AULAS DE FÍSICA PARA AGRONOMIA: RELATO DE

EXPERIÊNCIA

Jacieli Fatima Lyra Rebello1 – lyrarebello@outlook.com

Ricardo Yoshimitsu Miyahara1 - ricardomiyahara@yahoo.com.br

Dra. Elaine Maria dos Santos1 - elainems77@gmail.com

1. Universidade Estadual do Centro-Oeste - UNICENTRO

Rua Simeão Varela de Sá, 03

Guarapuava - Paraná

Resumo: O presente trabalho traz o relato de aulas de física aplicadas a turmas de

Agronomia da Universidade Estadual do Centro-Oeste - UNICENTRO. A proposta foi

pensada para incentivar o estudo da disciplina de física pelos acadêmicos do curso de

agronomia. Foram descritos os procedimentos metodológicos para o trabalho de conceitos

de física explanados a partir do funcionamento da bomba hidráulica conhecida como

carneiro hidráulico. A situação real foi exposta aos alunos e todos os conteúdos abordados a

partir dela foram relacionados com a aplicação e unidas através de atividade com simulador

computacional. O desenvolvimento dessa atividade trouxe uma nova visão da física pelos

estudantes de agronomia. A pratica foi desenvolvida com sucesso e rendeu resultados além

da sala de aula e do aumento do interesse dos acadêmicos de agronomia pela disciplina de

física. Este trabalho faz parte de uma proposta ainda em andamento e que visa, em sua

conclusão, a produção de material específico do ensino de física para agronomia.

Palavras-chave: Física para Agronomia, proposta metodológica, contextualização,

simulador computacional.

1 INTRODUÇÃO

A preocupação com o desenvolvimento de um ensino de qualidade ultrapassa as barreiras

dos níveis em que esse ensino é pensado. Em qualquer instância o desenvolvimento de

propostas de atividades eficientes para o ensino é sempre uma preocupação pertinente.

No que compete ao ensino superior, tem-se ainda grandes desafios com relação ao ensino,

principalmente quando aos professores ministram disciplinas em cursos externos a seus

departamentos. Em geral, as aulas no interior das universidades não são pensadas e

estruturadas de forma a conduzir um ensino mais atraente para os acadêmicos. Esse

pensamento tem, possivelmente, origem na ideia de que após a escolha do curso os

acadêmicos ao optarem por alguma linha de trabalho e estudo têm, por consequência, o

cumprimento das cargas horárias das disciplinas obrigatórias.

Esse pensamento, de cumprimento de disciplinas e obrigatoriedade de cursá-las,

principalmente as que não fazem parte das abordadas pelo departamento do curso dificulta o

entendimento e interesse dessas disciplinas pelos acadêmicos, mais acentuado quando as aulas

são trabalhadas conforme o modelo tradicional de ensino. Essa situação é a que, geralmente,

ocorre com a disciplina de física trabalhada nos cursos de graduação.

A tradicionalidade de métodos e abordagens da maioria dos professores acaba por levar a

disciplina de física aos outros cursos de forma muito próxima à com que esta é ministrada no

próprio curso de física, e isso é um erro. Trabalhar a disciplina sem direcionamento e

aplicação específica a cada área torna-a monótona e desconexa com o objetivo de dar suporte

ao entendimento específico das disciplinas do currículo do curso.

O presente estudo traz a descrição de uma metodologia utilizada no curso de agronomia

da Universidade Estadual do Centro Oeste – UNICENTRO. A abordagem foi baseada em

estudo de caso sobre o carneiro hidráulico, uma bomba de transporte de água que não precisa

de motor nem qualquer outra forma de energia adicional e complementada com um simulador

para fixação do conhecimento.

2 METODOLOGIA

2.1 Justificativa

A disciplina de física é de grande importância para o curso de agronomia. Ela é base para

o entendimento de diversas disciplinas presentes na grade curricular desse curso. Trabalhar

essa disciplina com aplicações diretas do próprio curso facilita muito a compreensão dos

temas como já comprovado pelo trabalho de Nogueira e Dickman (2009).

Ovando e Cudmani ressaltam em seu trabalho uma proposta metodológica para o ensino

de física para engenharias agronômicas. Essa proposta indica que os professores devem

utilizar novas metodologias para o ensino e organizar programas situações de complexidades

variáveis para favorecer não só o aprofundamento teórico, mas também o trabalho autônomo

profissional. Ovando e Cudmani (2004).

O trabalho de Pires e Veit ressalta que o uso de Tecnologias de Informação e

Comunicação amplia as possibilidades de produzir ganhos na aprendizagem dos estudantes,

Pires e Veit (2006). A utilização desses recursos para o ensino traz grande potencial

educativo. No caso do Simulador utilizado no ensino de física para o curso de agronomia a

comparação entre a situação do carneiro hidráulico e da atividade envolve a explicação de

casos que exige dos alunos o pensamento e a elaboração de respostas que concordam com a

proposta de Ovando e Cudmani (2004).

O uso de TICs na prática docente constitui um grande desafio para o professor que

trabalhará a disciplina. Principalmente por não ter formação apropriada para efetuar essa

abordagem. Isso exige do profissional grande disponibilidade para inovar o método e

trabalhar de uma forma diferente da que foi ensinado, Rodrigues, 2009.

Mesmo sendo um desafio, o uso de TICs traz ótimos resultados ressaltando que a

dedicação do professor para inovar o método é, de fato, eficiente.

Acreditando, portanto, que trabalhar a física com aplicação em casos específicos do curso

de agronomia auxilie no entendimento e aumente o interesse dos acadêmicos pela disciplina

desenvolveu-se um curso de física para agronomia, estruturado em aplicações e estudos de

casos apoiado pelo uso de TICs no decorrer da proposta. O primeiro tema abordado foi o

carneiro hidráulico, suas aplicações e os conceitos de física envolvidos no funcionamento

dessa bomba.

Esse tipo de bomba hidráulica é utilizado em propriedades que têm reservatórios de água

em locais não apropriados para consumo e distribuição devido a uma diferença de altitude,

onde a agua precise ser transportada a um terreno mais alto que o reservatório natural. O

transporte sem a necessidade de energia elétrica auxilia os pequenos produtores que não tem

condições financeiras de arcar com gastos de uma bomba convencional (Epagri).

2.2 Desenvolvimento geral da proposta

As primeiras aulas foram destinadas a apresentação do funcionamento do carneiro

hidráulico baseados em reportagem do programa da Rede Globo de Televisão - Globo Rural.

Essa reportagem foi eleita por retratar o funcionamento e a construção de um carneiro

hidráulico com materiais alternativos, barateando ainda mais os custos da bomba e

potencializando sua viabilidade econômica.

Após a apresentação, todos os passos do trajeto da água foram descritos através de

esquemas e explanados aos alunos, dando, assim, a indicação prévia dos conteúdos que

seriam abordados explicam o funcionamento do carneiro hidráulico. Esse esquema

acompanhou e auxiliou os acadêmicos durante todo o desenvolvimento do conteúdo. A cada

avanço teórico pôde-se então, retornar ao esquema e identificar em qual momento o fenômeno

descrito acontecia.

Tendo já estruturado os passos principais do trajeto da água, foram explanados os

conteúdos teóricos necessários à compreensão do funcionamento da bomba: conservação da

energia mecânica, pressão, Princípio de Pascal, vazão, fluxo, tubo de Venturi e equação de

Bernoulli. A abordagem desses conteúdos foi feita sempre considerando o esquema inicial e

relacionando os conteúdos com os passos presentes no esquema.

Para fixação dos conteúdos ao invés de listas de exercícios, foi utilizado um simulador

computacional do site Phet Colorado que continha a demonstração dos conceitos de fluidos

trabalhados no carneiro hidráulico.

O trabalho com o Simulador foi realizado em sala, com a orientação do professor. Os

alunos utilizaram o simulador como atividade experimental, o roteiro da atividade está

contemplado no anexo I desse documento. Ao final dos testes indicados no roteiro os

acadêmicos entregavam um pequeno relatório com as respostas das perguntas de orientação.

2.3 O carneiro Hidráulico

A água uma vez armazenada em um reservatório primário (geralmente) um córrego, ou

reserva natural é conduzida para um reservatório secundário a uma altura maior que a do

primeiro reservatório.

Esse transporte é feito geralmente por uma bomba que utilize uma forma de energia

adicional para seu funcionamento, como é o caso de bombas elétricas. O carneiro pode

substituir essas bombas com a vantagem de ser mais barato e funcionar utilizando somente a

energia proveniente do reservatório primário.

A água armazenada no primeiro reservatório tem energia em forma de energia potencial

gravitacional. Quando essa água é conduzida através de uma tubulação em direção ao

carneiro, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética.

Ao chegar ao carneiro, a água atinge uma válvula (representada à direita, no destaque da

figura) essa válvula conhecida como “martelo” permite que parte da água seja lançada ao

ambiente mas com a chegada da massa é acionada pela pressão e dá um golpe, conhecido

como golpe de aríete, fechando a passagem de água. Esse golpe aumenta a pressão no interior

da tubulação e, direciona a agua para a campânula de ar, na entrada da campanula há uma

outra válvula (válvula de recalque) que impede que o fluido retorne à tubulação e, assim,

forçando a água em direção à campanula de ar. Com a chegada de mais água pela tubulação a

compressão do ar no interior da campânula aumenta a pressão interna e, essa pressão conduz a

água para uma segunda tubulação.

A segunda tubulação apresenta área de secção reta transversal menor que a primeira e,

segundo o Princípio de Bernoulli, isso ocasiona um aumento na velocidade da água. A água é

então conduzida para o segundo reservatório e assim pode ser distribuída.

Ressalta-se que o carneiro funciona somente com a energia e pressão provenientes da

movimentação das massas de água. E uma vez acionado permanece em funcionamento

contínuo desde que o fluxo de água oriundo do reservatório primário seja forte o suficiente

para acionar o martelo.

Figura 01: Ilustração do carneiro hidráulico.

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Carneiro.html

2.4 O Simulador

O simulador utilizado durante as aulas está disponível no site phetcolorado.edu e é

composto por três partes: Pressão, Fluxo e Torre d’água. Esse simulador foi escolhido, pois

suas partes contêm conteúdos coincidentes com os trabalhados em sala através da abordagem

do estudo de caso. Cada parte do simulador foi comparada com um momento específico do

funcionamento do carneiro e essa comparação foi cobrada dos alunos como forma de fixação

do conhecimento, exigindo que eles pensassem nas situações e elaborassem respostas de

perguntas do roteiro.

A atividade do simulador foi efetuada com orientação do professor e entregue pelos

alunos como forma de roteiro de atividade experimental. O roteiro está presente no anexo II

deste trabalho. A primeira parte da atividade envolvia o conceito de pressão relacionado à

coluna de água. No carneiro hidráulico a importância de se ter conhecimento desse conceito é

possibilitar ao engenheiro agrônomo a análise correta do tipo de tubulação que deverá ser

utilizada para suportar a pressão exercida pela água do reservatório primário. Na figura 01

tem-se ilustrada a situação em que os alunos foram defrontados. O simulador utilizado

dispunha de medidor de pressão, grade ou régua para se aferir a altura da coluna de água, a

possibilidade de acionar ou não a pressão atmosférica, e também a possibilidade de utilização

de dois sistemas métricos além do Sistema Internacional de Unidades.

No procedimento os estudantes deveriam descrever a diferença da medida da pressão

com o reservatório preenchido com ar atmosférico e com água. Em geral eles devem, nesse

caso, perceber que a pressão de coluna de água é muito maior do que a mesma altura da

coluna de ar e que ambas independem do formato do recipiente. Além dessa descrição

qualitativa deveriam voltar e pesquisar na base teórica qual era a equação matemática que

validava essas observações. A retomada da teoria é de grande importância, pois os alunos

puderam comprovar a real importância da formulação matemática e não só utiliza-la de forma

mecânica, como geralmente acontece.

Figura 02: Ilustração da primeira parte da atividade do simulador e sua relação com o

estudo de caso sobre o carneiro hidráulico.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/fluid-pressure-and-flow

A segunda parte do simulador, ilustrada na figura 02, foi utilizada para trabalhar a

equação da continuidade. No carneiro hidráulico a redução da área de secção transversal do

cano utilizado para o transporte da água auxilia na obtenção de uma maior altura do segundo

reservatório em relação ao primeiro. A responsável pela aplicação da equação da continuidade

no carneiro é a transição da válvula de recalque para o ducto de transição.

Nessa etapa as hastes presentes nas laterais do cano, possibilitam a variação do diâmetro

da mangueira e o medidor de velocidade possibilita a comparação e comprova a dependência

desses parâmetros.

Na atividade os alunos deveriam calcular a velocidade com diferentes diâmetros de cano

e comparar seus resultados teóricos com a velocidade que o marcador do simulador indicava

em cada caso.

Figura 03: Ilustração da segunda parte da atividade do simulador: pressão e fluxo de um

fluido em movimento.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/fluid-pressure-and-flow

A terceira parte da atividade envolvia dois assuntos de grande importância para o caso

trabalhado: a relação da coluna de água do reservatório e o alcance e a velocidade da água que

sai desse reservatório e, além disso, o princípio de conservação de energia mecânica está

presente nessa etapa e é comparado em uma etapa muito importante do carneiro hidráulico.

Figura 04: Ilustração da terceira parte da atividade do simulador: torre d’água.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/fluid-pressure-and-flow

No caso do carneiro, o transporte d’água para uma altura maior do que do reservatório

primário em uma primeira análise pode confundir os estudantes sobre a validade do princípio

de conservação da energia. Daí a importância de se trabalhar detalhadamente esse conceito.

Ao analisar a conservação da energia pela energia potencial gravitacional o aumento da

altura é explicado pela redução da massa de água que ocorre na válvula do martelo.

Essas três etapas compõem um resumo dos principais conteúdos para auxiliar os

estudantes a compreender o funcionamento do carneiro hidráulico. Além disso, a atividade do

simulador é muito lúdica e possibilita aos estudantes fazer suas próprias alterações de

parâmetros e observar o que pode acontecer como consequência. Essa autonomia dada aos

estudantes auxilia no aprendizado, aumenta o interesse deles pela disciplina e transforma o

processo de ensino aprendizado em algo leve e tranquilo.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Além da entrega dos relatórios pelos acadêmicos observou-se grande interesse dos

mesmos pelo estudo do tema e ótimo desempenho, da maioria da turma, na avaliação.

Durante a explanação dos conteúdos os alunos participavam muito da aula, levantavam

questões, faziam comparações, traziam questões novas e discutiam aplicações já vivenciadas

semelhantes ao tema abordado.

A interação e participação dos estudantes foi incentivada pelo método. Em geral, as aulas

teóricas composta de deduções e explanações sem contextualização não instigam a

participação e relação do tema com situações do cotidiano dos alunos. Parte dos estudantes,

após o contato com o tema desenvolveram projetos interdisciplinares relacionando o carneiro

hidráulico com outras situações como, por exemplo a comparação do carneiro com a roda

d’água e também o estudo da aplicação dessa bomba em formas de cultivo hidropônico.

Os acadêmicos conseguiram entender a importância da física para sua formação, notaram

o quanto a física é aplicável em áreas próprias da engenharia agronômica e isso auxiliou

muito no aprendizado.

Além disso, a atenção dos estudantes durante a realização da atividade do simulador

mostrou como essa proposta é eficiente. Eles articularam respostas de questões que antes

passavam despercebidas, e questionavam mais sobre temas que, anteriormente, não os

despertava interesse. Isso potencializa o processo de ensino-aprendizagem e auxilia na fixação

do conhecimento e a aquisição de novos conhecimentos.

Os alunos foram muito bem avaliados nas respostas dos roteiros entregues e seus

depoimentos gerais percebidos durante as aulas eram de elogios sobre a realização da

atividade e o quanto ela contribuiu para sua formação.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As atividades relacionadas ao carneiro hidráulico foram satisfatórias, proporcionando aos

alunos e ao professor a troca de ideias e experiências.

Apesar das dificuldades enfrentadas pela rotina e pelo tempo necessário à preparação do

tema, teve-se uma resposta tão satisfatória por parte dos acadêmicos que todos os esforços e

tempo dedicados foram muito bem empregados e resultaram em um ensino mais efetivo.

Os acadêmicos tiveram mais interesse na disciplina de física, melhoraram seu

desempenho e se dedicaram mais aos estudos.

O simulador trouxe para as aulas de física uma aproximação maior com a realidade.

Relacionar os conteúdos teóricos, o funcionamento do carneiro e a correspondência desses

temas com o simulador enriqueceu as aulas e facilitou o entendimento dos acadêmicos.

A utilização de simuladores no ensino superior é encarado pelos acadêmicos como um

aprendizado de forma lúdica e quando bem preparado e abordado traz muitas contribuições

para a evolução do processo ensino-aprendizagem.

Este relato faz parte de um trabalho ainda em execução que visa a produção de material

para ensino de física para agronomia contemplando diversas aplicações e relacionando os

conceitos de física com áreas distintas da agronomia.

Considerando o sucesso da prática abre-se a oportunidade para que propostas semelhantes

sejam montadas para outros cursos, incentivando o ensino contextualizado e a utilização de

TICs como metodologia complementar. Propostas semelhantes podem, portanto, ser montadas

para outras situações de ensino aprendizagem e aplicadas em outros cursos, bastando para isso

readequação teórica.

Gostaria de direcionar meus sinceros agradecimentos a meu marido Rudimar da Rocha

Lyra Rebello pelo apoio, incentivo e contribuições para este trabalho e para o projeto de

material didático de ensino de Física para agronomia.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Epagri – Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina, Governo do

Estado de Santa Catarina.

Globo Rural – programa jornalístico da Rede Globo de Televisão exibido em 2013 e

disponível em http://revistagloborural.globo.com/GloboRural/0,6993,EEC1510081-

4528,00.html, acesso em 04 de agosto de 2014.

Nogueira, A. L. F. S.; Dickman A. G. Ensino de Física a estudantes de Agronomia:

contextualização nas aulas práticas. XVIII Simpósio Nacional de Ensino de Física, SNEF,

2009, Vitória, ES.

Ovando M. M., Cudmani L. C.; Primeiros Resultados de una Experiência Piloto sobre

Enseñanza de la física em carreras de ingenieria agronómica. Investigações em Ensino de

Ciências – V9(3), pp. 223-242, 2004.

Pires M. A., Veit, E. A.; Tecnologias de Informação e Comunicação para Ampliar e Motivar

o Aprendizado de Física no Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 2,

p. 241-248, (2006).

Rodrigues N. C. Tecnologia de Informação e Comunicação na Educação: um desafio na

prática docente. Fórum Linguístico, Florianópolis, v.6, n.1 (1-22), jan-jun, 2009.

PHYSICS CLASSES FOR AGRONOMIA: EXPERIENCE REPORT

Abstract: This paper presents the report of physics classes applied to courses of Agronomy,

State University Midwest - UNICENTRO. The proposal is designed to encourage the study of

the discipline of physics for students of agronomy. Through the methodological procedures

were described physical concepts explained the operation of the hydraulic pump, known as a

hydraulic ram. The situation was exposed to students and all content covered from it were

attached an activity with computational simulation. The development of this activity brought a

new view of physics for students of agronomy. The practice has been developed successfully

and yielded results beyond the classroom and the increased interest of students of agronomy

by the discipline of physics. This work is part of a proposal in progress and aims, in its

conclusion, the production of specific material in the teaching of physics to agronomy.

Key-words: physics to agronomy, methodological proposal, contextualization, computational

simulator.

Anexo I – Roteiro de Atividade com o Simulador

SIMULADORES Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/fluid-pressure-and-flow

Objetivo dessa atividade: Relacionar as demonstrações experimentais on-line com os

conceitos abordados em sala sobre o funcionamento do carneiro hidráulico.

O Simulador é possui três subdivisões e essas possuem a representação dos seguintes temas:

Pressão, Fluxo e Torre d’água.

Procedimento para análise:

PRIMEIRA PARTE: PRESSÃO

1. Na primeira configuração do sistema faça a medida da pressão em pascal e anote os

valores na parte inferior (entre 9 e 10 pés) e superior (1 pé) do reservatório cheio de água;

2. Repita o procedimento para o reservatório vazio;

3. Qual a diferença encontrada nessas duas medições e qual conceito físico está

relacionado a ela?

4. Repita as medidas no segundo reservatório relacionado os dados com as medias

efetuadas no primeiro reservatório e analisando a influência da altura e da coluna de água nos

dois reservatórios.

5. Qual dos dois fatores (altura ou largura da coluna de água) têm influência no aumento

da pressão? Qual a expressão matemática que comprova essa influência?

6. Na terceira configuração posicione o medidor de pressão na linha superior à linha que

representa a altura de três metros, insira um a um os pesos aferindo a pressão após cada

inserção de massa. O que acontece com o valor da pressão nesse caso? Por que isso acontece?

7. Em qual parte do funcionamento do carneiro hidráulico podemos ver a aplicação

desses conceitos? Justique.

SEGUNDA PARTE: FLUXO

1. Com as configurações iniciais faça as medidas de velocidade e fluxo em três pontos do

cano. Quais as características desses valores (são iguais ou diferentes), o que explica essa

característica?

2. Efetue a medida com a régua da largura do cano, em seguida diminua a área de seção

reta do cano para 1m (medida correspondente da régua). Com esses dados e o dado da

velocidade já aferida no item 1 faça calcule o valor da velocidade no interior da seção reta de

1m.

3. Efetue a medida da velocidade na seção reta de 1m utilizando o medidor de velocidade

e compare-a com o item 2. O que pode-se concluir dessa observação?

4. Aumente a largura do cano para 4m e refaça o procedimento indicado nos itens 2 e 3

para essa nova largura.

5. Enuncie o princípio teórico envolvido na explicação desse fenômeno.

6. Qual trecho do funcionamento do carneiro é explicado por esses conceitos? Descreva

o que acontece no carneiro hidráulico comparando com o simulador.

TERCEIRA PARTE: TORRE D’ÁGUA:

1. Encha o reservatório e, em seguida abra a passagem da água, marque com auxílio da

régua o alcance da água quando o reservatório está praticamente cheio. Observe e descreva o

que acontece com a água que sai do reservatório.

2. Repita o procedimento 1 mas agora com o ícone “coincidir com o vazamento” ativado.

Novamente observe e descreva o que acontece. Qual a principal diferença entre os dois casos?

3. Posicione o marcador de velocidade na saída da água e repita os procedimentos 1 e 2.

O que é possível notar sobre essas informações?

4. Insira a mangueira no reservatório, ative a opção “coincidir com o vazamento”

compare a altura que o fluxo de atinge com a altura da torre. Qual conceito explica essa

observação?

5. No caso do carneiro hidráulico há uma diferença grande entre a altura do reservatório

primário e do reservatório secundário. Esse simulador (com o auxílio da mangueira)

representa uma forma de transporte de água. Qual a diferença entre esses dois casos que faz

com que o carneiro hidráulico possa transportar água para uma altura maior que a altura do

reservatório primário?