Experimentos de Física no Enem

Por fim, no segundo semestre de 2014 resolvemos produzir uma série que tivesse um público mais abrangente. Tendo isso em vista pensamos em produzir vídeos voltados para o Enem, o Exame Nacional do Ensino Médio.

Figura 4.7: Imagem produzida no IFRJ Campus São Gonçalo, com estudantes do curso Técnico em Química.

Navegando pelo Youtube e pesquisando pelos canais e páginas que já conhecíamos, perce- bemos que a maioria esmagadora dos vídeos, quando não se tratavam da resolução de proble- mas anteriores que já apareceram no exame, eram aulas de conteúdo específico voltadas para a resolução objetiva de determinados problemas. Assim, pensamos que uma possibilidade inte- ressante e inovadora seria contribuir apresentando vários experimentos simples e interessantes, que nos permitissem discutir um aspecto conceitual da Física do Ensino Médio. Para abarcar de alguma maneira o conteúdo programático do Enem, nós separamos as questões de Física do exame dos últimos 6 anos nas áreas de conhecimento descritas no Edital do Enem. Assim, separamos os experimentos de modo a contemplar as áreas que aparecem com maior frequência na prova.

A professora Dayanne Amaral abre a série com o episódio Visão de Calor, com um expe- rimento que foi proposto originalmente em [83]. Embora ainda não tenha aparecido na prova diretamente, acreditamos que o tema da Radiação de Corpo Negro, correspondente à área da Física Moderna, poderia aparecer de forma qualitativa através da abordagem fenomenológica proposta no episódio. Utilizando uma Webcam de baixo orçamento, podemos retirar o filtro de infra vermelho da sua lente e assim obter uma câmera sensível à luz de frequência na região do infravermelho próximo [veja a Fig. (4.8)].

Figura 4.8: No primeiro episódio da série Experimentos de Física no Enem a professora Dayanne Amaral utiliza uma web cam de baixo custo para introduzir o conceito de Radiação de Corpo Negro [84].

muito antes de sermos capazes de ve-lo vermelho brasa a olho nu, e podemos até dizer que na verdade, todo objeto a uma temperatura maior que 0 K emite luz, embora nem sempre com uma boa intensidade na região do visível.

Já no segundo episódio da série, o professor Vitor Lara utiliza dois apontadores de luz de 100mW cada para demonstrar experimentalmente os famosos 3 princípios da Óptica Geomé- trica [veja a Fig. (4.9)].

Além de já termos visto questões do Enem que envolvem os princípios da Óptica Geo- métrica, imaginamos também que um vídeo que ilustra esses três fenômenos seria de grande importância caso discutíssemos novamente algum fenômeno desta área. Outra motivação muito grande para este experimento deve-se ao fato de as aulas e explicaçõe da Óptica Geométrica, embora possam facilmente ser demonstradas e visualizadas experimentalmente de forma muito simples utilizando-se apontadores de luz, são enfadonhamente trabalhadas em quadro negro.

No terceiro experimento o professor Leonardo Vieira retorna discutindo mais uma vez as Leis de Newton. Dessa vez, utilizando uma mola e uma régua, Leonardo define um proce- dimento para medir o valor experimental de uma força e a partir daí, deriva empiricamente a Segunda Lei de Newton aplicada a um celular que é puxado pela mola [veja a Fig. (4.10)].

Figura 4.9: Neste episódio o professor Vitor Lara utiliza apontadores de luz para demonstrar visualmente os famosos três princípios da Óptica Geométrica [85].

Figura 4.10: Nesta imagem temos o professor Leonardo Vieira utilizando um celular, uma régua e uma mola para introduzir o conceito de força e discutir conceitualmente as Leis de Newton[86].

resultados experimentais. A própria discussão de análise dos resultados obtidos junto aos estu- dantes já é bastante enriquecedora.

No quarto episódio a professora Dayanne retorna para apresentar o experimento do inverso do quadrado da distância, que apareceu anteriormente na seção 1.4 do capítulo 1 [veja a Fig. (4.11)].

Figura 4.11: No quarto episódio da série a professora Dayanne utiliza dois celulares e uma plataforma para demonstrar experimentalmente a Lei do Inverso do Quadrado [87].

Utilizando uma plataforma previamente construída de modo a facilitar a fixação da distância e a correspondente leitura do seu valor e dois celulares, a professora Dayanne foi capaz de mostrar de forma simples e precisa a que a intensidade luminosa do flash cai com a distância d que estamos afastados dele ao quadrado. A partir daí, é interessante também ressaltar a possibilidade de paralelo para o caso da atração gravitacional e a Lei de Coulomb, que podem ser descritas utilizando a analogia das linhas de campo.

No episódio 5 o professor Vitor retorna utilizando dois canudos de plástico descartáveis de lanchonete para ilustrar os fenômenos de atração e repulsão coulombiana [veja a Fig. (4.12)].

É importante ressaltar a capacidade que corpos eletricamente carregados tem de atrair obje- tos eletricamente neutros, a despeito da sua carga através do fenômeno de polarização. Entre- tanto, conseguimos argumentar em favor da existência de duas classes de cargas elétricas, uma que convencionamos chamar de positiva e outra de negativa.

No sexto episódio Dayanne encerra a primeira temporada da série com o primeiro experi- mento de hidrostática do grupo [veja a Fig. (4.13)].

Utilizando um aquário com a profundidade graduada em milímetros, ela conseguiu compro- var o princípio do empuxo de Arquimedes e de quebra, a visualização da Lei de Stevin, num único experimento. Entretanto, para evitar que o episódio ficasse muito denso, abordamos ape-

Figura 4.12: Neste episódio o professor Vitor utiliza dois canudos descartáveis para discutir a famosa Lei de Coulomb[88].

Figura 4.13: No sexto e último episódio da série a professora Dayanne apresenta um expe- rimento simples e interessante que permite discutir os princípios de Stevin e de Arquimedes [89].

nas o princípio de Arquimedes no vídeo e deixamos como possibilidade a exploração da Lei de Stevin.

Como o vídeo do Física na Copa também discute um assunto que pensamos ser relevante para o conteúdo de Física do Ensino Médio e também para o Enem, resolvemos incorpora-lo na PlayListdo Experimento de Física no Enem. Até o momento é a nossa série mais assistida, com

um total de mais de 55 mil visualizações, o que nos deixa muito felizes com o seu resultado.

4.4

Conclusões e Perspectivas

Nestes primeiros dois anos de atividade, temos ficado bastante satisfeitos com a abrangência e com a receptividade dos vídeos produzidos pelo nosso canal. Estamos nos preparando para realizar novas produções agora em 2015 e também para 2016 e pretendemos juntar cada vez mais fãs e entusiantas, sem deixar de levar em conta a interação com o nosso público atual. Para aumentar a interação com os fãs vamos abrir para algumas perguntas e sugestões para novos vídeos e experimentos.

Também temos estudado as ferramentas de divulgação e formatação de canais e vídeos no Youtube, e além de diversas parcerias com outros canais e páginas da internet e das redes sociais, como a Coleção Nerd e o Universo Racionalista. Também conseguimos entrar em parceria com o Youtube Edu, uma plataforma feita em parceria pela Google com a Fundação Hermanndo Brasil que agrupa canais voltados para o Ensino de diversas disciplinas. Os canais passam por um processo de filtragem com respeito à qualidade técnica das informações que são divulgadas.

Conclusões e Perspectivas

Nesta Tese apresentamos uma variedade de trabalhos relacionados tanto ao Ensino de Física para os níveis Médio e Superior quanto para as atividades de Divulgação Científica. Embora em princípio os temas abordados pareçam um pouco díspares, acreditamos que todos eles envolvem habilidades distintas, mas fundamentais na formação de um bom professor de Física.

As atividades educacionais envolveram ampla utilização de experimentos de Física utili- zando tablets e celulares, o desenvolvimento da programação para aplicativos Android junta- mente com estudantes de Ensino Médio, e o estudo e aplicação de sistemas físicos simples para discutir assuntos variados da Física do Ensino Superior.

Inicialmente, apresentamos no primeiro capítulo uma série de experimentos simples e in- teressantes, onde a maioria deles envolve o uso de tablets e smartphones. A utilização de ex- perimentos no processo de Ensino/Aprendizagem de Física possibilita a visualização empírica, tanto qualitativa quanto quantitativa de leis físicas, que muitas das vezes são discutidas apenas do ponto de vista teórico. Cabe destacar mais uma vez a crescente popularização de tablets e smartphones, que possibilita a ampla disseminação e utilização dos experimentos aqui apresen- tados. Entretanto, salientamos que o professor deve ter sensibilidade e visão crítica neste tipo de atividade, de modo a evitar conflitos sociais e econômicos que podem surgir quando lidamos com objetos deste tipo. A fetichização das mercadorias faz com que muitas vezes o valor e uso de um determinado produto transcenda o seu devido valor financeiro, de modo a servir como fonte de ostentação e afirmação social e cultural.

Já no segundo capítulo apresentamos a poderosa ferramenta chamada MIT App Inventor. Conforme discutimos, esta ferramenta permite que leigos, como por exemplo estudantes de Ensino Médio e entusiastas em geral, que nunca tiveram contato anterior com a lógica da pro-

gramação de computadores, possam utilizar blocos lógicos para montar uma grande variedade de aplicativos para o sistema operacional Android. Desta forma, o App Inventor permite um primeiro contato com a lógica da Programação de Computadores, que envolve invariavelmente a concepção e implementação de algoritmos, junto a estudantes de Ensino Médio. Como a fer- ramenta envolve o desenvolvimento de aplicativos para celular, contanto que tenhamos acesso a algum dispositivo com o Android instalado, temos em nossas mãos um laboratório de pro- gramação portátil. A grande popularidade de smartphones junto a jovens e estudantes de nível médio é mais um dos pontos fortes dessa ferramenta junto a esse público. Cabe destacar que estes dois capítulos iniciais, voltados para o Ensino de Física, de Ciências e de Programação de Aplicativos junto a estudantes de Ensino Médio têm em comum o fato de serem atividades pouco usuais e fortemente ancoradas no uso do lúdico como motivação dentro do processo de Ensino/Aprendizagem.

No terceiro capítulo, mais formal que os anteriores, estudamos um sistema físico bastante simples, composto por dois capacitores. A despeito de sua simplicidade, conseguimos analisar este sistema sob diferentes perspectivas e abordagens. Este sistema nos permitiu discutir aspec- tos fundamentais da Teoria Eletromagnética, como questões relativas à natureza da dissipação de energia por efeito Joule e a radiação eletromagnética emitida por circuitos elétricos. Também estudamos o processo de descarga capacitiva num enfoque termodinâmico, onde nos concentra- mos na irreversibilidade intrínseca a um processo de descarga. Deste modo, podemos dizer que esta parte da Tese exige maiores habilidades não só matemáticas, mas também na identificação de questões fundamentais, assim como as respectivas respostas elucidativas a estas questões.

Finalmente, no capítulo 4, apresentamos alguns resultados do nosso trabalho de Divulgação Científica (DC) nas redes sociais através do grupo Física em Cena. Nesta parte final da Tese apresentamos os resultados relativos a propagação do conhecimento estabelecido para uma es- cala maior de pessoas, saindo do universo escolar e acadêmico. Primeiramente temos uma pequena discussão introdutória a respeito dos aspectos teóricos e práticos da Alfabetização Ci- entífica e da DC. Além de apresentar um recorte do histórico da DC tanto no Brasil quanto no mundo, introduzimos as motivações que deram início ao projeto e os resultados alcançados até o momento. Através do Física em Cena, produzimos e divulgamos as séries Física em Tablet,

Química em Tablet e Experimentos de Física no Enem. Até o momento, conseguimos juntar mais de 2.000 inscritos em nosso canal do Youtube, e mais de 50.000 seguidores em nossa página no Facebook, junto a um grande retorno positivo do público.

Esperamos que como consequência dos trabalhos aqui apresentados consigamos fomentar de alguma maneira outras iniciativas nas diferentes linhas apresentadas, além de estabelecer parcerias e desenvolver em maiores detalhes algumas das questões não respondidas e não in- vestigadas dos sistemas já estudados.

Referências e comentários

[1] L. P. Vieira, Ondas sonoras estacionárias em um tubo: análise de problemas e sugestões, Instituto de Física da UFRJ, Dissertação de Mestrado, 2013.

[2] L. Vieira e V. O. M. Lara, Macrofotografia com um tablet: aplicações ao Ensino de Ciências, Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 3, 3503 (2013).

[3] Imagem retirada de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Green-laser-pointer-dpss-diagrams.jpg.

[4] Imagem retirada do vídeo: http://www.youtube.com/watch?v= bk3mqBTHdtA.

[5] Imagem retirada do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v= jWL1Quobjyc.

[6] D. A. Russell, “Acoustics and Vibration Animations”http://www.acs.psu.edu/ drussell/Demos/StandingWaves/StandingWaves.html. Acesso em 03/08/2013.

[7] L. Vieira, D. F. Amaral e V. O. M. Lara, Ondas sonoras estacionárias em um tubo: análise de problemas e sugestões, Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 1, 1504 (2014).

[8] V. Korniienko, página para download do SGenerator Lite na Apple Store https: //itunes.apple.com/br/app/sgenerator-lite/id545708475?mt=8. Acesso em 03/08/2013.

[9] Imagem retirada do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v= OFH-GBFg8Xo.

[10] A. Wiltschko, página para download do oScope Lite na Apple Store https:// itunes.apple.com/br/app/oscope-lite/id373858824?mt=8. Acesso em 03/08/2013.

[11] V. O. M. Lara, D. F. Amaral, D. F. Faria e L. P. Vieira, Demonstrations of magnetic phenomena: Measuring the air permeability using tablets, Physics Education, v. 49, n. 6, p. 658 (2014).

[12] Página do MagnetMeter na Apple Store https://itunes.apple.com/us/app/ magnetmeter-3d-vector-magnetometer/id346516607?mt=8, Accessed: 16/02/2013

[13] Para determinar a distância interna d nós utilizamos uma agulha feita por um material imantável. Movendo a ponta da agulha sobre a superfície da tela nós podemos obter a posição onde o campo magnético assume seu valor máximo. Esta será a localização do sensor.

[14] Para mais informações sobre o Gnuplot acesse: http://www.gnuplot.info/. [15] D. J. Griffiths, "Introduction to Electrodynamics", Benjamin Cummings, 3 ed, 1999. [16] L. Vieira, D. F. Amaral e V. O. M. Lara, Demonstração da lei do Inverso do quadrado

com o auxílio de um tablet/smartphone, Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 3, 3505 (2014).

[17] J. A. Lind, The Science of Photography, acesse em: http://johnlind.tripod. com/science/scienceexposure.html(2000).

[18] Sugerimos o aplicativo LightMeter Free para o Android, que pode ser bai- xado em: https://play.google.com/store/apps/details?id=com. dq.fotometro, D. Quiles.

[19] Sugerimos o aplicativo LightMeter para o iOS, que pode ser baixado em: https://itunes.apple.com/us/app/lightmeter-by-whitegoods/ id501638921?mt=8, Whitegoods Lighting ltd.

[20] Sugerimos o aplicativo PhotographersTools para o Windows Phone, que pode ser baixado em:

http://www.windowsphone.com/en-gb/store/app/

photographerstools/3587778f-f7ed-4e13-9adb-f6ac22b756a8, A. Cristaldi.

[21] O programa Tracker pode ser baixado gratuitamente em: https://www.cabrillo. edu/~dbrown/tracker/, D. Brown.

[22] A. G. Bezerra Jr., L. P. de Oliveira, J. A. Lenz e N. Saavedra Vídeoanálise com o software livre Tracker no laboratório didático de Física: movimento parabólico e Segunda Lei de Newton, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 29, n. Especial 1: p. 469-490, (2012). [23] Assista ao nosso vídeo Física na Copa em: https://www.youtube.com/watch?

v=pp99_t4NiG0, grupo Física em Cena.

[24] Veja os vídeos produzidos no IFRJ Campus São Gonçalo em: https://drive. google.com/drive/#folders/0B5NZB4dWOVpzd0dsdEhSUlpNdjg. [25] MIT App Inventor, veja em: http://appinventor.mit.edu/explore/. [26] Tutoriais do MIT App Inventor, veja em: http://appinventor.mit.edu/

explore/ai2/tutorials.html.

[27] Aplicativo Vidrarias, veja em : https://play.google.com/store/apps/ details?id=appinventor.ai_fisicaemtablets.Vidraria&hl=pt_ BR

[28] H. Abelson, G. J. Sussman, Structure and Interpretation of Computer Programs, 2 Ed., MIT Press (1996).

[29] Veja uma lista de linguagens de programação de caráter pedagógico em https:// www.dmoz.org/Computers/Programming/Languages/Education. [30] Veja uma das propostas que se utilizam do RPG disponíveis no portal do MEC em:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html? aula=19846.

[31] Veja em: http://newsoffice.mit.edu/2010/android-abelson-0819 [32] O Eclipse é um ambiente de desenvolvimento multilinguagem, veja em: https://

www.eclipse.org/.

[33] D. E. Knuth, The Art of Computer Programming, V. 1, 3 Ed., Addison-Wesley (1997). [34] Veja o portal MyPhysicsLab, que discute em detalhes a implementação do Pêndulo de

Base Girante: http://www.myphysicslab.com/pendulum1.html. [35] R. A. Powell, Am. J. Phys. 47(5), 460, 1979.

[36] R. P. Mayer, J. R. Jeffries, and G. F. Paulik, IEEE Transc. Educ., 36, 307, 1993. [37] S. M. Al-Jaber, and S. K. Salih, Eur. J. Phys 21, 341, 2000.

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[39] C. A. Balanis, Antenna Theory - Analysis and design (John Wiley & Sons, New Jersey), 3rd ed. 2005.

[40] J. D. Jackson, "How an antenna launches its input power into radiation: The pattern of the Poynting vector at and near an antenna", Am. J. Phys. 74(4), 280-288 (2006).

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[42] M. L. Boas, Mathematical Methods in the Physical Sciences 2rd Ed., John Willey & Sons, 1983.

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[51] A. L. Fetter, J. D. Walecka, Quantum Theory of Many-Particle Systems, 1 Ed., Dover (2003).

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[63] Revista Superinteressante, acesse: http://super.abril.com.br/. [64] Revista Ciência Hoje, acesse: http://cienciahoje.uol.com.br/.

[65] Revista Ciência Hoje das Crianças, acesse: http://chc.cienciahoje.uol. com.br/.

[66] E. Alisson, Interatividade da internet mudou a forma de comunicar a ciência, acesse: http://www.revistahcsm.coc.fiocruz.br/

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[67] A. E. Zaluar, Doutor Benignus (1875).

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[70] M. Lajolo, A figura do negro em Monteiro Lobato, artigo online, acesse em: http:// www.unicamp.br/iel/monteirolobato/outros/lobatonegros.pdf (1998).

[71] A. Pinzani, O Natural e o Artificial: Argumentos Morais e Políticos contra a Eugenia Positiva seguindo Habermas e Foucault, ethic - An international Journal for Moral Phi- losophy, v.4, n.3, p. 361-377 (2005).

[72] G. Caldas, K. Zanvettor, O Estado da Arte da Pesquisa em Divulgação Científica no Brasil: Apontamentos Iniciais, Revista Ação Midiática - Estudos em Comunicação, So- ciedade e Cultura, n. 7 (2014).

[73] R. Dawkins, The God Delusion, Reprint Edition, Mariner Books (2008).

[74] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= 7L99NhEgNs0.

[75] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= 37cFF5Ui8e0.

[76] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= ZQA6H1sJq-s.

[77] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= 0OUEFJhVCFA.

[78] Universidade de Indiana, página para download do Temperature na Apple Store https: //itunes.apple.com/gb/app/mobile-science-temperature/

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[79] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= 6O43cfj-XqM.

[80] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= OFH-GBFg8Xo.

[81] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= WW5Rqdjw9bs.

[82] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v=pp99_ t4NiG0.

[83] N. A. Gross, M. Hersek, A. Bansil, Visualizing infrared phenomena with a webcam, American Journal of Physics, V. 73, Ed. 10, pp 986-990 (2005).

[84] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= O3UnlxaNWc8.

[85] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= as4TYDBOJ9s.

[86] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= JXMvPkzCKGM.

[87] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= TIrWrvOJqLM.

[88] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v= l93u4tH0WwY.

[89] Imagem retirada do video: https://www.youtube.com/watch?v=a9Zq_ nNAShs.