O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA … · A incorporação constante de novas tecnologias é...
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O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA
LEANDRO CARLOS QUIMA
Dissertação de Mestrado apresentada
ao Programa de Pós-Graduação da
Universidade Federal do Rio de
Janeiro – Campus Macaé, no Curso de
Mestrado Profissional em Ensino de
Física (MNPEF), como parte dos
requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior
Corientador:
Prof. Dr. Claudio Ccappa
MACAÉ - RJ
Maio de 2018
ii
O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA
Leandro Carlos Quima
Orientador:
Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior
Corientador:
Prof. Dr. Claudio Ccappa
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da
Universidade Federal do Rio de Janeiro – Campus Macaé 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.
Aprovada por:
_______________________________________________
Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães
_______________________________________________
Prof. Dr. Raphael Nunes Púpio Maia
_______________________________________________
Prof. Dr. Carlos Eduardo Magalhães Aguiar
iii
iv
Dedico este trabalho a todos os profissionais que buscam novas ferramentas para a melhoria na qualidade de ensino, na esperança da construção de um país mais justo. Possamos todos ser beneficiados por ele.
v
Agradecimentos
Agradeço a Deus pelo dom da vida! À minha família pelo apoio. Aos meus professores
pelas excelentes aulas, em especial ao meu orientador Prof. Antonio Candido de
Camargo Junior. Aos alunos do Instituto de Educação de Nova Friburgo e do
Educandário Miosótis por participarem voluntariamente das atividades desenvolvidas.
Agradeço imensamente aos alunos da licenciatura em Física do CEFET-RJ, campus
Nova Friburgo, participantes do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à
Docência que me acompanharam durante esta importante etapa.
vi
EPÍGRAFE
Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua própria produção ou a sua construção. (Paulo Freire)
vii
RESUMO
O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA
Leandro Carlos Quima
Orientador:
Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior
Corientador:
Prof. Dr. Claudio Ccappa
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino
de Física (PPGEF) 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.
A incorporação constante de novas tecnologias é uma necessidade
premente para a atualização, eficácia e melhoria dos processos de ensino-
aprendizagem. No presente trabalho desenvolvemos um produto educacional
(Trilhas de Aprendizagem) que incorporam o uso de smartphones como
ferramenta didática para coletas de dados. Ao todo foram desenvolvidas cinco
Trilhas de Aprendizagem que utilizam alguns sensores do aparelho, como o
microfone, o acelerômetro, o barômetro, o magnetômetro e o GPS, associados
a aplicativos que funcionam junto aos sensores. As trilhas foram aplicadas com
alunos das escolas pública e privada, procurando associar as atividades ao
currículo escolar. Constatamos que a familiaridade que os alunos têm na
utilização de seus aparelhos (smartphones) é um grande facilitador e seu
uso possibilitou um estudo mais aprofundado dos conceitos físicos envolvidos,
também favorecendo o desenvolvimento de habilidades e competências, e uma
aprendizagem mais significativa.
Palavras-chave: ensino de Física; tecnologia, smartphone.
viii
ABSTRACT
THE SMARTPHONE AS A PHYSICS LAB
Leandro Carlos Quima
Supervisor:
Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior
Co-supervisor
Prof. Dr. Claudio Ccappa
Master's Dissertation submitted to the Post-graduate Program in Physics
Teaching (PPGEF) in the Professional Master's Degree Course in Physics
Teaching (MNPEF), as part of the requirements necessary to obtain the Master's
Degree in Physics Teaching.
The constant incorporation of new technologies is a pressing necessity for
the updating, effectiveness and improvement of the teaching-learning processes.
In the present work, we have developed an educational product (Learning Tracks)
that incorporate the use of smartphones as a didactic tool for data collection. In
all, five Learning Tracks have been developed that use some sensors of the
device, such as the microphone, the accelerometer, the barometer, the
magnetometer and the GPS, associated to applications that work close to the
sensors. The tracks were applied with students from the public and private
schools, seeking to associate activities with the school curriculum. We found that
the students familiarity with the use of their smartphones is a great facilitator and
their use made possible a more in-depth study of the physical concepts involved,
also favoring the development of skills and competences and a more significant
learning.
Keywords: Physics teaching; technology, smartphone.
ix
SUMÁRIO
Capítulo 1 - A inserção do smartphone no processo de ensino - aprendizagem 1
1.1 - Metodologias ativas. .................................................................... 2
1.2 O laboratório de ciências. .............................................................. 5
1.3 Experiências no uso do smartphone como instrumento de
aprendizagem. ................................................................................................ 8
Capítulo 2 - Alguns sensores ........................................................................... 10
2.1 O acelerômetro............................................................................. 10
2.2 O barômetro ................................................................................. 12
2.3 O magnetômetro. ......................................................................... 14
2.4 O microfone .................................................................................. 15
2.5 Sistema de Posição Global (GPS) ............................................... 15
Capítulo 3 - Trilhas de aprendizagem .............................................................. 17
3.1 Explorando o Espectro Sonoro: frequência e nível sonoro .......... 19
3.1.1 Frequência ............................................................................. 21
3.1.2 Nível sonoro........................................................................... 27
3.2 Pressão atmosférica ..................................................................... 30
3.3 Atrito cinético ................................................................................ 33
3.4 Campo magnético de um eletroímã ............................................. 39
4.6 A circunferência terrestre ............................................................ 44
Capítulo 4 - Conclusão ..................................................................................... 53
Referências Bibliográficas ................................................................................ 56
Apêndice Trilhas de Aprendizagem....................................................................58
A.1 Explorando o Espectro Sonoro
A.2 Pressão Atmosférica
A.3 Atrito cinético
A.4 Campo magnético de um eletroímã
A.5 Circunferência terrestre
1
Capítulo 1 - A inserção do smartphone no processo de
ensino - aprendizagem
Um dos maiores desafios nos espaços educativos, principalmente na Educação
Básica, refere-se à significação dos conteúdos abordados pelo docente por parte dos
alunos. A fim de tornar o processo ensino-aprendizagem mais eficaz, a concepção de
desenvolvimento deve ser atrelada ao convívio entre as pessoas e suas relações com a
sociedade a qual estão inseridas. Neste contexto, na visão de David Ausubel (1918 –
2008) a aprendizagem significativa deve ser aquela em que ideias expressas
simbolicamente interajam de maneira substantiva e não arbitrária com aquilo que o
aprendiz já sabe. [1]
Os processos cognitivos se dão por meio de diversas interações do estudante com
o meio em que vivem, extrapolando as barreiras do relacionamento professor-aluno.
Autores indicam que os discentes desenvolvem habilidades de raciocínio complexas
quando efetivamente engajados com o material que estão estudando e que atividades
cooperativas são uma excelente forma de envolver os alunos. [2] O aumento no número
de dispositivos conectados à internet ao longo dos anos promove a interação instantânea
entre alunos e professores.
Em 2003, havia aproximadamente 6,3 bilhões de pessoas vivendo no planeta e
500 milhões de dispositivos conectados à Internet. Ao dividir o número de dispositivos
conectados pela população mundial, descobrimos que existia menos de um (0,08)
dispositivo por pessoa. Estes dispositivos conectados são computadores, automóveis,
fechaduras, eletrodomésticos e celulares, em especial, os smartphones. Com base na
definição do Cisco IBSG [3], a Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) é uma
tendência dos dispositivos utilizados no cotidiano estarem conectados à internet. A IoT
não existia em 2003, pois o número de itens conectados era relativamente pequeno
considerando que dispositivos atualmente onipresentes, como smartphones, estavam
sendo apresentados. Por exemplo, Steve Jobs, CEO da Apple, não revelou o iPhone até 9
de janeiro de 2007 na conferência Macworld. O crescimento explosivo de smartphones e
tablets levou o número de dispositivos conectados à Internet até 12,5 bilhões em 2010, à
2
medida que a população humana chegou a 6,8 bilhões, tornando o número de dispositivos
conectados por pessoa superior a 1 (exatamente 1,84) pela primeira vez na história. [4]
No Brasil um estudo realizado pelo Comitê Gestor da Internet no Brasil (CGI.br),
pelo Centro Regional de Estudos para o Desenvolvimento da Sociedade da Informação
(Cetic.br), e pelo Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR (NIC.br) [5] mostra
que o telefone celular é o dispositivo utilizado para o acesso individual da internet pela
maioria dos usuários: 89%, seguido pelo computador de mesa (40%), computador portátil
ou notebook (39%), tablet (19%), televisão (13%), e videogame (8%). De acordo com o
levantamento, 56% da população brasileira usaram a internet no telefone celular nos três
meses antes da pesquisa. A proporção era de 47% em 2014, e de 31% em 2013.
O tipo de conexão mais utilizada nos celulares passou a ser o wifi, com 87% dos
usuários, seguido pelo 3G ou 4G (72%). Em 2014, o wifi correspondia a 74% e o 3G ou
4G a 82%.
Aproveitando a popularidade dos smartphones, sua conexão com a internet e a
inserção de sensores cada vez mais modernos capazes de coletar dados como aceleração,
pressão atmosférica, campos magnéticos, ondas sonoras, intensidade luminosa, além de
recursos de localização como o GPS e gravações de vídeos em alta resolução e altas taxas
de captação, como de 240 quadros por segundo (qps), será desenvolvido um trabalho de
elaboração de atividades que explorem estas características dos smartphones. O
acelerômetro, por exemplo, é um pequeno chip que que mede a aceleração através de
osciladores nos três eixos, que permite o aparelho determinar sua orientação no espaço.
[6]
1.1 - Metodologias ativas.
Nas dependências da maioria das escolas no Brasil observa-se salas de aula com
carteiras enfileiradas, um quadro, onde o professor disserta sobre os tópicos a serem
trabalhos naquela semana, bimestre ou semestre. Os alunos na maior parte do tempo
utilizam-se dos sentidos da visão e da audição como instrumentos de aprendizagem.
Sobre suas mesas, ou guardados em suas mochilas por determinação dos dirigentes
escolares, estão seus dispositivos eletrônicos, como os smartphones. Tais aparelhos são
usados na maioria das vezes como canais para comunicação entre seus pares, através
das redes sociais ou aplicativos de mensagens instantâneas, ou como entretenimento
3
através de jogos digitais. Observa-se uma lacuna entre o sistema educacional e a
evolução tecnológica em que os alunos estão inseridos na sociedade. Tais tecnologias
poderiam colaborar para que o aprendizado fosse realizado de forma mais dinâmica,
envolvendo os alunos no processo de ensino, permitindo que tivessem mais iniciativa.
De acordo com alguns teóricos, como Pierre Levy [7] toda aprendizagem em todos os
tempos é mediada por tecnologias ativas, porém o que se discute é a necessidade de
inovar em função de tornar o aprendizado menos repetitivo e mais reflexivo.
Os atributos das novas tecnologias digitais tornam possíveis o uso das capacidades
humanas em processos diferenciados de aprendizagem. A interação proporcionada por
softwares especiais e pela Internet, por exemplo, permite a articulação das redes pessoais
de conhecimentos com objetos técnicos, instituições, pessoas e múltiplas realidades, para
a construção de espaços de inteligência pessoal e coletiva [8].
A partir da mudança necessária para um aprendizado que demande esforço,
concretude e protagonismo discente, tem se difundindo do uso de Metodologias Ativas
de Aprendizagem, que consistem em provocar mudanças de comportamento relacionado
à maneira como os alunos são desafiados em seu cotidiano. O que se pode justificar a
favor do uso dessas metodologias? Podemos elencar algumas vantagens em sua utilização
como instigar a curiosidade dos alunos, intencional e sustentada; estimulá-los a fazer boas
perguntas e não apenas aguardar pelas respostas; reconhecer a complexidade e aprender
a fazer escolhas; interrogar situações e problematizá-las; levarmos a pensar naquilo que
estão fazendo a pensar. Todas essas vantagens visam desenvolver nos alunos o
pensamento crítico e criativo, diálogo com os pares, expressão de ideias, reflexão sobre
suas próprias atitudes e valores e avaliação do feedback dos pares.
Quando o professor decide adotar metodologias específicas de aprendizagem para
promover aprendizagem ativa, ele utiliza uma percentagem maior do seu tempo a ajudar
o aluno na compreensão e desenvolvimento de competências e uma menor percentagem
na transmissão de informação, além de criar oportunidades objetivas para que o aluno
aplique e demonstre aquilo que aprendeu e receba feedback imediato do professor e dos
outros alunos. [9]
Exemplos de estratégias para desenvolver aprendizagem ativa:
a) Sala de aula invertida (flipped classroom): nessa metodologia, o professor
propõe um conteúdo e os alunos já entram em contato com ele, em casa, por meio de
4
materiais digitais como vídeo-aulas, apresentações e podcasts, antes mesmo da aula sobre
o tema. Isso não significa que o papel do professor some. Após o estudo individual, os
alunos vão para a sala de aula tirar dúvidas, debater, trazer assuntos complementares e
desenvolver projetos e atividades em grupo. Justamente o contrário do sistema
tradicional, em que o aluno aprende em uma aula expositiva primeiro e faz a tarefa de
casa sozinho, depois. Essa abordagem gera oportunidades de aprendizagem significativas,
já que a turma, presencialmente, consegue explorar um assunto em profundidade e criar
a partir do conhecimento adquirido. Além disso, a proposta respeita o tempo de
aprendizagem de cada aluno, já que ele pode selecionar qual conteúdo assistir em casa,
em que ordem acessar os materiais, revê-los sempre que houver uma dificuldade de
compreensão e fazer pesquisas paralelas. [10]
b) Aprendizagem baseada em problemas (problem-based learning): o aluno
estuda individualmente sobre determinado assunto antes da aula, e anota todas as suas
dúvidas ou dificuldades. Na aula, acontecem discussões sobre os problemas apresentados,
realizadas em grupos. Esses grupos são formados por no máximo 10 alunos, e não mais
por turmas enormes de até 100 estudantes. Desta forma, a participação de cada aluno se
torna essencial, incentivando o trabalho em grupo e a comunicação. Há dois momentos
de discussão entre os alunos: os momentos de abertura e fechamento. Na abertura os
estudantes farão a leitura e tomarão ciência da situação problema que tem a ser trabalhada.
Os grupos determinarão palavras-chave e traçarão objetivos que os ajudarão na resolução
do problema. O fechamento é quando o grupo se reúne para discutir os objetivos atingidos
e as possíveis soluções para a situação problema. Essa metodologia tem grande adesão
principalmente em cursos superiores na área e saúde, como a medicina.
c) Aprendizagem baseada em projetos (project-based learnning): aposta na
construção de conhecimento por meio de um trabalho longo de investigação que responda
a uma pergunta complexa, problema ou desafio. A partir dessa questão inicial, os alunos
se envolvem em um processo de pesquisa, elaboração de hipóteses, busca por recursos e
aplicação prática da informação até chegar a uma solução ou produto final. O produto
final pode ser apresentado utilizando recursos de mídias digitais, apresentação de slides
ou elaboração de um vídeo.
d) Ensino por colegas (peer instruction): a ideia é que o conhecimento seja
construído através da interação dos alunos. Para trabalhar com peer to peer, o professor
5
organiza a turma em duplas ou pequenos grupos de forma intencional, isto é, os alunos
escolhidos para compor os grupos devem ter habilidades e competências
complementares, para que ensinem um ao outro. Os grupos de trabalho devem ter
objetivos em comum, definidos pelo professor, que tem o papel de orientar e certificar-se
que os alunos estão trabalhando cooperativamente, garantindo que um aluno extrovertido,
por exemplo, não tenha domínio sobre outro aluno mais tímido. A avaliação é feita
durante todo o processo com a culminância da apresentação do trabalho onde os alunos
expõe o que foi aprendido e as trocas realizadas.
e) Atividades orientadas para o produto (maker spaces): os alunos são estimulados
por meio de desafios experimentais, como oficinas direcionadas para atingir objetivos e
solucionar problemas simples. Geralmente aplicada em escolas voltadas à educação
científica, estas atividades promovem um ambiente atraente e servem como oportunidade
para a aplicação de conceitos básicos de construção, medição, lógica, gerenciamento de
projeto e desenho. Nesta forma de aprendizagem, o trabalho de professores, alunos e pais
está integrado, buscando promover o conhecimento em favor do desenvolvimento na
sociedade, ajudando a formar jovens criativos, críticos e capazes de, além de detectar
demandas sociais como também de apresentar hipóteses que possam ser testadas e
aplicadas na resolução de situações problema.
As metodologias ativas são caminhos para avançar mais no conhecimento
profundo, nas competências sócio emocionais e em novas práticas. O papel do professor
hoje é muito mais amplo e avançado: não está centrado só em transmitir informações de
uma área específica; ele é principalmente um designer de roteiros personalizados e
grupais de aprendizagem e orientador/mentor de projetos profissionais e de vida dos
alunos. [11]
1.2 O laboratório de ciências.
A maioria dos professores acredita que a melhoria na qualidade do ensino de
ciências passa pela inserção de aulas práticas no currículo. Para isso, as escolas
precisam ser equipadas para atender essa demanda, além do tempo extra para o seu
planejamento e execução [12]. Porém a maioria das escolas brasileiras não dispõe
6
sequer de outros equipamentos mais básicos que os de laboratórios de ciências, como
projetores de vídeo ou computadores com acesso à internet. Nas escolas em que há
laboratórios em funcionamento, tais atividades são realizadas na maioria das vezes para
ilustrar fenômenos físicos ou para testar determinada lei física. O formato do
laboratório tradicional é uma simulação do mundo real, onde já se sabe a resposta
esperada e quando esta não é atingida, não raro, os estudantes forjam seus relatórios
para que consigam alcançar a nota ou os pontos de tais atividades [13]. Obviamente
existem vários aprendizados em uma aula de laboratório tradicional, como trabalhar
em pequenos grupos, interagir com montagens e instrumentos de medida, em que fora
do meio técnico, os alunos não teriam oportunidade, dividir responsabilidade, trabalhar
com prazo e sob tensão, afinal existem equipamentos que requerem mais atenção para
não ocorrerem acidentes.
A parir dos anos 1980, os computadores foram inseridos nos laboratórios
didáticos. O surgimento de diversos sensores como termômetros, sonares,
infravermelhos ativo e passivo, tornaram a aquisição de dados mais rápida e dinâmica.
As informações podiam ser geradas em gráficos e tabelas em que, além de poupar
tempo e esforço, os dados eram observados em tempo real, tornando mais fácil o
entendimento do que se passava no experimento. Ao inserir ferramentas
computacionais nos laboratórios, algumas novas competências são desenvolvidas em
nossos estudantes, como o raciocínio para o desenvolvimento de pequenos programas
que realizam os cálculos obtidos com instrumentos de medida conectados ao
computador, o saber lidar com planilhas eletrônicas, inseridos funções específicas para
cada experimento. Os estudantes, ao ter acesso, imediato aos dados obtidos, podem
corrigir possíveis erros, ganhando tempo no desenvolvimento de outros experimentos.
O surgimento dos smartphones nos anos 1990 e sua popularização nos anos
2000, abrem uma nova possibilidade para o aprendizado em Física. Os smartphones
são aparelhos que combinam recursos de um telefone celular com computador pessoal,
com funcionalidades avançadas que podem ser executadas por aplicações em seus
sistemas operacionais, mas permitem que milhares outras aplicações sejam
desenvolvidas. No ano de 2013 a venda de smartphones superou a de telefones
celulares convencionais, o que mostra o quanto esse tipo de aparelho se tornou popular.
A maioria dos estudantes possuem smartphones e muitos com conexão à internet.
Muitas vezes eles os utilizam de forma clandestina nas salas de aula, acessando às redes
7
sociais ou aplicativos de mensagens instantâneas. Dotados de diversos recursos, esses
aparelhos vêm de fábrica com diversos sensores capazes de realizar medições de
grandezas físicas, com os aplicativos associados, fazendo com que esses dispositivos
tenham interesse por parte dos professores de ciências. Os smartphones podem possuir
acelerômetro, sensor de proximidade, magnetômetro, luxímetro, barômetro,
microfone, GPS, câmera de vídeo (alguns até possuem câmeras que gravam em taxas
de 120 quadros por segundo) e microfone. Se bem aproveitados, podem ser
instrumentos que transformam as aulas de ciências mais dinâmicas e interativas . Este
seria o interesse por parte do professor, mas devemos também enxergar os motivos que
fazem do smartphone um aliado na busca de uma aprendizagem significativa. Os
estudantes precisam de um ambiente familiar para que possam desenvolver seu
potencial. Os smartphones já fazem parte do cotidiano da maioria dos jovens, então
aproveitar essa familiaridade e explorar o seu potencial pedagógico é imprescindível
para o professor. Ao invés de coibir sua utilização formal, proibindo até mesmo o porte
dos aparelhos nas escolas, eles deveriam ser colocados como mais uma ferramenta de
aprendizagem, em que os estudantes têm em seu poder em todos os lugares. Assim ele
pode utilizá-lo em um ambiente de aprendizagem não formal, mas que proporcione o
mesmo aprendizado do formal. Em um ambiente real e não simulado, os estudantes
podem de fato medir, por exemplo, qual o nível de ruído em sua rua e propor soluções
a fim de diminuí-lo. Até mesmo na sala de aula é possível medir o nível de
luminosidade e comparar com aquele que o ambiente deveria ter e cobrar da direção
escolar a tomada de providência para a sua correção, caso não esteja em conformidade
com parâmetros pré-determinados. A capacitação do estudante na utilização do
smartphone como recurso facilitadocurr para o aprendizado em ciências aponta para
uma possível solução do problema do laboratório tradicional em que somente roteiros
eram seguidos em busca da resposta conhecida. Para isso, os projetos político-
pedagógicos das escolas brasileiras precisam inserir em seu texto diretrizes para o uso
e manutenção dessas tecnologias, proporcionando capacitação de docentes, através de
cursos de formação continuada. Os governos precisam manter em suas unidades redes
com acesso à internet de boa qualidade, segura e acessível.
8
1.3 Experiências no uso do smartphone como instrumento de aprendizagem.
A popularização dos smartphones suscitou diversas experiências no âmbito
educacional. Diversos professores se deram ao trabalho de desenvolver projetos em
que os dispositivos pudessem ser utilizados pelos alunos como ferramentas de
aprendizagem. As primeiras experiências no uso de dispositivos móveis na educação
se deram com a utilização do Personal Digital Assitants – Assistente Pessoal Digital
(PDA), com a elaboração de conteúdo baseado na aprendizagem móvel, m-learnings,
em que o aluno pudesse ter fácil acesso de qualquer dispositivo conectados à uma rede
sem fio. A ideia de aprendizagem móvel não é exclusiva se pensarmos que os livros e
cadernos também seguem esse conceito. A diferença está no acesso a quantidade de
informação disponível, no compartilhamento de ideias, de experiências e
conhecimento, além de ampliar os espaços formais de educação. Os PDA’s
praticamente foram descontinuados no início da década de 2010, quando houve a
popularização dos smartphones. Os aplicativos desenvolvidos para essa plataforma
serviam, em sua maioria, como apoio pedagógico para cursos realizados em Educação
à Distância ou em eventos específicos como workshops. Um exemplo é o aplicativo
COMTEXT, utilizado justamente em um evento denominado “Tecnologias Móveis e
Sem Fio: o novo paradigma da ubiquidade e suas possibilidades de aplicação”
promovido pela Unisinos, em 2009, que teve a duração de duas semanas com
atividades presenciais e não-presenciais em que os participantes utilizavam o aplicativo
como apoio.
Alguns projetos desenvolvidos por professores de Física em que o smartphone
teve grande importância em suas concepções e fazem parte do acervo da página do
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, da Sociedade Brasileira de Física.
O professor André Alex de Jesus Silva desenvolveu um projeto, documentado em sua
dissertação de mestrado com o título “Aplicativo para smartphones: ficha resumo sobre
magnetismo para os alunos do 3º ano do EJA”. [14] A atividade consiste na aplicação
do Método Keller, que é um método de ensino centrado e estruturado no ensino
individual, no apoio do professor (tutor), na teoria do reforço positivo e na avaliação
imediata. Para utilizar o método Keller, é necessária uma estrutura básica do programa,
como as unidades do curso, preparar um roteiro e uma bateria de exercícios. O roteiro
9
serve para orientar o estudante e a bateria de exercícios para avaliar o grau de
aprendizagem do aluno. Esses materiais são preparados pelos professores de cada
disciplina. Para sua aplicação foi desenvolvido um aplicativo, o Fisibook, que traz
módulos sobre magnetismo que foi utilizado com alunos da 3ª série do Ensino de
Jovens e Adultos do Centro Educacional Fundamental 213, de Santa Maria – DF,
seguindo a estrutura do método Keller. Os resultados obtidos podem ser encontrados
nas referências bibliográficas deste trabalho [14]. De acordo com o texto da
dissertação, o aplicativo estava disponível na App Store, para dispositivos iOs e na Play
Store, para dispositivos Android, porem somente estava disponível na Play Store.
O professor Márcio Donizete Pereira desenvolveu outro projeto, também
documentado em sua dissertação de mestrado com o título “Estudo da poluição sonora
por estudantes do ensino médio usando smartphone”. [15] O seu projeto consiste no
desenvolvimento de uma sequência didática para conscientizar os alunos com relação
à poluição sonora. A sequência didática foi trabalhada na Escola Estadual de Vila
Olinda II, localizada em Embu das Artes – SP. A atividade foi aplicada ao longo de
quatro semanas e as aulas foram ministradas com alunos da 2ª série do Ensino Médio,
pois nesta etapa de ensino são abordados os conteúdos referentes ao trabalho
desenvolvido. O uso do smartphone se deu na quarta e última aula e consistia na
utilização do aplicativo Sound Meter, que mede a intensidade sonora do ambiente. Os
alunos realizaram diversas medidas durante as aulas e o intervalo, ao fim da atividade
houve uma discussão com os dados obtidos, remetendo-se às aulas anteriores em que
foi abordada as consequências do excesso de ruído. Ainda podemos conferir o projeto
do professor Antonio Geraldo Braga [16] que utiliza os sensores do smartphone como
instrumentos de coleta de dados para realizar experimentos em sala de aula. Na
pesquisa realizada, configura como um dos primeiros trabalhos realizados no sentido
da utilização dos sensores como ferramentas para coletas de dados e sua aplicação
didática, a pesquisa do professor Leonardo Pereira Vieira [17].
Todas as experiências acima descritas são exemplos da potencialidade do uso
do smartphone no processo de ensino e aprendizagem e, especialmente, nas aulas de
Física e serviram de inspiração para a elaboração e execução deste trabalho.
10
Capítulo 2 - Alguns sensores
Apresentamos aqui alguns dos principais sensores presentes em smartphones
que formam a base tecnológica e instrumental para o uso desses como ferramenta
didática e de investigação científica.
2.1 O acelerômetro.
Os acelerômetros podem ser construídos de várias maneiras, mas todos eles
servem os mesmos fins primários, que é medir a aceleração de um sistema. Nos
smartphones são utilizados os do tipo capacitivo. Um acelerômetro capacitivo utiliza
um mecanismo de detecção conhecido como um sensor capacitivo de aceleração, para
medir tanto a aceleração estática, gerada pela força gravitacional, como as acelerações
dinâmicas, geradas pelas vibrações do movimento. Com consideração a todos os
acelerômetros, há normalmente uma espécie de circuito elétrico ligado ao mecanismo
de detecção, a fim de representar a saída, ou tensão, das suas medições. Estes
dispositivos possuem três eixos (X, Y, Z). Nos smartphones a orientação é dada de
acordo com a Figura 2.1.
Figura 2.1. Orientação dos eixos em um smartphone
11
Para a leitura da aceleração em um smartphone existem vários aplicativos que a
realizam, tanto para sistemas Android ou iOS, como o Sparkvue (Pasco), o Aceleration
(Indiana University) e o AccelMeter (Peter Breiting). Todos eles estão disponíveis nas
lojas de aplicativos dos referidos sistemas operacionais. Basicamente a leitura que o
dispositivo faz é a diferença entre a aceleração gravitacional e aceleração de movimento
(𝑎′ = 𝑔 − 𝑎). Um dispositivo em repouso em uma superfície, registrará o valor da
aceleração resultante a’ = 9,8 m/s², conforme a Figura 2.2, outro dispositivo em queda
livre mostrará aceleração resultante a’ = 0.
Figura 2.2. Aceleração medida com o Sparkvue no modo numérico.
O aplicativo Sparkvue faz a leitura de alguns sensores on boards do smartphone como o
acelerômetro e o microfone e a leitura de sensores off boards que podem ser conectados
por bluetooth, como por exemplo sensores de temperatura, pH, pressão, corrente elétrica,
tensão elétrica, entre outros sensores. O aplicativo pode mostrar o valor da aceleração
resultante, a’¸ como também pode mostrar as componentes nos eixos X, Y e Z, que podem
estar dispostas na forma gráfica (Figura. 2,3), numérica (Figura. 2.2), tabela (2.4) ou
medidor (2.5).
Figura 2.3. Aceleração medida com o Sparkvue no modo gráfico.
12
Figura 2.4. Aceleração medida com o Sparkvue no modo tabela.
Figura 2.5. – Aceleração medida com o Sparkvue no modo medidor.
2.2 O barômetro
Os barômetros medem a pressão do ar atmosférico e muitos smartphones possuem
sensores barométricos inseridos em seu hardware. Os sensores de pressão geralmente
são construídos com materiais piezoresistivos. Esses materiais possuem a capacidade
de variar sua resistência quando submetidos a um esforço mecânico. Esse efeito é mais
comum em materiais semicondutores, como o silício e o germânio. A variação na
resistência modifica a tensão registrada e o dispositivo interpreta essa mudança como
a variação de pressão. A justificativa para a existência destes sensores nos dispositivos
é para aperfeiçoar os resultados de elevação do GPS. Muitos caminhantes o utilizam
para registrar o quanto de altitude ganham em suas atividades de montanhismo. Outros
13
usuários, no entanto, o utilizam para prever o tempo. Existem vários aplicativos
disponíveis para a sua utilização. Um deles é o Barometer and Altimeter Pro (Steffen
Bauereiss), ou o Barômetro Plus (Ngo Na), disponíveis nas lojas virtuais para iOS e
Android. As imagens abaixo ilustram o funcionamento do Barometer and Altimeter.
No intuito de se ter a previsão de chuvas ou não, a pressão atmosférica é monitorada
em um certo intervalo de tempo. A Figura 2.6 mostra a pressão medida em um certo
horário.
Ao tocar em set, a agulha laranja se alinha com a agulha preta. Com o passar do tempo,
a agulha preta se moverá. Caso a pressão atmosférica mantenha-se constante ou
aumente a tendência é de tempo firme e se a pressão diminuir, podemos nos preparar
para carregar um guarda-chuvas.
Figura 2.6. Medida de pressão atmosférica
14
2.3 O magnetômetro.
Os magnetômetros equipam a maioria dos smartphones. O seu funcionamento é
baseado no Efeito Hall. O sensor inserido no aparelho detecta o campo magnético da
Terra ao longo do eixos X, Y e Z, produzindo uma tensão proporcional à força e a
polaridade ao longo de cada eixo que é dirigido. Essa tensão é convertida em sinal
digital, representando a intensidade do campo magnético. Em cada direção podem ser
medidos campos de até mais ou menos 2 militeslas (2 mT). O magnetômetro é incluído
em um chip eletrônico na maioria das vezes em conjunto com o acelerômetro. A sua
funcionalidade se dá principalmente para obter a localização do aparelho no globo,
relacionando com o campo magnético terrestre, mostrando a direção certa em
aplicativos com o Google Maps, por exemplo. Eles também podem ser usados para
detectar metais magnéticos, portanto, magnetômetros também são utilizados em
detectores de metais. De qualquer modo, podemos utilizar diversos aplicativos para
esta medição como, por exemplo, o Magnitude (Alex Start), que exibe o campo
magnético resultante e as três componentes espaciais.
Figura. 2.7. Exibição dos valores no aplicativo Magnitude.
15
2.4 O microfone
O sensor mais comum em dispositivos eletrônicos de comunicação obviamente é o
microfone. A sua função é captar ondas mecânicas, som, e transformá-los em impulsos
elétricos que serão lidos pelo sistema. O som é captado por membranas finas que estão
afixadas em bobinas, próximas a um ímã. A sua vibração ao redor do ímã, faz com que o
fluxo magnético em torno dela seja variável, gerando uma corrente elétrica que seguirá
os padrões de uma onda sonora. Após isso, as informações podem ser tratadas de várias
formas diferentes. Os sinais elétricos podem ser digitalizados e enviados a outros
dispositivos com fins de comunicação. Existem muitos aplicativos que fazem o estudo de
variáveis físicas relacionadas ao som, como por exemplo a intensidade e a frequência.
2.5 Sistema de Posição Global (GPS)
O Sistema de Posição Global, GPS, é um sistema de geolocalização que utiliza
um conjunto de satélites que orbitam a Terra e, em solo, um receptor que indica a sua
localização. Os smartphones tem um sensor integrado que capta os sinais de quatro
satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e ainda o tempo. Então, o
receptor calcula a distância a cada um dos quatro satélites pelo intervalo de tempo entre
o instante local e o instante em que os sinais foram enviados, descodificando as
localizações dos satélites a partir dos sinais de micro-ondas e de uma base de dados
interna. O sistema surgiu nos Estados Unidos e foi oficialmente dado como operacional
em 1995. Inicialmente foi concebido para uso militar, porém foi aberto ao uso civil.
Atualmente existe também o sistema operado pelos russos. São trinta e dois satélites
em órbita a uma altitude de 19.000 km e dão duas voltas em torno da Terra por dia. A
disposição desses satélites permite que pelo menos quatro deles estejam disponíveis.
Três deles vão fazer o cálculo da posição no globo, através da triangulação. O quarto
satélite fica responsável por determinar a altitude em que se encontra o dispositivo. Na
superfície terrestre existem estações que monitoram a localização desses satélites,
recebendo a posição e a hora precisa a partir de um relógio atômico localizado em seu
interior. Nos smartphones dotados de magnetômetro e barômetro, esses dispositivos
auxiliam na geolocalização, permitindo uma localização mais precisa. Além disso,
16
também podem utilizar a rede celular para determinar sua localização, porém depende
da rede de dados da operadora de celular. Por exemplo, um satélite, através de
cálculos, diagnostica que você está a 96 km de Campinas, outro, a 77 km de Santos;
por fim a 94 km de São José dos Campos. A triangulação dos dados mostra que o
receptor se encontra em São Paulo.
Figura. 2.8 Exemplo de triangulação.
Para o funcionamento do GPS no smartphone é necessário que tenha algum
aplicativo instalado que faça a leitura do sensor. Para esta tarefa existem diversos apps
disponíveis. Optamos por utilizar o Google Maps ou Google Earth, por serem mais
conhecidos e com versões para computadores.
17
Capítulo 3 - Trilhas de aprendizagem
O conhecimento da Física permite o desenvolvimento de modelos de evolução do
Universo, a investigação do mundo microscópico das partículas que compõem a matéria,
ao mesmo tempo, permite a elaboração de novos artefatos tecnológicos, o
desenvolvimento de novas fontes de energia, criando novos produtos e materiais.
Incorporado a outros saberes, esse conhecimento tornou-se indispensável à formação da
cidadania contemporânea. O ensino de Física no Ensino Médio deve contribuir para a
formação de uma cultura científica efetiva, permitindo aos estudantes a interpretação de
fatos, fenômenos e processos naturais. Para tanto é necessário que o conhecimento seja
explorado nas atividades cotidianas através da compreensão do conjunto de equipamentos
e procedimentos, técnicos ou tecnológicos, do cotidiano doméstico, social e profissional
[18].
Os desafios em ressignificar os conceitos físicos, abandonando gradativamente a
exigência da memorização de fórmulas e suas aplicações, que é baseado em uma
concepção tradicional do ensino, onde o conteúdo a ser aprendido é mais importante do
que o aprendizado em lidar com situações em que demande dos indivíduos reflexão e
interferência na sociedade. Podemos exemplificar as equações da cinemática, em que não
há correspondência à realidade cotidiana e somente às situações idealizadas em um
contexto essencialmente hipotético. Os alunos se sentem desmotivados com esta prática,
desistindo muitas vezes de querer aprender sobre as ciências físicas, não compreendendo
sua importância no desenvolvimento humano. As diretrizes para o Ensino de Física
descritos nos PCN’s e nas orientações da Secretaria Estadual de Educação do Rio de
Janeiro (SEEDUC-RJ), apontam para a tornar o conhecimento mais concreto e
significativo.
Para melhorar a qualidade do ensino, os smartphones serão utilizados como
recurso pedagógico. O seu uso será orientado por atividades denominadas Trilhas de
Aprendizagem (TA). As Trilhas foram aplicadas no Instituto de Educação de Nova
Friburgo e/ou no Educandário Miosótis, ambas situadas no município de Nova Friburgo-
18
RJ. As temáticas escolhidas se encaixam nas diretrizes curriculares para cada unidade
escolar.
O curso normal médio é uma política de formação de professores em nível médio
que, mesmo com a expansão das universidades, não está extinto no Brasil. Sabe-se que
com a aprovação da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) nº: 9394 de
1996, esse curso perdeu espaço e prestígio para a formação superior. A LDB 9394/96, em
seu artigo 62, preconiza que, para atuar na educação básica, o docente deve ter formação
de nível superior. No entanto, no mesmo artigo, admite a formação de nível médio, como
formação mínima para lecionar na educação infantil e nos anos iniciais da educação
básica. O curso de formação de professores em nível médio tem uma carga horária
diferenciada e um currículo próprio. Enquanto as turmas de ensino médio regular têm
dois tempos de aula, com 50 minutos cada, semanalmente nas três séries, as turmas do
Curso Normal têm o mesmo número de aulas semanais, porém somente na primeira e na
terceira séries. Obviamente que o tempo exíguo fez com que a equipe pedagógica da
SEEDUC-RJ escolhesse alguns tópicos que, em suas observações, são aqueles que o
jovem professor formado para a Educação Infantil e séries iniciais do Ensino
Fundamental têm de ter conhecimento e, ao mesmo tempo, o prepare para o ingresso na
universidade. Talvez este seja um dos maiores desafios: preparar o jovem para o ingresso
em uma sala de aula com um conhecimento minimamente solidificado das ciências físicas
e dar condições para o ingresso e sua manutenção na universidade.
As atividades ao longo de um ano letivo com os alunos do Curso Normal são as
mais diversificadas possíveis, que vão desde o ensino tradicional, explorando conceitos
abstratos, utilizando-se de equações, gráficos e tabelas para a sua compreensão, passando
pela experimentação prática, seja individualmente ou somente ilustrativa por parte do
professor, a elaboração de pequenas aulas voltadas para o Ensino Fundamental, baseada
nos conhecimentos adquiridos e que possam ser transpostos para o público infantil,
atividades de campo e de teatro. É um público que pode trazer muitos frutos se bem
explorado, apesar do pouco tempo disponível. Neste contexto a inserção de novas
tecnologias no ensino traz uma contribuição imediata para os estudantes e também para
os futuros alunos que eles encontrarão em suas jornadas de trabalho. No ensino regular
da escola privada há um sistema de ensino adotado e que precisam ser cumprido os
tópicos ali propostos. Isso significa que o tempo dedicado a cada conteúdo deve ser
aproveitado ao máximo. A cada trimestre letivo há uma avaliação externa em que todo o
19
conteúdo daquele período é cobrado. Essa metodologia exige que os alunos tenham
praticamente o mesmo ritmo de aprendizado e há o enrijecimento das metodologias a
serem trabalhadas, embora há o incentivo de metodologias ativas no processo de
aprendizagem. A intenção do professor em inovar em sua metodologia independe do
sistema de ensino ou política pedagógica, depende do compromisso em proporcionar a
melhor forma de aprender.
3.1 Explorando o Espectro Sonoro: frequência e nível sonoro
Objetivo e Justificativa
A primeira Trilha de Aprendizagem desenvolvida (Apêndice A.1) utilizou o
microfone do smartphone como principal sensor. O objetivo principal é estudar o som em
suas grandezas físicas frequência e amplitude, com duas atividades que as explorem
respectivamente. Na primeira atividade o objetivo é investigar as frequências emitidas
por um instrumento, utilizando um aplicativo para afinação e na segunda atividade o
objetivo é conscientizar os alunos dos malefícios da poluição sonora, o entendimento e
importância de se conhecer sobre os níveis sonoros e sua interferência direta em nossa
qualidade de vida.
O estudo do som está inserido no estudo das ondas mecânicas, no 2º bimestre da
3ª série do Curso Normal. Uma das razões para a escolha do tema é a identificação que
todos nós temos em relação à música sobretudo os jovens. Esta aproximação com a
música pode facilitar o canal de comunicação e favorecer o aprendizado. Não são poucos
os jovens que sabem tocar algum instrumento musical, o que também é favorável. Os
aplicativos selecionados funcionam praticamente em qualquer smartphone iOS ou
Android, dependendo apenas de conexão com a internet para baixá-lo e do microfone.
Figura. 3.1. Currículo 2º bim. 3ª série Curso Normal
20
Descrição da Trilha de Aprendizagem
A TA é composta por um texto conceitual em que é abordado a Acústica, ramo da
Física que estuda os fenômenos ondulatórios relacionados ao som e suas aplicações,
discorrendo sobre como o som é formado, sua propagação, velocidade, frequência,
amplitude e comprimento de onda. Dentro desta trilha há duas atividades: a primeira
consiste em investigar as frequências emitidas pelas cordas de um violão e a segunda
consiste em investigar o nível sonoro das salas de aulas em que os alunos do Curso
Normal estagiam. O texto conceitual é o mesmo para as duas atividades, porém são
independentes, o professor que decidir pela aplicação de qualquer uma não será
prejudicado.
A primeira atividade é proposta para acontecer dentro do ambiente escolar do
aluno, em sua sala de aula ou em suas dependências. O tempo ideal é de duas aulas,
destinado à leitura do texto conceitual, investigação das frequências do violão e a
avaliação da atividade. São destinados 30 minutos para a leitura do texto conceitual
individualmente. O professor em sala de aula atua de maneira passiva, permitindo ao
educando a iniciativa de leitura. Os alunos também podem recorrer a outras fontes como
textos e vídeos da web. Neste momento da atividade é importante que o estudante tenha
percepção que ele é ativo no processo de aprendizagem e que sem sua iniciativa não há
avanços. O texto tem muitas informações técnicas e que dependem de pré-requisitos como
o conhecimento do conceito de onda e suas variáveis físicas. A sugestão é que a TA seja
trabalhada após o professor abordar, da maneira como convir, esses temas. Após o
desenvolvimento dos conceitos iniciais os alunos se dividem em grupos de, no máximo,
quatro alunos onde cada grupo porta um instrumento de corda e celulares com o aplicativo
gratuito “GStrings” – um afinador cromático para violão, violino, ou qualquer outro
instrumento de corda, ou o aplicativo “Afinador CifraClub”, que faz o mesmo papel que
o anterior. Ambos aplicativos compatíveis com os sistemas operacionais Android e iOS.
Previamente foi solicitado aos alunos a instalação de um dos aplicativos e a levarem para
a aula um instrumento de corda, preferencialmente o violão. O objetivo por parte dos
alunos é medir as frequências que cada corda presente no violão emite e comparar, com
a tabela abaixo, se estão ou não afinadas.
21
Corda 6 5 4 3 2 1
Nota Mi Lá Ré Sol Si Mi
Frequência
(Hz)
82,407 110,000 146,832 195,998 246,942 329,628
Tabela 3.1 – Frequências emitidas por cordas soltas em violão afinado
Após o registro e comparação com as notas emitidas, vêm o momento em que os
alunos têm de analisar o que é necessário fazer para afinar o instrumento. De acordo com
a equação 𝒇 =𝟏
𝟐𝑳√
𝑻
𝝁 , a frequência emitida depende do comprimento da corda L, da força
com que é tracionada T e da massa por unidade de comprimento (densidade liner) µ. No
caso, tanto o comprimento quanto a densidade linear não sofrem variações, ficando
somente a força de tração como sendo a variável. Pela equação, quanto maior a força de
tração na corda, maior será sua frequência e vice-versa. Os alunos são questionados em
relação a isso, antes de efetuar os ajustes. Os ajustes são feitos através do chamado traste.
Para cordas com frequências menores do que a padrão, aumenta-se a força e para cordas
com frequências maiores do que a padrão, diminui-se a força. Os dados devem ser
registrados em todos os momentos, em campos destinados na própria TA. Após os ajustes,
uma questão é levantada: como é possível alterar a frequência, dobrando seu valor, por
exemplo, sem modificar a tração ou a própria corda? Espera-se que o aluno pense em
diminuir seu comprimento. Diminuindo o seu comprimento pela metade, dobra-se a
frequência emitida. Este é o último passo prático da trilha.
3.1.1 Frequência
Aplicação da Trilha e Resultados
Esta atividade foi aplicada em junho de 2017 em três turmas da 3ª série do Ensino
Médio do Curso Normal, 3001, 3002 e 3003. Duas delas com participação de licenciandos
em Física do CEFET-RJ, turmas 3001 e 3003, que deram uma abordagem um pouco
diferente à aplicação e mais uma turma de acordo com a atividade descrita acima, turma
3002. Incialmente, com a turma 3002, os alunos experimentaram o momento de
autonomia em buscar o conhecimento através do texto e da web. O tempo disponibilizado,
30 minutos, foi o suficiente para a sua realização. Na atividade prática com o instrumento
de corda, muitos alunos solicitaram auxílio do professor para compreender o
22
funcionamento do aplicativo e a relação entre as cordas e as frequências emitidas por ela,
apesar de ao final a leitura todos terem manifestado que haviam entendido o texto. Após
um breve instante para sanar as dúvidas, os alunos partiram para a parte de
reconhecimento das notas musicais do instrumento desafinado. Todos conseguiram
registrar os valores e partiram para a afinação. A maioria não compreendeu o significado
da equação 𝒇 =𝟏
𝟐𝑳√
𝑻
𝝁 e novamente foi necessária a intervenção do professor. A
dificuldade relatada foi de não “ter números” e que não compreendiam o seu significado.
Foi preciso pelo menos 20 minutos para argumentar e fazê-los compreender a relação de
diretamente proporcional e inversamente proporcional. Durante a conversa eles mesmo
chegaram à conclusão de como deveriam proceder para a afinação e assim o fizeram e
registraram os valores posteriormente. Dois tempos de aula não foram suficientes para
completar a atividade e a última tarefa que eles deveriam dobrar o valor da frequência
emitida diminuindo o comprimento da corda não foi realizada.
A atividade realizada com o apoio dos estudantes de Licenciatura em Física e
bolsistas do Programa Institucional de Bolsas à Iniciação à Docência, PIBID, nas turmas
3001 e 3003, teve uma dinâmica diferente da descrita no parágrafo acima. Nessas turmas
houve uma variação na metodologia. Inicialmente a aplicação nessas turmas segue o
mesmo padrão que a turma 3002. Após a leitura inicial os alunos se dividem em quatro
especialidades com o intuito de tornar lúdica a atividade: o Luthier (aquele que constrói
instrumentos e é especialista em materiais e características físicas), o Roadie (responsável
pela afinação dos instrumentos), o Músico (que utiliza da métrica musical para produzir
diversas frequências que se combinam) e o Produtor (que conhece os acordes básicos e é
capaz de produzir uma bela melodia). O grupo então recebe um roteiro onde há indicações
para que cada especialista investigue durante 40 minutos, utilizando o aplicativo e o
instrumento, a relação da tensão, espessura e comprimento das cordas com as
características do som produzido (frequência).
Neste momento, duas variações distintas da metodologia são utilizadas em sala de
aula. Na primeira delas, intitulada “Encontro de especialistas”, os especialistas de cada
grupo se juntam para discutir seus resultados e trocar informações com o intuito de buscar
maior compreensão dos conhecimentos registrados por cada um. Já na segunda variação,
intitulada “Visita de embaixadores”, cada grupo escolhe um integrante para visitar outro
23
grupo e investigar as descobertas daqueles, tal como levar o que foi apreendido em sua
equipe, de forma a que todos os grupos recebam pelo menos um embaixador.
Por fim, todos os integrantes voltam para seus grupos e, durante 15 minutos,
discutem as informações trocadas durante a etapa anterior. Esta última etapa representa a
união das peças do quebra-cabeça criando, assim, uma rede de conhecimento entre os
alunos.
Para avaliar o funcionamento da atividade proposta, foram aplicados questionários
com questões objetivas básicas de acústica antes e depois da realização da dinâmica,
sendo ambas idênticas. O questionário contou com seis questões pensadas para avaliar se
diferentes conhecimentos relacionados ao som produzido por instrumentos musicais
foram adquiridos durante a atividade. As questões envolviam perguntas sobre como a
tensão, espessura e comprimentos das cordas influenciavam no som emitido, bem como
perguntas sobre a própria qualidade do som caracterizada como grave e agudo e também
sobre o funcionamento e as frequências emitidas em um acorde. As questões constam no
quadro 3.1
24
Quadro 3.1 – Questionário sobre acústica
O mesmo questionário foi aplicado para avaliar ambas as técnicas (especialistas e
embaixadores), os resultados podem ser conferidos nos gráficos 1 e 2 abaixo:
1. Nossa percepção de agudo e grave em sons deve-se a frequência da mesma. Qual
das seguintes opções representa a frequência do som mais GRAVE?
( ) 200Hz ( ) 300Hz ( ) 400Hz ( ) 500Hz
_____________________________________________________
2. Em instrumentos musicais como o violão, a espessura das cordas possui alguma
relação com a frequência que é emitida?
( ) Sim ( ) Não
_____________________________________________________
3. Em instrumentos musicais como o violão, quanto MENOR o tamanho da corda
tocada, o som será:
( ) mais agudo ( ) mais grave
_____________________________________________________
4. O que acontece com a frequência se reduzimos o comprimento de uma corda pela
metade?
( ) fica 4 vezes menor ( ) fica 2 vezes menor ( ) nada
( ) fica 4 vezes maior ( ) fica 2 vezes maior
_____________________________________________________
5. Ao tensionarmos uma corda (esticá-la) a frequência produzida:
( ) não muda ( ) aumenta ( ) diminui
_____________________________________________________
6. “Ao tocar certo acorde, são emitidas apenas as frequências daquele acorde. Ex.:
ao tocar o acorde Dó, somente é emitida a frequência de Dó”. Essa afirmação está:
( ) correta ( ) incorreta
25
Gráfico 1 Análise de resultados - dinâmica de especialistas.
Gráfico 2 Análise de resultados - dinâmica de embaixadores.
Após a atividade, a dinâmica intitulada “especialistas” mostrou-se mais eficaz
onde os alunos, em média, obtiveram 89% de acerto após a atividade, o que representou
um aumento de 29% em relação ao número de acertos antes da mesma. Já a dinâmica
“embaixadores” revelou um aumento de 14% em relação ao número de respostas corretas
antes da aplicação da proposta. O melhor rendimento pode ser atribuído a maior interação
no grupo dos “especialistas”. Estes grupos foram formados por um integrante de cada
equipe, favorecendo o diálogo e a troca de conhecimento entre os pares.
O principal destaque refere-se à quarta pergunta que era: “O que acontece com a
frequência se reduzimos o comprimento de uma corda pela metade?”. Averiguou-se que
ideias de senso comum, como a intuição de que reduzindo o comprimento de uma corda
26
a frequência de onda emitida diminui, foram corrigidas em grandes proporções, chegando
a 70% em algumas turmas.
De forma geral, algumas questões representaram um incremento no número de
acertos que variou entre aproximadamente 60 e 80% no número de acertos dependendo
da escola e da técnica utilizada, o que mostra que a atividade resultou em uma boa
apreensão dos conceitos dos fenômenos sonoros mesmo sem a intervenção direta do
educador que teve papel de gestor ao direcionar como o processo de aprendizagem seria
dado naquele momento.
Discussão e Conclusões
A sugestão para futuros aplicadores é que o texto conceitual seja disponibilizado
em alguma plataforma web como um blog, por exemplo, e que os alunos estudem antes
do dia da aplicação, aumentando o tempo disponível para o professor dirimir possíveis
dúvidas. Para futuras aplicações, os alunos encontrarão o texto em página web1 que
facilitará o estudo prévio. Além disso, usuários poderão comentar as suas experiências
através do campo de comentários da página. Também é importante ressaltar fatores
subjetivos como diversão, interação entre os estudantes, surgimento de dúvidas a parte
daquelas levantadas pela Trilha de Aprendizagem e aumento na criatividade durante a
aplicação da metodologia. Além disso, os alunos puderam utilizar seus celulares e a
Internet para obter conhecimento, inserindo seus aparelhos durante o estudo de física,
mostrando-os como a tecnologia pode ser utilizada para este fim. As variações na
metodologia de aplicação foram interessantes para comparar o comportamento das turmas
com relação à diferentes formas de abordagem. Comparativamente às aulas mais
tradicionais em que não são utilizados outros recursos a não ser quadro e caneta, as aulas
foram, no mínimo, mais interessantes. A construção de atividades que estimulem o senso
investigativos dos alunos servem para fomentar o gosto pela pesquisa e os fazem refletir
sobre o resultado. Quando é questionado aos alunos o que deve ser feito para afinar uma
corda, o instigamos a levantar uma hipótese e testar no momento da afinação, utilizando-
se dos smartphones, a uma afirmação ou não da hipótese levantada e é uma forma de
fazê-los a pensar sobre os problemas e sugerir soluções. Não há problema em ser uma
1 http://leandroquima.blogspot.com.br/2018/02/texto-de-apoio-trilha-explorando-o.html ,
27
atividade guiada em que já se conhece a solução por parte do professor ou do aplicador,
o importante é ampliação do pensamento crítico dos alunos, principalmente em uma
disciplina escolar que a maioria acredita ser somente aplicar fórmulas e chegar ao
resultado.
Figura. 3.2. Alunos da turma 3003 medindo a frequência emitida pelas cordas do
violão.
Figura. 3.3. Alunos da turma 3001 medindo a frequência emitida pelas cordas do
violão.
3.1.2 Nível sonoro
Descrição da Trilha
A segunda atividade da Trilha de Aprendizagem (Apêndice A.1) está relacionada
ao nível sonoro. Os professores estão entre os profissionais sujeitos às alterações de saúde
28
devido às condições de trabalho inadequadas, como ruído ambiental (alunos, rua,
ventiladores), acústica ruim e organização do trabalho (cargas extensas). Essas condições
podem ocasionar efeitos auditivos e extra auditivos nesse profissional, resultando em
estresse e cansaço, além de possibilitar a ocorrência de problemas na comunicação, como
a disfonia.[19] Diante desta constatação, foi elaborada a atividade para a investigação do
nível sonoro nas salas de aulas em que os alunos do Curso Normal estagiam.
Para isso, foi sugerida a utilização do aplicativo Decibelímetro que mede a
intensidade do som. O smartphone deve ser posicionado na sala de aula vazia,
inicialmente, feita três medições do ruído com intervalo de dois minutos entre elas. Agora
com a rotina de aula normal, o aparelho deve ser posicionado a 1 metro da mesa do
professor e novamente ser realizada três medidas com intervalo de dois minutos entre
elas. Por ser tratar de uma atividade meramente pedagógica, não há necessidade e não
seguimos os padrões da norma ABNT NBR 10151 de junho de 2000. Após a atividade,
os alunos são convidados a pesquisar na web os malefícios que causam a poluição sonora.
Resultados esperados e discussão.
A incorporação de temas ambientais nas aulas de Física é importante pela
relevância que estes têm na alfabetização científica de nossos jovens. O estudo da acústica
através do tema nível sonoro permite um processo de ensino-aprendizagem mais
contextualizado, despertando maior interesse dos alunos nas aulas de Ciências,
relacionando ao cotidiano da comunidade escolar.
As medições feitas como validação do experimento foram realizadas em uma
turma do Instituto de Educação de Nova Friburgo-RJ. Seguindo as instruções da
atividade, foram realizadas medidas com a sala de aula vazia (tabela 3.2) e,
posteriormente, com aula normal (tabela 3.3). Os dados coletados são referentes ao valor
do nível sonoro medido em um intervalo médio de 1 minuto.
Medida Nível sonoro (dB)
1 81
2 85
3 87
Tabela 3.2 – Medidas realizadas com a sala de aula sem alunos.
29
Medida Nível sonoro (dB)
1 93
2 96
3 92
Tabela 3.3 – Medidas realizadas com a sala de aula com alunos.
As medidas realizadas com a sala de aula sem alunos ficaram entre 81dB e 87 dB
e são considerados nocivos à audição humana. Apesar da sala de aula vazia, ruídos
externos como alunos no pátio, automóveis trafegando em frente à escola e pessoas que
transitam na calçada provocam o ruído medido. No momento normal de aula, as medidas
oscilam entre 92 dB e 96 dB. O nível sonoro medido se refere às vozes dos alunos, do
professor, do ventilador em funcionamento, além dos mesmos ruídos medidos com a sala
de aula vazia figura 3.4). Considerando que há professores que ficam em sala de aula
durante 45 horas semanais, as consequências podem ser extremamente nocivas à sua
saúde.
A atividade não resolve os problemas que provocam o aumento dos níveis
sonoros, porém pode despertar o debate a respeito da poluição sonora e as condições de
trabalho dos professores.
Figura. 3.4. Medida realizada na sala de aula com alunos
30
Conclusão
Os níveis medidos com o aplicativo Decibelímetro mostram valores muito
elevados para uma sala de aula convencional e não servem de parâmetro para determinar
possíveis danos causados pela poluição sonora em sala de aula. A falta de calibração do
aplicativo ou do próprio smartphone pode ser a causa desses valores elevados. No
momento da realização da atividade com os alunos, teremos mais dados para fazer as
comparações, assim será possível chegar a valores mais condizentes com a realidade.
Porém essa verificação não invalida a atividade e traz relevantes reflexões para a sala de
aula.
3.2 Pressão atmosférica
Objetivo e justificativa
A Trilha de Aprendizagem desenvolvida (Apêndice A.2) consiste em uma
atividade utilizando o sensor barométrico e uma segunda atividade prática utilizando
materiais de baixo custo com o propósito de dar condições aos alunos do Curso Normal
do Instituto de Educação de Nova Friburgo de realizar atividades práticas em suas
disciplinas de estágio e com seus alunos futuros. Segundo o documento norteador para
esta etapa, figura 3.4, o conceito de força e consequentemente pressão é inserido no 2º
bimestre da 1ª Série do Ensino Médio.
Figura. 3.4. Currículo 2º bim. 1ª série Curso Normal
31
A sequência didática consiste em inserir o estudo de pressão logo em seguida ao
de forças, dentro do 2º bimestre letivo.
Descrição da Trilha
A atividade se inicia com a leitura do texto conceitual, 20 minutos de duração,
discutindo o conceito de pressão e também a relação com a previsibilidade de chuvas. É
solicitado aos alunos que instalem em seus smartphones, que possuem o sensor
barométrico, o aplicativo Barômetro Plus. O aplicativo mede a pressão absoluta do local
e calcula sua altitude. Em sala de aula, os alunos devem registrar os valores da pressão
atmosférica em um intervalo de 20 minutos e observar a sua variação. Quando há uma
diminuição da pressão atmosférica, em torno de 5 milibares ou 5 hPa, é provável que
chuva esteja se formando, pois, o ar mais quente se eleva na atmosfera, por convecção,
gerando um sistema de baixa pressão. Quando há um aumento na pressão atmosférica, a
chance de chuva diminui. A segunda atividade é de construção de um experimento
simples que os alunos do Curso Normal possam vir a aplicar em seus estágios obrigatórios
ou até mesmo em suas aulas futuramente. O experimento consiste em um barômetro
didático em que os alunos do Ensino Fundamental possam ter contato com conceitos de
pressão, meteorologia e clima, que é abordado no 4º ano deste segmento.
Resultados esperados e discussão
O estudo de força e pressão no Ensino Médio é importante para os alunos
reconhecerem a importância da mecânica clássica no desenvolvimento da Física na
história. A aplicação dos conceitos envolvidos ao tema Meteorologia é relevante e deve
ser explorado interdisciplinarmente com as aulas de Geografia. Os professores de Física
e Geografia podem desenvolver projetos que possibilitem os alunos relacionar os
conceitos discutidos nas duas disciplinas. Ao longo do desenvolvimento da Trilha espera-
se que os alunos compreendam o funcionamento do barômetro e a relevância do uso do
smartphone na aquisição de dados, além de interpretá-los. A aplicação da trilha segue o
roteiro descrito no apêndice A.2 e foi realizada por um processo de experimentação do
próprio autor. O aplicativo utilizado, Barômetro Plus, foi iniciado em um determinado
horário e algumas medidas foram tomadas ao longo de um intervalo de tempo, como visto
32
na tabela 3.4. As medições foram realizadas na cidade de Nova Friburgo-RJ e no local a
altitude é de 880 metros acima do nível do mar.
Horário de registro Valor medido de pressão
17h09min 911,11 hPa
17h22min 911, 16 hPa
17h32min 911,26 hPa
17h47min 911,55 hPa
22h35min 914,02 hPa
Tabela 3.4 – Valores medidos de pressão
Como pode ser observado nos dados registrados, houve um ligeiro aumento nos valores
medidos de pressão no período de registro e pode-se afirmar que há a probabilidade de o
tempo permanecer estável nas próximas horas. De fato, o tempo permaneceu firme com
algumas nuvens e sem chuva.
Figura 3.5 – Aplicativo Barômetro Plus
Não houve dificuldade na aplicação da trilha. A sua concepção foi realmente em
ser um instrumento de aprendizagem dos conceitos envolvidos que não apresentasse
dificuldade em seu entendimento e aplicação.
33
3.3 Atrito cinético
Objetivo e justificativa
A propositura dessa Trilha de Aprendizagem (Anexo A.3) surgiu da necessidade
de se encontrar o coeficiente de atrito cinético entre duas superfícies em uma aula de
laboratório no Educandário Miosótis, Nova Friburgo-RJ.
Durante uma aula em agosto de 2017, que consistia no estudo dos coeficientes de
atrito estático e cinético, os alunos se depararam com certa dificuldade em determinar o
coeficiente de atrito cinético conforme estava determinado no roteiro. De acordo com o
texto, após a montagem do experimento, o bloco de madeira deveria ser puxado com o
dinamômetro com velocidade baixa e aproximadamente constante e o valor da força
aplicada deveria ser anotado. O bloco se movimentava muito rapidamente nas condições
descritas acima e o valor da força aplicada não era registrado de forma adequada. Vimos
então a necessidade de um sistema que registrasse o valor da força automaticamente. Na
verdade, o valor da força deveria ser encontrado utilizando o dinamômetro para se chegar
ao valor da aceleração, conhecendo a massa do bloco. Portanto se encontrássemos a
aceleração do bloco já poderíamos calcular o valor do coeficiente de atrito, utilizando a
expressão 𝜇𝑐 =𝑎
𝑔 .
Após analisar a dificuldade encontrada pelos alunos, conclui que o acelerômetro
dos smartphones poderia ser utilizado para fazer as medidas. A decisão de utilizar o
dispositivo convergia para o desenvolvimento de uma Trilha que integrasse o laboratório
tradicional e a utilização do smartphone. Importante ressaltar a importância da
experiência dos alunos nessa proposta, eles apresentaram uma dificuldade e não tentaram
usurpar o resultado para “cumprir” com o roteiro.
Descrição da Trilha
Para um objeto em uma superfície horizontal onde a força de atrito seja a força
resultante, o coeficiente de atrito cinético é calculado com a equação 𝜇𝑐 =𝑎
𝑔 , onde g é
a aceleração da gravidade local e a aceleração medida. Para medir a aceleração do bloco,
pode se utilizar o smartphone com algum aplicativo que faça a leitura do acelerômetro.
Para isso foi escolhido o aplicativo Sparkvue. Para essa atividade foi elaborada uma TA
para o estudo do coeficiente de atrito e aproveitando que os alunos já haviam estudado
34
em sala de aula os conceitos de trabalho e energia cinética, esses temas também foram
abordados na TA. Os conceitos iniciais aos alunos necessários já foram trabalhados em
sala de aula, portanto espera-se que os alunos não tenham a mesma dificuldade que
aqueles que experimentam o conteúdo pela primeira vez, como nas Trilhas de
Aprendizagem anteriores. O tempo destinado para a Trilha é de 50 minutos, um tempo de
aula, que consiste no experimento prático, nas conclusões e na avaliação a que são
submetidos. Nesta escola há um laboratório didático de Física, porém não é obrigatório
que se tenha para que a atividade possa ser aplicada, pode ser realizada em outro espaço
físico. Para a execução da atividade é necessário de uma superfície plana, um bloco de
madeira de massa conhecida, um smartphone (de massa conhecida) com o aplicativo
instalado, uma fita métrica e uma balança caso as massas dos materiais não sejam
conhecidas. A montagem do equipamento segue conforme a figura abaixo.
Figura. 3.6 – Montagem experimental
Note que o smartphone está fixo sobre o bloco de madeira. Para isso pode ser
usado uma fita crepe ou fita dupla face entre o aparelho e o bloco. O ajuste do aplicativo
Sparkvue deve ser feito da seguinte maneira: abra o aplicativo e na tela principal selecione
“Sensor de Aceleração Integrado”, em seguida escolha “Aceleração, Y”. Configure
“Períódico” para 10 Hz, ou seja, o acelerômetro registrará 10 medições por segundo. A
tecla Início deverá ser pressionada somente quando for executar o experimento. A
aceleração a ser medida é referente à força paralela ao bloco que a superfície está
exercendo, ou seja, a força de atrito. Para isso o bloco precisa ser lançado paralelamente
à superfície, conforme a figura abaixo.
35
Há uma marcação na mesa de onde, quem estiver empurrando o bloco, deve deixar
de exercer força.
Figura. 3.7 Marcação para o lançamento.
O bloco vai percorrer certa distância sobre a superfície e após o bloco parar, devido à
força de atrito, a medição deve ser finalizada. Utilizando a fita métrica deve-se medir, em
metros, a distância do ponto de lançamento até o ponto de chegada.
Figura. 3.8 Medida da distância percorrida
Agora vamos utilizar o modo tabela do aplicativo para encontrar os valores que foram
medidos da aceleração. Estes valores são negativos, pois agem contrário ao movimento e
a orientação do aparelho. Vamos realizar a média destes valores, já que a superfície não
é uniforme.
36
Figura. 3.9. Medida da aceleração no modo tabela.
Portanto temos as medidas necessárias conhecidas: massa do conjunto, distância entre o
ponto de lançamento e a chegada, e a aceleração média. Inicialmente podemos calcular o
coeficiente de atrito cinético utilizando a equação 4.2, adotando g = 9,8 m/s².
Posteriormente o valor da força resultante, 𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑎, e o trabalho exercido por ela, 𝑊 =
𝐹. 𝑑. Como o trabalho da força resultante é a variação da energia cinética, 𝑊 = 𝐸𝑐𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 −
𝐸𝑐𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 , podemos calcular também a velocidade com o que o bloco tinha quando foi
lançado.
Aplicação e resultados
Esta atividade foi aplicada em duas turmas do Educandário Miosótis. A primeira
aplicação ocorreu em setembro de 2017 como piloto. Ainda não haviam sido delimitados
todos os parâmetros que seriam necessários. Alguns ajustes foram realizados para a
segunda aplicação em outubro de 2017. A TA descrita já está ajustada conforme a
segunda aplicação. A segunda aplicação, aqui relatada, ocorreu com uma turma de 2ª série
do Ensino Médio com 25 alunos, que foram distribuídos em 2 grupos e cada grupo teve
o tempo de 50 minutos disponível. Os alunos foram separados em equipes de 4 alunos em
que pelo menos um membro de cada equipe tivesse instalado em seu smartphone o
aplicativo Sparkvue. Cada aluno recebeu uma cópia da TA e tiveram alguns minutos para
a sua leitura prévia. Em seguida, cada equipe mediu a massa, figura 3.10 do conjunto
smartphone + bloco.
37
Figura. 3.10. Medição da massa do conjunto
Cada equipe então realizou a atividade como orientada na Trilha de
Aprendizagem, lançando o bloco, medindo a distância e realizando os cálculos
necessários. Todas as equipes conseguiram realizar a tarefa, e no caso do valor do
coeficiente de atrito cinético calculado, todos chegaram ao valor aproximado de 0,3. Este
fato é interessante e serve para mostrar que o experimento realizado com diversos
aparelhos de massas diferentes, consegue chegar a um valor próximo. Esta trilha teve uma
avaliação com os 25 alunos da segunda turma. As perguntas e respostas podem ser
observadas no Quadro 3.2.
1) O seu conhecimento a respeito de força de atrito dinâmico e o conceito de trabalho,
tornou-se mais sólido?
Sim: 23
Parcialmente: 2
Não: 0
2) O uso do smartphone como alternativa na medição de grandezas físicas te ajudaria
a compreender melhor outros conceitos físicos?
Sim: 23
Parcialmente: 2
Não: 0
3) Você se sentiu à vontade com o uso do aplicativo escolhido durante a atividade?
38
Sim: 23
Parcialmente: 2
Não: 0
4) Você teve dificuldade em realizar o download do aplicativo?
Sim: 4
Parcialmente: 6
Não: 15
5) Você tinha conhecimento da existência de sensores e aplicativos que realizam
medições de grandezas físicas?
Sim: 10
Não: 15
Quadro 3.2 – Resultados de formulário de avaliação prática pelos alunos.
Discussão e conclusão
A Trilha desenvolvida surgiu de uma necessidade devido à limitação em lidar
com o experimento roteirizado de maneira tradicional. A alternativa de utilizar o
smartphone foi satisfatória e mostrou aos alunos uma forma diferente de sua aplicação.
Praticamente 90 % dos alunos afirmaram que o uso do dispositivo os ajudou na melhor
compreensão dos conceitos estudados. O mesmo percentual acredita que o uso de gadgets
ajudariam na compreensão de outros conceitos físicos. Essas afirmações contribuem e
estimulam o desenvolvimento de novos projetos envolvendo smartphones no processo de
ensino-aprendizagem em Física. O uso do aplicativo também se mostrou bastante
interessante, já que mais de 90% dos estudantes opinaram não ter dificuldade em utilizá-
lo. Este fato também se dá pela interatividade que estes jovens já têm no uso cotidiano
destes aparelhos. Existem ainda muitas possibilidades de interação com o uso do
acelerômetro no smartphones, já que a temática dinâmica está presente na maioria dos
currículos do Ensino Médio.
39
3.4 Campo magnético de um eletroímã
Objetivo e justificativa
Essa Trilha de Aprendizagem (Apêndice A.4) desenvolvida teve como público-
alvo alunos e professores do Ensino Fundamental I do Educandário Miosótis. O objetivo
da TA é explorar o potencial de crianças entre 8 e 10 anos em seu interesse pelas ciências
e capacitar os professores envolvidos através da experimentação. O tema abordado é
Campo Magnético, que consta no conteúdo programático para o 4º bimestre do 3º ano do
Ensino Fundamental. A motivação se deu a partir da necessidade da escola em realizar a
integração dos professores do Ensino Fundamental com aqueles que atuam no Ensino
Médio. Essa integração aconteceu com professores de várias disciplinas, como
professores de matemática, com seus conhecimentos específicos, colaborando com outros
professores com formação em diferentes áreas.
Descrição da Trilha
A TA é composta por um texto conceitual em que os professores podem ter mais
informações do tema proposto além daquele trazido pelo material didático e a atividade
prática a ser desenvolvida, que consiste na construção de um eletroímã com material de
baixo custo e utilizar o smartphone para medir o campo magnético gerado por ele.
Inicialmente os professores devem responder a um questionário (Quadro 3.3) que
avaliava o conhecimento prévio de cada um a respeito do assunto, com duração de 10
minutos.
40
Quadro 3.3 – Formulário aplicado aos professores sobre magnetismo, antes da atividade.
Após esse momento, os professores regentes devem separar as turmas em equipes
de 04 alunos e distribuir os materiais entre elas, a saber: 01 prego grande, 01 metro de fio
revestido fino, 01 pilha de 1,5 V tamanho D, 01 bateria de 9 V e pequenos objetos
Questionário para o professor.
Nome: __________________________________________
Tempo de atuação: ________________________________
Formação (assinalar todas que possuir)
( ) Formação de Professores Nível Médio
( ) Graduação. Área: _____________________
( ) Pós-graduação Lato Sensu. Área: ___________________
( ) Pós-graduação Strictu Sensu. Área: _________________
1) Como você avalia o seu conhecimento a respeito do tema magnetismo?
( ) ÓTIMO ( ) BOM ( ) SUFICIENTE ( ) INSUFICIENTE.
2) No experimento do eletroímã, qual a causa da geração do campo magnético?
( ) Movimento dos prótons no fio condutor.
( ) Movimento dos elétrons no fio condutor.
( ) Transmissão de energia térmica no fio condutor.
( ) Transmissão do “fluido magnético” proveniente da fonte.
3) Como se comporta a intensidade do campo magnético conforme modificamos a
distância do eletroímã até um medidor, conhecido como magnetômetro?
( ) Diminui a intensidade conforme aumentamos a distância; aumenta a intensidade
conforme diminuímos a distância.
( ) Aumenta a intensidade conforme aumentamos a distância; diminui a intensidade
conforme diminuímos a distância.
4) Qual a unidade de medida para campo magnético no Sistema Internacional de
Unidades?
( ) newton
( ) ampére
( ) tesla
( ) volt
41
metálicos. Com os materiais solicitados, enrolar o fio em torno do prego com o maior
número de voltas possível. Em seguida conectar as pontas do fio à pilha e aproximar dos
objetos metálicos. Espera-se que os objetos sejam atraídos. Em seguida, pedir para que
os alunos desfaçam as espiras pela metade e reaproxime o eletroímã dos objetos
metálicos. Realizar o mesmo experimento com a bateria de 9 V.
Aplicação e Resultados
A TA foi aplicada em novembro de 2017 em duas turmas do 3º ano do Ensino
Fundamental I.
Ao todo 32 alunos e duas professoras participaram da atividade. Uma das
professoras tem 35 anos de idade com licenciatura plena em História e Curso de Formação
de Professores de Nível Médio, atua há 12 anos como professora do Ensino Fundamental
I, avalia seu conhecimento a respeito do tema magnetismo (questão 01) como suficiente,
acredita que a causa da geração do campo magnético se dá pela transmissão do “fluido
magnético” proveniente da fonte (questão 02) e que o valor do campo aumenta conforme
a distância da fonte aumenta e vice-versa (questão 03). Afirmou que a unidade de medida
no Sistema Internacional de Unidades é o tesla (questão 04). A outra professora tem 19
anos de idade, primeiro ano de experiência como professora, licencianda em Pedagogia e
Letras, formada no Curso de Formação de Professores de Nível Médio pelo Instituto de
Educação de Nova Friburgo-RJ (escola também participante na aplicação das Trilhas de
Aprendizagem), avalia seu conhecimento a respeito do tema magnetismo (questão 01)
como insuficiente, também acredita que a causa da geração do campo magnético se dá
pela transmissão do “fluido magnético” proveniente da fonte (questão 02) sabe que o
valor do campo diminui conforme a distância da fonte aumenta e vice-versa (questão 03).
Afirmou que a unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades é o volt (questão
04). A intensificação de atividades como as já desenvolvidas e descritas neste trabalho
pode melhorar significativamente a qualidade de ensino na formação de professores de
nível médio.
O desenvolvimento da atividade se deu como planejado, porém com resultados
não esperados. Em primeiro lugar os pregos usados estavam galvanizados o que
prejudicou o funcionamento do experimento. Alguns pregos foram lixados durante a aula
que proporcionou melhora no funcionamento do experimento. Outro ponto negativo foi
o fio usado, que não atendeu às exigências do experimento. O ideal é que seja um fio de
42
cobre revestido com verniz, porém o que foi usado foi um fio com revestimento plástico,
que também atrapalhou o funcionamento. Os eletroímãs conseguiram atrair apenas
objetos muito pequenos, como pedaços de clipes para prender papel. Nesse momento, os
alunos demonstraram certa frustração. Então foi usado o smartphone com o aplicativo
Magnetometer instalado e foi observado variações no valor do campo magnético próximo
aos eletroímãs. Isso deixou os alunos empolgados e então se sentiram mais confortáveis
em observar o seu funcionamento. As professoras regentes desenvolveram uma atividade
textual posterior, que consistia na produção de um texto que expressasse a visão e
perspectiva dos alunos nas aulas que mais chamaram a sua atenção, e os alunos puderam
expressar as suas observações em relação à aula realizada. Escolhi um dos vários textos
que os alunos produziram que pode dar uma dimensão do impacto das atividades na
formação dos alunos e a sua transcrição se encontra no quadro 3.4
Quadro 3.4 – Transcrição do depoimento do aluno
O livro didático utilizado pelas turmas em que a atividade foi realizada é do Sistema
Positivo de Ensino, da Editora Positivo. Para a etapa destinada, o conceito de campo
“Titulo: atividade com o professor Leandro Quima fazendo o eletroímã.
Essa experiência é muito legal ainda mais com um professor engraçado e
carinhoso essa atividade é muito legal mas você tem que ter cuidado com o prego
ele pode furar o seu dedo.
Quando você termina o eletroímã e bota alguma coisa de metal ou ferro ele
pucha o metal (nós botamos clip) o meu não funcionou porque a bateria não estava
com força suficiente para puchar o clip mas o da colega funcionou o eletroímã
puchou o clip mas no aplicativo do professor Leandro estava funcionando eu gostei
muito mas a gente tem que agradecer a Tia e o professor Leandro”
43
magnético é abordado de forma bem simples, focado no campo magnético terrestre. Ao
final da atividade, as professoras respondem a outro questionário, a saber:
Quadro 3.5 – Formulário após atividade.
1) Você tinha conhecimento da existência de sensores e aplicativos que realizam
medições de grandezas físicas?
( ) SIM ( ) NÃO
2) Você se sentiu à vontade com o uso do aplicativo escolhido durante a atividade?
( ) SIM ( ) PARCIALMENTE ( ) NÃO
3) Você teve dificuldade em realizar o download do aplicativo?
( ) SIM ( ) PARCIALMENTE ( ) NÃO
4) O uso do smartphone como alternativa na medição de grandezas físicas pode
ajudar outros professores que atuam no Ensino Fundamental a compreender
melhor outros fenômenos físicos?
( ) SIM ( ) PARCIALMENTE ( ) NÃO
5) O seu conhecimento a respeito de campo magnético se tornou mais sólido após
a realização da atividade?
( ) SIM ( ) PARCIALMENTE ( ) NÃO
44
As duas professoras responderam NÃO à questão 01, uma delas respondeu SIM à
questão 02 e a outra PARCIALMENTE, ambas responderam NÃO à questão 03, SIM à
questão 04 e SIM à questão 05. Com base nas respostas dadas, a atividade atende ao
objetivo inicial que é a melhoria no conhecimento dos professores com relação ao tema
de trabalho.
Discussão e Conclusões
A falta de um trabalho mais efetivo no Instituto de Educação de Nova Friburgo
com relação às ciências da natureza causa uma formação ineficiente nessas áreas. A
professora recém-formada confundiu a unidade de medida para tensão elétrica com a de
campo magnético. Na verdade, ela deve ter respondido volt por, talvez, ser a única
unidade de medida que ela deva conhecer daquelas que foram mostradas.
O depoimento (ver quadro 3.4) nos remete como o aluno do Ensino Fundamental
I enxerga este tipo de atividade em sala de aula. Tipicamente, eles veem os eventos
acontecerem normalmente fora da sala de aula e não conseguem relacionar com o seu
aprendizado no ambiente escolar.
4.6 A circunferência terrestre
Preâmbulo histórico
Eratóstenes nasceu por volta 276 a.C. Seus pais eram gregos e moravam em
Cirene, uma cidade grega situada em um ponto da costa da África onde hoje é a Líbia.
Ainda criança foi para escola, naquele tempo, chamada de ginásio. Quando completou o
ginásio, mudou-se para Atenas. Lá estudou matemática, filosofia e ciências. Ele
contribuiu para áreas como a matemática, história, geografia, astronomia e filosofia. Por
volta de 240 a.c., Eratóstenes tornou-se terceiro bibliotecário-chefe da Biblioteca de
Alexandria, que era basicamente constituída por cópias de trabalhos feitos com base nos
livros de Aristóteles. Em suas pesquisas na Biblioteca de Alexandria percebeu que as
informações estavam dispersas em vários locais. Então viu a necessidade de escrever seu
primeiro livro completo sobre geografia, mas para isso queria descobrir a medida da
circunferência da Terra, sem isso sua obra seria incompleta. Ele sabia que a Terra era
45
redonda e a imaginou cortada em diversas frações iguais. Se ele soubesse o total dessas
frações e o comprimento de arco de uma dessas frações, bastaria multiplicar o
comprimento de arco de uma delas pelo total de frações. De que maneira Eratóstenes
poderia descobrir quantas frações eram necessárias? Sabia que uma circunferência tem
360 graus e se ele descobrisse o ângulo de uma dessas frações poderia dividir 360 por
esse ângulo e então encontrar o número de frações iguais que compõe o todo. Para
encontrar uma dessas frações, ele utilizou a distância entre as cidades de Siena e
Alexandria. De acordo com viajantes que passavam por Siena, em 21 de junho, dia do
Solstício de Verão, ao meio dia, o Sol brilhara dentro de um poço localizado em Siena,
sem projetar sombras em suas paredes. No mesmo instante, em Alexandria, sombras eram
projetadas. Obviamente isso só ocorreria se a Terra fosse redonda. Se a Terra fosse plana,
os raios solares incidiriam em todos os lugares formando o mesmo ângulo, e as sombras
não seriam diferentes. Eratóstenes sabia que é possível medir o ângulo da sombra
projetada e que o ângulo do Sol em Alexandria, formaria no centro da Terra, a fração
formada da Terra formada por Siena e Alexandria. [11]
Figura 3.11. Terra cortada ao meio e dividida em frações.
Então no dia 21 do mês de junho Eratóstenes, munido de vareta e régua, saiu
alguns minutos antes do meio dia para medir a sombra que os raios solares projetavam
em Alexandria. A sua ideia pode ser bem compreendida no esquema abaixo:
46
Figura 3.12 – Esquema da ideia de Eratóstenes
Onde L é o comprimento da haste, L’ é com comprimento da sombra, S é a
distância entre as cidades de Siena e Alexandria e θ o ângulo da fração formada pelas
cidades de Alexandria e Siena. O ângulo pode ser encontrado através do cálculo do arco-
tangente, através da equação 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝐿′
𝐿). Ele mediu um ângulo de aproximadamente
7,2 graus, que é equivalente a uma parte de 50 frações. Então se ele soubesse o valor da
distância entre as duas cidades, bastaria multiplicar por 50 e ele encontraria a medida da
circunferência terrestre. Para isso, ele recorreu ao Rei de Alexandria pedindo
consentimento para utilizar os serviços de técnicos agrimensores treinados em caminhar
sempre com os passos do mesmo tamanho, eles eram chamados de bematistas. O rei
consentiu, e os bematistas fizeram esse trabalho, encontrando o valor de 5.000 estádios
(cada estádio tem o valor aproximado de 157 metros). Então Eratóstenes calculou a
circunferência da Terra e chegou ao valor de 250.000 estádios, aproximadamente 39.250
quilômetros.
Objetivo e justificativa
A Trilha de Aprendizagem tem por objetivo calcular o valor da circunferência
terrestre, inspirada no experimento realizado por Eratóstenes, no século III a.c. e tem um
apelo interdisciplinar, pois aborda conceitos geográficos, matemáticos e históricos. A
47
abordagem influenciada, também, pela história da ciência visa a levar os alunos a
compreenderem as ciências como construções humanas que dependem do contexto social
e econômico de onde o cientista está inserido, conforme as diretrizes nos Parâmetros
Curriculares Nacionais (PCN+) para o Ensino Médio que afirma em que investigar e
resgatar a história do desenvolvimento do saber técnico e científico local pode também
ser uma estratégia significativa na direção do estabelecimento de uma visão da ciência
enquanto atividade humana e social [10]. O tema também está inserido na grade curricular
do Curso de Formação de Professores, especificamente na 1ª Série deste segmento (figura
3.13)
Figura 3.13. Currículo 1º bimestre da 1ª série Curso Normal
A TA instiga o aluno a investigar diversos conceitos vistos no Ensino
Fundamental como de longitude, latitude, medidas de ângulo e de distância. Muitos outros
conceitos serão necessários que o aluno compreenda e o intuito é que ele busque esse
conhecimento, como os conceitos de meio-dia solar, zênite, solstício, equinócio, cálculo
de um ângulo através da tangente. Esta é a primeira TA que os alunos do Curso Normal
terão contato. É natural que o tempo para sua execução seja estendido, além do previsto.
A previsão é que seja realizada em três semanas, paralelamente às aulas ministradas. Na
primeira semana os alunos, separados em equipes, receberam o texto motivador para que
realizem a pesquisa indicada, com as seguintes questões: Quem foi Eratóstenes?; Como
Eratóstenes raciocinou para calcular o tamanho da Terra?; Como Eratóstenes conseguiu
calcular a circunferência terrestre?; O que é equinócio?; O que são latitude, longitude e
meridiano?; O que é solstício?; O que é meio-dia solar?; Como se calcula o valor da
tangente de um ângulo? O grupo deve elaborar um texto respondendo à essas perguntas.
Na semana seguinte, há uma discussão em sala de aula, com tempo de 20 minutos a
respeito de eventuais dúvidas surgidas com a pesquisa e o agendamento para a realização
48
do experimento e na semana seguinte, a investigação utilizando o computador, conforme
ainda será descrito.
A sequência de trabalho da TA se dará da seguinte maneira: 1) Leitura e pesquisa
por parte dos aluno; 2) breve discussão em sala; 3) execução do experimento; 4)
atividades utilizando o computador. Após as fases 1 e 2, faremos a execução do
experimento, conforme a TA: devemos escolher um local plano e horizontal, às 12 horas
(13 horas no horário de verão) em que o dia esteja ensolarado, pois precisaremos de
sombra.
A cartolina deve ser colocada sobre o plano e a haste posicionada
perpendicularmente sobre ela, conforme o esquema.
Figura. 3.14. Haste perpendicular ao plano.
Às 12h a haste (H) provocará sombra sobre a cartolina e com uma régua, o
comprimento da sombra (h) deve ser registrado na cartolina.
Figura 3.15. Ilustração da sombra projetada pela haste.
49
Utilizando o Google Earth no smartphone, determine as coordenadas geográficas
do local de onde está sendo realizado as medidas. Para isso, basta executar o aplicativo
no local do experimento.
Resultados esperados e discussão
A aplicação com alunos ainda não foi realizada. A validação da trilha ocorreu no
dia 14/03/2018, conforme as instruções no apêndice A.4
Inicialmente foi realizada a medida do comprimento da haste e do comprimento
da sombra (figura 3.16) feita pelos raios solares às 12 horas. Também foram registradas
as coordenadas do local do experimento (figura 3. 17) e os dados inseridos na tabela 3.5.
Figura 3.16 – Sombra ao meio dia.
50
Figura 3.17 – Coordenadas do local
Dados coletados no local do experimento
Medida da haste,
H, (cm)
Medida da sombra,
h, (cm) Latitude Longitude
44,2 15,5 22°17'20.65"S 42°56'22.01"O
Tabela 3.5 – Dados coletados no local do experimento.
Em seguida, utilizando o software Stellarium no computador, foram determinadas as
coordenadas do meio dia solar (figura 3.18)
Figura 3.18– Coordenadas do local onde ocorre o meio dia solar
51
As coordenadas determinadas foram 2°23'50.99"S e 42°56'48.99"O. Utilizando o
programa Google Earth Pro, devemos inserir as coordenadas do local do experimento e
do meio dia solar, inserindo marcadores em cada uma das localizações (figura 3.19)
Figura 3.19 – Marcador inserido nas coordenadas do meio dia solar.
Finalmente devemos medir a distância, utilizando a ferramenta régua do Google Earth
Pro, entre os dois marcadores inseridos. A distância medida entre os marcadores foi de
2.198 km. Utilizando as medidas da haste e do comprimento da sombra, foi determinado
ângulo, indiretamente, do local do experimento e do meio dia solar. O ângulo calculado
foi de 19,324º. Realizando uma regra de três entre os valores obtidos é possível determinar
a circunferência terrestre.
360º 19,324º
c 2.198 km
O valor calculado foi de 40.946 km que é bem próximo do valor considerado oficial
(40.075 km).
Esta trilha utiliza os programas com os recursos atualmente disponíveis para
computador. Espera-se que com a melhoria de hardware dos smartphones, os atuais
aplicativos tenham as mesmas funções e não seja mais necessário o uso do computador.
De qualquer forma, a trilha indica um caminho para o estudo da circunferência terrestre,
contrapondo os chamados terraplanistas2, mostrando um método interessante de se
determinado sua circunferência. Espera-se que a atividade possa desenvolver no aluno do
Ensino Médio o senso investigativo através da experimentação. Além do mais se faz
necessário o uso de novas tecnologias da informação e comunicação como instrumento
2 Grupo de pessoas que acreditam que a Terra seja plana
52
de aprendizagem, especificamente para o Curso de Formação de Professores, é importante
para o aprimoramento pedagógico dos futuros docentes. A Trilha proposta pode ser
articulada juntamente com os professores de Matemática e Geografia.
53
CAPÍTULO 4 - CONCLUSÃO
Diante do atual cenário educacional em que tradicionais formas de ensino
têm se perpetuado sem trazer novos avanços na aprendizagem dos alunos, é imperioso
que alternativas a essas práticas sejam desenvolvidas e aplicadas. Umas das alternativas
é a inserção de novas tecnologias neste processo, sobretudo as tecnologias móveis.
Algumas publicações sugerem que existem muitas vantagens em seu uso, outras
publicações sugerem que apenas um grupo de alunos é beneficiado, assim como a
aceitação dos docentes em inseri-las em suas aulas não é unânime. Um estudo feito por
alunos do Curso de Especialização em Ensino e Tecnologia da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná – UTFPR [19], com professores da rede pública estadual e outros
alunos da 2ª Turma do Curso de Especialização em Ensino e Tecnologia da UTFPR,
mostra que 100% dos participantes concordam que os dispositivos móveis (celular, tablet,
netbook, smartphone) podem ser ferramentas eficazes na sala de aula para atingir o
aprendizado. Dentre outros questionamentos, um abordou os prós e contras sobre o uso
de tecnologias móveis e/ou outros recursos digitais em sala de aula. Os resultados estão
no quadro 4.1.
Prós Contra
Encantamento dos alunos/as;
Aprendizagem autônoma; Interação entre
professores/as e alunos/as.
Uso inadequado, acesso não seguro e falta
de cuidado por parte dos/as alunos/as.
Democratização e fruição de diversos
conteúdos pelos multimeios e
multimídias; Possibilidade de criação e
distribuição de materiais pedagógicos;
didáticas diferenciadas.
Resistência de docentes.
Maior celeridade em transmissão de
informação;
Limitação dos aparelhos; Falta de
estrutura para instalação: fiação; rede e
internet; wi-fi; Falta de manutenção.
Inovações tecnológicas e dos saberes;
Adequação ao contexto social e inclusão
digital.
Falta de planejamento; Falta de
capacitação de professores/as.
Quadro 4.1 – Principais pós e contras citados pelos participantes em [20].
54
Os pontos a favor da inserção dessas tecnologias estão em torno da melhoria da
prática pedagógica, maior possibilidade de interação de alunos e professore e adequação
à realidade dos alunos.
Um artigo publicado do The Atlantic Daily [21] traz um relato de uso e
comparações realizadas entre os estudantes com relação ao uso do smartphone. De acordo
com o texto, o acesso a esses dispositivos tem efeito mais positivo nos alunos que já tem
um desempenho acadêmico satisfatório e naqueles com rendimento abaixo da média, não
tem o mesmo efeito. Além do mais, a não utilização desses aparatos pode ser benéfico
para esses alunos, pois o aparelho serviu como instrumento de distração, tirando o foco
do que estava sendo realizado. Comparando o artigo com a aplicação da Trilha sobre
atrito cinético, se observa o efeito positivo também nos alunos considerados de baixo
rendimento. A maioria correspondeu de forma satisfatória ao questionário aplicado ao
fim da atividade demonstrando maior conhecimento adquirido com o uso do smartphone
como instrumento de coleta de dados.
As atividades realizadas ao longo do desenvolvimento deste trabalho mostram que
uma parcela dos alunos ainda não é atingida por tentativas de inovação na maneira de
ensinar. No ensino público muitos alunos demonstraram apatia mesmo quando foi
solicitado que o smartphone fizesse parte da rotina escolar. O interesse desses alunos está
em outras esferas de suas vidas em que a escola não faz parte. A perspectiva de que outros
professores também possam adotar o smartphone como instrumento de aprendizagem,
em suas respectivas áreas do conhecimento, deve favorecer o entendimento do seu uso
como ferramenta pedagógica. Na escola privada os alunos têm maior acesso ao uso do
aparelho como recurso de aprendizado. As próprias escolas possuem aplicativos para que
haja interação entre professores e alunos. Os docentes podem elaborar atividades e utilizar
o app para acompanhar o seu desenvolvimento, receber os resultados e compartilhar com
toda a comunidade escolar. Nessa escola, os alunos não tiveram as mesmas dificuldades
do que aqueles da escola pública. O uso do aplicativo durante o experimento sobre atrito
cinético, na escola privada, foi algo natural, como se a prática já fizesse parte de sua
rotina. É importante afirmar que esse fato apenas mostra que a inserção da tecnologia de
forma institucional favorece mais do que a inserção pontual de alguns professores, como
ocorre na escola pública. Porém devemos insistir na sua utilização em todas as situações
em que o seu uso provoque melhoria na qualidade do ensino e para que nossos alunos
tenham melhor aproveitamento.
55
O smartphone como parte dos instrumentos do laboratório de física, explorando
os sensores e aplicativos disponíveis, tende a melhor a qualidade do ensino dessa
disciplina. Na escola pública, sobretudo, em que não há equipamentos para as aulas
práticas e os alunos demonstram uma defasagem acadêmica muito maior que nas escolas
privadas, o ensino tradicional de Física que aborda mais a sua aplicação com o uso de
fórmulas e tratamento matemático mostra-se ineficiente. Inserindo atividades práticas que
explorem o lado criativo dos alunos e aproxime os conceitos físicos de sua realidade é um
caminho seguro que deve ser trilhado. A utilização das atividades propostas neste trabalho
é um exemplo do que pode ser feito. As interferências e sugestões são bem-vindas por
aqueles que se interessam em melhorar a qualidade do ensino em nosso país.
56
Referências Bibliográficas
1. MOREIRA, Marco Antonio. O que é afinal, aprendizagem significativa? Aula
Inaugural do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais, Instituto de
Física, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, MT, 2002. Aceito para publicação,
Qurriculum, La Laguna, Espanha, 2012. Disponível em:
http://www.if.ufrgs.br/~moreira/oqueeafinal.pdf .
2. CROUCH, Catherine H.; MAZUR, Eric. Peer Instruction: Ten years of experience and
results. American Association of Physics Teachers. 2001. Disponível em
http://web.mit.edu/jbelcher/www/TEALref/Crouch_Mazur.pdf Acessado em
10/04/2017.
3. Cisco IBSG, 2010; U.S. Census Bureau, 2010 – Disponível em http://www.science-
on-stage.eu/page/display/5/28/1290/istage-2-smartphones-in-science-teaching
.Acessado em 10/04/2017, às 21h30
4. EVANS, Dave. A Internet das Coisas: Como a próxima evolução da Internet está
mudando tudo. CISCO white paper, v. 1, n. 2011, p. 1-11, 2011.
5. BOCCHINI, Bruno. Pesquisa mostra que 58% da população brasileira usam a internet.
Agência Brasil. 13 de setembro de 2016. Disponível em
http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2016-09/pesquisa-mostra-
que-58-da-populacao-brasileira-usam-internet
6. CIPRIANO, Vinícius de Souza. Classificação de marcha humana via transformada
wavelet usando smartphones.TCC. POLI-UPE - 2014
7. LÉVY, Pierre. A Inteligência coletiva: por uma antropologia do ciberespaço. São
Paulo, SP: Loyola, 1998
8. KENSKI, V. M. Tecnologia e ensino presencial e a distância. Campinas, SP: Papirus,
2003.
9_______________ Aprendizagem Mediada pela Tecnologia. Revista Diálogo
Educacional, vol. 4, núm. 10, septiembre-diciembre, 2003, pp. 1-10 Pontifícia
Universidade Católica do Paraná
10. SASSAKI, Claudio. Revista Nova Escola On Line
57
https://novaescola.org.br/conteudo/3376/blog-tecnologia-educacao-como-funciona-sala-
de-aula-invertida Acessado em 14/12/2017.
11. MORAN, José. Mudando a educação com metodologias ativas. Coleção Mídias
Contemporâneas. Convergências Midiáticas, Educação e Cidadania: aproximações
jovens, v. 2, p. 15-33, 2015.
12. BORGES, Antônio Tarciso. Novos rumos para o laboratório escolar de
ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 19, n. 3, p. 291-313, 2002.
13. TAMIR, P. Training teachers to teach effectively in the laboratory. Science Education,
v. 73, p.59-70, 1989
14. SILVA, André Alex de Jesus. Aplicativo para smartphones: ficha resumo sobre
magnetismo para os alunos do 3° ano do EJA. 2017.
15. PEREIRA, Márcio Donizete et al. Estudo da poluição sonora por estudantes do ensino
médio usando smartphone. Dissertação de mestrado. UFSCar, São Carlos SP, 2017.
16. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica.
Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio: bases legais. Brasília: MEC/SEMT,
1999
17. BRAGA, Antonio Geraldo Ramalho. Física Experimental em sala de aula mediante
uso do Smartphone –Dissertação de mestrado - UFRJ Macaé, RJ: 2017
18. VIEIRA, Leonardo Pereira Experimentos de Física com Tablets e Smartphones /
Leonardo Pereira Vieira. Dissertação de Mestrado. Rio de Janeiro: UFRJ/IF, 2013.
19. LIBARDI, Aline et al. O ruído em sala de aula e a percepção dos professores de uma
escola de ensino fundamental de Piracicaba. Distúrbios da Comunicação. ISSN 2176-
2724, v. 18, n. 2, 2006.
20. SANTOS, Tatiane Siqueira dos. Tecnologia e educação: o uso de dispositivos móveis
em sala de aula.Monografia.Londrina: UTFPR, 2016.
21. BARNWELL, Paul. Do Smartphones Have a Place in the Classroom? Disponível em
https://www.theatlantic.com/education/archive/2016/04/do-smartphones-have-a-place-
in-the-classroom/480231/ Acessado em 24/02/2018.
O smartphone como laboratório de Física
Atividades para a sala de aula com o uso do
smartphone.
O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA
LEANDRO CARLOS QUIMA
Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior Claudio Ccappa
Material instrucional associado à
dissertação de mestrado de Leandro
Carlos Quima, apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em
Ensino de Física da Universidade
Federal do Rio de Janeiro – Campus
Macaé.
MACAÉ - RJ
Maio de 2018
2
3
Apresentação
Caro leitor,
As atividades aqui descritas visam melhorar a qualidade do Ensino de Física nas
escolas públicas e privadas de nosso país. O foco do trabalho está no
desenvolvimento de atividades que demandem o uso didático do smartphone
como instrumento de coleta de dados. Ao todo foram desenvolvidas cinco trilhas
que utilizam alguns sensores do aparelho, como o microfone, o acelerômetro, o
barômetro, o magnetômetro e o GPS, associados a aplicativos que funcionam
junto aos sensores. A intenção é que professores possam utilizá-las em suas
aulas e, também, possam se inspirar e desenvolver suas próprias atividades.
O autor.
4
Trilhas de Aprendizagem
Prof. Leandro Carlos Quima
http://leandroquima.blogspot.com
Explorando o Espectro Sonoro
Os jovens são, em sua maioria, fascinados por música. Eles utilizam seus
dispositivos portáteis para escutarem músicas em todos os lugares. Vários deles
também tocam instrumentos musicais em diversos níveis. Por esta razão, a
música é uma excelente maneira de estudar os fenômenos ondulatórios
utilizando aplicativos para smartphones que captem o som e os converta em um
gráfico.
Pré-requisitos.
Conhecimentos básicos de ondulatória: velocidade de propagação de
uma onda mecânica, comprimento de onda e amplitude.
Introdução conceitual.
O som é produzido ao criarmos algum tipo de mecanismo que altere a
pressão do ar em nossa volta. Na verdade, para a produção do som, é mais
importante a velocidade com que a pressão varia do que o seu valor absoluto.
Por essa razão é que um balão cheio de ar não faz praticamente nenhum barulho
ao deixarmos o ar sair de dentro dele naturalmente. Por outro lado, se o balão
estourar (e o ar sair todo de uma vez), existe uma variação enorme da pressão
e um ruído alto é produzido. Podemos então dizer que o som é produzido ao
colocarmos uma quantidade (massa) de ar em movimento. É a variação da
pressão sobre a massa de ar que causa os diferentes sons, dentre eles os que
5
são combinados para criar a música. [1] O som possui algumas características
intrínsecas que chamamos de qualidades fisiológicas do som. São elas altura,
intensidade e timbre. A altura, se refere à frequência com que essas oscilações
ocorrem. Quanto maior o número de oscilações por unidade de tempo, ou, de
forma mais simples, quanto maior a frequência, mais alto (agudo) é o som. Em
contrapartida, o som será mais baixo (grave) quanto menor for sua frequência.
Interessante é o fato de que o ser humano apenas consegue perceber (e, por
consequência, distinguir) sons de frequências entre 20 Hz e 20000 Hz, por maior
que sejam suas respectivas intensidades. Sons de frequência abaixo do limite
inferior e acima do limite superior são, respectivamente, chamados infrassons e
ultrassons. [2] A intensidade I de uma onda sonora em uma superfície é a taxa
média por unidade de área com a qual a energia contida na onda atravessa a
superfície ou é absorvida pela superfície. Matematicamente é 𝐼 =𝑃
𝐴 , onde P é a
taxa de variação com o tempo da transferência de energia (potência) da onda
sonora e A é a área da superfície que intercepta o som.[3] A intensidade é
medida em watt/metro². O ouvido humano reage a intensidades que abrangem
uma faixa enorme desde 10-12 W/m² (o limiar da audição) até mais de 1 W/m²
(limiar da dor). Como estas faixas de valores são muito grandes, utilizam–se
escalas de potências de 10 para as intensidades, em que a intensidade
dificilmente audível de 10-12 W/m² é tomada como a intensidade de referência e
é chamada de 0 bel. Um som com intensidade dez vezes maior (10-11 W/m²) tem
intensidade de 1 bel ou 10 decibels. Um som de 2 bels ou 20 decibels (10-10
W/m²) é 100 vezes maior que o limiar da audição. [4] Dois sons de mesma
intensidade e altura ainda podem diferir por outra qualidade que chamamos de
timbre do som. Assim, nosso ouvido distingue claramente a diferença entre a
6
mesma nota lá emitida por um piano, violino, flauta ou pela voz humano, por
exemplo. O timbre representa uma espécie de “coloração” do som. [5]
A maior parte dos sons que escutamos são ruídos. O ruído corresponde
a uma vibração irregular do tímpano produzida por alguma vibração irregular em
sua vizinhança, uma confusão de comprimentos de ondas e amplitudes. A
música é a arte do som e tem características diferentes. O som musical tem
características próprias, possuído tons periódicos – ou notas musicais. [4] As
notas musicais correspondem a sons com certas frequências bem determinadas
obedecendo a convenções estabelecidas historicamente. A razão entre as notas
musicais de frequências f1 e f2 é chamado de intervalo. No caso f2 = 2f1 dizemos
que é um intervalo de oitava e os dois sons são percebidos como mesma nota
em alturas diferentes. A tabela abaixo dá os intervalos fn/f1 entre dó e as demais
notas na escala diatônica maior natural, entre cada duas notas consecutivas.
/
Por exemplo, a frequência da nota musical Dó (dó uníssono) é 132,00 Hz.
Aplicando os intervalos acima, podemos escrever a escala conhecida como Dó
Maior
Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó
F (Hz) 132,00 148,5 165 176 198 220 247,5 264
Os sons musicais são produzidos por dispositivos denominados
instrumentos musicais, que podem ser classificados como instrumentos de
corda, sopro ou percussão.
Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó
fn/f1 1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2
7
Nos instrumentos de cordas, o som é produzido pela vibração de uma
corda, quando esta é friccionada ou percutida. Como as cordas são muito finas,
deslocam pequenas quantidades de ar que provoca um som emitido de baixa
intensidade. Então esta vibração é geralmente amplificada, acoplando as cordas
às chamadas caixas de ressonância. Exemplos deste tipo de instrumentos são
o violão, o violino, a viola, a guitarra ou o contrabaixo. A qualidade sonora destes
instrumentos depende da combinação entre as cordas utilizadas e a caixa de
ressonância que na maioria das vezes é feita em madeira. [6]
Uma dada corda pode oscilar de diversas formas, conforme a imagem
abaixo:
Em [a], dizemos que a corda está vibrando em seu 1º harmônico, e a
frequência de vibração correspondente é denominada frequência
fundamental f.
Em [b], a corda está vibrando em seu 2º harmônico, e sua frequência de
vibração é 2f.
Em [c], a corda vibra em seu 3º harmônico, e sua frequência é 3f.
Figura 1 - Harmônicos em uma corda
8
Observando a figura 1, vemos que em [a], quando a corda está vibrando
em sua frequência fundamental, seu comprimento L corresponde à metade do
comprimento de onda (λ/2) estabelecida na corda. Portanto λ = 2L. Sendo 𝑣
𝑓=
2𝐿, logo 𝑓 =𝑣
2𝐿 (1) A frequência do som emitido pela corda depende da
velocidade v de propagação da onda na corda e de seu comprimento L. O valor
de v pode ser obtido pela Fórmula Taylor: 𝑣 = √𝑇
𝜇 (2), onde T é a força com que
a corda é tracionada e µ é a massa por unidade de comprimento da corda,
denominada densidade linear da corda. Combinando as expressões (1) e (2),
podemos expressar a frequência do som emitido por pela corda em vibração da
seguinte maneira: 𝑓 =1
2𝐿√
𝑇
𝜇 . (3)
Atividade experimental 1
Investigando as frequências emitidas por um violão.
Aplicativo utilizado: Afinador CifraClub
Sensor: microfone
Grupos de 4 alunos.
Público-alvo: alunos da 3ª série do Ensino Médio.
Objetivos: relacionar as frequências das cordas do violão com a tensão,
densidade linear e comprimento da corda; compreender a importância do estudo
da Físicas nas Artes; apropriação de novas tecnologias no processo de ensino-
aprendizagem.
Conhecendo o instrumento: o violão é um dos instrumentos de corda mais
comuns no mundo. Pode ser encontrado em várias culturas e utilizados nos mais
diversos estilos musicais. Existe uma variedade de violões de acordo com o
9
material que são fabricadas as caixas e as cordas. A estrutura básica do violão
pode ser observada na imagem abaixo:
As cordas de um violão são contadas a partir da mais fina (mais aguda),
ou seja, de baixo para cima, e são equivalentes (na afinação mais comum) às
notas: mi, si, sol, ré, lá, mi, respectivamente. Nota-se a existência de duas cordas
“mi”, porém, a que se refere à primeira corda é mais aguda que a referente à
sexta corda. Já as casas, são contadas da esquerda para a direita, no sentido
da cabeça ao corpo do violão. Veja a ilustração na figura abaixo. [2]
Figura 2 - Partes componentes do violão.
Figura 3 Regiões de ressonância no corpo do violão.
10
Desenvolvimento da atividade.
O aplicativo CifraClub pode ser encontrado nas lojas Apple Store, para
sistema operacional iOs e na Play Store, para dispositivos com sistema
operacional Android. Este app faz o reconhecimento das notas musicais emitidas
pelas cordas do instrumento e mostra no display o seu valor. O aplicativo utiliza
os valores abaixo como afinação padrão para cordas soltas:
O instrumento a ser analisado estará desafinado, ou seja, as frequências
emitidas não estarão de acordo com os valores acima. Cada corda deverá ser
friccionada e a frequência mostrada no display deverá ser registrada, em uma
tabela, como a do modelo a seguir:
Em sequência os alunos deverão afinar o instrumento de acordo com a
afinação proposta. Para isso algumas questões serão propostas:
1. Quais as cordas que apresentam frequências maiores do que a afinação
padrão? E as que apresentam frequências menores?
2. Considerando fixo o comprimento da corda e a sua posição no violão,
como deverá ser o tracionamento das cordas em que as frequências são
Corda 6 5 4 3 2 1
Nota Mi Lá Ré Sol Si Mi
Frequência
(Hz)
82,407 110,000 146,832 195,998 246,942 329,628
Frequências do instrumento desafinado.
Corda 6 5 4 3 2 1
Frequência (Hz)
11
maiores do que a padrão? E com as que as frequências são menores?
Utilize a equação (3) para responder.
3. É possível que uma corda, por exemplo a 6, emita a nota musical de outra
corda, por exemplo a 5? Como isso poderia ser feito?
A afinação deve ser feita ajustando as tarraxas existentes no braço do
violão. As frequências das notas musicais do instrumento afinado devem ser
novamente registradas em uma tabela.
Frequências do instrumento afinado.
Corda 6 5 4 3 2 1
Frequência (Hz)
Com o instrumento afinado, é possível analisar como o comprimento
da corda influencia na nota musical. Os alunos deverão pressionar as cordas
contra o braço do violão, dessa forma irão diminuir o comprimento da mesma.
Pode ser utilizado uma fita métrica e encontrar o ponto médio onde será
pressionado. Assim o comprimento da corda será L/2. Antes das medições,
o aluno deverá responder à seguinte questão:
De acordo com a equação (3), mantendo fixa a força que traciona a
corda, como deverá ser os valores de frequência medidas com o
comprimento L/2 de cada corda?
As frequências de cada corda com esta configuração deverão ser
registradas em uma tabela.
12
Frequências do instrumento afinado com o comprimento da corda L/2
Corda 6 5 4 3 2 1
Frequênci
a (Hz)
Após as medições os alunos deverão informar quais seriam as
frequências medidas caso a corda tivesse comprimento L/3.
Após essa atividade é esperado que o aluno tenha compreendido: a
relação entre o comprimento da corda, a força de tração e a densidade linear
da corda na emissão das notas musicais do violão, a importância do estudo
da física nas artes e os efeitos positivos do uso de novas tecnologias no
processo de ensino aprendizagem.
13
Atividade experimental 2
Investigando os níveis de ruído em uma sala de aula do Ensino
Fundamental.
Aplicativo utilizado: Decibelímetro.
Sensor: microfone.
Grupos de 4 alunos.
Público-alvo: alunos da 3ª série do Ensino Médio.
Objetivos: através do aplicativo, medir a intensidade sonora em um
ambiente de sala de aula, com a intenção de analisar o nível de ruído em que
o professor está submetido.
Os professores estão entre os profissionais sujeitos às alterações de
saúde devido às condições de trabalho inadequadas, como ruído ambiental
(alunos, rua, ventiladores), acústica ruim e organização do trabalho (cargas
extensas). Essas condições podem ocasionar efeitos auditivos e extra
auditivos nesse profissional, resultando em estresse e cansaço, além de
possibilitar a ocorrência de problemas na comunicação, como a disfonia.[7]
De acordo com as normas da ABNT NBR 10152, os níveis de ruído em uma
sala de aula devem ser de 40 dB a 50 dB [8] para que haja o chamado
conforto acústico. É relevante a interferência no nível de ruído no aprendizado
dos alunos, porém esta atividade consiste na percepção deste ruído pelos
professores. Esta atividade deve ser encarada exclusivamente como didática
e, portanto, não se submete às normas técnicas definida pela ABNT NBR
10151 de junho de 2000.
Os alunos do Curso de Formação de Professores do Instituto de
Educação de Nova Friburgo têm por prática obrigatória a realização de
14
estágio em instituições de ensino de educação infantil e primeira etapa do
ensino fundamental. A análise realizada deverá ser realizada nas escolas em
que os alunos estejam estagiando.
Desenvolvimento da atividade.
Os alunos deverão fazer medições em dois momentos dentro da sala
de aula: sem a presença de alunos e professores e posteriormente em uma
aula da rotina normal da turma. Estamos interessados na intensidade média
do ruído, portanto utilizaremos a leitura “Minuto Médio db” do aplicativo.
Com a sala de aula vazia poderá ser realizada três medidas, com
intervalo de 2 minutos entre elas.
Sala de aula vazia
Medida 1 (dB) Medida 2 (dB) Medida 3 (dB)
Em um momento posterior, com a rotina normal da turma, o aparelho
deve ser posicionado numa distância de aproximadamente 1 metro do
professor. Considero essa distância apropriada em função dos sucessivos
deslocamentos em que o professor se submete durante as aulas. As leituras
podem ocorrer em intervalos de 5 minutos, o aparelho permanecerá ligado e
as leituras novamente serão do tipo “Minuto médio dB”.
Sala de aula em rotina normal
Medida 1 (dB) Medida 2 (dB) Medida 3 (dB)
15
Os níveis de ruído devem ser comparados ao estipulado por Russo [9]
em que classifica as salas de aulas com os valores médios de intensidade de
ruído entre 40 dB (tranquilo), 60 dB (moderado) e 80 dB (barulhento), porém
de acordo com a NBR 1052 não deva ultrapassar 50 dB.
Com base nos dados coletados, pesquise a respeito dos malefícios
que podem ser ocasionados pela exposição prolongada a níveis sonoros
medidos.
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
Espera-se que o aluno pesquise e relate com informações referentes
ao desenvolvimento de disfonia, diretamente ligado à voz, e ao
desenvolvimento de doenças como gastrite, hipertensão e insônia.
16
REFERÊNCIAS.
1 . WUENSCHE, CA. "A Física da Música INPE." MCT–Divisão de Astrofísica,
São José dos Campos (2004).
2. COUTO, AL de Macedo. “A Física do Violão”. Universidade Católica de
Brasília, Brasília (2006)
3. WALKER, Halliday Resnick. "Fundamentos de física vol. 2 – 8ª edição" São
Paulo: LTC (2011).
4. HEWITT, Paul G. "FÍSICA Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre (2011).
5. NUSSENZVEIG, H. Moysés. "Curso de Física Básica, vol. 2." Editora Edgard
Blucher Ltda., São Paulo (1998).
6. http://www.explicatorium.com/cfq-8/tipos-instrumentos-musicais.html
Acessado em 24/05/17
7. LIBARDI, Aline et al. O ruído em sala de aula e a percepção dos professores
de uma escola de ensino fundamental de Piracicaba. Distúrbios da
Comunicação. ISSN 2176-2724, v. 18, n. 2, 2006.
8. ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10152: Níveis de
ruído para conforto acústico. Rio de Janeiro, 2000.
9. Russo ICP. Acústica e psicoacústica aplicadas à fonoaudiologia. 2.ed. São
Paulo: Lovise; 1999. O papel da acústica das salas de aula na inteligibilidade da
fala; p.213-21
Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.
Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C., Ccappa C. Trilhas de
Aprendizagem: Explorando o Espectro Sonoro, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.
17
Trilhas de Aprendizagem
Prof. Leandro Carlos Quima
http://leandroquima.blogspot.com
Pressão Atmosférica
A humanidade sempre precisou prever as condições de tempo e clima
para saber as melhores épocas de plantio. Com o passar do tempo e com o
avanço do desenvolvimento tecnológico, as imagens de satélite associadas às
medidas realizadas na superfície, facilitaram o estudo da meteorologia.
Pré-requisitos.
Conhecimento conceitual de pressão.
Introdução conceitual.
Quando um objeto está apoiado perpendicularmente em uma superfície,
este exerce uma força sobre ela. Numericamente esta força é igual, em
intensidade, ao seu peso. Denominamos a grandeza física pressão a razão entre
a força exercida perpendicularmente sobre a superfície e a área em que a força
é aplicada.
𝑝 =𝐹
𝐴
Para ilustrar a diferença entre pressão e força, considere os dois blocos
na imagem abaixo de mesmo peso e mesmo volume, porém com diferentes
faces apoiada sobre a superfície.
18
De acordo com a equação acima, podemos afirmar que o bloco 2 exerce
maior pressão sobre a superfície do que o bloco 1, devido à sua área de contato
ser menor.
A unidade de medida para pressão no Sistema Internacional é newton por
metro quadrado (N/m²) que recebe o nome de pascal (Pa), em homenagem a
Blaise Pascal. Outras unidades de medida também são usadas, entre elas o bar,
atmosfera (atm), torricelli (torr), libraforça por polegada quadrada (psi). Na tabela
a seguir segue alguns valores para conversão.
Tabela 1 - conversão de unidades para pressão.
Pressão atmosférica.
A espessura de nossa atmosfera é determinada por dois fatores que
competem entre si: a energia cinética de suas moléculas, que tende a espalhá-
las; e a gravidade, que tende a mantê-las junto à Terra. [2] As moléculas dos
gases presentes na atmosfera tendem a se acumular mais próximo à superfície,
isso nos dá que mais de 50 % de toda a atmosfera está abaixo de 5,6 km de
altitude, desta forma o ar está mais comprimido que em altitudes maiores, de
acordo com a figura 2.
Unidade Símbolo Equivalência
pascal Pa = 1 N.m−2 = 1 kg.m−1.s−2
atmosfera atm = 101325 Pa = 101325
N.m−2
bar bar = 105 Pa
torricelli Torr = (101325/760) Pa ~
133,323 Pa
milímetro de mercúrio (convencional)
mmHg = 1,000000142 torr
libra por polegada quadrada psi ~ 6,894 757 x 10³ Pa
milímetro de água mmH2O ~ 9,859 503 Pa
19
A pressão atmosférica é a força que o próprio peso do ar exerce sobre
cada ponto da superfície terrestre. Ao nível do mar, ou seja, com altitude 0, temos
o maior valor de pressão atmosférica: 1,013 x105 Pa. O instrumento utilizado
para medí-la chama-se barômetro. O primeiro instrumento utilizado foi o
conhecido barômetro de Torricelli, criado pelo matemático e físico italiano
Evangelista Torricelli, no ano de 1643. O dispositivo consiste em um tubo de
vidro preenchido parcialmente com uma coluna de mercúrio com
aproximadamente 76 cm de altura, a qual é imersa em um prato com mercúrio.
Quando Torricelli virou o tubo no prato com mercúrio, o nível de mercúrio no tubo
baixou para um nível em que o peso do mercúrio era equilibrado pela força
atmosférica exercida sobre o reservatório. A mesma força que o peso de 76 cm
de mercúrio exerce sobre o prato é a mesma força que a atmosfera também
exerce sobre o prato. Desta forma a pressão da coluna de mercúrio é igual à
pressão atmosférica, ou seja, a pressão atmosférica equivale à pressão exercida
por uma coluna de 76 cm de mercúrio ao nível do mar. Assim temos que 1 atm
= 76 cmHg.
O uso do barômetro se tornou imprescindível nas previsões
meteorológicas. Quando há uma diminuição da pressão atmosférica, em torno
de 5 milibares ou 5 hPa, é provável que chuva esteja se formando, pois, o ar
Figura 2. Percentual atmosférico
20
mais quente se eleva na atmosfera, por convecção, gerando um sistema de
baixa pressão. Quando há um aumento na pressão atmosférica, a chance de
chuva diminui. [2]
Atividade experimental 1
Estudando a previsão do tempo
Aplicativo utilizado: Barômetro Plus.
Sensor: barômetro.
Grupos de 4 alunos.
Público-alvo: alunos da 1ª série do Ensino Médio.
Objetivos: relacionar os valores de pressão atmosférica com a previsão
do tempo.
Desenvolvimento.
Os alunos deverão utilizar o aplicativo Barômetro Plus para coletar os
dados referentes à pressão atmosférica em intervalos de 20 minutos e registrar
em uma tabela.
Horário Pressão (hPa)
Variação positiva da pressão atmosférica pode indicar tempo firme e sem
chuva. Variação negativa pode indicar chuvas se aproximando.
21
Atividade experimental 2
Construção de um barômetro didático.
Grupos de 4 alunos.
Público-alvo: alunos da 1ª série do Ensino Médio.
Objetivo: instrumentalizar os alunos com um experimento didático
simples que possa ser reproduzido com alunos do Ensino Fundamental.
Para a confecção do nosso barômetro didático, vamos utilizar um
artigo no site Wikihow. Esta página web disponibiliza diversos manuais
gratuitos e livres que podem ser utilizados por qualquer pessoa ou
organização. O wikiHow licencia todo seu conteúdo sob uma Licença do
Creative Commons.[3]
Materiais Necessários
Uma bexiga
Um pote ou jarro (de boca larga)
Um canudo
Uma tira elástica
Fita adesiva
Pedaço de papel
Tesoura e lápis
1. Reúna todos os materiais necessários. Você vai precisar de uma tesoura,
fita adesiva, uma bexiga, um pote (ou jarro) de vidro, um elástico e um
canudo.
22
2. Sopre a bexiga até quase enchê-la, com cuidado, e deixe o ar sair aos
poucos (isso vai fazer com que a superfície da bexiga fique mais
esticada).
3. Corte a bexiga ao meio e descarte a parte do pescoço (você vai precisar
apenas da "touca" do topo da bexiga).
23
4. Pegue a parte da bexiga que você separou e estique-a sobre o
pote. Deixe-a bem esticada e use um elástico ao redor da boca do pote
parar prendê-la. Observe se está tudo bem preso, procurando por
espaços frouxos entre a bexiga e o pote por onde o ar possa entrar (o
ideal é impedir qualquer passagem de ar para o interior do pote).
5. Prenda o canudo com fita adesiva na tampa feita com a bexiga. A ponta
do canudo deve ficar a uma distância de cerca de um quarto do diâmetro
da borda do pote (considere o diâmetro da circunferência do topo do pote).
Ponha o pedaço de fita adesiva a aproximadamente dois centímetros da
ponta do canudo. O canudo deve funcionar como a agulha do seu
barômetro. Se ele for muito longo, use a tesoura para cortar um pouco:
24
cuidado para não o encurtar demais, pois a maior parte do canudo deve
ficar para fora do pote.
6. Use a fita adesiva para fixar um pedaço de papel numa parede; em
seguida, ponha o pote que você preparou na frente desse papel.
7. Use um lápis para fazer marcações no papel. Faça a primeira na altura
onde o canudo está naquele momento e depois mais duas, uma acima e
outra abaixo da primeira marcação (que vão representar as variações de
pressão). Deixe espaço no papel para fazer novas marcações, se assim
for necessário.
25
8. Observe regularmente seu barômetro e comece a descrever o clima
segundo o movimento do canudo. Acrescente uma descrição próximo a
cada marcação, indicando como está o clima quando o canudo estiver
naquela posição (por exemplo, você pode escrever "ensolarado",
"ventoso" ou "nublado").
Acompanhe o clima por alguns dias e verifique se suas marcações
estão corretas. Cheque seu barômetro e observe como está o
tempo: você é capaz de dizer, usando apenas seu barômetro
caseiro, se o clima está prestes a mudar? As marcações foram
feitas muito próximas ou muito distantes umas das outras? As
descrições indicam corretamente o clima do momento?
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Dicas
O canudo deve funcionar como uma agulha: em dias de pressão do ar
alta, o clima estará mais quente e ensolarado, portanto o canudo deverá
se mover para cima; já em dias de pressão do ar baixa, o clima deve estar
nublado e chuvoso, logo o canudo se moverá para baixo.
Use as previsões do tempo para checar se os seus resultados estão
certos: caso contrário, faça os ajustes necessários e continue tentando
até que seu barômetro descreva o tempo corretamente.
Cheque a temperatura ao fazer suas leituras: tente fazê-las a uma mesma
temperatura para conseguir resultados mais consistentes. A temperatura
tem uma forte influência sobre o movimento da "agulha" do seu
barômetro: quando o ar é aquecido ele expande; já quando esfria, ele
contrai.
Ao selar o pote com a bexiga, você prendeu dentro dele uma cerca
quantidade de ar a uma determinada pressão: dessa maneira, a bexiga
será capaz de indicar as mudanças de pressão atmosférica, ou seja, a
pressão do ar a sua volta. Uma pressão do ar maior que a do interior do
pote vai empurrar a superfície da bexiga para dentro dele, movendo assim
o canudo para cima. Já quando a pressão do ar está baixa, o ar do interior
do pote se expande, inchando a superfície do balão e movendo o canudo
pra baixo. O canudo serve simplesmente para facilitar a percepção da
variação da superfície da bexiga.
Por se tratar de um objeto delicado, coloque seu barômetro em um lugar
onde não haja passagem de pessoas.
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Você vai perceber que o canudo se move pouco tempo antes de ocorrer
uma mudança no clima da sua região: isso acontece porque as mudanças
no clima vêm geralmente acompanhadas de mudanças na pressão
atmosférica, que é aquilo que seu barômetro estará medindo.
Para que o seu barômetro seja o mais preciso possível, tente fazer leituras
por um longo período de tempo, principalmente se você está tendo muitos
dias seguidos apenas de sol (ou de chuva). Para começar esse projeto,
considere as estações da sua região e tente escolher um mês do ano em
que ocorram muitas variações de clima em um pequeno período de
tempo.
Avisos
Certifique-se que não existam brechas na parte presa do balão, nem
pequenos furos na superfície do balão: isso afeta diretamente o resultado
desse experimento.
Mantenha seu barômetro longe de luz do sol direta: o calor pode
desgastá-lo e estragar seu experimento.
Como a bexiga representa um perigo de sufocamento, crianças pequenas
não devem usar esse barômetro sem supervisão de adultos. Quando não
estiver em uso, guarde-o longe do alcance de crianças.
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REFERÊNCIAS.
1. HEWITT, Paul G. "FÍSICA Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre (2011).
2. Climatempo – Alta pressão x baixa pressão -
https://www.climatempo.com.br/noticia/2016/12/23/alta-pressao-x-baixa-
pressao-5386 - Acessado em 21/07/2017
3. http://pt.wikihow.com Acessado em 25/07/2017
Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.
Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C. , Ccappa C. Trilhas de
Aprendizagem: Pressão Atmosférica, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.
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Trilhas de Aprendizagem
Prof. Leandro Carlos Quima
http://leandroquima.blogspot.com
Atrito cinético
No estudo da Mecânica um dos pontos mais importantes é a compreensão
das forças de atrito e como esta interação pode nos ser útil e quando precisamos
minimizá-la. Nem sempre o aluno do ensino médio tem a compreensão
necessária. O uso do smartphone pode colaborar numa experiência prática da
determinação do coeficiente de atrito dinâmico.
Pré-requisitos.
Conhecimento básico de força normal, força peso e o princípio
fundamental da dinâmica (F = m.a)
Introdução conceitual.
Considere um objeto apoiado sobre uma mesa (fig. 1A). Pela aplicação
de uma força F ele atinge, após certo tempo, uma velocidade V (fig. 1B). Quando
termina a força, a velocidade diminui até o objeto parar (fig. 1C). Interpretamos
esse fato considerando uma força de resistência oposta ao movimento relativo
dos corpos, chamada de força de atrito cinético (fig. 1D).
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Figura 4 - Força de atrito dinâmico
A força de atrito se deve às rugosidades das superfícies em contato e às
forças de adesão entre as moléculas das duas superfícies. As rugosidades se
interpenetram e as forças de adesão entre os pontos de contato formam
“microssoldas”, dificultando o movimento de um corpo em relação ao outro.
Quando há movimento, a experiência mostra que a intensidade da força
de atrito é proporcional à intensidade da força normal FN:
𝐹𝑎𝑡𝑐 = 𝜇𝑐 ⋅ 𝐹𝑛
Nessa equação, µ é uma constante de proporcionalidade chamada de
coeficiente de atrito cinético e que não possui unidade de medida, pois é a
relação entre duas intensidades de força.
Atividade experimental.
Determinação do coeficiente de atrito cinético.
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Aplicativo utilizado: Sparkvue
Sensor: acelerômetro.
Grupos de 4 alunos.
Público-alvo: alunos da 1ª série do Ensino Médio.
Objetivos: medir o coeficiente de atrito cinético entre um bloco de madeira
e algumas superfícies.
Desenvolvimento.
Procedimento
1. Limpe o bloco de madeira e a plataforma com uma toalha de
papel. Evite colocar as mãos sobre a plataforma e a superfície do bloco de
madeira que ficará em contato com a plataforma.
2. Meça a massa do bloco usado e do smartphone utilizado.
3 – Abra o aplicativo Sparkvue e na tela principal selecione “Sensor de
Aceleração Integrado”, em seguida escolha “Aceleração, Y”. Configure
“Períódico” para 10 Hz, ou seja, o acelerômetro registrará 10 medições por
segundo. A tecla Início deverá ser pressionada somente quando for executar
o experimento.
3. Monte o experimento, conforme a figura 2 deixando a parte rugosa
(Face 1) do bloco em contato com o plano horizontal.
4. Com o bloco em repouso sobre a mesa e com o smartphone preso
à sua superfície, aplique uma força paralela até a marca feita na mesa.
32
5. Anote o valor da aceleração medida após o instante em que o bloco
deixou o contato com a força.
6. Meça a distância percorrida.
7. Como calcular o coeficiente de atrito? A partir do instante em que o
bloco perde contato com as mãos de quem aplica a força, a resultante das
forças é a força de atrito. Considerando também que o bloco esteja na
apoiado sobre uma superfície plana, a força normal igual a força peso,
portanto Fn = P = m.g. Igualando F = Fatc, logo m.a = 𝜇𝑐 .m.g. Dividindo a
expressão por m e realizando uma manipulação algébrico, chegamos à
expressão abaixo para o cálculo do coeficiente de atrito cinético.
𝜇𝑐 =𝑎
𝑔
7. Calcule o trabalho da força de atrito. O trabalho realizado por esta
força é o produto da força de atrito pelo deslocamento.
8. Estime a velocidade atingida pelo conjunto no momento em que
abandona a mão que exerce força. Utilize o teorema trabalho energia
cinética.
Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.
Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C. , Ccappa C. Trilhas de
Aprendizagem: Atrito cinético, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.
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Trilhas de Aprendizagem
Prof. Leandro Carlos Quima
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Campo magnético de um eletroímã
Todas as pessoas, especialmente, as crianças são fascinadas pelos ímãs.
A curiosidade acerca do funcionamento deste objeto tão comum pode ser um
gatilho importante para chamar a atenção de alunos na faixa etária de 08 a 10
anos para as ciências Físicas.
Introdução conceitual.
O termo magnetismo provém o nome Magnésia, um distrito costeiro da
antiga Tessália, na Grécia, onde pedras incomuns eram encontradas pelos
gregos há mais de 2.000 anos. Tais pedras, chamadas de ímãs naturais,
possuem a propriedade de atrair pedaços de ferro. Os ímãs foram primeiro
empregados em bússolas e usados para a navegação pelos chineses no século
XII. No século XVI, William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, confeccionou
ímãs artificiais esfregando pedaços de ferro comum em pedações de magnetita
(metal formado pelos óxidos de ferro II e III). Os ímãs são capazes de atrair
objetos metálicos como ferro e alumínio. Cada ímã possui, pelo menos, um polo
norte magnético e um polo sul magnético, para facilitar a escrita, serão
chamados apenas de polos norte e sul. Quando o polo norte de um ímã é
aproximado ao polo norte de outro ímã, eles se repelem. O mesmo é verdadeiro
34
para um polo sul próximo a outro polo de mesmo tipo. Mas se dois polos
magnéticos opostos forem colocados próximos, aparecerá uma força atrativa
entre eles. Assim podemos afirmar que: polo iguais se repelem; polos iguais se
atraem. Portanto a força magnética é ora atrativa, ora repulsiva. A Terra se
comporta como um grande ímã, com seus respectivos polos. Junto ao polo
geográfico norte tem-se o polo magnético sul do planeta, e junto ao polo
geográfico sul o norte magnético.
Os ímãs podem ser permanentes ou temporários. Um ímã permanente é
feito de aço magnetizado (ferro com alto teor de carbono), a fim de manter
permanentemente seu poder magnético. O uso mais comum de magneto
permanente para armazenar notas e decorar a porta da geladeira. Eles são
usados como ganchos, em alto-falantes de áudio, fazer joias, bússola, entre
outras aplicações práticas. Um material não magnetizado pode se magnetizar ao
ser exposto a um campo magnético externo. Quando o campo externo cessa o
ímã deixa de possuir seu campo magnético. Esses ímãs são feitos com matérias
paramagnéticas (normalmente ferro com baixo teor de carbono). Os ímãs geram
em torno si um campo magnético.
Imagine o seguinte: se várias agulhas magnéticas forem distribuídas em
diferentes pontos do espaço em torno de um ímã, cada uma delas se orientará
Figura 5 - magnetismo terrestre
35
ao longo de uma direção bem determinada, em virtude da ação das forças
magnéticas que o ímã exerce sobre a agulha. Como o ímã tem a propriedade de
orientar as agulhas, dizemos que ele cria um campo magnético no espaço em
torno dele. Concluímos que um ímã cria no espaço em torno dele um campo
magnético, que pode ser comprovado pelo fato de uma agulha magnética se
orientar em qualquer ponto desse espaço. O campo decresce sua magnitude
enquanto a distância do ímã aumenta. A figura abaixo mostra as linhas de
indução de um campo magnético. Quanto mais próximas forem as linhas, maior
a intensidade do campo.
Quando cargas elétricas fluem em um fio condutor, no entorno desse fio
é gerado um campo magnético. Se pegarmos uma quantidade razoável desse
fio e o enrolarmos entorno de um material feito de ferro, um prego, por exemplo,
e ligarmos o fio em uma fonte de energia elétrica, então faremos com que o prego
fique magnetizado temporariamente, desta forma construiremos um eletroímã.
Esta é uma demonstração simples que pode ser realizada a qualquer momento.
Eletroímãs industriais têm grandes utilidades, como por exemplo, erguer
automóveis em um ferro velho. Na medicina os eletroímãs são utilizados em
diagnósticos por imagem através da Ressonância Magnética Nuclear. Para
Figura 6 - linhas de indução de um campo magnético.
36
aumentar ou diminuir a intensidade do campo magnético gerado por um
eletroímã, basta aumentar o número de vezes que o fio é enrolado em torno do
pedaço de ferro (chamamos de espiras as voltas que o fio dá em torno do
material) ou aumentar a intensidade da corrente elétrica.
O campo magnético (B) pode ser calculado multiplicando o número de
espiras (n) pela intensidade da corrente elétrica (i) e por um fator chamado
permeabilidade magnética (𝜇0). Portanto:
𝐵 = 𝜇0. 𝑛. 𝑖
A unidade de medida do campo magnético no Sistema Internacional de
Unidades é o tesla (T) em homenagem ao físico sérvio Nikola Tesla (1856-1943).
Figura 7 - eletroímã caseiro
37
Atividade experimental
Investigando o campo magnético gerado por um eletroímã caseiro.
Aplicativo utilizado: magnetometer.
Sensor: magnetômetro
Grupos de 3 alunos.
Público-alvo: professores e alunos do primeiro segmento do Ensino
Fundamental.
Objetivos: instrumentalizar o professor das séries iniciais com
experiência didática simples e fornecer conhecimento conceitual a respeito do
magnetismo.
Instigar nos alunos o interesse pelas ciências físicas através do
experimento.
Apresentar ao professor o smartphone como instrumento didático-
científico.
Materiais utilizados
1 prego grande
1 metro de fio revestido fino
1 pilha de 1,5 V tamanho D
1 bateria de 9 V.
Pequenos objetos metálicos
Smartphone com o sensor de campo magnético e o aplicativo
Magnetometer instalado.
Atividade com os alunos.
Com os materiais solicitados, enrolar o fio entorno do prego com o maior
número de voltas possível. Em seguida conectar as pontas do fio à pilha e
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aproximar dos objetos metálicos. Espera-se que os objetos sejam atraídos. Em
seguida, pedir para que os alunos desfaçam as espiras pela metade e
reaproxime o eletroímã dos objetos metálicos. Realizar o mesmo experimento
com a bateria de 9 V.
Questioná-los a respeito:
Quando o número de voltas diminuiu, o eletroímã continuou atraindo a
mesma quantidade de objetos metálico?
Foi necessário aproximar o eletroímã dos objetos para que fossem
atraídos. Quando foi colocada uma pilha “mais forte”, poderíamos atrair
os objetos com de uma distância maior?
Atividade com o professor.
Construir o eletroímã seguindo os passos descritos anteriormente.
Com o aplicativo Magnetometer, medir o campo gerado pelo eletroímã,
aproximado o dispositivo do smartphone.
Para realizar o experimento com o professor, podemos colocar o
eletroímã à distância de 25 cm do smartphone e registrar o valor do campo
magnético. Em seguida, aproximar o smartphone para a distância de 10 cm
e registrar novamente o valor medido. O aplicativo nos mostra as
componentes X, Y e Z, porém registraremos os valores absolutos do campo.
Comparar qualitativamente os valores dos campos gerados com a
distância do eletroímã ao smartphone.
REFERÊNCIAS.
1 . HEWITT, Paul G. "Física Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre: Bookman,
2011
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2.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Earth%27s_magnetic_fie
ld%2C_schematic.svg6.
3. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz – Curso de Física vol.3 - São Paulo:
Scipione, 2012
Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.
Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C. , Ccappa C. Trilhas de
Aprendizagem: Campo magnético de um eletroímã, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.
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Trilhas de Aprendizagem
Prof. Leandro Carlos Quima
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Circunferência terrestre
Eratóstenes e a circunferência terrestre.
Introdução conceitual.
Atualmente as pessoas conhecem, através de diversas
ferramentas, o diâmetro terrestre, lunar e até mesmo o solar. Porém no século
III a.c. um dos funcionários de uma biblioteca localizada em Alexandria, antigo
Egito, conseguiu a circunferência da Terra através de um método muito simples.
Primeiramente convidamos você a responder às questões abaixo,
compondo um texto com até 25 linhas, pesquisando em páginas web.
Recomendo o documento que está em
http://www.mat.ibilce.unesp.br/ciencia/docs/Mini-Curso-Eratostenes,-Um-
Genio-do-Tamanho-da-Terra.pdf
Quem foi Eratóstenes?
Como Eratóstenes raciocinou para calcular o tamanho da Terra?
Como Eratóstenes conseguiu calcular a circunferência terrestre?
O que é equinócio?
O que são latitude, longitude e meridiano?
O que é solstício?
O que é meio-dia solar?
Como se calcula o valor da tangente de um ângulo?
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Atividade experimental.
Objetivo: Determinar a circunferência terrestre.
Grupos de 4 alunos.
Sensor utilizado: GPS
Aplicativos utilizados: Google Earth no smartphone; Stellarium e Google
Earth Pro no computador.
Materiais utilizados: cartolina, vareta de tamanho conhecido com suporte
e trena.
Desenvolvimento da atividade.
Tendo conhecimento sobre os conceitos envolvidos nas questões
preliminares, devemos escolher um local plano e horizontal, às 12 horas (13
horas no horário de verão) em que o dia esteja ensolarado, pois precisaremos
de sombra.
A cartolina deve ser colocada sobre o plano e a haste posicionada
perpendicularmente sobre ela, conforme o esquema.
Às 12h a haste (H) provocará sombra sobre a cartolina e com uma régua,
o comprimento da sombra (h) deve ser registrado na cartolina.
Fig. 1 – Haste perpendicular ao plano.
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Figura 2 – Ilustração da sombra projetada pela haste.
Utilizando o Google Earth no smartphone, determine as coordenadas
geográficas do local de onde está sendo realizado as medidas. Para isso, basta
executar o aplicativo no local do experimento.
Figura 3 – Tela do Google Earth
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A localização geográfica é dada no canto inferior direito da tela do
aplicativo.
Figura 4 – Localização geográfica no Google Earth
O primeiro valor que aparece é o da latitude e o “S” ao final indica que a
localização é abaixo da Linha do Equador; o segundo valor que aparece é o da
longitude e o “W” ao final indica que a localização é a oeste do meridiano de
Greenwich.
Registre os dados na tabela a seguir.
Dados coletados no local do experimento
Medida da
haste, H, (cm)
Medida da
sombra, h, (cm)
Latitude Longitude
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Para determinar o comprimento da circunferência terrestre, Eratóstenes
precisou conhecer o ângulo que existe no globo entre a cidade de Alexandria e
Siena, assim como a distância entre as duas cidades.
Figura 5 – Representação do experimento de Eratóstenes
Pela ilustração, vemos que o ângulo B, entre as duas cidades, é
exatamente igual ao ângulo A, que podemos determinar utilizando as relações
entre o comprimento da haste e da sombra medidas em nosso experimento,
utilizando o valor do arco tangente, através da expressão 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (ℎ
𝐻). Uma
vez determinado o ângulo, precisamos conhecer a distância entre o local em que
realizamos o experimento e aquele em que ocorre o meio-dia solar (local em que
o Sol se encontra no zênite e uma haste colocada perpendicularmente à
superfície não provoca sombra) no mesmo meridiano do local do experimento.
Primeiramente precisamos conhecer as coordenadas do local em que ocorre o
meio-dia solar, vamos utilizar o software Stellarium no computador. Abra o
programa e configure de acordo com as instruções: coloque o horário para 12
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horas (13h caso seja horário de verão); tecle A para retirar “Atmosfera”; tecle Z
para inserir grade azimutal; tecle F6 para abrir a janela de localização.
Figura 6 – Janela de localização do Stellarium
Na janela de localização mantenha a longitude fixa e ajuste a latitude de
forma com que o Sol fique exatamente no centro da grade azimutal.
Figura 7 – Sol no centro da grade azimutal.
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No canto inferior esquerdo tem a localização do meio-dia solar. Como se
trata de uma atividade pedagógica, existem pequenas variações que não
invalidam a atividade.
Registre a localização do meio dia solar: _____________________________
Agora no programa Google Earth Pro, vamos encontrar a distância do
local onde foi realizado o experimento e o do meio-dia solar.
Abra o programa e configure de acordo com as instruções
Inserir no campo “Pesquisar” as coordenadas do local do experimento,
latitude e longitude; clicar no ícone para adicionar marcador na localização
do experimento, nomear para experimento; inserir no campo “Pesquisar” as
coordenadas do local do meio-dia solar, latitude e longitude; clicar no ícone
para adicionar marcador na localização do meio-dia solar, nomear para meio-dia
solar; clicar no ícone (régua) para medir no mapa a distância em linha reta
entre os dois marcadores adicionados.
Distância entre os marcadores:____________________________________
Figura 8 – Google Earth Pro
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Finalmente para encontrar a medida da circunferência terrestre C, através
de uma regra de três simples, utilizaremos a relação: 𝐶 = 𝑑 ∙360°
𝜃 , onde d é a
distância entre o local do experimento e o meio-dia solar, θ é o ângulo entre os
dois locais.
Agora compare o valor obtido por Eratóstenes e oficialmente em livros
e/ou páginas web.
REFERÊNCIAS.
1 . HEWITT, Paul G. "Física Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre: Bookman,
2011
2.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Earth%27s_magnetic_fie
ld%2C_schematic.svg6.
3. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz – Curso de Física vol.3 - São Paulo:
Scipione, 2012
Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em
Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.
Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C. , Ccappa C. Trilhas de
Aprendizagem: Circunferência terrestre, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.