UTILIZAÇÃO EM AULAS EXPERIMENTAIS NO ENSINO MÉDIO
MACHADO, Claudiely Stresser1 - PUCPR Grupo de Trabalho – Práticas e Estágios na Licenciatura Agência Financiadora: CAPES – PIBID
Resumo
O presente trabalho é o resultado de uma prática pedagógica com o intuito de auxiliar a compreensão dos alunos na disciplina de Física do Ensino Médio de uma escola pública e com poucos recursos, em relação a materiais de laboratório na área da Física. Utilizando um conteúdo bastante amplo no 1º ano do Ensino Médio – Mecânica – e fazendo estudo do movimento em um plano inclinado. Com recursos comuns e baratos, foi construída uma rampa com inclinação de aproximadamente 5º, para realização de análise do movimento, feita em um primeiro momento manual e depois utilizando instrumento de medição – um cronômetro. Em seguida, comparados os resultados obtidos em ambas as situações. A medição manual forneceu dados que foram organizados em forma de tabelas e gráficos e depois comparados aos obtidos com a ajuda do cronômetro, também organizados em gráficos e tabelas. A comparação dos dados demonstrou que utilização de instrumentos fornece dados com maior precisão, visto que em um caso o desvio relativo percentual ultrapassou os 25% tolerados e previstos, enquanto que nos outros casos esse desvio variou entre 11 e 19%. Esse desvio percentual foi atribuído à paralaxe, situação de erro sistemático atribuído á prática experimental. A paralaxe é a diferença na posição aparente de um objeto visto por observadores posicionados em diferentes posições, vem do grego e significa alteração. Na forma citada nesse trabalho, significa a diferença na posição de um corpo devido ao ângulo de observação. O intuito foi demonstrar que é possível produzir materiais utilizando produtos de baixo custo, e até mesmo desprezados para qualquer outra utilização, já que na maioria das escolas publicas o material para aulas experimentais são escassos.
Palavras-chave: Plano inclinado. PIBID. Produção de materiais experimentais. Introdução
Este trabalho foi desenvolvido no Colégio Estadual Santa Cândida, em função da presença do projeto PIBID na mesma. Com o objetivo de dispor de materiais para uso
1 Acadêmica do 3º período do curso de Licenciatura em Física da PUC-PR. Bolsista de Iniciação à Docência do
experimental em aulas de física de baixo custo, visto a dificuldade de adquirir materiais de laboratório pelas escolas públicas.
Pensando nas dificuldades encontradas em sala de aula, tanto por alunos quanto por professores, desenvolvemos materiais que possibilitem a integração dos alunos com a disciplina de forma que estes gostem daquilo que vem em sala e consigam visualizar a teoria, que muitas vezes fica abstrata.
De início, formamos duas bancadas com o mesmo equipamento: uma rampa para estudo do movimento uniforme. Embora a escola em questão, conte com grande número de equipamentos laboratoriais, na área da física são poucos por isso o interesse em desenvolver esse tipo de material.
Desenvolvimento
O primeiro estudioso a se dedicar as causas do movimento, foi Aristóteles. Ele afirmava que um corpo abandonado de uma certa altura, chegaria ao solo no menor tempo quanto maior fosse sua massa.
As ideias aristotélicas sobre movimento prevaleceram cerca de dois mil anos. Apenas no século XVII, houve novas explicações sobre o movimento dos corpos, quando Galileu deu um grande passo com a afirmação de que “Qualquer velocidade, uma vez estabelecida num corpo, permanecerá constante desde que não existam causas de aceleração ou retardamento, fenômeno que só será observado em planos horizontais e com o mínimo atrito possível. (Princípio da Inércia)”. Galileu também estudou a queda dos corpos, verificando que dois corpos, de massas diferentes, lançados da mesma altura chegam ao solo no mesmo instante, provando o contrário do que Aristóteles dizia.
Como a maior dificuldade em medir os intervalos de tempo era precisão, já que Galileu não possuía instrumentos adequados e a queda livre é um movimento muito rápido o que impossibilita os sentidos humanos de captá-lo com precisão, ele utilizou o plano inclinado: superfície plana que forma com a horizontal, um ângulo menor que 90º. O plano inclinado diminui a atuação da aceleração da gravidade facilitando a analise do movimento.
O objetivo desse experimento usando o plano inclinado é medir manualmente os intervalos de tempo e comparar com os intervalos de tempo medidos com auxilio de um cronômetro simples.
Procedimento experimental
Foi utilizada uma rampa de madeira com inclinação de aproximadamente 5° e um metro de comprimento. Um trilho de PVC colado à madeira que serve de “trilha” para a esfera a ser colocada em movimento. Foram demarcadas seis posições: 0m (posição inicial), 0,18m, 0,36m 0,54m, 0,72m e 0,94m e para cada posição realizadas cinco medidas de tempo. Conforme Tabela 1.
Figura 1 – montagem da rampa. Fonte: arquivo do autor.
Tabela 1 – medidas de tempo
t1(s) (0,9m) t2(s) (0,72m) t3 (s) (0,54m) t4 (s) (0,36m) t5 (s) (0,18m) 2,60 1,90 1,60 1,00 0,80 2,40 1,90 1,70 1,30 0,80 2,60 1,90 1,60 1,40 0,70 2,80 1,90 1,40 1,30 0,75 2,80 1,90 1,70 1,35 0,70
Fonte: Dados organizados pelo autor.
Para todas as medidas de tempo, usamos o mesmo ângulo, ou seja, a posição inicial sempre a mesma.
De posse dos dados, construímos o gráfico da posição versus tempo (x)x(t), velocidade versus tempo (v)x(t), e aceleração versus tempo (a)x(t) (sendo que para t utilizamos o tmédio calculado através dos dados da Tabela 1):
Gráfico 1.
Fonte: dados organizados pelo autor
Fonte: dados organizados pelo autor
A inclinação da rampa foi definida pelo Teorema de Pitágoras (a2 = b2 + c2).
Figura 2.
Fonte: o autor.
Usando a = 1, b = 0,08 e c = 0,9936, e as relações entre catetos e hipotenusa, calculamos o ângulo de inclinação.
logo, , portanto: .
Para calcular a velocidade, utilizamos a equação da velocidade para o movimento uniformemente variado (considerando g constante no local da experiência), logo
.(eq1)
Sendo v0 = 0, . Na equação da posição temos: ,
usando e , temos: . Isolando temos: (eq2).
Substituindo a (eq2) em (eq1), obtemos a (eq3): , que utilizamos para calcular a velocidade v, da Tabela 2.
Tabela 2 - resultados t(s) x(m) v(m/s) 0,75 0,18 0,48 1,27 0,36 0,57 1,60 0,54 0,67 1,90 0,72 0,76 2,64 0,90 0,68 Fonte: dados organizados pelo autor.
Em seguida, o trilho de PVC é revestido com papel alumínio (condutor) e adaptada em cada posição marcada uma bandeirinha, conforme Figura 5. Um cronômetro simples adaptado é conectado aos sensores, Figura 3 e Figura 4, através de garras do tipo boca de jacaré, Figura 6.
Figura 3 Figura 4 Figura5 Figura 6
Ao ser solta, a esfera entra em contato com a base metálica e a bandeirinha colocada em cada posição acionando o cronômetro, que é desligado quando a esfera passa pelo segundo ponto, ou posição marcada. Para cada posição foram feitas quatro medidas de tempo e calculando a média de cada um deles, para efeito de cálculos, conforme Tabela 3.
Tabela 3 – tempos medidos pelo cronômetro
t1(s) (0,9m) t2 (s) (0,72m) t3 (s) (0,54m) t4 (s) (0,36m) t5 (s) (0,18m) 2,03 1,78 1,44 1,00 0,62 2,07 1,66 1,41 1,12 0,69 1,94 1,72 1,47 1,13 0,66 2,00 1,60 1,44 1,03 0,63 tmédio 2,01 1,69 1,44 1,07 0,65
Fonte: dados organizados pelo autor.
Usando os mesmo artifícios de construção de gráficos utilizados na primeira etapa, obtivemos os seguintes gráficos:
Gráfico 3. x (m) x t(s) 0,65; 0,18 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 t (s) x ( m ) x (m)
Fonte: dados organizados pelo autor.
Gráfico 4.
Fonte: dados organizados pelo autor.
Para os cálculos, utilizamos o mesmo método matemático utilizado anteriormente e obtivemos os seguintes dados:
Tabela 4 – resultados dos cálculos
t (s) v(m/s) x(m) a(m/s2) 2,01 0,895522 0,90 0,44 1,69 0,852071 0,72 0,50 1,44 0,750000 0,54 0,52 1,07 0,672897 0,36 0,63 0,65 0,553846 0,18 0,85
Fonte: dados organizados pelo autor.
Comparando os valores obtidos pela Tabela 2 com os da Tabela 4, verificamos que a diferença obtida nos intervalos de tempo representa o tempo de reação para acionar o
cronômetro. Sendo, esse tempo calculado pelo , assim
.
Tabela 5 – intervalos de tempo para cada espaço ∆t (s) x (m) 0,63 0,90 0,21 0,72 0,16 0,54 0,20 0,36 0,10 0,18
Fonte: dados organizados pelo autor.
Teoricamente, era esperado que o tempo de reação fosse o mesmo para todas as medidas, mas atribui-se essa diferença ao erro sistemático, no caso, paralaxe (deslocamento aparente de um referencial, causado pelo deslocamento do observador).
O desvio relativo percentual da medida, foi calculado, como:
Sendo o , o tempo medido pelo cronômetro.
Tabela 6 – desvios relativos das medidas
Desvio Relativo Percentual Tempo medido
Fonte: dados organizados pelo autor.
Como pode-se observar na Tabela 6, o maior desvio percentual foi para o maior que corresponde ao maior espaço (0,90m),sendo atribuído então à paralaxe.
Considerações Finais
Este trabalho teve por objetivo ajudar alunos do ensino médio na compreensão do conceito de Movimento Uniforme e mostrar o quanto o uso de um instrumento para obtenção de dados, por mais simples que seja – no caso um cronômetro, modifica os resultados.
REFERÊNCIAS
FERNANDES, Marcelo; ULLMANN, Vanessa Michele. Rolamento de uma bola em um
plano inclinado – experimento para o ensino médio. Artigo publicado no XVIII Simpósio
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, John. Fundamentos da Física Vol.1
Mecânica. 7ª Edição – Rio de Janeiro: LTC 2010.
SILVA, Cláudio Xavier da; BARRETO FILHO, Benigno. Física Aula por Aula: mecânica. 1ª Edição – São Paulo: FTD 2010.
VOSGERAU, D. S. A. R.; PASINATO, N. Proposta de indicadores para avaliação dos
