motivated to learn and emphasized the importance of conducting experiments as an effective possibility to improve the learning. Keywords: Physics Teaching, Experimentation, Kinematics.
viii
Lista de Figuras Figura 01 – Lançamento horizontal de projéteis ............................................ 34
Figura 02 – Determinação da velocidade da partícula em um ponto qualquer
da trajetória .................................................................................................
34
Figura 03 – Lançamento obliquo de projéteis ................................................. 35
Figura 04 – Composição de movimentos ...................................................... 36
Figura 05 – Equipamento com plataformas na horizontal ............................... 41
Figura 06 – Equipamento com uma plataforma inclinada .............................. 41
Figura 07 – Equipamento com duas plataformas inclinadas .......................... 41
Figura 08 – Placa com arduíno ..................................................................... 43
Figura 09 – Equipamento sendo montado pelo aluno ................................... 46
Figura 10 – Tratamento dos dados pelos alunos ........................................... 49
Figura 11 – Colocação da esfera e início do processo de medida ................. 53
Figura 12 – Lançamento e coleta de dados no painel arduíno ..................... 53
Figura 13 – Disposição do equipamento para o terceiro experimento ............ 57
Figura 14 – Coleta do valor do alcance horizontal ........................................ 58
Figura 15 – Tratamento dos dados coletados no painel arduíno .................... 59
ix
Figura 16 - Percentual de acertos – antes e após – a realização dos
experimentos ...............................................................................................
60
x
Lista de Tabelas Tabela 01 – Valores coletados no painel arduíno – Experimento 1 ................ 45
Tabela 02 – Velocidades médias obtidas a partir do Experimento 1 .............. 46
Tabela 03 – Velocidades instantâneas obtidas a partir do Experimento 1 ..... 47
Tabela 04 – Cálculo da velocidade instantânea ............................................. 48
Tabela 05 – Cálculo da velocidade média .................................................... 49
Tabela 06 – Valores medidos no arduíno – Experimento 02 .......................... 52
Tabela 07 – Dados resultante da aplicação das equações pelos alunos –
experimento 2 ..............................................................................................
54
Tabela 08 – Valores medidos no arduíno – Experimento 03 ......................... 56
Tabela 09 – Resultados obtidos após a aplicação das equações .................. 57
Tabela 10 – Resultados do questionário de sondagem ................................ 59
Tabela 11 – Aferição da confiabilidade do equipamento ............................... 64
xi
Sumário
Introdução ...................................................................................................... 12 Capítulo 1 .................................................................................................... 14 O processo de ensino da Física e suas implicações na prática pedagógica .. 14 1.1 A evolução histórica do Ensino da Física ............................................... 14 1.2 A experimentação dentro do ensino de Física .......................................... 20 1.3 As teorias da aprendizagem e a aprendizagem significativa ................... 27 Capítulo 2 ........................................................................................................ 32 A Cinemática e sua relevância dentro da Física ............................................. 32 Capítulo 3 ................................................................................................... 38 Metodologia da pesquisa ............................................................................... 38 3.1 O tipo da pesquisa ................................................................................. 38 3.2 Local da pesquisa .................................................................................. 39 3.3 Sujeitos da pesquisa ............................................................................. 39 3.4 Instrumentos e procedimentos para a coleta de dados ............................ 39 3.5 Procedimento de pesquisa .................................................................... 40 Capítulo 4 ...................................................................................................... 44 Análise e discussão dos resultados ............................................................. 44 Capítulo 5 ................................................................................................... 65 Considerações finais ...................................................................................... 65 Referências bibliográficas ............................................................................ 68 Apêndice A ..................................................................................................... 73 Questionário de sondagem ......................................................................... 73 Apêndice B ..................................................................................................... 75 Questionário de avaliação da satisfação do aluno ........................................ 75 Apêndice C ...................................................................................................... 77 Produto final ................................................................................................ 77
Introdução
A sociedade atual exige que a educação prepare o aluno para enfrentar
novas situações a cada dia. Assim, deixa de ser sinônimo de transferência de
informações e adquire caráter de renovação constante. A escola de hoje é fruto
da era industrial, foi estruturada para preparar as pessoas para viver e
trabalhar na sociedade. Esta mesma sociedade agora está sendo convocada a
formar, devido às novas exigências de formação de indivíduos, profissionais e
cidadãos muito diferentes daqueles que eram necessários na era industrial.
Desse modo, é de se esperar que a escola tenha que “se reinventar” caso
deseje sobreviver como instituição educacional.
Em se tratando do ensino da Física, há uma necessidade de
desenvolver habilidades específicas de seu currículo disciplinar, e conforme as
recomendações do PCNEM (BRASIL, 2002), devem ser trabalhados os três
conjuntos de competências: Comunicar e Representar; Investigar e
Compreender; e Contextualizar Social ou Historicamente o conhecimento.
Frente a essa ampla problemática educacional, o ensino da Física tem
sido alvo de inúmeras discussões entre pesquisadores e educadores quanto ao
aspecto metodológico e motivacional. Frequentemente buscam alternativas
para combater as justificativas relacionadas à ausência de recursos didáticos
necessários, falta de laboratórios ou sucateamento do mesmo, currículo
extenso comparado à carga horária, alunos “sem base” teórica e matemática e
etc. Entre tantas, a passividade se destaca por isolar e desmotivar o ensino nas
aulas, porém, é consensual combater esse entrave de forma clara e objetiva,
com uma abordagem fenomenológica, crítica e problematizadora da Física,
explorando a discussão e a argumentação dos alunos, e assim, tornando-os
agentes motivados e motivadores no processo de ensino-aprendizagem.
O objetivo geral deste trabalho é o de utilizar uma abordagem dialética
pedagógica para construção de um equipamento que possa ser utilizado como
ferramenta de ensino de conteúdos da primeira série do Ensino Médio.
Enquanto objetivos específicos esperam-se:
13
a) Aplicar experimentos utilizando o equipamento construído para
auxiliar na visualização e aprendizagem dos conteúdos.
b) Observar por meio de questionário o grau de apropriação de saber
do aluno antes e após o desenvolvimento das atividades
experimentais;
c) Aplicar um questionário para medir o grau de satisfação dos alunos
em relação à aplicação do experimento.
A pesquisa realizada tem cunho quantitativo e qualitativo, consistindo em
um estudo exploratório e descritivo. O local a ser realizado o estudo será uma
Escola de Referência em Ensino Médio situada na cidade de Petrolina-PE, a
qual funciona em período integral. O público-alvo constituir-se-á de alunos do
primeiro ano do Ensino Médio da referida escola.
Inicialmente, escolheram-se de forma aleatória alunos de cada uma das
salas de primeiro ano da escola em estudo, aplicou-se questionário de
sondagem acerca dos conhecimentos dos mesmos em relação a tópicos em
cinemática, desenvolveram-se os experimentos utilizando-se de equipamento
idealizado e confeccionado pelo autor da pesquisa, reaplicou-se o questionário
de sondagem a fim de identificar a questão da apropriação de conteúdos e fez-
se também uma avaliação de toda a metodologia utilizada. Os dados foram
analisados e apresentados em forma de Tabela.
14
Capítulo 1
O processo de ensino da Física e suas implicações na
prática pedagógica
1.1 A evolução histórica do Ensino da Física
A história da Física inicia-se no momento onde a humanidade analisa os
fenômenos naturais de modo racional, abandonando explicações místicas ou
divinas. Segundo França Filho et al. (2012), os indianos e gregos antigos foram
os primeiros povos a tentar apresentar explicações racionais acerca da
natureza. Antes deles, os fenômenos naturais e suas consequências eram
explicados pela atuação dos deuses e deusas. A Física, conhecida como
Filosofia natural, se confundia muito com a Química e com certos aspectos da
Matemática e Biologia, no entanto pode ser considerada a disciplina acadêmica
mais antiga quando se observa que se fazia presente na Astronomia.
O modo como a Física funciona efetivamente surgiu com os gregos
Séculos antes da era cristã e permitiu que o homem abrisse espaço para
compreender os diferentes fenômenos naturais, situações, processos e
comportamentos que anteriormente não lhe era possível compreender.
Segundo Pugliese (2017) citando explicação do Professor Luis Carlos de
Menezes, a palavra física deriva da palavra grega physiké, que por sua vez
origina-se em physis, expressão grega relacionada à natureza. O termo
associa-se a natureza material, corpórea, que pode ser sentida, estando
diretamente relacionado à observação da natureza, sensível ao homem, no
espaço e no tempo, bem como a compreender como era ou o que houve com a
natureza anterior, no caso do tempo, ou em outros locais, no caso do espaço,
onde o homem tenha estado.
França Filho et al. (2012) explica que na Grécia antiga o principal nome
era Aristóteles, e a partir daí a física entrou em declínio na Idade Média, tendo
revivido durante o Renascimento. Galileu Galilei é o primeiro físico que adotou
a Matemática como ferramenta principal. Outro nome importante é o de Isaac
Newton e o seu estudo sobre a gravitação universal. Nos Séculos XVIII e XIX
15
surgem os fundamentos da termodinâmica e do eletromagnetismo. No início do
Século XX, Max Planck introduz o conceito de quantum de energia. Em 1905,
Albert Einstein apresenta as bases da relatividade.
Na visão de Pugliese (2017) a história da física deve ser observada a
partir da expansão do islamismo e a ocupação de diversas regiões entre os
Séculos VII e XII, especialmente cidades que eram dominadas pela Grécia, de
onde muitos textos foram traduzidos, dando aos muçulmanos a capacidade de
desenvolver a ciência de maneira rica e fundamental para a física atual. Tal
estudo se refletiu na física nos conceitos de astronomia, percepção das leis
universais, estudo da óptica, dentre outros. A partir daí, o período do
renascimento europeu, entre os Séculos XIV e XVII, pós-evolução científica
árabe, utilizou recursos da filosofia, da linguagem, da astronomia e da
matemática e permitiu a diversos pesquisadores compreender os fenômenos
físicos de uma forma mais apurada, dando destaque a nomes como Copérnico,
Kepler, Galileu e Newton, dentre outros.
Calado (2016) explica que desde a criação, em 1549, da primeira escola
brasileira na Bahia, a coroa portuguesa concedeu aos jesuítas o controle da
educação no território brasileiro, que se pautava principalmente na gramática,
retórica e escolástica, além de letras teológicas e jurídicas e alguns rudimentos
de medicina. Havia, assim, um destaque das linguagens e ciências humanas
sobre as ciências naturais que marcou o currículo do período e marca um
descompasso entre a situação brasileira e a produção científica da Europa no
mesmo período.
Almeida Junior (1979) destaca que em 1637, com a invasão holandesa,
há um período de atividades científicas realizadas pelos homens enviados pelo
Conde Mauricio de Nassau a Pernambuco. Dentre os cientistas que vieram
para o Brasil, destacou-se o físico J. Macgrave que realizou observações
meteorológicas e astronômicas no primeiro observatório da América do Sul,
construído também por Nassau e escreveu sobre a topografia e o clima
brasileiro. Com a expulsão dos holandeses, toda a pesquisa se encerra.
O próximo fato histórico importante compreende a expulsão dos jesuítas
do Brasil, em 1759, que iria desestruturar a educação que vinha sendo
desenvolvida até então. No entanto, este evento possibilitou a carmelitas,
beneditinos e franciscanos abrirem mais aulas nos conventos, com currículos
16
semelhantes aos dos jesuítas, com foco na gramática, grego e retórica. Segue-
se a reforma educacional, em 1772, proposta pelo Marquês de Pombal em
Portugal, momento onde se cria a Universidade de Coimbra que possibilita que
jovens brasileiros estudem ciências naturais nesta universidade. A partir daí,
observou-se a criação da primeira Academia Científica no Rio de Janeiro, três
anos depois, que se propôs a estudar física, química e história natural
(CALADO, 2016).
Com a vinda da família real para o Brasil, no início do Século XIX, criam-
se as primeiras instituições de ensino técnico e superior no país. Apesar disso,
o quadro da educação no país no período imperial, mesmo com a criação de
cursos superiores, não teve alteração significativa, mas as mesmas podem ser
consideradas como base para o salto positivo que se sucedeu à Independência
e que precedeu a reforma constitucional de 1834. O ato adicional de 1834
descentraliza as responsabilidades da educação popular, permanecendo nessa
instância o ensino superior e o médio. A educação básica ficou a cargo das
províncias que tendo poucos recursos, acabaram por deixar em segundo plano
esse ensino (ROSA e ROSA, 2012).
Calado (2016) cita que o ideário da Revolução Francesa instigou uma
nova proposta educacional que simbolizou com a criação em 1837 do Colégio
D. Pedro II. Nessa escola, as ciências físicas eram oferecidas durante os três
últimos anos do período escolar. Mas, tal sistema não conseguiu se instaurar
num primeiro momento devido às raízes humanísticas que os currículos
escolares tinham desde 1549. Dessa forma, havia uma baixa quantidade de
aulas de física e grande exigência sobre matérias de humanidades nos exames
para escolas superiores, de forma que a física tinha um baixo status dentro do
currículo.
Rosa e Rosa (2012) acreditam que com a proclamação da República, a
questão educacional torna-se um assunto importante, e aumenta o número de
estudantes matriculados no ensino primário. Foi um período que se caracteriza
pela desvinculação entre Estado e Igreja, conforme defendia Rui Barbosa e, ao
mesmo tempo, sofre forte influência da escola positivista, principalmente por
meio do Ministro da Instrução, Benjamin Constant. A influência dos positivistas
se refletiu, em 1890, pela inclusão na educação básica brasileira de conteúdos
17
de ciências fundamentais como matemática, astronomia, física, química,
biologia e sociologia.
A reforma anterior foi criticada em três pontos: organizava o currículo em
disciplinas demais; abordava conhecimentos complexos e abstratos com
alunos muitos jovens; era estritamente pautada na ciência pelos cálculos
matemáticos sem práticas experimentais. Tal educação com base no
positivismo de Auguste Comte não conseguiu inspirar uma grande mudança na
educação científica secundária ou superior, sem viabilizar a formação de
cientistas, nem despertar nos jovens o interesse pelas ciências (ALMEIDA
JUNIOR, 1980).
Diante de disputas ideológicas, a educação deveria se adequar aos
crescentes processos de industrialização mundial e nesse momento a reforma
Francisco de Campos é lançada em 1931, como o primeiro decreto nacional
sobre a educação. Na mesma se estabelece a divisão do ensino, onde o
ensino secundário era constituído, primeiramente, por cinco anos, nos quais a
disciplina ciências naturais aparecia nos dois primeiros anos e a divisão entre
física, química e história natural nos três últimos. Tal segmento era precedido
pelo ensino complementar, onde os candidatos a cursos superiores cursariam
disciplinas dependendo do curso aos quais eles se candidatavam. Tal divisão
deu ênfase a um projeto de educação que diferencia educação para pensar e
educação para produzir, diferenciando aqueles que fazem cursos técnicos e
querem se inserir no mercado de trabalho, e os que cursam o ensino
complementar como um caminho para o ensino superior (CALADO, 2016).
Diogo e Gobara (2007) relatam que entre os anos de 1942 e 1946 foram
promulgados decretos que ficaram conhecidos tanto por Reforma Capanema
(foi o Ministro Gustavo Capanema que iniciou o processo de reforma) quanto
por Leis Orgânicas do Estado. Tais leis legislaram sobre o ensino industrial,
secundário, comercial, primário e normal. Em relação ao ensino secundário
ocorreu a divisão em dois ciclos, o ginasial (ciclo fundamental) com quatro anos
de duração e o colegial (ciclo complementar) com três anos de duração. O
colegial poderia se dividir em clássico e científico, os quais buscavam preparar
o aluno para o ensino superior. A disciplina de Física estava presente nas duas
modalidades, sendo nos dois últimos anos do curso clássico e nos três anos do
curso científico.
18
Tal estruturação do ciclo colegial pressupõe um grande passo em
direção a um ensino científico, no entanto, deve-se frisar que não havia
nenhuma disciplina destinada à experimentação ou à prática das disciplinas
científicas, no curso científico. Além do problema curricular, havia a questão da
má formação dos professores das disciplinas científicas principalmente, Física
(DIOGO e GOBARA, 2007).
Ainda segundo Diogo e Gobara (2007) em 20 de dezembro de 1961 foi
instituída a Lei no 4.024/1961 denominada de Lei de Diretrizes e Bases da
Educação Nacional, mas a mesma mantém a estrutura vigente no ensino
médio, flexibilizando o trânsito de alunos entre os diferentes ramos de ensino
(industrial, agrícola, comercial, secundário e normal), permitindo o acesso ao
ensino superior por meio de vestibular, a alunos de qualquer um dos ramos
citados. No entanto, no que se refere às disciplinas científicas, a lei refletiu o
espírito da época, onde o conhecimento científico era utilizado para
incrementar o progresso e o desenvolvimento de uma nação.
Carvalho Junior (2002) considera que existem duas concepções básicas
de Física no ensino: conceitual e matematizada. A linha conceitual busca
trabalhar, fundamentalmente, a compreensão dos fenômenos físicos por meio
da discussão, do debate e do enfrentamento de posições. A utilização de
fórmulas matemáticas pode auxiliar a quantificação dos fenômenos, mas só
deve ser utilizada quando os alunos compreendem os conceitos envolvidos. Na
concepção matemática enfatizam-se as equações que existem dentro da física,
de forma que o mais importante é a memorização de leis e fórmulas para a
posterior aplicação da resolução de problemas.
Calado (2016) explica que a partir dos anos 60 e 70, a física escolar
começa a sofrer influência das concepções associadas com a preocupação
com o impacto da ciência e da tecnologia sobre a sociedade e o meio
ambiente. Naquele momento, questões referentes à degradação ambiental,
guerras mundiais e do Vietnã, trouxeram as relações ciência-tecnologia-
sociedade-ambiente (CTSA) em uma discussão em torno de uma perspectiva
mais crítica para a educação.
No final da década de 1980, o Brasil vive um período de adaptação às
novas exigências do mercado, que tinham no ensino escolar um grande aliado,
pois se acreditava que a eficiência da educação estava atrelada às forças
19
desse mercado. A Constituição Federal de 1988, no capítulo destinado à
educação é uma prova do interesse do mercado na educação. No entanto,
segundo Rosa e Rosa (2012) os principais grupos detentores do poder se
mantiveram acima dos interesses do povo brasileiro, efetivando uma
constituição que retratou a anterior, não permitindo avanços em setores como
os ligados à educação, ciência e tecnologia.
Em 20 de Dezembro de 1996 foi decretada a atual Lei de Diretrizes e
Bases da Educação Nacional, Lei no 9.394/96. Na mesma percebe-se a
prevalência de teorias interacionistas e sociointeracionistas de Piaget e
Vygotsky, respetivamente, fornecendo as bases epistemológicas como alicerce
teórico. No entanto, a inovação da lei se encontra na estrutura e na
organização do sistema de ensino e não em seus aspectos epistemológicos
(ROSA e ROSA, 2012).
No final da década de 1990, surgem os Parâmetros Curriculares
Nacionais PCN (BRASIL, 1997) e nos Parâmetros Curriculares Nacionais para
o Ensino Médio PCNEM (BRASIL, 1999). Segundo Calado (2016), a própria
organização das áreas de conhecimento considerando suas tecnologias
(Ciências da natureza, Matemática e suas tecnologias) evidenciou uma
preocupação em considerar a relação entre conhecimento e as tecnologias.
Assim, a Física escolar vincula seus conhecimentos a um caráter mais social
dentro de um contexto global e local, diferente das abordagens
descontextualizadas e sem preocupação com suas implicações.
Rosa e Rosa (2012) complementam que um ensino por competências
representa uma possibilidade de superação do ensino de Física atualmente
desenvolvido nas escolas. Dessa forma, supera-se o ensino tradicional, ainda
caracterizado por conceitos, leis e fórmulas tratadas de maneira desarticulada
em relação ao mundo onde o aluno e o professor se encontram; com
insistência na automatização em resolução de exercícios e na memorização.
Segundo o documento a física deve contribuir para a constituição de uma
cultura científica no aluno, possibilitando ao mesmo compreender os fatos e
fenômenos naturais e a relação dinâmica que o homem apresenta com a
natureza.
As dificuldades de ensinar e aprender, bem como a falta de livros
didáticos, ambientes multimídias, laboratórios para realizar aulas práticas e
20
bibliotecas públicas, além da falta de capacitação profissional e ausência de
estímulo profissional por parte das políticas públicas educacionais são fatores
que se fazem presentes na maior parte das escolas municipais e estaduais do
país, o que atinge diretamente o ensino de Física. Reis Junior e Silva (2013)
consideram que o professor deve agir como elo entre o ensino e a
aprendizagem, de forma a facilitar o processo de ensino, criando situações que
estimulem o aluno a buscar novos conhecimentos e formas de adquiri-lo.
Citam-se então a necessidade de realizar atividades experimentais como uma
estratégia de ensino de Física que reduza os efeitos das dificuldades citadas,
tornando a disciplina significativa e consistente, promovendo uma melhor
transposição didática.
1.2 A experimentação dentro do ensino de Física
A importância para o ensino das ciências naturais das atividades
experimentais realizadas em laboratórios didáticos ou em ambientes não
formais é consensual. Segundo Salvadego et al. (2009) há uma concepção
comum entre os professores de ciências que os levam a selecionar suas
atividades experimentais de forma a estimular a curiosidade do estudante,
levando-o a engajar-se no conteúdo. Além de melhorar a motivação, os
professores consideram que os experimentos são meios para melhorar a
aprendizagem e convencer os alunos acerca das afirmações feitas. Em relação
a esse último caso, o sentido de convencimento vem junto com o entendimento
de que a observação, ou “visualização” estabelece a prova das ideias e teorias
ensinadas. Assim o enfoque epistemológico desvia-se do motivacional e do
instrucional e passa a se aproximar ou se situar no contexto da confirmação, da
verdade, de um conhecimento que está sendo provado.
Lima (2011) observa que o ato de experimentar no ensino de Física é de
fundamental importância no processo de ensino e aprendizagem dessa
disciplina e tem sido enfatizado por muitos autores. Dessa forma, pode-se
garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno, desenvolvendo sua
curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição do
conhecimento científico como uma verdade estabelecida e inquestionável.
21
Braga (2010) observa que a experimentação, as quais ele chama de
experiências de laboratório corresponde à modalidade de atividades
experimentais mais enfatizada dentro do ensino de Física.
Aristóteles, há mais de 2300 anos atrás, defendia a experiência,
reconhecendo a sua característica particular e sua natureza factual como
elemento imprescindível para se atingir um conhecimento universal. O
pensamento do autor se fez presente em toda a Idade Média entre os que
exercitavam o entendimento sobre os fenômenos da natureza. O acesso ao
plano dos fenômenos ocorria por meio dos sentidos elementares do ser
humano, que orientavam seu pensamento por meio de uma relação natural
com o fenômeno particular. Na ausência de instrumentos de medição, a
observação, numa dimensão empírica era o principal mediador entre o sujeito e
o fenômeno. A experiência liga-se ao dia a dia do ser humano, à investigação,
à intuição e à especulação. Pode-se perceber também que a experimentação
está ligada ao homem investigador, este, busca organizar seus pensamentos
na construção de elementos que viabilizem obter respostas às suas
indagações (MOREIRA, 2011).
Henry (1998) apud Alves Filho (2000, p. 150) cita:
A experimentação é um fazer elaborado, construído, negociado historicamente, que possibilita através de processos internos próprios estabelecer “verdades científicas”. “Assim (...) passaram [os investigadores] a dar importantes contribuições para a nova tendência ao experimentalismo, pois um dos traços característicos da revolução científica é a substituição da “experiência” evidente por si mesma que formava a baseada filosofia natural escolástica por uma noção de conhecimentos especificamente concebidos para esse propósito.”.
Segundo Couto (2009) as atividades experimentais têm ocupado
posição de destaque dentro das discussões referentes ao ensino e
aprendizagem das ciências nos últimos 200 anos, e em particular da Física. As
primeiras orientações sistematizadas para o ensino com atividades
experimentais foram publicadas por Edgeworth e Edgeworth na Inglaterra em
1815. Historicamente, as práticas em laboratórios escolares passaram de
atividades onde os dados eram obtidos para ilustrar uma relação estabelecida
previamente para atividades onde os estudantes procuram padrões ou relações
em dados que eles obtêm.
22
Cassaro (2012, p. 15) afirma:
Desde sua origem, o trabalho experimental nas escolas foi influenciado por aqueles desenvolvidos nas universidades. Ou seja, pesquisadores buscavam novas ferramentas com o objetivo de melhorar a aprendizagem do conteúdo científico. O tempo passou e o uso das atividades experimentais como ferramenta pedagógica continua presente no ensino de Ciências.
Bross (1990) apud Moreira (2011) considera que o ensino de laboratório
de Física pode ser dividido em três eras: era das máquinas, era dos kits e era
da sucata. O primeiro laboratório de Física e Química foi instalado no Museu
Nacional em 1823, onde foram ministradas as primeiras aulas de Física e
Química dos cursos médicos e das academias militares dos Rio de janeiro. Até
o fim do Século XIX não havia documentação escrita sobre o modo de
utilização de equipamentos experimentais no ensino de Física no Brasil. Era
um período onde a situação era crítica e as escolas que possuíam algum tipo
de equipamento tinham dificuldades em encontrar professores que os
soubesse manusear. Os períodos citados podem ser sintetizados da seguinte
forma:
a) Era das máquinas – vai do final do Século XIX até a década de 1940.
Onde os equipamentos utilizados nos laboratórios didáticos de Física
eram máquinas e aparelhos prontos, onde o professor demonstrava o
funcionamento do equipamento aos seus alunos, que assistiam a
estas demonstrações. Era uma forma de ensino que não contava
com a participação ativa dos estudantes, meros expectadores do que
estava sendo exposto;
b) Era dos kits – após a Segunda Guerra Mundial, foi marcada por uma
postura no ensino de ciências em que o desenvolvimento industrial e
tecnológico a procura de melhores armamentos influenciou o
currículo escolar. Os governos investiam em projetos educacionais
que valorizavam o ensino experimental. Nesse momento, aluno e
professor utilizavam peças e acessórios para montar equipamentos o
que trazia inúmeras possibilidades. Os kits que serviam a montagem
dos equipamentos muitas vezes não tinham fins pedagógicos e
muitas escolas brasileiras não possuíam recursos para adquiri-los.
23
c) Era da sucata – marcada pela expansão do sistema escolar
brasileiro, onde surgiram propostas de construir equipamentos com
restos de materiais industriais, surgindo o termo “sucata”, para suprir
o ensino de massa que passou a exigir grande número de
equipamentos. Houve, na época, propostas de construção e
utilização de laboratório, frequentemente inspiradas na linha
construtivista. Tal proposta norteou o ensino de Física a partir da
década de 1970.
Couto (2009) acrescenta que no início do Século XX, John Dewey e
outros representantes da chamada educação progressiva defenderam uma
abordagem de ensino mais pragmática e investigativa. No entanto, até meados
do Século XX, as atividades de laboratório ainda eram usadas quase de forma
exclusiva para ilustrar situações que o professor trazia ou que estavam
descritas em livro didático.
Na época da guerra fria, surgiram projetos para o ensino de ciências que
se objetivavam a atrair jovens talentosos para a carreira técnico-científica em
um mundo bélico que dependia cada vez mais das tecnologias. Tais projetos
se baseavam nas teorias de aprendizagem de Jerome Bruner, Jean Piaget e
Robert Gagné ao justificarem as ênfases apresentadas às investigações por
parte dos estudantes e das atividades feitas por eles mesmos. Foram projetos
que privilegiaram a utilização do laboratório, enquanto lugar de investigação,
para o desenvolvimento e teste das teorias, além de mostrar aos estudantes
como os grandes cientistas faziam. Tais projetos foram responsáveis pelo
desenvolvimento de materiais de apoio para os laboratórios escolares e
geraram inúmeros projetos nas décadas de 70 e 80 como o Física Auto
Instrutiva (FAI), Projeto de Ensino de Física (PEF), Projeto Brasileiro de Ensino
de Física (PBEF) (COUTO, 2009).
Braga (2010, p. 25) explica:
Nesse período, as mudanças curriculares no Brasil incluíam a substituição dos métodos expositivos pelos chamados métodos ativos, nos quais tinha a preponderância do laboratório de ciências. As aulas práticas deveriam propiciar atividades que motivassem e auxiliassem os alunos na compreensão dos conceitos. O material produzido seguia uma linha metodológica do ensino de Ciências clara e objetiva, que visava o planejamento e a execução de experimentos com a utilização de materiais simples e de fácil acesso aos alunos.
24
Salvadego et al. (2009) ratificam que a experimentação representa uma
atividade fundamental no ensino da ciência, mas acrescentam que na vivência
das escolas, as atividades experimentais são pouco frequentes, apesar de
estar presentes nas crenças dos professores. Estudos realizados por diferentes
autores permitem identificar que surgem justificativas para a não utilização da
experimentação e dos laboratórios, tais como: falta de atividades preparadas,
pouco tempo para o professor planejar e montar suas atividades, recursos
insuficientes para reposição e compra de equipamentos e materiais de
laboratórios, excessivo número de alunos por sala, formação precária do
professor, bibliografia deficitária para orientação, restrições institucionais como
falta de tempo para as aulas, indisponibilidade de salas de laboratório e quando
este existe, diz-se que os alunos não se comportam direito dentro dele, etc.
Vilaça (2012) acrescenta que na maior parte das escolas, principalmente
escolas públicas, não há condições mínimas para executar atividades
experimentais ou demonstrações. Segundo o autor, muitos dos professores
que optam por introduzir atividades experimentais arcam com os custos para
obter materiais, guias didáticos, dentre outros. Em muitas escolas não há
laboratórios, e isso faz com que as atividades sejam realizadas em sala de
aula, o que seria bom por diminuir os problemas quanto ao deslocamento da
turma ao laboratório, mas a ausência de atividades experimentais em um
espaço apropriado pode desestimular o aluno, pois muitas vezes os alunos
querem fazer as suas investigações, ver com seus próprios olhos como tudo
acontece, o que indica que em Física ainda é essencial o local específico, ou
seja, o laboratório. Ainda para o autor, muitos dos professores que lecionam
Física, não são formados em Física ou não possuem vocação para se importar
com a atual situação do ensino, preferindo não utilizar a experimentação por
alguns dos motivos apresentados anteriormente.
De acordo com Vilaça (2012), o uso de atividades experimentais em sala
de aula está diretamente relacionado com a construção social, onde os alunos
são levados ao trabalho em conjunto, ao questionamento acerca do seu
conhecimento e do conhecimento de seus colegas, e a interação desses
fatores promove o seu aprendizado. Além disso, há o caráter motivacional,
visto que a atividade experimental proporciona uma interação direta entre a
disciplina de Física e o aluno. Por meio da atividade experimental o aluno pode
25
fazer inferências sobre determinado tema, pode interagir com as variáveis que
definem a teoria, ou seja, o trabalho experimental será uma fonte de
aprendizagem que leva o aluno a avaliar o seu conhecimento, suas ideias e os
modelos científicos.
Alves Filho (2000) considera que a concepção de um laboratório
didático, no contexto de ambiente físico próprio, não tem mais significado, ou
seja, para o autor a função do laboratório de ciências será a de propiciar mais
um ambiente que facilite os processos de ensino e aprendizagem. As novas
atividades devem se ligar ao fenômeno didático onde, sob orientação do
professor, se crie situações que buscam desencadear e mediar o dialoga
construtivista em sala de aula.
As atividades experimentais têm o intuito de ressaltar sua orientação
construtivista e devem ser diferenciadas da experimentação do cientista e da
experiência do cotidiano. No contexto da escola, estas atividades buscam
oferecer uma oportunidade ao estudante de conscientizar-se de que seus
conhecimentos anteriores são fontes que ele possui para construir expectativas
teóricas sobre um evento científico (ALVES FILHO, 2000).
Couto (2009) observa que apesar das atividades experimentais serem
praticadas no ensino há quase 200 anos, tais atividades não parecem
incrementar a compreensão do ensino de ciências (e da Física, em particular),
visto que as atividades imaginativas são raras e roteiros pouco esclarecedores
são comuns nos laboratórios escolares. No entanto, as atividades atendem ao
proposito de motivar os alunos para as aulas.
A motivação não conduz necessariamente ao desenvolvimento ou
compreensão de um conceito particular que está sendo estudado, mas
predispõe o estudante à aprendizagem, atuando na parte emocional de sua
estrutura psíquica. Dessa forma, pode-se dizer que a experimentação é um
catalisador, que direciona a atenção do aluno, e nesse ínterim o professor deve
servir como mediador da aprendizagem dos estudantes e intérprete dos
conteúdos da ciência (COUTO, 2009).
Vygotsky (1988) apud Moreira (2011) observa que o termo mediação
pode ser entendido como uma intervenção programada e induzida pelo
professor no espaço didático, na forma de questionamentos, desafios,
estímulos e discussões. A mediação consiste em criar condições para que os
26
alunos se apropriem da forma de pensar, permitindo negociação em relação às
causas e efeitos de um fenômeno físico que ocorre na sala de aula. A partir daí
surge o diálogo didático entre estudo e professor e acontece a construção do
saber compartilhado.
Ainda segundo Vygotsky (2001) apud Reis Junior e Silva (2013) a
criança não aprende o que sabe fazer sozinha, mas o que ainda não sabe fazer
e lhe vem a ser acessível em colaboração com o professor e sob sua
orientação. Dessa forma, a relação professor e aluno pode ser compreendida
melhor como uma interação social que sob o olhar vigotskiano têm, como
função pedagógica, facilitar a formação de novas estruturas cognitivas,
permitindo ao aluno processar um novo conceito.
Nesse sentido as atividades experimentais se destacam, ao promover
interações sociais de qualidade e em grande número, não só entre o professor
e o aluno, mas também entre os próprios alunos. De acordo com Reis Junior e
Silva (2013), o professor dentro dessa relação é o parceiro mais capaz, pois
detém o conhecimento, além de ser responsável pela dinâmica da atividade em
sala de aula.
Assim, o professor é o indivíduo que demonstra ou orienta a execução
das atividades, explicando ou apresentando o modelo teórico aos alunos e
incentivando a busca por novos conhecimentos.
Moreira (2011, p. 36) cita:
O destaque dado por Vygotsky ao professor valoriza as atividades experimentais em sala de aula no momento em que ela é um instrumento que serve prioritariamente ao professor, agente do processo e parceiro mais capaz a ser imitado. É de responsabilidade do professor, fazer, demonstrar e destacar o que deve ser observado, sobretudo, explicar o modelo teórico que possibilite a compreensão do que é observado e estabelecido cultural e cientificamente.
O objetivo básico de se realizar as experimentações dentro das aulas de
Física é viabilizar possibilidades de aprendizagem, onde o aluno participe do
processo e apreenda o conhecimento, fixando-o e correlacionando-o a sua
própria vida. A aprendizagem é muito mais significativa à medida que o novo
conteúdo é incorporado às estruturas de conhecimento de um aluno e adquire
significado para ele a partir da relação que o aluno faz com o seu
conhecimento prévio. Se isso não ocorre, a aprendizagem passa a ser algo
27
mecânico e repetitivo, visto que produziu menos essa incorporação e atribuição
de significado e o novo conteúdo passa a ser armazenado isoladamente ou por
meio de associações arbitrárias. É importante observar como o aprendizado
acontece o que será apresentado no próximo tópico (PELIZZARI et al., 2002).
1.3 As teorias da aprendizagem e a aprendizagem significativa
Existe um grande número de teorias da aprendizagem, dentre as quais
se incluem as da psicologia da aprendizagem. Elas podem ser reunidas de
forma geral em duas categorias: as teorias de condicionamento e as teorias de
cognição. No primeiro grupo estão as teorias que definem a aprendizagem
pelas consequências comportamentais e enfatizam as condições do ambiente
enquanto forças propulsoras da aprendizagem. No segundo grupo, estão as
teorias que conceituam a aprendizagem como processo de relação do sujeito
com o mundo externo e que tem consequências no plano da organização
interna do conhecimento (organização cognitiva) (NAPOLITANO e LAURIUCI,
2001).
Yamazaki (2008) cita que a aprendizagem cognitiva pode ser definida
como aquela onde certo conteúdo é inserido na estrutura cognitiva: de forma
organizada, criando um complexo organizado de informações. Além dela, a
autora cita a existência da aprendizagem afetiva e psicomotora. A
aprendizagem afetiva é um tipo de conhecimento que provoca sentimentos ou
sensações como dor, prazer, satisfações, desejos, ansiedades e outros. A
aprendizagem psicomotora é aquela que provoca respostas condicionadas,
resultados de muita prática. Elas não são independentes, assim a
aprendizagem afetiva e psicomotora muitas vezes é acompanhada pela
aprendizagem cognitivista.
A teoria de Ausubel trata da aprendizagem cognitiva, embora reconheça
a importância das outras. Baseia-se na premissa de que existe uma estrutura
cognitiva em constante mutação. Dessa forma, a aprendizagem é organização
e integração de informações na estrutura cognitiva do aprendiz. Por sua vez, a
estrutura cognitiva é o conteúdo total e organizado de ideias de um indivíduo;
ou, no contexto da aprendizagem de certos assuntos, refere-se ao conteúdo e
organização de suas ideias naquela área particular de conhecimento (RIOS,
2016).
28
Kiefer (2013) acrescenta que David Paul Ausubel é formado em
medicina e especializado em psiquiatria. Na Columbia University (Nova Iorque)
realizou pesquisas na área de psicologia educacional. Sua contribuição
principal foi o a teoria da aprendizagem significativa. Numa época dominada
pelo Behaviorismo, o autor preferiu se aposentar e voltou a atuar
profissionalmente na sua área de formação. A teoria pode ser sintetizada na
seguinte citação (AUSUBEL, 1980 apud KIEFER, 2013, p. 15) “Se eu tivesse
que reduzir toda psicologia educacional a um único princípio, diria isto: o fator
isolado mais importante que influência a aprendizagem é aquilo que o aprendiz
já conhece”.
Segundo Yamazaki (2008), a teoria de Ausubel é conhecida por Teoria
da Aprendizagem Significativa, através do qual o autor afirma que é a partir de
conteúdos que os indivíduos já possuem na sua estrutura cognitiva que a
aprendizagem pode ocorrer. Estes conteúdos prévios devem receber novos
conteúdos que, por sua vez, podem modificar e dar outros significados aos
conteúdos pré-existentes. Dessa forma, o fator mais importante que influi na
aprendizagem é aquilo que o aluno já sabe e, isto deve ser averiguado. O
processo de ensino irá depender justamente destes dados.
Pelizzari et al. (2002) explica que para existir aprendizagem significativa
é preciso duas condições. Inicialmente, o aluno precisa estar disposto a
aprender, assim se o indivíduo quiser memorizar o conteúdo arbitrária e
literalmente, a aprendizagem será mecânica. Outro ponto é que o conteúdo
escolar a ser aprendido tem que ser lógica e psicologicamente significativo, por
sua vez o significado lógico depende da natureza do conteúdo e o significado
psicológico é uma experiência individual de cada indivíduo. Os indivíduos
filtram os conteúdos que têm significados, ou não, para si próprios. Diante
disso, as proposições de Ausubel partem da consideração de que os indivíduos
apresentam uma organização cognitiva interna que se baseia em
conhecimentos de caráter conceitual, onde a complexidade depende das
relações que esses conceitos estabelecem em si.
Novak (2000, p. 19) considera ser preciso três requisitos fundamentais
para a aprendizagem significativa: os conhecimentos anteriores que o
estudante apresenta; os conhecimentos que serão apreendidos devem ser
29
relevantes e conter conceitos e proposições significativas; o formando deve
escolher relacionar os novos conhecimentos com outros que já conhece.
Moraes e Silva Junior (2014) explicam que a ocorrência da
aprendizagem significativa se relaciona com as condições citadas
anteriormente. Em relação ao primeiro requisito, é preciso conhecer os
conteúdos relevantes na estrutura cognitiva do aprendiz para que os novos
conhecimentos possam se relacionar com eles. O segundo ponto, expressa
que o material de aprendizagem precisa ser potencialmente significativo, assim
o material escolhido pode influenciar a predisposição do aluno para aprender,
facilitando a aprendizagem significativa. O terceiro item afirma que o aprendiz
precisa manifestar vontade (disposição) para aprender, onde o mesmo não é
mero receptor de conhecimentos, mas sujeito que decide se quer aprender ou
não.
Moreira (2011) explica que o tipo mais básico de aprendizagem
significativa é a aprendizagem do significado de símbolos individuais
(tipicamente palavras) ou aprendizagem do que elas representam. Chama-se
de aprendizagem representacional este tipo de aprendizagem significativa. Por
sua vez, a aprendizagem de conceitos, ou aprendizagem conceitual, é um caso
especial, e muito importante da aprendizagem representacional, pois conceitos
também são representados por símbolos individuais. Mas neste caso são
representações genéricas ou categoriais. A aprendizagem proposicional se
refere aos significados de ideias expressas por grupos de palavras
(geralmente, conceitos), combinadas em proposições ou sentenças.
Ausubel considera que a estrutura cognitiva se organiza
hierarquicamente em termos de nível de abstração, generalidade e inclusão de
seus conteúdos. Dessa forma, a emergência de significados para os materiais
de aprendizagem reflete uma relação de subordinação à estrutura cognitiva.
Moreira (2001) observa que os conceitos e proposições potencialmente
significativos ficam subordinados a ideias mais abstratas, gerais e inclusivas
(chamadas de “subsunçores”). Tal tipo de aprendizagem denomina-se de
aprendizagem significativa subordinada, sendo mais comum.
Rios (2016) cita que o subsunçor é uma estrutura específica onde uma
nova informação pode se integrar ao cérebro humano, este é altamente
organizado e detentor de uma hierarquia conceitual que armazena experiências
30
prévias do aprendiz. O armazenamento é altamente organizado formando uma
hierarquia conceitual.
Por outro lado, quando o novo material é apenas corroborante ou deriva
de algum conceito ou proposição existente, com estabilidade e inclusividade,
na estrutura cognitiva, a aprendizagem subordinada é chamada derivativa. E,
quando o novo material é uma extensão, elaboração, modificação ou
quantificação de conceitos ou proposições, previamente aprendidos
significativamente, a aprendizagem subordinada passa a ser chamada
correlativa (MOREIRA, 2001).
Yamazaki (2008) observa que Ausubel destaca dois processos que
ocorrem na aprendizagem significativa: a diferenciação progressiva e a
reconciliação integrativa. O primeiro acontece quando o subsunçor pode se
modificar com a introdução de uma nova informação, alterando-o e dando novo
significado, é o que se chama diferenciação progressiva e está normalmente
presente na aprendizagem significativa subordinada. O segundo tipo acontece
quando as ideias mais gerais relacionam subsunçores que inicialmente
estavam separados na estrutura cognitiva, está presente na aprendizagem
significativa superordenada ou na aprendizagem significativa combinatória.
Rios (2016) apresenta exemplos que ilustram melhor os tipos de
aprendizagem:
a) Aprendizagem subordinada – quando o estudante aprende o conceito
de mamífero, como animal com glândulas mamíferas, pelos e
homeotérmico, fica mais fácil acrescentar a ideia de que baleias e
morcegos pertencem a este grupo;
b) Aprendizagem superordenada – quando o aluno aprende os
conceitos de cão, gato, leão, baleia e morcego e percebe que eles
podem ser agrupados sob um novo termo, “mamíferos”.
Novak (2000) observa que para facilitar a aprendizagem significativa
podem-se usar duas ferramentas: a primeira chamada de mapas conceituais e
que foi proposta por ele mesmo e a segunda, chamada de diagrama V,
proposta por Gowin. Os mapas constituem ferramentas gráficas para
organização e representação do conhecimento, incluindo conceitos, geralmente
dentro de círculos ou quadros de alguma espécie, e relacionando estes
conceitos, que são indicados por linhas que se interligam. Em relação a estas
31
linhas, colocam-se palavras ou frases de ligação, o que torna mais claro e
específico o relacionamento entre os conceitos.
De maneira geral, a aprendizagem significativa se caracteriza pela
interação entre o conhecimento e o conhecimento prévio, onde os novos
significados visam enriquecer os que já existem. Na aprendizagem significativa
não há apenas a retenção da estrutura do conhecimento, mas se desenvolve a
capacidade de transferir esse conhecimento para a sua possível utilização em
um contexto diferente do que ela se concretizou. No entanto, o que se observa
dentro dos processos de ensino escolares é a fragmentação dos conceitos
científicos onde não se estabelece relações com os possíveis conhecimentos
pertinentes ao nível de ensino em que ele se encontra (HORNES et al., 2009).
32
Capítulo 2
A cinemática e sua relevância dentro da Física
A Cinemática é um dos primeiros conteúdos que os estudantes têm
contato no estudo da Física, logo deve ser ensinado com muito cuidado e
atenção para não induzir os alunos a pensar que estão estudando uma parte
de Matemática. Faz-se necessária a introdução do conteúdo colocando em
destaque os conceitos que envolvem o seu estudo.
No estudo da Cinemática o professor deve levar ao conhecimento do
aluno as unidades de medida de tempo e comprimento no Sistema
Internacional (SI) e revisar alguns tópicos básicos de Matemática tais como:
Média Aritmética, Notação Científica (soma e subtração, divisão e
multiplicação), Algarismos significativos e Ordem de Grandeza.
A Cinemática é a parte da Mecânica que estuda o movimento dos
corpos através de conceitos de posição, velocidade e aceleração. Além de
utilizar os conceitos ditos primitivos, tais como: tempo e instante.
Deve-se fazer os alunos entenderem o que venham a ser referencial;
repouso; movimento; ponto material e corpo extenso; trajetória; posição em
uma trajetória; velocidade média e velocidade instantânea.
De posse destes conceitos os estudantes se tornam aptos a iniciar o
estudo dos movimentos, os quais são classificados em Retilíneo Uniforme
(MRU) e, Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), Lançamento Vertical no
Vácuo e Lançamento Oblíquo.
1 – Movimento Retilíneo e Uniforme (M.R.U):
É o movimento no qual a velocidade do móvel permanece constante ao
longo da trajetória. No estudo desse movimento empregam-se equações da
velocidade média e a função horária das posições descritas a seguir:
VM = ΔS/Δt (01)
S = S0 + V0.t (02)
33
2 – Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (M.R.U.V):
É o movimento no qual a velocidade do móvel varia no decorrer do
tempo ao longo da trajetória.
No estudo desse movimento aplicam-se as equações descritas a seguir:
a = ΔV/Δt (03).
V = V0 + a.t (04).
S = S0 + V0.t + a.t2/2 (05)
V2 = V02 + 2.a.ΔS (06)
3 - Lançamento Vertical no Vácuo:
O estudo desse tópico é dividido em dois temas, que são:
a) Queda Livre;
b) Lançamento vertical para cima.
No estudo desses tópicos são empregadas as mesmas equações
aplicadas nos estudos do M.R.U.V mudando-se apenas a direção na qual
ocorre o movimento. Em consequência disto, as equações assumem as
configurações abaixo apresentadas. Considerando-se agora como a
aceleração do móvel, a aceleração da gravidade (g).
V = V0 - g.t (07)
H = H0 + V0.t -
(08)
V2 = V02 - 2.g.ΔH (09)
4- Lançamento Horizontal de Projéteis:
Um corpo lançado com certa velocidade horizontal V0, em um plano
próximo à superfície da Terra, ao abandoná-lo, descreve uma trajetória
conforme Figura 01.
34
Figura 01 – Lançamento horizontal de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
No desenho vê-se que, durante a sua queda, a partícula descreve uma
trajetória parabólica até atingir o solo. Verificamos então, que para que essa
partícula descreva tal trajetória ela deve estar em movimento.
i) Movimento Horizontal apresentando velocidade constante e igual a
que a partícula apresentava ao abandonar o plano.
ii) Movimento Vertical apresentando uma aceleração para baixo igual à
da gravidade local.
Ao se analisar cada tipo de movimento isoladamente, pode-se definir as
equações que regem o movimento. A partir dai percebe-se que o lançamento
horizontal é uma composição desses dois tipos de movimento.
Se tomarmos um ponto qualquer da trajetória descrita pela partícula,
conforme Figura 02.
Figura 02 – Determinação da velocidade da partícula em um ponto qualquer da trajetória
FONTE: BONJORNO et al (1993).
35
Verificamos que a velocidade da partícula nesse ponto, é a composição
entre a velocidade horizontal e a velocidade na vertical.
Definição das equações que regem o movimento:
a) Eixo Horizontal: Movimento Retilíneo e Uniforme.
Vx = V0
X = X0 + Vx. t (10)
b) Eixo Vertical: Movimento Retilíneo Uniformemente Variado.
V0y = 0
y = y0 + V0y.t +
(11)
Vy = V0y + g.t (12)
V2 = Vx2 + Vy
2 (13)
5- Lançamento Oblíquo de Projéteis
Em muitos esportes, em guerras e em algumas situações do cotidiano
esse tipo de movimento está presente. O movimento oblíquo consiste em
lançar uma partícula, a partir de uma superfície plana, com uma dada
velocidade V0 fazendo um determinado ângulo θ em relação ao plano
horizontal, conforme Figura 03.
Figura 03 – Lançamento obliquo de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
36
V0x = V0. cos θ (14)
V0y = V0. sen θ (15)
sen 2θ = sen θ . cos θ (16)
Nesse movimento a partícula se desloca para frente e de forma
ascendente até atingir a altura máxima. Continuando a se mover para frente,
porém de forma descendente, até atingir o solo em um ponto distante do local
de onde foi lançada. Para um observador externo a partícula descreve, no
espaço, uma trajetória parabólica.
Ao analisarmos a Figura 04, verifica-se que, assim como no lançamento
Horizontal, a partícula apresenta dois tipos de movimentos independentes entre
si. Logo podem ser estudados pelo princípio definido por Galileu.
Figura 04 – Composição de movimentos
FONTE: BONJORNO et al (1993).
À medida que a partícula sobe, a componente vertical da velocidade Vy
tem seu módulo diminuído até se anular no vértice da parábola (Vy =0). Daí em
diante a partícula desce e o módulo de Vy vai aumentando até tocar o solo.
Em quaisquer dois pontos da trajetória que estejam no mesmo nível em
relação a horizontal a partícula apresentará a mesma velocidade, em módulo.
Observamos que a partícula se desloca numa trajetória horizontal e ao mesmo
tempo numa trajetória vertical, independentes. Portanto, iniciamos o estudo do
movimento separando em duas direções:
a) Direção Horizontal:
37
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo e
uniforme, obedecendo às equações:
a = a0 + V0x.t (17)
a = a0 + (V0 cos θ).t (18)
b) Direção Vertical:
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo
uniformemente variado, obedecendo às equações:
y = y0 + V0y.t –
(19)
Vy = V0y – g.t (20)
Vy = V0 sen θ – g.t (21)
Vy2 = V0y
2 – 2.g.Δy (22)
V2 = Vx2 + Vy
2 (23)
Com a cinemática é possível realizar aplicações no cotidiano, fazendo
com que as coisas evoluam de modo mais simples e mais fácil, melhorando o
entendimento em relação ao que ocorre de importante ao nosso redor. Dessa
forma, ao estudar a cinemática e toda a sua importância será fundamental para
profissionais que pretendem atuar em ramos como a indústria automotiva, o
turismo ou transporte aéreo.
38
Capítulo 3
Metodologia da pesquisa
3.1 O tipo da pesquisa
A pesquisa é uma atividade voltada para solucionar problemas teóricos
ou práticos utilizando-se de processos científicos. Segundo Manzato e Santos
(2008) não é a única forma de se obter conhecimentos e descobertas. Existem
outros meios de acesso ao saber que dispensam o uso de processos
científicos, embora válidos, não podem ser enquadrados como tarefas de
pesquisa. Um desses meios, bastante recomendável, é a consulta bibliográfica,
que se caracteriza por responder pequenas dúvidas, quando se recorre a
documentos.
Gil (2002) define a pesquisa como um procedimento racional e
sistemático que tem o objetivo de proporcionar respostas aos problemas que
são propostos. A pesquisa é requerida quando não há informação suficiente
para responder ao problema, ou quando a informação existente se encontra em
tal estado de desordem que não pode ser adequadamente relacionada ao
problema.
Utilizou-se a pesquisa de campo com a coleta de dados como base para
o estudo na Escola, onde se realizou a pesquisa. Segundo Marconi e Lakatos
(2002) a pesquisa de campo é aquela utilizada com o objetivo de conseguir
informações e/ou conhecimentos sobre um problema para o qual se procura
uma resposta. Consiste na observação de fatos e fenômenos tal como ocorrem
espontaneamente, na coleta de dados a eles referentes e no registro de
variáveis que sejam relevantes para analisa-los. As fases da pesquisa de
campo requerem inicialmente a realização de uma pesquisa bibliográfica que
serve para saber em que estado se encontra o problema, quais trabalhos já
foram realizados sobre o mesmo e qual a opinião sobre o assunto. De acordo
com a natureza da pesquisa é preciso determinar as técnicas que serão
empregadas na coleta de dados e a determinação da amostra, que deve ser
representativa e suficiente para apoiar as conclusões.
39
3.2 Local da pesquisa
A pesquisa foi realizada em uma Escola da Rede Estadual de Ensino na
cidade de Petrolina-PE. A referida escola, cujo nome não será citado por
motivos éticos, é uma escola de ensino médio em regime de tempo integral, de
forma que a carga horária do aluno é composta pela parte teórica (4 h/a sala)
desenvolvida em sala de aula e pela parte prática (1 h/a sala) realizada
laboratório específico.
A escola possui gestor, coordenador pedagógico e desenvolve
atividades pedagógicas que buscam desenvolver o aluno em seus mais
diferentes aspectos. Conta com dois laboratórios sendo um para Física e
Matemática e outro para Química e Biologia. Trabalha-se a filosofia de projetos,
onde anualmente todo o corpo escolar participa da Feira de Ciências,
atividades que buscam associar a prática às teorias trabalhadas em sala de
aula.
3.3 Sujeitos da pesquisa
A pesquisa foi realizada com alunos da primeira série do Ensino Médio.
Na escola em estudo existem seis turmas de primeiro ano com uma média de
45 alunos, que recebem anualmente alunos de diferentes bairros da cidade de
Petrolina. São alunos que se enquadram em diferentes classes sociais, cujo
país apresentam as mais diferentes ocupações profissionais e que buscam a
escola de referência devido à filosofia de trabalho e a possibilidade de
ingressar em uma faculdade.
Considerando-se a existência de seis turmas, escolheram-se
aleatoriamente quatro alunos de cada turma totalizando 24 alunos, que
formaram grupos responsáveis pelo desenvolvimento das atividades
experimentais, e antes e após a realização das atividades tiveram seus
conhecimentos avaliados, de forma a se observar se o uso dos experimentos
trouxe conhecimentos novos aos entrevistados.
3.4 Instrumentos e procedimentos para a coleta de dados
O instrumento de pesquisa utilizado foi o questionário. Segundo Marconi
e Lakatos (2002) o questionário é um instrumento de coleta de dados
40
constituídos por uma série ordenada de perguntas, que devem ser respondidas
por escrito. O procedimento para a coleta de dados consistiu na aplicação de
dois questionários, os dois apresentavam os mesmos questionamentos, no
entanto foram aplicados, antes e após a aplicação de procedimentos
experimentais, viabilizando identificar se tais experimentos modificaram a
compreensão do aluno em relação ao conteúdo que se trabalhou.
Gil (2002) observa que a elaboração de um questionário consiste
basicamente em traduzir os objetivos específicos da pesquisa em itens bem
redigidos. Geralmente as questões devem ser preferencialmente fechadas,
com alternativas que traduzam de forma clara e direta a resposta do
entrevistado, visto que a partir dessas, far-se-á a tabulação de dados,
posteriormente.
Foram construídos um questionário de sondagem (Apêndice A) com
doze perguntas objetivas aplicado no inicio e no final dos experimentos. Além
desse houve um questionário de avaliação da satisfação do aluno (Apêndice
B), com oito perguntas, sendo sete objetivas e uma subjetiva onde se buscou
uma opinião do entrevistado sobre a utilização dos experimentos nas aulas de
Física.
3.5 Procedimento de Pesquisa
Inicialmente o autor selecionou quatro alunos em cada uma das seis
salas do Ensino Médio da Escola objeto de estudo. Fez-se uma reunião com os
alunos explicando-se os objetivos da pesquisa e explicando aos mesmos que
as atividades seriam desenvolvidas na própria escola em três sábados, em
horário extracurricular. A carga horária dos sábados foi variável a depender do
tipo de experimento que estava sendo realizado.
No primeiro encontro o procedimento inicial foi o de aplicar um
questionário de sondagem (Apêndice A) onde foi possível identificar o nível de
conhecimento dos alunos. A partir daí foram realizados três experimentos a
partir da utilização de um produto idealizado pelo próprio autor.
O material pedagógico (equipamento) consistiu em uma estrutura
idealizada pelo autor, baseada no plano inclinado e experiências de Galileu,
com a finalidade de estudar diferentes conteúdos da cinemática. Sua utilização
está voltada para alunos da primeira série do ensino médio. O equipamento
41
pode ser usado no estudo e entendimento dos seguintes conteúdos: velocidade
média e velocidade instantânea; lançamento horizontal e oblíquo de projéteis.
O equipamento pode ser visualizado pelas Figuras 01, 02 e 03
seguintes.
Figura 05 – Equipamento em estado original (fechado)
FONTE: Autor (2018).
Figura 06 – Equipamento com uma plataforma inclinada
FONTE: Autor (2018).
Figura 07 – Equipamento com duas plataformas inclinadas
FONTE: Autor (2018).
Com a utilização do equipamento, fizeram-se três experimentos, de
acordo com o seguinte roteiro:
42
a) Experimento 1 – tem a finalidade de trabalhar os conceitos de
velocidade média e velocidade instantânea. O tempo previsto para a
mesma foi de 2 horas/aula. Esse experimento foi realizado no
primeiro encontro junto com a aplicação do questionário de
sondagem prévio.
b) Experimento 2 – tem a finalidade de trabalhar o conceito de
lançamento horizontal de projéteis. Foi realizado no segundo sábado
com um tempo aproximado de 4 horas/aula.
c) Experimento 3 – tem a finalidade de trabalhar o conceito de
lançamento oblíquo de projéteis. Foi realizado no terceiro sábado
com um tempo aproximado de 6 horas/aula.
Dessa forma, a aplicação do produto educacional (equipamento) foi
realizada em diferentes momentos, buscando atender aos experimentos
citados anteriormente e oferecer ao aluno um instrumento a mais no sentido de
viabilizar a sua aprendizagem. Ao término da aplicação do terceiro
experimento, reaplicou-se o mesmo questionário de sondagem. Dessa forma,
buscou-se comparar o nível de saberes do aluno, antes e após a realização
dos experimentos, identificando a funcionalidade do produto educacional, bem
como a importância da experimentação dentro das aulas de Física. Aplicou-se
ainda um questionário de satisfação para cada aluno participante (Apêndice B).
O equipamento utilizado neste trabalho foi construído com um módulo
arduíno, que é uma placa eletrônica de fácil manuseio desenvolvida como uma
ferramenta para profissionais de artes plásticas e por seu fácil uso e baixo
custo caiu no gosto de pessoas que precisavam desenvolver projetos com
aquisição automática de dados. Seu caráter aberto levou a uma rápida
disseminação com o surgimento de várias placas genéricas a preços muito
acessíveis. Rodrigues e Cunha (2014) explicam que o arduíno é uma interface
eletrônica com um micro controlador programável de 8 bits da série AVR
ATMega da Atmel, com portas de entradas e saídas, digitais e analógicas. Sua
programação baseia-se na linguagem Wiring que lembra a linguagem C ++ e
pode ser feita por meio de um aplicativo próprio o IDE – Integrated
Development Environment (Ambiente Integrado de Desenvolvimento) que por
sua vez baseia-se no Processing.
43
Cavalcante et al (2011) considera o arduíno como uma plataforma
construída para promover a interação física entre o ambiente e o computador
utilizando dispositivos eletrônicos de forma simples e baseada em softwares e
hardwares livres. Tal plataforma constitui-se de uma placa de circuitos com
entradas e saídas para um micro controlador AVR, um ambiente de
desenvolvimento o bootloader, que já vem gravado no micro controlador. Este
último constitui-se de um microprocessador, memória e periféricos de entrada e
saída e pode ser programado para funções específicas como controle de
máquinas e diferentes automações. Ainda segundo os autores o arduíno tem
se destacado no cenário mundial pela facilidade de programação, versatilidade
e baixo custo.
Figura 08 – Placa com Arduíno
FONTE: Autor (2018)
Martinazzo et al (2014) conclui que a utilização do arduíno, juntamente
com sensores acoplados, possibilita a coleta de dados e de boa qualidade a
partir da utilização de objetos e de conceitos físicos, restando propor que,
didaticamente, o sistema arduíno pode ser utilizado em escolas e
universidades para favorecer o aprendizado do aluno. Para os autores, há
limitações no que diz respeito à precisão de leitura feita pelo sistema arduíno,
no entanto para fins didáticos, pode-se observar que tais detalhes são
irrelevantes diante das possibilidades de aprendizagem tanto do professor
quanto do aluno. Dessa forma é possível pensar em conhecimentos que
poderiam ser alcançados, além dos fenômenos físicos pensados em cada
experimento: corrente elétrica, resistência elétrica, capacitância, tensão
elétrica, processadores, micro controladores e outros.
44
Capítulo 4
Análise e discussão dos resultados
O primeiro experimento realizado tinha por finalidade trabalhar conceitos
referentes à velocidade média e velocidade instantânea. O roteiro de aula
apresentou inicialmente uma fundamentação teórica que deu ao aluno uma
dimensão do conteúdo que seria trabalhado, ressaltando inclusive as equações
referentes ao mesmo.
O objetivo da atividade foi realizar medidas de velocidade desenvolvidas
por uma partícula que percorre uma trajetória retilínea, a qual se encontra
dotada de sensores de presença e, a partir dos valores obtidos, buscou-se
trabalhar os conceitos relacionados à velocidade.
O material e equipamento utilizado constaram de:
a) Esferas de aço;
b) Sensores de presença;
c) Painel de leitura da passagem da partícula;
d) Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos (equipamento produzido pelo autor);
e) Trilho guia confeccionado em acrílico.
O procedimento para a realização do experimento foi:
a) Disposição da plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
b) Ajuste do trilho guia na plataforma;
c) Instalação dos sensores na plataforma, e a seguir conectá-los ao
painel de leitura arduino;
d) Inclinação dos planos em um ângulo predefinido;
e) Posicionamento da esfera em uma determinada posição deste plano,
e abandono da mesma;
f) Coletar no painel os dados de tempo medido pelos sensores,
anotando-os em uma Tabela;
g) Anotação das distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
h) Repetição dos procedimentos e, f e g.
45
A Tabela 01 apresenta os valores coletados no painel “arduíno” pelos
grupos.
Tabela 01 – Valores coletados no painel “arduíno” – Experimento 1
GRUPO EVENTOS Sensor 0 1 2 3 4 5
1
1 T (ms) 0 52 155 209 315 368
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 52 155 207 313 365
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2
1 T (ms) 0 34 102 136 204 238
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 101 136 203 238
S (cm) 0 5 15 20 30 35
3
1 T (ms) 0 35 101 135 203 237
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 100 135 202 237
S (cm) 0 5 15 20 30 35
4
1 T (ms) 0 29 87 115 174 203
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 30 88 117 175 205
S (cm) 0 5 15 20 30 35
5
1 T (ms) 0 30 87 117 175 205
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 29 87 115 174 203
S (cm) 0 5 15 20 30 35
6
1 T (ms) 0 53 158 212 319 372
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 54 160 214 322 376
S (cm) 0 5 15 20 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
A partir dos dados coletados os grupos utilizaram os valores para o
preenchimento da Tabela 02, referente à velocidade média.
46
Tabela 02 – Velocidades médias obtidas a partir do Experimento 1
GRUPO EVENTOS Sensor V1 (0-1) V2 (0-2) V3 (0-3) V4 (0-4) V5 (0-5)
1
1 T (ms) 0,96 0,96 0,95 0,95 0,95
S (cm)
2 T (ms) 0,96 0,96 0,96 1,04 0,95
S (cm)
2
1 T (ms) 1,47 1,47 1,47 1,47 1,47
S (cm)
2 T (ms) 1,51 1,47 1,47 1,47 1,47
S (cm)
3
1 T (ms) 1,42 1,48 1,48 1,48 1,48
S (cm)
2 T (ms) 1,51 1,50 1,48 1,48 1,47
S (cm)
4
1 T (ms) 1,70 1,70 1,70 1,40 1,40
S (cm)
2 T (ms) 1,60 1,70 1,70 1,40 1,40
S (cm)
5
1 T (ms) 1,67 1,72 1,70 1,71 1,70
S (cm)
2 T (ms) 1,72 1,72 1,73 1,72 1,72
S (cm)
6
1 T (ms) 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94
S (cm)
2 T (ms) 0,92 0,93 1,38 0,93 0,93
S (cm)
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
A Figura 09 apresenta os alunos preparando o equipamento para as
medições.
Figura 09 – Equipamento sendo montado pelo aluno
FONTE: Autor (2018)
47
Os grupos ainda realizaram o cálculo da velocidade instantânea de
acordo com o que se apresenta na Tabela 03.
Tabela 03 – Velocidades instantâneas obtidas a partir do Experimento 1
GRUPO EVENTOS Sensor V1 (0-1) V2 (1-2) V3 (2-3) V4 (3-4) V5 (4-5)
1
1 T (ms) 0,96 0,97 0,94 0,94 0,94
S (cm)
2 T (ms) 0,96 0,97 0,96 0,94 0,96
S (cm)
2
1 T (ms) 1,47 1,47 1,47 1,47 1,47
S (cm)
2 T (ms) 1,51 1,47 1,42 1,49 1,42
S (cm)
3
1 T (ms) 1,42 1,51 1,47 1,47 1,47
S (cm)
2 T (ms) 1,51 1,29 1,42 1,49 1,42
S (cm)
4
1 T (ms) - - - - -
S (cm)
2 T (ms) - - - - -
S (cm)
5
1 T (ms) 1,66 1,75 1,66 1,72 1,66
S (cm)
2 T (ms) 1,72 1,72 1,78 1,69 1,72
S (cm)
6
1 T (ms) - - - - -
S (cm)
2 T (ms) - - - - -
S (cm)
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
48
A tabela 04 foi construída para apresentar o calculo da velocidade
instantânea a partir dos dados coletados na tabela 03.
Tabela 04 – Cálculo da velocidade instantânea.
GRUPO EVENTOS Sensor 0 1 V (m/s)
2 V (m/s)
3 V (m/s)
4 V m/s)
5 V (m/s)
1
1 T (ms) 0 52 0,96 155 0,97 209 0,96 315 0,95 368 0,95
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 52 0,96 155 0,97 207 0,97 313 0,96 365 0,96
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 1 T (ms) 0 34 1,47 102 1,47 136 1,47 204 1,47 238 1,47
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 1,52 101 1,49 136 1,47 203 1,48 238 1,47
S (cm) 0 5 15 20 30 35
3 1 T (ms) 0 35 1,43 101 1,49 135 1,48 203 1,48 237 1,48
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 1,52 100 1,5 135 1,48 202 1,49 237 1,48
S (cm) 0 5 15 20 30 35
4 1 T (ms) 0 29 1,72 87 1,72 115 1,74 174 1,72 203 1,72
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 30 1,67 88 1,7 117 1,71 175 1,71 205 1,71
S (cm) 0 5 15 20 30 35
5 1 T (ms) 0 30 1,67 87 1,72 117 1,71 175 1,71 205 1,71
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 29 1,72 87 1,72 115 1,74 174 1,72 203 1,72
S (cm) 0 5 15 20 30 35
6 1 T (ms) 0 53 0,94 158 0,95 212 0,94 319 0,94 372 0,94
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 54 0,93 160 0,94 214 0,93 322 0,93 376 0,93
S (cm) 0 5 15 20 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
A tabela 05 foi construída para apresentar o calculo da velocidade média
também a partir das informações cedidas pela tabela 03.
49
Tabela 05 – Cálculo da velocidade média
GRUPO EVENTOS Sensor 0 1 2 3 4 5 V (m/s)
1
1 T (ms) 0 52 155 209 315 368 0,95
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 52 155 207 313 365 0,96
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2
1 T (ms) 0 34 102 136 204 238 1,47
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 101 136 203 238 1,47
S (cm) 0 5 15 20 30 35
3
1 T (ms) 0 35 101 135 203 237 1,48
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 33 100 135 202 237 1,48
S (cm) 0 5 15 20 30 35
4
1 T (ms) 0 29 87 115 174 203 1,72
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 30 88 117 175 205 1,71
S (cm) 0 5 15 20 30 35
5
1 T (ms) 0 30 87 117 175 205 1,71
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 29 87 115 174 203 1,72
S (cm) 0 5 15 20 30 35
6
1 T (ms) 0 53 158 212 319 372 0,94
S (cm) 0 5 15 20 30 35
2 T (ms) 0 54 160 214 322 376 0,93
S (cm) 0 5 15 20 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
Figura 10 – Tratamento dos dados pelos alunos
FONTE: Autor (2018)
Os grupos realizaram os cálculos e a partir dos resultados apresentados
pode-se observar que:
a) Todos os grupos coletaram valores no painel arduíno;
50
b) O cálculo da velocidade média foi realizado por todos os grupos;
c) Dois grupos não calcularam a velocidade instantânea conforme
apresentado na Tabela 03.
d) O grupo 1 encontrou valores de velocidade média próximo a
velocidade instantânea, conforme esperado; houve apenas uma falha
no cálculo referente ao cálculo da quarta velocidade, por falha na
utilização numérica;
e) O grupo 2 trabalhou com uma inclinação de 30o para proporcionar o
movimento da esfera e novamente se observa que a velocidade
média é igual ou bem próximo à velocidade instantânea.
f) O grupo 3 apresentou um pequeno erro em relação a velocidade
instantânea no trecho 1-2 onde o cálculo de 1,29 m/s resulta em um
erro no cálculo da variação do tempo, utilizando-se 77 milésimos de
segundo ao invés de 67 milésimos de segundo (100-33 = 67).
g) O grupo 4 não calculou a velocidade instantânea e ainda efetuaram o
cálculo da velocidade média nos trechos V4 e V5 de forma incorreta
por não observar as distâncias entre os sensores para os dois
eventos (verifica-se que utilizaram valores diferentes dos demais
grupos ou seja 25 e 30, respectivamente ao invés de 30 e 35, como
seria correto);
h) O grupo 5 realizou todos os cálculos de forma correta;
i) O grupo 6 não realizou o cálculo da velocidade instantânea como
solicitado.
O segundo experimento tinha por finalidade trabalhar a questão do
lançamento horizontal de projéteis. Inicialmente trabalhou-se com o aluno
aspectos teóricos, inclusive definição dos tipos de movimentos e equações
relacionados aos mesmos.
O objetivo deste experimento foi o de estudar o comportamento dos
parâmetros físicos (alcance horizontal, tempo de queda e velocidade ao tocar o
solo e construção de gráficos) de uma partícula lançada horizontalmente de
uma plataforma plana localizada a um nível de referência em relação ao solo.
O material e o equipamento utilizado nesse experimento foi o seguinte:
a) Esferas metálicas;
b) Trena;
51
c) Balizador de nível;
d) Folhas de papel carbono;
e) Sensores de presença;
f) Painel de leitura de passagem da partícula arduíno;
g) Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis,
frontalmente dispostos (equipamento produzido pelo autor);
h) Trilho guia confeccionado em acrílico.
O procedimento para a realização constou das seguintes etapas:
a) Disposição da plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
b) Ajustar o trilho guia na plataforma;
c) Instalação dos sensores na plataforma e conectar os mesmos ao
painel de leitura arduíno;
d) Inclinar um dos planos em um ângulo predefinido;
e) Colocar a esfera numa determinada posição do plano e abandonar a
mesma;
f) Coletar no painel os dados de tempo medido pelos sensores,
anotando-os em uma Tabela;
g) Anotar ainda as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
h) Verificar o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no
qual ela abandona a plataforma de lançamento, tomando-se como
referência o balizador e fixar a folha de carbono;
i) Utilizar a trena e medir a posição do ponto onde a esfera abandonou
a plataforma em relação ao solo;
j) Repetir os procedimentos e, f, g, h e i ao menos duas vezes;
k) Aplicar as equações que regem os tipos de movimentos envolvidos
no processo e tratar os dados obtidos.
Inicialmente apresentam-se na Tabela 06 os valores obtidos pelos
grupos que serviram para o prosseguimento da atividade.
52
Tabela 06 – Valores medidos no arduíno – Experimento 02
GRUPO EVENTO SENSOR V. Inicial Alcance Altura
4 5 m/s a(cm) h(cm)
1
1 T (ms) 311 364 0,94 32 56,2
S (cm) 30 35
2 T (ms) 312 365 0,94 32 56,2
S (cm) 30 35
2
1 T (ms) 311 364 0,94 32 56,2
S (cm) 30 35
2 T (ms) 312 365 0,94 32 56,2
S (cm) 30 35
3
1 T (ms) 320 374 0,92 30 55,5
S (cm) 30 35
2 T (ms) 319 379 0,9 30 55,5
S (cm) 30 35
4
1 T (ms) 204 238 1,47 32 56,2
S (cm) 30 35
2 T (ms) 203 238 1,47 32 56,2
S (cm) 30 35
5
1 T (ms) 205 240 1,42 30 55,5
S (cm) 30 35
2 T (ms) 205 240 1,42 30,5 55,5
S (cm) 30 35
6
1 T (ms) 203 237 1,47 47,8 55,5
S (cm) 30 35
2 T (ms) 203 238 1,42 47,8 55,5
S (cm) 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
As Figuras 11 e 12 apresentam a disposição do equipamento para o
experimento 2.
Figura 11 – Colocação da esfera e início do processo de medida
FONTE: Autor (2018)
53
Figura 12 – Lançamento e coleta de dados no painel arduíno
FONTE: Autor (2018)
Os dados obtidos anteriormente foram utilizados pelos alunos, que
aplicando as equações, calcularam o valor do alcance, da altura e da
velocidade (Vy) com que a esfera toca o solo, cujos resultados são
apresentados na Tabela 07.
54
Tabela 07 – Dados resultante da aplicação das equações pelos alunos –
experimento 2
GRUPO EVENTO SENSOR
V. Inicial Alcance Altura Velocidade
4 5 m/s a(cm) h(cm) Vy (m/s)
1
1 T (ms) 311 364 0,94 30,6 56,2 3,4
S (cm) 30 35
2 T (ms) 312 365 0,94 30,6 56,2 3,4
S (cm) 30 35
2
1 T (ms) 311 364 0,94 31,9 56,2 3,4
S (cm) 30 35
2 T (ms) 312 365 0,94 31,9 56,2 3,4
S (cm) 30 35
3
1 T (ms) 320 374 0,92 30 55,5 3,26
S (cm) 30 35
2 T (ms) 319 379 0,9 29,9 55,5 3,29
S (cm) 30 35
4
1 T (ms) 204 238 1,47 47,4 56,2 3,23
S (cm) 30 35
2 T (ms) 203 238 1,47 47,6 56,2 3,24
S (cm) 30 35
5
1 T (ms) 205 240 1,42 47,9 55,5 3,38
S (cm) 30 35
2 T (ms) 205 240 1,42 47,9 55,5 3,38
S (cm) 30 35
6
1 T (ms) 203 237 1,47 47,8 55,5 3,25
S (cm) 30 35
2 T (ms) 203 238 1,42 47,7 55,5 3,34
S (cm) 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
Conforme se observou nas Tabelas anteriores, o experimento 2 deixou
claro para o aluno que os valores de velocidade encontrados entre os eventos
1 e 2 são próximos e muitas vezes se igualam. Além disso, para um mesmo
ângulo de lançamento os valores de alcance também se aproximam, como se
constata nos valores encontrados para os grupos 1, 2, e 3 que tiveram ângulo
de 15o e para os grupos 4, 5, e 6 cujo ângulo foi de 30o.
O terceiro experimento buscou trabalhar o lançamento oblíquo de
projéteis. Com a mesma metodologia dos experimentos anteriores, apresentou-
se uma fundamentação teórica onde o aluno teve contato com informações
55
referentes ao movimento oblíquo e fórmulas utilizadas na direção horizontal e
direção vertical.
O objetivo deste experimento foi o de estudar o comportamento dos
parâmetros físicos (alcance horizontal, tempo de queda, tempo de subida,
tempo de voo, altura máxima e velocidade ao tocar o solo) de uma partícula ao
ser lançada horizontalmente de uma plataforma plana localizada em um nível
de referência em relação ao solo.
Os materiais e equipamentos utilizados foram:
a) Esferas metálicas;
b) Trena;
c) Balizador de nível;
d) Folha de papel carbono;
e) Sensores de presença;
f) Painel de leitura da passagem da partícula arduino;
g) Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis,
frontalmente dispostos (equipamento elaborado pelo autor);
h) Trilho guia confeccionado em acrílico.
A condução do experimento ocorreu da seguinte forma:
a) Disposição da plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
b) Ajustar o trilho guia na plataforma;
c) Instalação de sensores na plataforma e conectar os mesmos ao
painel de leitura arduino;
d) Inclinar os dois planos em ângulos diferentes e predefinidos;
e) Colocar a esfera numa determinar posição do plano e abandonar a
mesma;
f) Coletar no painel os dados de tempo medidos pelos sensores,
anotando em Tabela;
g) Anotar as distâncias percorridas pela esfera durante as passagens
pelos sensores;
h) Verificar o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no
qual ela abandona a plataforma de lançamento, tomando como
referência o balizador, e fixar a folha de carbono;
i) Utilizar a trena e medir a posição do ponto onde a esfera abandona a
plataforma em relação ao solo;
56
j) Repetir os procedimentos e, f, g, h e i ao menos duas vezes.
k) Com as equações que regem o tipo de movimento envolvido no
processo, o aluno fez o tratamento dos dados obtidos.
Os valores coletados no arduíno e medidos pelos alunos permitiram
confeccionar a Tabela 08.
Tabela 08 – Valores medidos no arduíno – Experimento 03
GRUPO EVENTO SENSOR V. Inicial Alcance Altura Ângulo
4 5 m/s a(cm) h(cm) lançamento
1
1 T (ms) 199 245 1 34,2 75,2 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 201 248 1 34,2 75,2 30
S (cm) 30 35
2
1 T (ms) 195 240 1,1 34,1 75,2 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 197 242 1,1 34,1 75,2 30
S (cm) 30 35
3
1 T (ms) 197 243 1,08 27,1 75,2 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 200 247 1,06 27,2 75,2 30
S (cm) 30 35
4
1 T (ms) 237 286 1,02 33,5 65,3 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 236 285 1,02 33,3 65,2 15
S (cm) 30 35
5
1 T (ms) 245 297 0,96 31,2 65 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 243 295 0,96 31,2 65 15
S (cm) 30 35
6
1 T (ms) 239 291 0,96 31,1 65,2 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 240 291 0,98 31,2 65,2 15
S (cm) 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
A partir dos dados coletados, apresentados na Tabela 08, os grupos
preencheram a Tabela 09, onde puderam calcular o alcance, a altura
alcançada e identificar a altura máxima atingida.
A Figura 13 ilustra a disposição do equipamento para esse experimento.
57
Figura 13 – Disposição do equipamento para o terceiro experimento
FONTE: Autor (2018).
Tabela 09 – Resultados obtidos após a aplicação das equações
GRUPO EVENTO SENSOR
V. Inicial Alcance h alcançado h máximo Ângulo
4 5 m/s a(cm) h(cm) (ha - hm) lançamento
1
1 T (ms) 199 245 1,00 42,60 76,45 1,25 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 201 248 1,00 42,60 76,45 1,25 30
S (cm) 30 35
2
1 T (ms) 195 240 1,10 47,00 76,00 0,80 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 197 242 1,10 47,00 76,00 0,80 30
S (cm) 30 35
3
1 T (ms) 197 243 1,08 79,40 4,20 30
S (cm) 30 35
2 T (ms) 200 247 1,06 76,60 1,40 30
S (cm) 30 35
4
1 T (ms) 237 286 1,02 40,60 65,60 0,30 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 236 285 1,02 34,20 65,50 0,30 15
S (cm) 30 35
5
1 T (ms) 245 297 0,96 37,80 65,31 0,31 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 243 295 0,96 37,80 65,10 0,10 15
S (cm) 30 35
6
1 T (ms) 239 291 0,96 38,70 65,51 0,31 15
S (cm) 30 35
2 T (ms) 240 291 0,98 15
S (cm) 30 35
LEGENDA: T (tempo), ms (milésimo de segundo), S (espaço), cm (centímetro).
FONTE: Autor (2018).
A partir dos resultados apresentados anteriormente pode-se observar:
a) A parte inicial, conforme Tabela08, foi cumprida por todos os grupos.
58
b) Os grupos 03 e 06 não chegaram a completar os resultados (Tabela
09).
c) Com ângulo de lançamento de 30o pode-se observar que os valores
de altura alcançados encontram-se próximos, sem muita variação
(76,45 cm e 76,00 cm respectivamente para os grupos 1 e 2);
d) De forma similar, para o ângulo de lançamento de 15o, os grupos 4, 5
e 6 (com preenchimento incompleto) encontraram valores de altura
todos próximos a 65,00 cm.
Os experimentos foram essenciais no sentido de viabilizar aos alunos
participantes uma nova possibilidade de aprendizagem, que leva em
consideração o aluno dentro do processo de construção do saber. A utilização
do equipamento viabilizou ao aluno ter o contato com todos os dados que
muitas vezes são transmitidos de forma teórica, sem uma visão prática. Com o
uso do equipamento e a partir do plano de atividades desenvolvido por meio
dos três experimentos o aluno pode construir conceitos e aplicar na prática no
sentido de trabalhar os conteúdos de uma forma mais motivadora.
Observou-se que a participação dos alunos manteve-se sempre de
forma pontual, onde poucos grupos deixaram de fazer uma ou outra atividade,
onde se deve levar em consideração o fato de se estar trabalhando em um dia
não letivo (sábado), com uma carga horária de mais de quatros horas de
duração e onde a presença do aluno era facultativa. No entanto, mesmo com
alguns grupos não tendo concluído em tempo a realização de algumas
atividades não houve prejuízo em relação aos objetivos gerais e específicos
referentes a este trabalho.
Figura 14 – Coleta do valor do alcance horizontal
FONTE: Autor (2018).
59
Figura 15 – Tratamento dos dados coletados no painel arduíno
FONTE: Autor (2018).
Conforme se programou dentro da metodologia, aplicou-se um
questionário de sondagem antes da realização dos experimentos, o qual foi
reaplicado após a realização dos experimentos, a fim de identificar se houve
apreensão de saberes a partir do uso da experimentação científica. O
questionário constou de doze perguntas objetivas que trabalharam os conceitos
de velocidade média, velocidade instantânea, lançamento horizontal e
lançamento oblíquo de projéteis. Os resultados foram tabulados e apresentam-
se na Tabela10.
Tabela10 – Resultados do questionário de sondagem
PERGUNTA SONDAGEM INICIAL SONDAGEM FINAL VARIAÇÃO MÉDIA
A B C D E ACERTOS A B C D E ACERTOS
1 1 23 96% 24 100% 4%
2 23 0 1 96% 24 100% 4%
3 13 11 46% 12 12 50% 4%
4 16 8 67% 21 3 88% 21%
5 9 4 11 17% 3 21 88% 71%
6 7 5 12 50% 6 3 15 63% 13%
7 7 6 11 46% 9
15 63% 17%
8 5 2 4 13 54% 6 3 15 63% 8%
9 7 12 5 50% 24 100% 50%
10 7 6 11 46% 6 6 12 50% 4%
11 7 8 9 33% 9 12 3 50% 17%
12 10 1 5 8 33% 3 21 88% 54%
FONTE: Autor (2018).
A partir da Tabela 10 foi possível confeccionar a figura 16.
60
Figura 16 – Percentual de acertos – antes e após – a realização dos experimentos
FONTE: Autor (2018).
Infere-se a partir dos dados apresentados que a utilização da
experimentação melhorou o processo de apreensão de novos saberes, o que
se justifica pelo fato dos alunos terem melhorado seu índice de acerto em todas
as questões.
Os alunos tiveram que preencher ainda um questionário de avaliação a
fim de identificar o posicionamento dos mesmos acerca do uso do experimento
dentro do processo de ensino de Física (Apêndice B).
A primeira pergunta buscou identificar se o aluno já havia manipulado
equipamento experimental em sala de aula, nesse ponto 50% dos
entrevistados responderam que sim. Conforme se apresentou na metodologia,
o público-alvo do estudo constitui-se de alunos da primeira série do ensino-
médio, muitos dos quais advém de escolas que não possuem laboratórios.
Entretanto, ressalta-se que a Escola em estudo que apresenta dois laboratórios
que contemplam facilmente as turmas.
A questão da realização de experimentos dentro da disciplina de Física é
importante no sentido de levar o aluno ao contato com as situações que muitas
vezes justificam, e dão mais clareza, a alguns conceitos tratados de forma
teórica. Infelizmente a carga horária da disciplina e a formação dos professores
inviabiliza o uso da experimentação e os resultados favoráveis que advém da
96%
96%
46%
67%
17%
50%
46%
54%
50%
46%
33%
33%
100%
100%
50%
88%
88%
63%
63%
63%
100%
50%
50%
88%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Perc
entu
al de a
cert
os
Número da Pergunta
SONDAGEM INICIAL ACERTOS SONDAGEM FINAL ACERTOS
61
mesma.
O segundo questionamento buscou saber como o entrevistado classifica
as aulas ministradas utilizando a experimentação. Nesse caso, 87%
consideram como ótimo e 13% como boa. Dessa forma, parece haver
unanimidade entre os entrevistados acerca do uso da experimentação dentro
do dia a dia escolar.
A terceira pergunta buscou saber se o uso do experimento facilitou o
aprendizado, onde todos responderam afirmativamente, o que possivelmente
justifica os resultados apresentados na Tabela 07, em que houve aumento nos
acertos do questionário de sondagem aplicado após a realização dos
experimentos.
Buscou-se saber se a aula contribuiu para o desenvolvimento intelectual
do entrevistado, não se restringindo unicamente a questão da memorização.
Nesta questão, 87% responderam sim e 13% responderam não. É importante
identificar que muitos alunos ainda não tem o hábito de realizar experimentos,
numa cultura que se baseia basicamente na transmissão de conhecimentos e
memorização dos mesmos. Acredita-se que, a utilização de planos de ensino
como o apresentado neste trabalho tenham efeito positivo em relação não
apenas a apresentar equações, mas fazer o aluno compreender o porquê da
existência dessas equações e de onde as mesmas se originam.
Questionou-se se a interação com o professor e com outros alunos foi
facilitada pelo uso do experimento e 87% dos entrevistados afirmam que sim, e
outros 13% consideram que não. O fato de ter-se dividido o trabalho em
grupos, viabilizou uma interação entre os próprios alunos e a questão de se
realizar o trabalho em um dia extraclasse demonstra o interesse do aluno e a
própria interação do mesmo com o professor. O uso do experimento pode
viabilizar uma maior interação, mas depende de outros fatores que estarão
relacionados à própria motivação do aluno em aprender.
A sexta pergunta buscou saber se a experimentação ajudou o professor
a explicar com mais clareza o conteúdo proposto, onde todos os entrevistados
responderam de forma afirmativa. Tal fato repetiu-se quando se questionou os
entrevistados em relação a sua motivação em relação ao conteúdo ministrado,
em que todos responderam de forma afirmativa.
Apresentam-se então alguns relatos dos entrevistados em relação à aula
62
e como a mesma facilitou a sua aprendizagem.
O entrevistado 6 escreveu:
“A aula ajudou a dar aos alunos e, a mim a percepção da participação do MRU e MRUV na composição do movimento com suas respectivas trajetórias”
O entrevistado 9 também relacionou a experimentação a questão do
conteúdo quando afirma:
“A aula facilitou minha aprendizagem, porque eu pude ver o movimento pessoalmente e calcular a velocidade dele, o tempo que levou para tocar o chão, etc. Isso me instigou a querer saber mais sobre o assunto”
De forma semelhante, o entrevistado 12 também conseguiu extrair da
experimentação a noção do conteúdo, ao citar:
“A aula facilitou o meu aprendizado em cinemática e o movimento uniforme variado, porque os experimentos trouxeram uma interação mais suave com o assunto proposto, e não ficou nessa de ficar preso ao conteúdo trivial que é só quadro e explicação”
Importante a colocação anterior, onde o entrevistado consegue observar
a diferença entre o conteúdo teórico e o conteúdo apresentado sob a forma de
experimentos. O entrevistado 13 esclarece que a aula:
“Mostrou a aplicação do conteúdo da melhor forma, facilitando a aprendizagem sem memorização e com menos dificuldade”.
A afirmação anterior esclarece a importância da experimentação no
sentido de facilitar a aprendizagem, reduzindo a chamada memorização, onde
o aluno apenas memoriza conteúdos, sem relacionar os mesmos a sua vida e
do meio que o cerca. O entrevistado 16 também respondeu de forma
semelhante:
“Facilitou, me envolveu mais, é muito melhor do que ficar sentado e ver o professor explicar você interagindo facilita muito mais, você aprende”.
O entrevistado 21 também apresentou a importância do experimento no
sentido de melhorar a interação com o professor:
63
“A experimentação ministrada em sala de aula facilitou a aprendizagem, porque nos leva a prestar mais atenção nas aulas. Facilitou também à interação com o professor”.
E, é importante apresentar a visão do entrevistado 15 que conseguiu
identificar a importância do equipamento dentro do processo de ensino
utilizando a experimentação:
“A utilização do experimento contribuiu para a aprendizagem, pois em um só equipamento, podem-se abordar três maneiras e na prática se desenvolve melhor, colocando mais atenção ao que se está fazendo”.
A partir do que fora apresentado pode-se observar que os entrevistados
aprovaram a utilização da experimentação dentro da aula de Física
destacando-se que tal atitude melhora o processo de ensino e aprendizagem,
permite ao aluno interagir com outros alunos e com o professor, viabiliza que o
aluno identifique situações que muitas vezes não são apresentadas na aula
teórica, observe o motivo de se utilizar algumas equações e associe conceitos
teóricos a situações práticas, de forma que não haja uma mera memorização,
mas a construção de um processo de aprendizagem onde o aluno reconheça a
importância do conteúdo, porque soube como significá-lo e como inferir
relações a partir dele.
Realizou-se também a determinação da variância e desvio padrão em
relação a dois eventos, com diferentes de ângulos de inclinação, referente ao
experimento 01, de forma a identificar o grau de confiabilidade do equipamento.
Tais resultados encontram-se tabela 11.
64
Tabela 11 – Aferição da confiabilidade do equipamento
Evento ângulo = 15 Grupo 1
1 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 52 155 209 315 368
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 0,96 0,96 0,96 0,95 0,95
Variancia 4,69746E-05
Desvio Padrão 0,0069
Evento ângulo = 15
2 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 52 155 207 313 365
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 0,96 0,97 0,97 0,96 0,96
Variancia 1,77872E-05
Desvio Padrão 0,0042
Evento ângulo = 30 Grupo 3
1 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 33 101 136 203 238
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 1,51 1,49 1,47 1,48 1,47
Variancia 0,000342357
Desvio Padrão 0,018
Evento ângulo = 30
2 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 34 102 136 204 238
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 1,47 1,47 1,47 1,47 1,47
Variancia 0
Desvio Padrão 0
Evento ângulo = 45 Grupo 4
1 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 29 87 115 174 203
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 1,72 1,72 1,74 1,72 1,72
Variancia 4,4955E-05
Desvio Padrão 0,0067
Evento ângulo = 45
2 sensor 0 sensor 1 sensor 2 sensor 3 sensor 4 sensor 5
tempo(ms) 0 30 88 117 175 205
espaço(cm) 0 5 15 20 30 35
velocidade(m/s) 1,67 1,70 1,71 1,71 1,71
Variancia 0,00036
Desvio Padrão 0,019
FONTE: Autor (2018).
Observa-se que os valores de variância e desvio padrão apresentam
valores aceitáveis, na ordem de 10-3.
65
Capítulo 5
Considerações Finais
O ensino de Física, bem como de outras disciplinas da grade curricular
muitas vezes apresenta dificuldades, entre as quais se podem destacar
questões referentes aos livros didáticos, à falta de laboratórios para realização
de aulas práticas, a falta de uso de laboratórios de informática, a carga horária
dispensada à matéria, a formação do professor que muitas vezes o afasta das
atividades práticas. São situações que via de regra dificultam o processo de
ensino e desmotivam o aluno à aprendizagem.
Este trabalho surgiu da necessidade de se determinar a importância da
experimentação dentro do processo de ensino da Física. Para realizar o
experimento utilizou-se um equipamento elaborado pelo próprio autor, que tem
a finalidade de trabalhar específicamente conceitos na área de cinemática,
ajustando-se perfeitamente à primeira série do Ensino Médio.
Diante de todo o material apresentado neste trabalho pode-se concluir
que o objetivo geral foi atingido, visto que se utilizou uma abordagem dialética
pedagógica formulando experimentos físicos, do conteúdo da primeira série do
ensino médio, onde muitos alunos apresentam dificuldades de entendimento,
principalmente por ainda vir do ensino fundamental, onde a Física geralmente é
apresentada apenas na última série e ainda assim dividindo espaço com a
Química.
Observa-se, também, que os objetivos específicos foram atingidos, visto
que:
a) Trabalharam-se os conteúdos de cinemática que podem gerar muita
dificuldade ao aluno, porque envolvem conceitos associados a
experimentos práticos;
b) Criou-se um equipamento e se aplicou experimentos que viabilizaram
auxiliar no aprendizado e visualização do conteúdo;
c) Aplicou-se um questionário de sondagem, antes e após os
experimentos, de forma a identificar o grau de apropriação do saber
pelos alunos;
66
d) Identificou-se o grau de satisfação dos alunos por meio da aplicação
de questionário específico.
Deve-se frisar que a Escola objeto de estudo difere de outras escolas da
rede estadual e até mesmo particular, por ser em tempo integral. Nas escolas
com essas características os alunos ingressam na primeira série do ensino
médio, tem uma carga horária ampliada e possibilita-se o contato com
atividades práticas e de formação social, que viabilizam não apenas o processo
de assimilação de conteúdos, mas da própria formação do cidadão.
A Escola de Referência apresenta uma carga horária de três aulas da
disciplina de Física, mais uma aula específica de laboratório, enquanto o
ensino regular tradicional apresenta apenas duas aulas de Física. Ainda
nessas condições, muitas vezes faltam recursos nos laboratórios para o
desenvolvimento das atividades. Os alunos recebem do Governo praticamente
todos os livros didáticos, não tendo despesas com aquisição de material
escolar, fardamento (todos doados pelo Governo) e têm livre acesso à prática
de esporte, laboratórios e atividades lúdicas, recreativas e profissionalizantes.
O autor deste trabalho ao criar o equipamento, vislumbrou a
possibilidade de trabalhar conceitos de cinemática, o primeiro dos conteúdos
que o aluno tem contato quando começa a cursar a disciplina. Dentro da
cinemática buscou-se trabalhar a questão da velocidade média, velocidade
instantânea, lançamento oblíquo e horizontal de projéteis. O equipamento
idealizado viabiliza a aplicação nesses e em outros conteúdos, e permite a
possibilidade do aluno interagir no processo de construção do conhecimento.
Os experimentos realizados em horários extraclasse deixam claro a
motivação dos alunos em relação à aprendizagem, visto que as práticas
realizavam-se aos sábados, sempre com carga horária superior a duas horas
de duração. Os alunos escolhidos tiveram a oportunidade de aprender na
prática a partir de um conjunto de situações-problemas idealizadas pelo autor,
tendo que associar conceitos, preencher Tabelas, utilizar fórmulas, enfim
construir o conhecimento a partir da realização prática do experimento.
Foi possível identificar que houve aprendizagem, onde de doze
perguntas aplicadas por meio de questionário de sondagem, em dez dessas
perguntas os alunos aumentaram o percentual de acertos, demonstrando
melhoria na aprendizagem, após a realização dos experimentos.
67
Outrossim, o questionário de avaliação deixou claro que os alunos
compreendem a importância das atividades práticas dentro da disciplina, onde
a mesma motiva-os a aprendizagem, permite a interação com outros alunos,
facilitam o contato com o professor que fica mais próximo dos mesmos, permite
associar conteúdos à situações que estão ocorrendo na sua frente, identificam
outras possibilidades e trabalham com situações diversas, muitas das quais
não são trabalhadas em sala de aula.
É lógico que o uso de experimentos não pode, e não deve ser o único
diferencial dentro do processo de ensino. É preciso saber como utilizar os
experimentos enquanto recurso didático em sala de aula. Devem-se definir
previamente os critérios orientadores da pedagogia direcionada para as
atividades experimentais, assim não é apenas realizar o experimento, mas o
utilizar dentro de uma concepção, com um determinado objetivo e
principalmente com a segurança necessária a respeito do que está sendo
trabalhado, das situações que podem surgir e de como auxiliar o aluno no
processo de construção do seu conhecimento.
68
Referências Bibliográficas
ALMEIDA JUNIOR, J. B. A evolução do ensino de Física no Brasil. Revista
Brasileira de Ensino da Física, v. 1, n. 2, 1979.
______. A evolução do ensino de Física no Brasil – 2a parte. Revista
Brasileira de Ensino da Física, v. 2, n. 1, 1980.
ALVES FILHO, J. P. Atividades experimentais: do método à prática
construtivista. 2000, Tese (Doutorado em Educação), Universidade Federal de
Santa Catarina, Florianópolis, Santa Catarina, 2000.
BAZARIAN, J. O problema da verdade: teoria do conhecimento. 4ª edição,
SP:Alfa-ômega, 1994.
BONJORNO R. A.; BONJORNO, J. R.; BONJORNO, V.; CLINTON, M. R.
Física fundamental. São Paulo: FTD, 1993.
BRAGA, M. B. P. Proposta metodológica experimental demonstrativa por
investigação: contribuição para o ensino da Física na termologia. 2010,
Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências na Amazônia), Universidade de
Ensino do Amazonas, Manaus, Amazônia, 2010.
BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais – Ensino Médio. Parte III –
Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília, 1999.
______. PCN+ Ensino Médio: Orientações Educacionais complementares aos
Parâmetros Curriculares Nacionais. Linguagens, códigos e suas tecnologias.
Brasília: Ministério da Educação/Secretaria de Educação Média e Tecnológica,
2002.
CALADO, H. C. Discursos sobre a disciplina escolar Física presentes nas
narrativas sobre um curso de Licenciatura. 2016, Dissertação (Mestrado em
Ensino de Ciências e Matemática), Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, 2016.
69
CALÇADA, C. S. Física clássica, São Paulo: Atual, 1988.
CARRON, W. As faces da física: volume único. 3 ed. São Paulo:
Moderna,2006.
CARVALHO JUNIOR, G. D. As concepções de ensino de Física e a
Construção da cidadania. Cad. Cat. Ensino Física, v. 19, n. 1, p 53-66, 2002.
CASSARO, R. Atividades experimentais no ensino de Física. 2012,
Monografia (Especialização em Ensino de Física), Universidade Federal de
Rondônia, Ji-Paraná, Rondônia, 2012.
CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C. R. C.; MOLISANI, E. Física com arduíno
para iniciantes. Revista brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 4, 2011.
CERVO, A. L; BERVIAN, P. A. Metodologia científica.5 ed. São Paulo:
PearsonPrentice Halll. 2002.
COUTO, F. P. Atividades experimentais em aulas de Física: repercussões
na motivação dos estudantes, na dialogia e nos processos de modelagem.
2009, Dissertação (Mestrado em Educação), Universidade Federal de Minas
Gerais, Belo Horizonte, 2009.
CRUZ, C. C. Uma proposta de formação técnico-humanista aplicada ao
ensino de engenharia elétrica. 2002. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Elétrica)Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, UNICAMP, 2002.
DIOGO, R. C.; GOBARA, S. T. Sociedade, educação e ensino de Física no
Brasil: do Brasil Colônia ao fim da Era Vargas. XVII Simpósio Nacional de
Ensino de Física, São Luís, Maranhão, 2007.
FRANÇA FILHO, L. R.; ASSIS JUNIOR, P. C.; OLIVEIRA JUNIOR, F. M.;
ROCHA, S. G.; SILVA, C. V. A história da Física no contexto escolar do ensino
médio no município de Desterro-PB. Encontro Nacional de Educação,
Ciências e Tecnologia, UEPB, 2012.
70
Gil, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa.4 ed. São Paulo: Atlas. 2002.
HORNES, A.; GALLERA, J. M. B.; SILVA, S. C. R. A aprendizagem significativa
no Ensino de Física. I Simpósio Nacional de Ensino de Ciência e
Tecnologia, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, p 488-502, 2009.
KIEFER, N. I. S. Ensino de Física e aprendizagem significativa: roteiro para
a elaboração em uma aula. 2013, Dissertação (Mestrado em Ensino de
Ciências e Tecnologia), Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta
Grossa, 2013.
KRASILCHIK, M. Reformas e realidade: o Ensino de Ciências. São Paulo em
perspectiva, n. 14, v. 1, 2000.
LIMA, F. D. A. As disciplinas de Física na concepção dos alunos do
Ensino Médio na rede pública de Fortaleza/CE. 2011, Monografia
(Licenciatura em Física), Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza, 2011.
MANZATO, A. J.; SANTOS, A. B. A elaboração de questionários na pesquisa
quantitativa. Departamento de Ciências de Computação e Estatística – IBILCE,
UNERC, 2008.
MARCONI, M. A.; LAKATOS, E. M. Metodologia Científica. São Paulo: Atlas,
2002.
MARTINAZZO, C. A.; TRENTIN, D. S.; FERRARI, D.; PIAIA, M. M. Arduíno:
uma tecnologia no ensino de Física. Perspectiva. Erechim, v. 38, n. 143, p. 21-
30, 2014.
MELO, M. G. A.; AZEVEDO, L. S. Física no ensino fundamental: a quinta da
experiência. Ciência em tela, v. 4, n. 2, 2011.
MORAES, J. U. P.; SILVA JUNIOR, R. S Experimentos didáticos no Ensino de
Física com foco na aprendizagem significativa. Aprendizagem significativa
em revista – Meaning learning review, v. 4, n. 3, p 61-67, 2014.
71
MOREIRA, A. C. S. Uma visão vygotskyana das atividades experimentais
de Física publicadas em revistas de ensino de Ciências. 2011, Dissertação
(Mestrado em Ensino, Filosofia e História das Ciências), Universidade Estadual
de Feira de Santana, Salvador, 2011.
MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa: da visão clássica à visão crítica.
V Encontro Nacional sobre Aprendizagem Significativa, Madrid, Espanha,
2006.
NAPOLITANO, H. B.; LARIUCCI, C. Alternativa para o ensino da cinemática.
Interação: Rev. Fac. Educação, UFG, v. 26, n. 2, p. 119-129, 2001.
Novak, J. D. Aprender, criar e utilizar o conhecimento: mapas conceituais
como ferramentas de facilitação nas escolas e empresas. Lisboa-PT,
Plátano Edições Técnicas. 2000.
PELIZZARI, A.; KRIEGL, M. L.; BARON, M. P.; FINCK, N. T. L.; DOROCINSKI,
S. I. Teoria da Aprendizagem Significativa segundo Ausubel. Revista PEC,
Curitiba, v. 2, n. 1, p. 37-42, 2002.
PEREIRA, J.E.D. Formação de Professores – pesquisa, representações e
poder. Belo Horizonte: Autêntica, 2000.
PUGLIESE, R. M.; A história da Física e a Física Escolar: incoerências entre a
ciência e o ensino. Khronos, Revista de História da Ciência, n. 4, agosto 2017.
REIS JUNIOR, E. M.; SILVA, O. H. M. Atividades experimentais: uma
estratégia para o ensino de Física. Cadernos Intersaberes, v. 1, n. 2, p. 38-56,
2013.
RICARDO, E. C.; FREIRE, J. C. A. A concepção dos alunos sobre a Física no
ensino médio: um estudo exploratório Revista Brasileira de Ensino da Física,
v. 29, n. 2, p 251-266, 2007.
RIOS, L. R. Aula 2 – Teoria da Aprendizagem significativa – Ausubel,
Pontifícia Universidade Católica, Goiás, 2016.
72
RODRIGUES, R. F.; CUNHA, S. L. S. Arduíno para Físicos – uma ferramenta
prática para aquisição de dados automáticos. Texto de apoio ao professor de
Física. v. 25, n. 4, Instituto de Física, UFRGS, 2014.
ROSA, C. W.; ROSA, A. B. O ensino de ciências (Física) no Brasil: da história
às novas orientações educacionais. Revista Iberoamericana de Educación.
N. 58, v. 2, 2012.
SALVADEGO, W. N. C.; LABURÚ, C. E.; BARROS, M. A. Uso de atividades
experimentais pelo professor das Ciências Naturais no ensino Médio: relação
com o saber profissional. 1o Congresso Paranaense de Educação em
Química, Universidade Estadual de Londrina, Paraná, 2009.
VILAÇA, F. N. Revisão Bibliográfica: a experimentação no ensino de Física.
Universidade Federal São João Del Rey, São João Del Rey, 2012.
YAMAZAKI, S. C. Teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel,
Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, 2008.
73
Apêndice A
Questionário de sondagem
Questionário de Sondagem 1- Quando um móvel percorre distâncias iguais em tempos iguais, podemos afirmar que: a) Este móvel apresenta um movimento no qual sua velocidade está variando; b) Este móvel apresenta um movimento no qual sua velocidade permanece constante. 2- Para se calcular a velocidade média de um móvel em MRU, devemos conhecer: a) A distância total percorrida pelo móvel e o tempo total gasto no percurso; b) Apenas o tempo gasto no percurso; c) Apenas a distância total percorrida. 3- Para determinarmos a velocidade instantânea de um móvel, devemos: a) considerar espaços cada vez menores nos deslocamentos em relação ao tempo de percurso; b) considerar que o tempo em determinado deslocamento se aproxima do zero. 4- A velocidade média de um móvel, em um determinado trajeto, nos dá: a) uma visão geral do movimento do móvel; b) a capacidade de saber quantas vezes o móvel se manteve parado durante o trajeto. 5- Quando uma esfera é lançada horizontalmente, com uma dada velocidade v0
de um ponto próximo à superfície da Terra. Podemos afirmar que: a) Sua trajetória será uma reta vertical descendente; b) Sua trajetória será uma curva conhecida como parábola; c) A esfera seguirá horizontalmente ao solo até parar e cair verticalmente. 6- Ao abandonar a superfície de lançamento com certa velocidade v0, a esfera fica animada com: a) Um MRU seguindo na trajetória horizontal; b) Um MRUV seguindo uma trajetória vertical; c) Uma composição destes dois movimentos e suas respectivas trajetórias. 7- As equações que regem o estudo do lançamento horizontal de uma esfera são: a) As mesmas usadas para estudar o MRU, exclusivamente; b) As mesmas usadas para estudar a queda livre dos corpos, exclusivamente; c) As equações estudadas em ambos os movimentos.
74
8- No lançamento oblíquo de projéteis, a distância máxima alcançada depende: a) Tempo de voo do projétil; b) Da altura máxima alcançada pelo projétil; c) Da velocidade inicial de lançamento; d) Do ângulo de lançamento; e) Do ângulo de lançamento e da velocidade inicial de lançamento. 9- Quando o projétil alcança sua altura máxima, a sua velocidade: a) Será máxima; b) Será nula; c) Será a metade da velocidade inicial. 10- Ao tomarmos dois pontos da trajetória que estejam no mesmo nível em relação a horizontal, os módulos das velocidades do projétil nesses pontos serão: a) Diferentes e, maior no ponto de descida da trajetória; b) Diferentes e, menor no ponto de descida da trajetória; c) Iguais nos dois pontos. 11- Após um ataque frustrado do time adversário, o goleiro se prepara para lançar a bola e armar um contra ataque. Para dificultar a recuperação da defesa adversária, a bola deve chegar aos pés de um atacante no menor tempo possível. O goleiro vai chutar a bola, imprimindo sempre a mesma velocidade, e deve controlar apenas o ângulo de lançamento. A Figura mostra as duas trajetórias possíveis da bola num certo momento da partida.
Assinale a alternativa que expressa se é possível ou não determinar qual destes dois jogadores receberia bola no menor tempo. Despreze o efeito da resistência do ar. a) Sim, é possível, e o jogador mais próximo receberia a bola no menor tempo. b) Sim, é possível, e o jogador mais distante receberia a bola no menor tempo. c) Os dois jogadores receberiam a bola em tempos iguais. 12- Um aluno do EREM em uma partida de futebol lança uma bola para cima, numa direção que forma um ângulo de 60° com a horizontal.
Sabendo que a velocidade na altura máxima é 20 m/s na direção horizontal, podemos afirmar que a velocidade de lançamento da bola, em m/s, será: a) 10 b) 17 c) 20 d) 30 e) 40
75
Apêndice B
Questionário de avaliação da satisfação do aluno
AVALIAÇÃO DA SATISFAÇÃO DO ALUNO Este questionário tem por finalidade avaliar o nível de satisfação dos alunos participantes das aulas ministradas utilizando um equipamento experimental. Além de colher informações sobre o desempenho e aceitação destes em relação a essa metodologia no ensino/aprendizagem da cinemática nas séries iniciais do ensino médio na EREM na cidade de Petrolina-Pe. LEGENDA: 1- INSUFICIENTE 2- REGULAR 3- BOM 4- ÓTIMO 1- Você já havia manipulado equipamento experimental em sala de aula? ( ) SIM ( ) NÃO 2- Como você classificaria as aulas ministradas utilizando a experimentação? ( ) INSUFICIENTE ( ) REGULAR ( ) BOM ( ) ÓTIMO 3- A utilização do experimento facilitou seu aprendizado? ( ) SIM ( ) NÃO 4- A aula contribuiu para seu desenvolvimento intelectual, não se restringindo à memorização? ( ) SIM ( ) NÃO
76
5- A utilização de experimento facilitou a interação com o professor e com os outros alunos? ( ) SIM ( ) NÃO 6- A experimentação ajudou o professor a explicar com mais clareza o conteúdo proposto? ( ) SIM ( ) NÃO 7- Você se sentiu motivado a aprender o conteúdo ministrado? ( ) SIM ( ) NÃO 8- Faça um breve relato de como a aula facilitou a sua aprendizagem. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
77
Apêndice C
Produto final
78
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO– UNIVASF PRÓ-REITORIA DE PESQUISA, PÓS-GRADUAÇÃO E INOVAÇÃO TECNOLÓGICA.
A EXPERIMENTAÇÃO EM CINEMÁTICA COMO FACILITADOR DA APRENDIZAGEM DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO
José Gregório de Souza Neto
Material instrucional associado à Dissertação de Mestrado de José Gregório de Souza Neto, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física da Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Dr. José Américo de Sousa Moura.
Juazeiro – BA Fevereiro de 2018
79
Introdução
Após alguns anos de experiência no ensino de Física na rede estadual
de ensino de Pernambuco foi verificada certa deficiência de aprendizagem dos
alunos que ingressavam na 1ª série do ensino médio, refletindo-se nos
indicadores de resultado nas unidades letivas do ano. Os alunos muitas vezes
associavam a disciplina de Física a pura aplicação de fórmulas. Não entendiam
os conceitos, não percebiam que disciplina estudava fenômenos que estavam
presente em seu cotidiano e, que eles faziam parte daquilo que estava sendo
ensinado.
Diante dessa problemática, o autor, pensando numa maneira de facilitar
o ensino e motivar o estudante ao aprendizado desenvolveu um equipamento
que proporcionaria o ensino experimental de alguns conteúdos de Física na
área de Cinemática que é, justamente a primeira área de conhecimento da
física a qual esses alunos tem contato.
O equipamento consiste em uma base plana, confeccionada em MDF,
dotada de dois planos articuláveis em ângulos previamente definidos e
frontalmente dispostos. A estrutura apresenta um corredor limitado por paredes
frontais e separadas por um espaço onde é colocado um trilho confeccionado
em acrílico, por onde passará uma esfera metálica.
Em um dos planos, nas suas paredes frontais, são instalados sensores
de presença espaçadamente colocados e com conexões através de cabinhos a
um dispositivo eletrônico desenvolvido em arduino que mostrará em um visor
as leituras dos respectivos tempos de passagem da esfera por cada sensor.
Com esse dispositivo, é possível trabalhar alguns conteúdos de física,
tais como:
Velocidade média e Velocidade Instantânea;
Lançamento Horizontal de Projéteis e;
Lançamento Oblíquo de Projéteis.
Abaixo são mostradas fotos mostrando a evolução do equipamento
desde a sua ideia inicial até o seu estado atual de desenvolvimento.
80
Figura 01 – Disposição do equipamento aberto
FONTE: Autor (2018).
Figura 02 – Montagem do equipamento e instalação do arduíno
FONTE: Autor (2018).
Figura 03 – Equipamento aberto pronto para a relação do experimento 3
FONTE: Autor (2018).
81
Figura 04 – Preparação do equipamento para o experimento 3
FONTE: Autor (2018).
Roteiro para utilização do equipamento nas aulas de
Cinemática
Inicialmente, o professor deve dividir a turma em grupos a fim de realizar
os experimentos e permitir a participação de todos na condução dos
experimentos. É importante identificar o conhecimento prévio do aluno e ir
apresentando os experimentos de acordo com o nível onde o aluno se encontra
em relação aos conteúdos da disciplina.
O uso do equipamento permite realizar diferentes experimentos dentro
da cinemática, apresentam-se algumas a seguir:
Experimento 1- Velocidade Média e Velocidade Instantânea
a) Fundamentação Teórica
Para definirmos a rapidez com que um móvel, muda sua posição num
determinado intervalo de tempo num dado trajeto, usamos uma grandeza
denominada de velocidade escalar média. A medida dessa grandeza é dada
pela razão entre o espaço total percorrido durante o trajeto e o tempo gasto
para realizá-lo.
Entende-se por velocidade escalar média a velocidade única que o móvel
deveria manter ao longo de todo o trajeto percorrido. Para o cálculo dessa
grandeza devemos conhecer:
82
a) A posição e o instante em que iniciamos o estudo do movimento do móvel.
b) A posição e o instante em que finalizamos o estudo do movimento do móvel.
Matematicamente a velocidade escalar média é expressa pela equação:
Onde:
ΔS = Sf – S0
Δt = tf – t0
Quando estamos interessados em saber a velocidade do móvel em uma
determinada posição da trajetória, calculamos a velocidade em relação ao
instante de tempo no qual o móvel está ocupando aquela posição. Neste caso,
estaremos calculando a velocidade denominada instantânea. A velocidade
instantânea é dada pela expressão:
b) Objetivo
Realizar medidas das velocidades desenvolvidas por uma partícula que
percorre uma trajetória retilínea dotada de sensores de presença e, a partir dos
valores obtidos, entender os conceitos relacionados velocidade.
c) Materiais e Equipamento
Esferas de aço;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico;
d) Procedimento
1. Dispõe-se a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajusta o trilho guia na plataforma;
3. Instala os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Inclina-se um dos planos em um ângulo predefinido;
83
5. Posiciona a esfera numa determinada posição deste plano e a
abandona.
6. Coleta no painel os dados o tempo medido pelos sensores, anota-os em
uma Tabela;
7. Anota-se também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
8. Repete-se os procedimentos 5, 6, e 7 pelo menos duas vezes;
9. Com as equações de velocidade média estudadas em cinemática, faz-se
o tratamento dos dados.
e) Tabelas associadas ao experimento
Tabela 1: Valores coletados do painel arduino.
Eventos Sensor 0 1 2 3 4 5
1 t (ms) 0
S (cm) 0
2 t (ms) 0
S (cm) 0
3 t (ms) 0
S (cm) 0
4 t (ms) 0
S (cm) 0
5 t (ms) 0
S (cm) 0
Tabela 2: Velocidade Média. (Evento: __ )
Tabela 2: Velocidade Média. (Evento: __ )
Sensor 0 1 V1 0 2 V2 0 3 V3 0 4 V4 0 5 V5
t(ms)
S(cm)
Sensor 0 1 V1 0 2 V2 0 3 V3 0 4 V4 0 5 V5
t(ms)
S(cm)
84
Tabela 3: Velocidade Instantânea. (Evento: __ )
Tabela 3: Velocidade Instantânea. (Evento: __ )
Escolha um dos eventos e construa o gráfico Sxt,calculando a velocidade média.
Experimento 2- lançamento horizontal de projéteis
a) Fundamentação Teórica
Um corpo lançado com certa velocidade horizontal V0, em um plano próximo à
superfície da Terra, ao abandoná-lo, descreve uma trajetória conforme Figura
01.
Figura 01 – Lançamento horizontal de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
Na Figura 01 vê-se que, durante a sua queda, a partícula descreve uma
trajetória parabólica até atingir o solo. Verificamos então, que para que essa
partícula descreva tal trajetória ela deve estar animada por dois tipos de
movimentos.
i) Movimento Horizontal apresentando velocidade constante e igual a que a
partícula apresentava ao abandonar o plano. (Movimento Retilíneo e Uniforme)
ii) Movimento Vertical apresentando uma aceleração para baixo igual à da
gravidade local. (Queda Livre – Movimento Uniformemente Variado)
Sensor 0 1 V1 1 2 V2 2 3 V3 3 4 V4 4 5 V5
t(ms)
S(cm)
Sensor 0 1 V1 1 2 V2 2 3 V3 3 4 V4 4 5 V5
t(ms)
S(cm)
85
Ao analisarmos cada tipo de movimento isoladamente, podemos definir as
equações que regem o movimento. A partir dai percebemos que o lançamento
horizontal é uma composição desses dois tipos de movimento.
Se tomarmos um ponto qualquer da trajetória descrita pela partícula, conforme
Figura 02.
Figura 02 – Determinação da velocidade da partícula em um ponto qualquer da trajetória
FONTE: BONJORNO et al (1993).
Verificamos que a velocidade da partícula nesse ponto, é a composição entre a
velocidade horizontal e a velocidade na vertical.
Definição das equações que regem o movimento:
a) Eixo Horizontal: Movimento Retilíneo e Uniforme.
Vx = V0
X = X0 + Vx. t
b)Eixo Vertical: Movimento Retilíneo Uniformemente Variado.
V0y = 0
y = y0 + V0y.t + g.t2/2
Vy = V0y + g.t
V2 = Vx2 + Vy
2
De posse das equações podemos obter:
i) Tempo que a partícula leva para atingir o solo (tempo de queda: tq);
ii) distância do ponto onde a partícula toca o solo em relação ao ponto que
abandonou a superfície de lançamento (alcance horizontal : A);
iii) Velocidade com que a partícula toca o solo (Vy);
iv) Os gráficos de x e y em função do tempo;
x = Vx.t
y = g.t2/2
86
v) os gráficos das componentes Vx e Vy em função do tempo.
b) Objetivo
Estudar o comportamento dos parâmetros físicos (alcance horizontal, tempo de
queda e velocidade quando toca o solo)de uma partícula ao ser lançada
horizontalmente de uma plataforma plana localizada a um nível de referência
em relação ao solo.
c) Material e Equipamento:
Esferas metálicas;
Trena;
Balizador de nível;
Folha de papel carbono;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico.
d) Procedimento
1. Disponha a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajuste o trilho guia na plataforma;
3. Instale os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Incline um dos planos em um ângulo predefinido;
5. Coloque a esfera numa determinada posição deste plano e a abandona.
6. Colete no painel os dados de tempo medido pelos sensores, anota-os
em na Tabela 1;
7. Anote também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
8. Verifique o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no qual
ela abandona a plataforma de lançamento, tomando como referência o
balizador, e fixa a folha de carbono;
87
9. Com a trena faça a medida da posição do ponto onde a esfera
abandona a plataforma em relação ao solo;
10. Repita os procedimentos 5, 6, 7, 8 e 9 pelo menos duas vezes;
11. Com as equações que regem os tipos de movimentos envolvidos no
processo, faça o tratamento dos dados obtidos.
e) Tabelas associadas ao experimento
Tabela1: Valores coletados do sensor arduino e medições feitas pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade Inicial: V0 (m/s) Alcance: a
(cm)
Altura: h
(cm)
1 t(ms)
S(cm)
2 t(ms)
S(cm)
3 t(ms)
S(cm)
4 t(ms)
S(cm)
5 t(ms)
S(cm)
Tabela 2: Dados resultantes da aplicação das equações pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade: V(m/s)
t(ms)
S(cm)
t(ms)
S(cm)2
Velocidade: Vy (m/s)
1
Alcance: a(cm) Altura: h(cm)
88
Experimento 3- lançamento Oblíquo de projéteis
a) Fundamentação Teórica
Em muitos esportes, em guerras e em algumas situações do cotidiano esse
tipo de movimento está presente. O movimento oblíquo consiste em lançar uma
partícula, a partir de uma superfície plana, com uma dada velocidade V0
fazendo um determinado ângulo θ em relação ao plano horizontal. Conforme
Figura 03.
Figura 03 – Lançamento obliquo de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
V0x = V0. cos θ
V0y = V0. sen θ
sen 2θ = sen θ . cos θ
Nesse movimento a partícula se desloca para frente e de forma ascendente até
atingir a altura máxima. Continuando a se mover para frente, porém de forma
descendente, até atingir o solo em um ponto distante do local de onde foi
lançada. Para um observador externo a partícula descreve, no espaço, uma
trajetória parabólica.
Ao analisarmos a Figura 04, verifica-se que, assim como no lançamento
Horizontal, a partícula apresenta dois tipos de movimentos independentes entre
si. Logo podem ser estudados pelo princípio definido por Galileu.
89
Figura 04 – Composição de movimentos
FONTE: BONJORNO et al (1993).
À medida que a partícula sobe, a componente vertical da velocidade Vy tem seu
módulo diminuído até se anular no vértice da parábola (Vy =0). Daí em diante a
partícula desce e o módulo de Vy vai aumentando até tocar o solo.
Em quaisquer dois pontos da trajetória que estejam no mesmo nível em relação
a horizontal a partícula apresentará a mesma velocidade, em módulo.
Observamos que a partícula se desloca numa trajetória horizontal e ao mesmo
tempo numa trajetória vertical, independentes. Portanto, iniciamos o estudo do
movimento separando em duas direções:
a) Direção Horizontal:
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo e uniforme,
obedecendo às equações:
a = a0 + V0x.t
a = a0 + (V0 cos θ) t
b) Direção Vertical:
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo uniformemente
variado, obedecendo às equações:
Y = Y0 + V0y.t – gt2/2
Vy = V0y – gt
Vy = V0 sen θ - gt
Vy2 = V0y
2 – 2gΔY
V2 = Vx2 + Vy
2
De posse das equações, podemos obter:
90
i) O tempo que a partícula levou até alcançar a altura máxima (tempo de
subida: ts);
ii) O tempo que a partícula permaneceu no ar (tempo de voo: tv);
iii) A distância do ponto onde a partícula toca o solo em relação ao ponto de
lançamento (alcance horizontal: a);
iv) A altura máxima atingida pela partícula (hmáx);
v) O alcance máximo (amáx).
b) Objetivo
Estudar o comportamento dos parâmetros físicos (alcance horizontal, tempo de
queda, tempo de subida, tempo de voo, altura máxima e velocidade quando
toca o solo) de uma partícula ao ser lançada horizontalmente de uma
plataforma plana localizada a um nível de referência em relação ao solo.
c) Material e Equipamento
Esferas metálicas;
Trena;
Balizador de nível;
Folha de papel carbono;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico.
d) Procedimento
1. Disponha a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajuste o trilho guia na plataforma;
3. Instale os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Incline os dois planos em uns ângulos diferentes e predefinido;
5. Coloque a esfera numa determinada posição deste plano e a abandona.
91
6. Colete no painel os dados de tempo medido pelos sensores, anota-os
em uma Tabela 1;
7. Anote também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
8. Verifique o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no qual
ela abandona a plataforma de lançamento, tomando como referência o
balizador, e fixar a folha de carbono;
9. Com a trena faça a medida da posição do ponto onde a esfera
abandona a plataforma em relação ao solo;
10. Repita os procedimentos 5, 6, 7, 8 e 9 pelo menos duas vezes;
11. Com as equações que regem os tipos de movimentos envolvidos no
processo, faça o tratamento dos dados obtidos.
e) Tabelas associadas ao experimento
Tabela 1: Valores coletados no arduino e medidos pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade Inicial:
V0 (m/s)
Alcance:
a (cm)
Altura:
h(cm)
Ângulo de
Lançamento: θ
1 t(ms)
S(cm)
2 t(ms)
S(cm)
3 t(ms)
S(cm)
4 t(ms)
S(cm)
5 t(ms)
S(cm)
92
Tabela 2: Dados resultantes da aplicação das equações pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade: V0(m/s)
t(ms)
S(cm)
t(ms)
S(cm)
ângulo de Lançamento: θ =
2
Altura máx: (ha - hm)
1
Alcance: a(cm) Altura: h(cm) alcançada
93
Anexo A – Plantas do equipamento
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
Anexo B – Placas do Arduíno
Placa Botões
Placa Principal
Placa sensores
109
Painel montado
110
Anexo C – Código do Arduíno
/*
05-Feb-17 12:38:34 AM
Raniery
*/
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#define button0 A0
#define button1 A1
#define sd_cs_pin 2
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); // Inicializa o LCD
boolean ir_status[6];
const int chipSelect = 2; //Pino do Cartao de Memoria
int num_ir = 6; //Numero de sensores infravermelhos
int ir_pin[6] = {3, 4, 5, 6, 7, 8};
unsigned long ir_time[6];
unsigned long ir_delta_t[6];
unsigned long last_debounce0 = 0;
unsigned long last_debounce1 = 0;
int apertos = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
SD.begin(sd_cs_pin); //Inicializa o cartao SD
lcd.begin(20, 4); // Define o LCD com 20 colunas e 4 linhas
lcd.clear();
lcd.setBacklight(HIGH); //Backlight do display ligada
pinMode(button0, INPUT_PULLUP);
pinMode(button1, INPUT_PULLUP);
for (int i = 0; i < num_ir; i++)
{
pinMode(ir_pin[i], INPUT);
ir_status[i] = 0;
}
irRead(); //Inicia esperando a passagem do objeto para executar a leitura
dos tempos
}
void loop()
{
checkButton();
}
void irRead()
{
111
lcd.clear(); //Limpa display
displayData(5, 1, "Aguardando"); //Posicao 5 linha 1
displayData(1, 2, "Passagem do Objeto");
for (int i = 0; i < num_ir; i++)
{
while (ir_status[i] == 0)
{
ir_status[i] = digitalRead(ir_pin[i]);
}
ir_time[i] = millis();
ir_status[i] = !ir_status[i];
Serial.println("Sensor " + String (i) + " " + String(ir_time[i]));
}
sensorPrint(0, 3); //Imprimi primeira tela com três sensores
}
void sensorPrint(int initial_ir, int final_ir) //Disponibiliza dados a serem mostrados no
display
{
lcd.clear();
displayData(0, 0, "Tempos Medidos em ms");
int cont = 0;
for (int i = initial_ir; i < final_ir; i++)
{
cont++;
String str = "Sensor " + String(i) + ": " + String(ir_time[i] - ir_time[0]);
displayData(0, cont, str);
}
}
void displayData(int init_cursor, int line, String display_str) // Mostra informacoes
no display
{
lcd.setCursor(init_cursor, line);
lcd.print(display_str);
}
void checkButton() //Checa botao de salvar/deletar controles.
{
if (!digitalRead(button0) && last_debounce0 == 0)
{
last_debounce0 = millis(); //Usar millis() ou modificar valores
somados aos if abaixo
}
if (!digitalRead(button1) && last_debounce1 == 0)
{
last_debounce1 = millis(); //Usar millis() ou modificar valores
somados aos if abaixo
}
if (last_debounce0 != 0)
112
{
if (millis() > last_debounce0 + 500 && millis() < last_debounce0 + 1900
&& digitalRead(button0)) // 500ms p/ efeito bounce. Se apertar e soltar antes de 3s
entra em modo de gravacao
{
if (apertos == 0)
{
sensorPrint(3, 6);
apertos++;
}
else
{
sensorPrint(0, 3);
apertos = 0;
}
last_debounce0 = 0;
}
else if (millis() > last_debounce0 + 2000 && digitalRead(button0)) //Se
Mantiver pressionado por 3s ou mais
{
last_debounce0 = 0;
irRead();
}
}
else if (last_debounce1 != 0)
{
if (millis() > last_debounce1 + 500 && millis() < last_debounce1 + 2000
&& digitalRead(button1)) //Se apertou e soltou
{
//Serial.println("Botao A1_");
last_debounce1 = 0;
String dataString = "";
for (int i = 0; i < num_ir; i++)
{
dataString += "Sensor " + String(i) + ":\t " +
String(ir_time[i] - ir_time[0]) + " \t";
}
saveData(dataString);
}
}
}
void saveData(String dataString)
{
lcd.clear();
displayData(3, 1, F("Salvando Dados"));
displayData(4, 2, F("No Cartao SD"));
delay(2000);
SD.begin(sd_cs_pin);
File dataFile = SD.open("datalog.txt", FILE_WRITE);
113
if (dataFile) {
dataFile.println(dataString);
dataFile.close();
lcd.clear();
displayData(4, 0, "Dados Salvos");
displayData(0, 2, F("Botao Branco p/ Sair"));
displayData(0, 3, F("Azul Salva Novamente"));
}
else {
lcd.clear();
displayData(1, 0, F("Cartao de Memoria "));
displayData(3, 1, F("Nao Detectado "));
displayData(0, 2, F("Botao Branco p/ Sair"));
displayData(0, 3, F("Azul Tenta Novamente"));
}
}
114
Apêndice A Experimento 1
Experimento 1- Velocidade Média e Velocidade Instantânea
Fundamentação Teórica
Para definirmos a rapidez com que um móvel, muda sua posição num
determinado intervalo de tempo num dado trajeto, usamos uma grandeza
denominada de velocidade escalar média. A medida dessa grandeza é dada
pela razão entre o espaço total percorrido durante o trajeto e o tempo gasto
para realizá-lo.
Entende-se por velocidade escalar média a velocidade única que o móvel
deveria manter ao longo de todo o trajeto percorrido. Para o cálculo dessa
grandeza devemos conhecer:
a) A posição e o instante em que iniciamos o estudo do movimento do móvel.
b) A posição e o instante em que finalizamos o estudo do movimento do móvel.
Matematicamente a velocidade escalar média é expressa pela equação:
Onde:
ΔS = Sf – S0
Δt = tf – t0
Quando estamos interessados em saber a velocidade do móvel em uma
determinada posição da trajetória, calculamos a velocidade em relação ao
instante de tempo no qual o móvel está ocupando aquela posição. Neste caso,
estaremos calculando a velocidade denominada instantânea. A velocidade
instantânea é dada pela expressão:
115
Objetivo:
Realizar medidas das velocidades desenvolvidas por uma partícula que
percorre uma trajetória retilínea dotada de sensores de presença e, a partir dos
valores obtidos, entender os conceitos relacionados velocidade.
Materiais e Equipamento:
Esferas de aço;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico;
Procedimento:
1. Dispõe-se a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajusta o trilho guia na plataforma;
3. Instala os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Inclina-se um dos planos em um ângulo predefinido;
5. Posiciona a esfera numa determinada posição deste plano e a
abandona.
6. Coleta no painel os dados o tempo medido pelos sensores, anota-os em
uma Tabela;
7. Anota-se também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
8. Repete-se os procedimentos 5, 6 e 7 pelo menos duas vezes;
9. Com as equações de velocidade média estudadas em cinemática, faz-se
o tratamento dos dados.
116
Tabela 1: Valores coletados do painel arduino.
Eventos Sensor 0 1 2 3 4 5
1 t (ms) 0
S (cm) 0
2 t (ms) 0
S (cm) 0
3 t (ms) 0
S (cm) 0
4 t (ms) 0
S (cm) 0
5 t (ms) 0
S (cm) 0
Tabela 2: Velocidade Média. (Evento: __ )
Tabela 2: Velocidade Média. (Evento: __ )
Tabela 3: Velocidade Instantânea. (Evento: __ )
Tabela 3: Velocidade Instantânea. (Evento: __ )
Escolha um dos eventos e construa o gráfico Sxt, calculando a velocidade média. Referencial teórico: CARRON, W. As Faces da Física: Volume único/ Wilson Carron, Osvaldo Guimarães- 3.ed – São Paulo: Moderna 2006.
Sensor 0 1 V1 0 2 V2 0 3 V3 0 4 V4 0 5 V5
t(ms)
S(cm)
Sensor 0 1 V1 0 2 V2 0 3 V3 0 4 V4 0 5 V5
t(ms)
S(cm)
Sensor 0 1 V1 1 2 V2 2 3 V3 3 4 V4 4 5 V5
t(ms)
S(cm)
Sensor 0 1 V1 1 2 V2 2 3 V3 3 4 V4 4 5 V5
t(ms)
S(cm)
117
Apêndice B
Experimento 2
Experimento 2- lançamento horizontal de projéteis
Fundamentação Teórica
Um corpo lançado com certa velocidade horizontal V0, em um plano próximo à
superfície da Terra, ao abandoná-lo, descreve uma trajetória conforme Figura
01.
Figura 01 – Lançamento horizontal de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
Na Figura vê-se que, durante a sua queda, a partícula descreve uma trajetória
parabólica até atingir o solo. Verificamos então, que para que essa partícula
descreva tal trajetória ela deve estar animada por dois tipos de movimentos.
i) Movimento Horizontal apresentando velocidade constante e igual a que a
partícula apresentava ao abandonar o plano. (Movimento Retilíneo e Uniforme)
ii) Movimento Vertical apresentando uma aceleração para baixo igual à da
gravidade local. (Queda Livre – Movimento Uniformemente Variado)
Ao analisarmos cada tipo de movimento isoladamente, podemos definir as
equações que regem o movimento. A partir dai percebemos que o lançamento
horizontal é uma composição desses dois tipos de movimento.
Se tomarmos um ponto qualquer da trajetória descrita pela partícula,
conforme Figura 02.
118
Figura 02 – Determinação da velocidade da partícula em um ponto qualquer da trajetória
FONTE: BONJORNO et al (1993).
Verificamos que a velocidade da partícula nesse ponto, é a composição entre a
velocidade horizontal e a velocidade na vertical.
Definição das equações que regem o movimento:
a) Eixo Horizontal: Movimento Retilíneo e Uniforme.
Vx = V0
X = X0 + Vx. t
b) Eixo Vertical: Movimento Retilíneo Uniformemente Variado.
V0y = 0
y = y0 + V0y.t + g.t2/2
Vy = V0y + g.t
V2 = Vx2 + Vy
2
De posse das equações podemos obter:
i) Tempo que a partícula leva para atingir o solo (tempo de queda: tq);
II) distância do ponto onde a partícula toca o solo em relação ao ponto que
abandonou a superfície de lançamento (alcance horizontal: a);
iii) Velocidade com que a partícula toca o solo (Vy);
iv) Os gráficos de x e y em função do tempo;
119
x = Vx.t
y = g.t2/2
v) os gráficos das componentes Vx e Vy em função do tempo.
Objetivo: Estudar o comportamento dos parâmetros físicos (alcance horizontal,
tempo de queda e velocidade quando toca o solo) de uma partícula ao ser
lançada horizontalmente de uma plataforma plana localizada a um nível de
referência em relação ao solo.
Material e Equipamento:
Esferas metálicas;
Trena;
Balizador de nível;
Folha de papel carbono;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico.
Procedimento:
1. Disponha a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajuste o trilho guia na plataforma;
3. Instale os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Incline um dos planos em um ângulo predefinido;
5. Coloque a esfera numa determinada posição deste plano e a abandona.
6. Colete no painel os dados de tempo medido pelos sensores, anota-os
em na Tabela 1;
7. Anote também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
120
8. Verifique o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no qual
ela abandona a plataforma de lançamento, tomando como referência o
balizador, e fixa a folha de carbono;
9. Com a trena faça a medida da posição do ponto onde a esfera
abandona a plataforma em relação ao solo;
10. Repita os procedimentos 5, 6, 7, 8 e 9 pelo menos duas vezes;
11. Com as equações que regem os tipos de movimentos envolvidos no
processo, faça o tratamento dos dados obtidos.
Tabela1: Valores coletados do sensor arduino e medições feitas pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade Inicial: V0 (m/S) Alcance: a
(cm) Altura: h
(cm)
1 t(ms)
S(cm)
2 t(ms)
S(cm)
3 t(ms)
S(cm)
4 t(ms)
S(cm)
5 t(ms)
S(cm)
Tabela 2: Dados resultantes da aplicação das equações pelos alunos.
Referencial Teórico: CALÇADA, C. S.; SAMPAIO, J. L. Cinemática. São Paulo: Atual, 1998 – (Física Clássica). CARRON, W. As Faces da Física: Volume único/ Wilson Carron, Osvaldo Guimarães- 3.ed – São Paulo: Moderna 2006.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade: V(m/s)
t(ms)
S(cm)
t(ms)
S(cm)2
Velocidade: Vy (m/s)
1
Alcance: a(cm) Altura: h(cm)
121
Apêndice C
Experimento 3
Experimento 3- lançamento Oblíquo de projéteis
Fundamentação Teórica
Em muitos esportes, em guerras e em algumas situações do cotidiano esse
tipo de movimento está presente. O movimento oblíquo consiste em lançar uma
partícula, a partir de uma superfície plana, com uma dada velocidade V0
fazendo um determinado ângulo θ em relação ao plano horizontal. Conforme
Figura 03.
Figura 03 – Lançamento obliquo de projéteis
FONTE: BONJORNO et al (1993).
V0x = V0. cos θ
V0y = V0. senθ
sen 2θ = sen θ .cos θ
Nesse movimento a partícula se desloca para frente e de forma ascendente até
atingir a altura máxima. Continuando a se mover para frente, porém de forma
descendente, até atingir o solo em um ponto distante do local de onde foi
lançada. Para um observador externo a partícula descreve, no espaço, uma
trajetória parabólica.
122
Ao analisarmos a Figura 04, verifica-se que, assim como no lançamento
Horizontal, a partícula apresenta dois tipos de movimentos independentes entre
si. Logo podem ser estudados pelo princípio definido por Galileu.
Figura 04 – Composição de movimentos
FONTE: BONJORNO et al (1993).
À medida que a partícula sobe, a componente vertical da velocidade Vy tem seu
módulo diminuído até se anular no vértice da parábola (Vy =0). Daí em diante a
partícula desce e o módulo de Vy vai aumentando até tocar o solo.
Em quaisquer dois pontos da trajetória que estejam no mesmo nível em relação
a horizontal a partícula apresentará a mesma velocidade, em módulo.
Observamos que a partícula se desloca numa trajetória horizontal e ao mesmo
tempo numa trajetória vertical, independentes. Portanto, iniciamos o estudo do
movimento separando em duas direções:
a) Direção Horizontal:
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo e uniforme,
obedecendo às equações:
a = a0 + V0x.t
a = a0 + (V0 cos θ) t
b) Direção Vertical:
Nessa direção a partícula se desloca com movimento retilíneo uniformemente
variado, obedecendo às equações:
123
Y = Y0 + V0y.t – gt2/2
Vy = V0y – gt
Vy = V0 sen θ - gt
Vy2 = V0y
2 – 2gΔY
V2 = Vx2 + Vy
2
De posse das equações, podemos obter:
1. O tempo que a partícula levou até alcançar a altura máxima (tempo de
subida: ts);
2. O tempo que a partícula permaneceu no ar (tempo de voo: tv);
3. A distância do ponto onde a partícula toca o solo em relação ao ponto de
lançamento (alcance horizontal: a);
4. A altura máxima atingida pela partícula (hmáx);
5. O alcance máximo (amáx).
Objetivo: Estudar o comportamento dos parâmetros físicos (alcance horizontal,
tempo de queda, tempo de subida, tempo de voo, altura máxima e velocidade
quando toca o solo) de uma partícula ao ser lançada horizontalmente de uma
plataforma plana localizada a um nível de referência em relação ao solo.
Material e Equipamento:
Esferas metálicas;
Trena;
Balizador de nível;
Folha de papel carbono;
Sensores de presença;
Painel de leitura de passagem da partícula arduino;
Plataforma dotada de dois planos inclinados articuláveis frontalmente
dispostos;
Trilho guia confeccionado em acrílico.
124
Procedimento:
1. Disponha a plataforma sobre uma mesa plana e horizontal;
2. Ajuste o trilho guia na plataforma;
3. Instale os sensores na plataforma e conecta-os ao painel de leitura
arduino;
4. Incline os dois planos em uns ângulos diferentes e predefinido;
5. Coloque a esfera numa determinada posição deste plano e a abandona.
6. Colete no painel os dados de tempo medido pelos sensores, anota-os
em uma Tabela 1;
7. Anote também, as distâncias percorridas pela esfera durante as
passagens pelos sensores;
8. Verifique o ponto onde a esfera toca o solo em relação ao ponto no qual
ela abandona a plataforma de lançamento, tomando como referência o
balizador, e fixar a folha de carbono;
9. Com a trena faça a medida da posição do ponto onde a esfera
abandona a plataforma em relação ao solo;
10. Repita os procedimentos 5, 6, 7, 8 e 9 pelo menos duas vezes;
11. Com as equações que regem os tipos de movimentos envolvidos no
processo, faça o tratamento dos dados obtidos.
Tabela 1: Valores coletados no arduino e medidos pelos alunos.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade Inicial: V0 (m/S)
Alcance: a (cm)
Altura: h(cm)
Ângulo de Lançamento: θ
1 t(ms)
S(cm)
2 t(ms)
S(cm)
3 t(ms)
S(cm)
4 t(ms)
S(cm)
5 t(ms)
S(cm)
125
Tabela 2: Dados resultantes da aplicação das equações pelos alunos.
Referencial Teórico: CALÇADA, C. S.; SAMPAIO, J. L. Cinemática. São Paulo: Atual, 1998 – (Física Clássica). CARRON, W. As Faces da Física: Volume único/ Wilson Carron, Osvaldo Guimarães- 3.ed – São Paulo: Moderna 2006.
Eventos Sensor 4 5 Velocidade: V0(m/s)
t(ms)
S(cm)
t(ms)
S(cm)
ângulo de Lançamento: θ =
2
Altura máx: (ha - hm)
1
Alcance: a(cm) Altura: h(cm) alcançada