ensinando física moderna através de experimentos com
TRANSCRIPT
i
Ensinando Física Moderna Através de
Experimentos com Materiais Alternativos
GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE
Juazeiro do Norte - CE Fevereiro de 2017
ii
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com Materiais Alternativos
GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr. Célio Rodrigues Muniz
Juazeiro do Norte - CE Fevereiro de 2017
iii
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com Materiais Alternativos
Gerlanio Nogueira Cavalcante
Orientador: Prof. Dr. Célio Rodrigues Muniz
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física 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
Juazeiro do Norte- CE Fevereiro de 2017
iv
FICHA CATALOGRÁFICA
______
Cavalcante, Gerlanio Nogueira
Ensinando Física Moderna através de experimentos com matérias alternativos/ Gerlanio Nogueira Cavalcante – Juazeiro do Norte: URCA / Departamento de Física, 2017.
iv, 83 f.: il.
Orientador: Dr. Célio Rodrigues Muniz
Dissertação (mestrado) – URCA / Instituto de Física / Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF), 2017.
Referências Bibliográficas: f. 69-72.
1. Ensino de Física. 2. Experimentos de Física Moderna. 3. Materiais Alternativos. 4.Aprendizagem Significativa I. Muniz, Célio Rodrigues. II. Universidade Regional do Cariri, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF). III Ensinando Física Moderna através de experimentos com matérias alternativos CDD ___
v
DEDICO:
Aos meus avôs: ANTÔNIO FRANCALINO NOGUEIRA (in memoriam) e MARIA CARLOTA DA CONCEIÇÃO (in memoriam, a quem devo toda educação pela
qual foi submetido ao longo da vida. Meus “GUERREIROS”.
A minha amada esposa AlZENI, pelo incentivo, compreensão aos longo desses anos juntos.
A minha filha LETÍCIA JOANNE, “SER” de luz, que ilumina e enche nossas
vidas de amor e carinho a cada dia.
Aos meus pais: JOANA E MOACIR, pelo dom da vida. Aos meus irmãos: ERLÂNDIA, APARECIDA, JANIKEL, JANIQUELE e
JANIELE, por está ao meu lado sempre que precisei.
Aos meus sobrinhos: KAMILLY, CRISTIAN E ANA CLARA.
Aos meus tios: RITA, DAMIANA e NETO, pelo apoio em todos os momentos da minha vida.
vi
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao grande mentor do universo, o meu bom DEUS pelo dom da vida,
por tudo que tem feito de maravilhoso em minha vida, por me da as armas
necessárias para vencer na vida.
Ao meu orientador prof. Dr. CÉLIO MUNIZ, por não desistir de mim e não deixar
eu desistir ao longo desse caminho, sendo que foram vários os desencontros de
opiniões, mas sempre procurou o melhor caminho para que eu seguisse.
Aos professores do departamento de física do Curso de Pós-Graduação em
Ensino de Física (URCA) pelos valiosos conhecimentos transmitidos WILSON,
APIANO, ANTÔNIO CARLOS. ALEXANDRE, EDUARDO, JOELMA (in
memoriam), em especial ao professor-coordenador AUGUSTO, pela atenção e
preocupação.
Aos meus colegas de mestrado, uma pequena turma que se transformou em
uma família, THIAGO, RODRIGO, JORGE, VLADIMIR, ÍTALO, ÍCARO, JOÃO
PAULO, CARLOS e em especial SÉRGIO pelos conselhos, pela convivência um
verdadeiro pai.
Aos todos os amigos e irmãos que a vida me deu ao longo da faculdade, em
especial, WOXGTHON, FÁBIO, MARCELO E FRANCISCO “BABÁ”, pela
agradável companhia e pelos tortuosos dias de estudos.
Aos amigos que tornaram-se meus irmãos FRANCISCO VANDERLI e VALDEIR
PEDRO, pela força profissional que me deram, pelo amparo, pelo
companheirismo.
A EEEP Maria Célia Pinheiro Falcão e todos que fazem parte daquela bela
instituição de ensino, por me acolher tão bem, por me da subsídios para crescer
profissionalmente.
vii
A professora MARIA JOSÉ, pela força desde o início dessa caminhada, fazendo
a correção e me orientando na conclusão do projeto e do memorial.
Ao senhor ZÉ DOMINGO, LÚCIA e toda sua família pela amizade, confiança e
acolhida em sua casa sempre que precisei.
A todos os alunos e professores que participaram da pesquisa de forma
espontânea, visando o aprendizado e aperfeiçoamento.
A todos os meus amigos que de forma direta ou indireta participaram e me
ajudaram nessa longa jornada.
A CAPES pela valiosa contribuição financeira através da bolsa do MNPEF, sem
a qual, para mim seria impossível arcar com tantas despesas de viagem e
hospedagem.
viii
O ser humano vivencia a si mesmo, seus pensamentos como algo separado do resto do universo - numa espécie de ilusão de ótica de sua consciência. E essa
ilusão é uma espécie de prisão que nos restringe a nossos desejos pessoais, conceitos e ao afeto por pessoas mais próximas. Nossa principal tarefa é a de
nos livrarmos dessa prisão, ampliando o nosso círculo de compaixão, para que ele abranja todos os seres vivos e toda a natureza em sua beleza. Ninguém
conseguirá alcançar completamente esse objetivo, mas lutar pela sua realização já é por si só parte de nossa liberação e o alicerce de nossa
segurança interior.
Albert Einstein
ix
RESUMO
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com Materiais Alternativos
Gerlanio Nogueira Cavalcante
Orientador:
Prof. Dr. Célio Rodrigues Muniz
Como professor de Física do Ensino Médio, atuante no interior dos Estados do Ceará e Rio Grande do Norte, notamos, ao longo do tempo um desinteresse dos alunos em relação ao Ensino de Física, a maioria das vezes isso acontece pois, a disciplina envolve cálculos matemáticos, outras vezes por falta de motivação dos alunos, em relação às aulas aplicadas pelos professores. Buscando entender o que ocorre no Ensino de Física, e em particular Física Moderna. Desenvolvemos uma pesquisa de cunho qualitativo-quantitativa, com professores e alunos, objetivando encontrar quais os problemas presentes e apontar uma possível solução, na forma de um produto educacional que incentive a todos, a tomar gosto pelo estudo de alguns conceitos de Física Moderna e Contemporânea. Na pesquisa podemos identificar que os alunos gostam de aulas que envolvem a Física teórica com a prática, o que faz com que eles se afastem ou deixem de gostar da disciplina é a Matemática aplicada de forma descontextualizada. Com os professores, identificamos que os problemas na maioria das vezes são impostos pelo próprio sistema educacional vigente (carga horária insuficiente, estrutura escolar, materiais práticos inexistentes, dentre outros). Buscando amenizar o exposto acima através da pesquisa realizada, desenvolvemos e aplicamos, numa turma do 3º ano do Ensino Médio do Estado do Ceará, um produto educacional no qual trabalhamos temas de Física Moderna, através de aulas experimentais, utilizando a mínima matemática possível. Esse trabalho foi desenvolvido utilizando aspectos da teoria da Aprendizagem Significativa de David Paul Ausubel, ressaltando a grande importância dos conhecimentos prévios dos alunos adquiridos ao longo do tempo. O produto educacional é um manual contendo a confecção e realização de 8 (oito) experimentos com temas diversificados sobre Física Moderna, realizados com materiais alternativos e 8 (oito) vídeos sobre esses experimentos. O mesmo também será disponibilizado online. O objetivo central do projeto é despertar nos alunos a curiosidade, compreender a Física presente no mundo vivencial, nos equipamentos e procedimentos tecnológicos e subsidiar os professores, na realização de aulas experimentais com materiais alternativos referentes a Física Moderna. Palavras-chave: Ensino de Física, Experimentos de Física Moderna, Materiais Alternativos, Aprendizagem Significativa.
x
ABSTRACT
Teaching Modern Physics Through Experiments with Alternative Materials
GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE
Advisor: Prof. Dr. Célio Rodrigues Muniz
As a professor of Physics of High School, acting in the interior of the States of Ceará and Rio Grande do Norte, we noticed, over time, a lack of interest of students in relation to Physics Teaching, most of the time this happens because, the discipline involves calculations mathematics, sometimes because of lack of motivation of the students, in relation to the classes applied by the teachers. Seeking to understand what happens in the Teaching of Physics, and in particular Modern Physics. We developed a qualitative-quantitative research, with teachers and students, aiming to find out the problems present and to point out a possible solution, in the form of an educational product that encourages all, to take pleasure in the study of some concepts of Modern and Contemporary Physics . In the research we can identify that students like classes that involve theoretical physics with the practice, what causes them to move away or not to like the discipline is applied mathematics in a decontextualized way. With teachers, we identify that problems are most often imposed by the current educational system (insufficient working hours, school structure, non-existent practical materials, among others). In an attempt to soften the above, through the research carried out, we developed and applied, in a class of the 3rd year of High School in the State of Ceará, an educational product in which we work on Modern Physics topics through experimental classes using the least mathematical possible. This work was developed using aspects of David Paul Ausubel's Theory of Significant Learning, emphasizing the great importance of previous knowledge of students acquired over time. The educational product is a manual containing the preparation and accomplishment of 8 (eight) experiments with diversified themes on Modern Physics, carried out with alternative materials and 8 (eight) videos on these experiments. The same will also be made available online. The central objective of the project is to awaken students' curiosity, to understand physics present in the experiential world, in equipment and technological procedures and to subsidize teachers, in the realization of experimental classes with alternative materials referring to Modern Physics. Keywords: Physics Teaching, Modern Physics Experiments, Alternative Materials, Significant Learning.
xi
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1.................................................................................................................. 1
1. INTRODUÇÃO ..........................................................................................................1
CAPÍTULO 2.................................................................................................................. 7
2. FÍSICA MODERNA....................................................................................................7
2.1 DECLÍNIO DA FÍSICA CLÁSSICA.....................................................................7
2.2 EXPERIMENTO DO ÉTER ..................................................................................8
2.3 EXPERIMENTO DO EFEITO FOTOELÉTRICO............... ............................ 10
2.4 EXPERIMENTO DA RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO..................................10
2.5 TEORIA QUÂNTICA.............................................................................................12
2.6 TEORIA DA RELATIVIDADE ESPECIAL........................................................13
2.7 TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL.............................................................17
CAPÍTULO 3................................................................................................................ 18
3. ASPECTOS DA TEORIA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE
AUSUBEL......................................................................................................................18
CAPÍTULO 4.................................................................................................................24
4. METODOLOGIA......................................................................................................24
4.1 NATUREZA DA PESQUISA.................................................................................24
4.2 PRODUTO EDUCACIONAL .............................................................................. 26
4.3 OS EXPERIMENTOS ........................................................................................... 26
4.4 PROCESSO DE INTERVENÇÃO ...................................................................... .27
CAPÍTULO 5.................................................................................................................38
5. RESULTADOS ......................................................................................................... 38
5.1 SONDANDO OS DOCENTES .............................................................................. 38
5.2 SONDANDO OS DISCENTES ............................................................................ 44
CAPÍTULO 6............. ................................................................................................... 53
6. CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS......................................................53
xii
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................58
APÊNDICE A: QUESTIONÁRIO DO PROFESSOR...............................................62
APÊNDICE B: PRÉ-PÓS TESTE DO ALUNO..........................................................64
APÊNDICE C: PRODUTO EDUCACIONAL............................................................66
1
CAPÍTULO 1
A Física é um conhecimento organizado que permite
elaborar modelos de evolução cósmica, investigar os mistérios
do mundo submicroscópico, isto é, das partículas que
compõem todas as formas da matéria e suas interações, ao
mesmo tempo em que permite desenvolver novas fontes de
energia e criar novos materiais, produtos e tecnologias.
(BRASIL, 2000, p. 22).
1 Introdução
Analisando a situação do ensino de Física nas Escolas Públicas,
percebemos uma tendência de construção do conhecimento baseado no
pensamento newtoniano - a chamada Física Clássica. Percebemos poucos
textos nos livros didáticos sobre Física Moderna e sua importância no cenário
atual da sociedade.
A Física Moderna não é o conhecimento sistematizado dos fenômenos
naturais surgido com os trabalhos de Galileu e Newton a partir do século XVII,
como seu nome poderia sugerir segundo a historiografia vigente. A esse
conhecimento denomina-se Física Clássica, que abrange também a formulação
lagrangeana e hamiltoniana da Mecânica, assim como o Eletromagnetismo e a
Ótica, todos os quais se desenvolveram plenamente no decorrer do século XIX.
A denominação Física Moderna refere-se ao conjunto de teorias surgidas no
início do século XX, principiando com a Mecânica Quântica e as Teorias da
Relatividade (Restrita e Geral), bem como seu desenvolvimento e aplicações
posteriores, como na Física do Estado Sólido e na Física das Partículas
Elementares. Estes grandes sistemas teóricos produziram alterações marcantes
no entendimento dos conceitos do espaço, tempo, medida, causalidade,
simultaneidade, trajetória e localidade, completamente distintos das noções
advindas da Física Clássica.
2
A Mecânica Quântica surgiu inicialmente dos trabalhos de Max Planck e
de Einstein. Um dos mais importantes problemas da Física não resolvidos no
final do séc. XIX era o da radiação do corpo negro. Planck resolve este problema
em 1900, utilizando como hipótese ad hoc que a energia deste sistema (na
verdade, as trocas de energia entre a radiação e as paredes da cavidade que
forma o corpo) não tem um espectro contínuo, mas, pelo contrário, é discreta,
ou, em outras palavras, quantizada, um aspecto que inexiste na Física Clássica.
Einstein utiliza esta mesma hipótese para resolver o problema do efeito
fotoelétrico em 1905. Mas vai mais longe ao propor que esta é na realidade a
verdadeira natureza da luz. A essa quantidade discreta de energia
eletromagnética se chamou quantum de luz ou, simplesmente, fóton. Nasce
assim a Mecânica Quântica que será posteriormente desenvolvida pelo trabalho
de muitos outros cientistas como Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner
Heisenberg, Albert Einstein, Louis de Broglie, Max Born, Wolfgang Pauli e Paul
Dirac (CARUSO e OGURI, 2006).
A Teoria da Relatividade Restrita desenvolvida por Einstein em 1905
surge para resolver dois problemas, a saber, o comportamento cinemático da luz
e a falta de simetria observada em alguns fenômenos eletromagnéticos, criando
dois postulados: O princípio de relatividade, onde as leis da Física, incluindo as
da Mecânica e do Eletromagnetismo, são as mesmas em todos os referencias
inerciais - aqueles referenciais que se deslocam retilineamente com velocidade
constante uns em relação aos outros; o segundo postulado refere-se à
velocidade da luz, que no vácuo tem o mesmo valor em qualquer destes
referenciais inerciais, independentemente da velocidade da fonte de luz. Em
1915, Einstein aprimora sua teoria que antes era apenas válida nesses
referenciais, analisando as leis da Física também em referencias acelerados,
desenvolvendo assim a Teoria da Relatividade Geral, introduzindo a noção de
espaço curvo, ou seja, os corpos produzem em torno de si uma curvatura do
espaço-tempo – que é a própria gravidade, sendo que quanto maior a massa (e
energia) do corpo, maior será a curvatura (GAZINELLI, 2009).
Diante desse ramo da Física, já não tão novo e que abrange essas duas
vertentes (e seus desdobramentos), os quais revolucionaram a maneira do
3
homem entender a Natureza, surge a questão de como passar esse tipo de
conhecimento, já não tão intuitivo como o representado pela Física Clássica, ao
aluno do Ensino Médio, considerando que a carga horária da disciplina de Física
é bem reduzida, principalmente na educação pública, e que aspectos financeiros
e estruturais das escolas são muitas vezes precários, o que contribui para uma
forma pouco eficiente de se ministrar a disciplina. Entre outros fatores podemos
citar (DANTAS, 2011, p. 16) quando descreve algumas características do
ambiente escolar no Estado do Ceará, fato esse que ocorre também de maneira
preocupante no Estado do Rio Grande do Norte:
“É importante descrever algumas características da realidade complexa do ambiente escolar ainda fortemente marcado: pela organização altamente disciplinar; por uma ementa verticalizada de conteúdos fragmentados e previsíveis; pelo elevado número de alunos em sala (45 a 50 alunos); pela exagerada quantidade de aulas semanais (32 aulas de 50 minutos) e de turmas para o docente (16 turmas); por um mínimo de aula por turma (apenas duas aulas por semana); pela dificuldade de incentivo a formação continuada e muitos outros obstáculos de natureza didática, material e de perceptível desvalorização do profissional educador que infelizmente ainda é marcante no ambiente escolar”.
Um aspecto positivo a ser ressaltado é que, atualmente, após os notáveis
avanços científicos e tecnológicos observados na contemporaneidade, a Física
Moderna tem despertado a curiosidade dos jovens. Com base nesse contexto,
desenvolvemos um projeto que visa preencher a mencionada lacuna com
experimentos que possam ser montados por professores e alunos em sala de
aula e sejam conceitualmente significativos, considerando-se o aspecto da
região onde foi desenvolvido o projeto. Com isto, levamos em conta os fatores
econômicos e estruturais das escolas, pois a quase totalidade não possuem
laboratórios de ciências ou os possuem de forma precária, bem como aspectos
econômicos e sociais dos alunos, pois, identificando os problemas e conhecendo
a realidade dos mesmos, de resto já bastante afeitos às modernas tecnologias
computacionais e de comunicação, que se compreende o que o aluno já sabe,
podendo-se manejar de forma adequada este conhecimento, pois segundo
Ausubel1 "...o fator, isolado mais importante que influencia a aprendizagem é
1 David Paul Ausubel, psicólogo norte-americano.
4
aquilo que o aluno já sabe; descubra isso e ensine-o de acordo" (AUSUBEL,
1968, p. 78).
Concordamos com (WILSON apud, OSTERMANN e MOREIRA, 2000,
p.26) quando relata a importância de ensinar Física Moderna e Contemporânea
(FMC) aos jovens:
“FMC pode ser instigante para os jovens, pois não significa somente estudar o trabalho de cientistas que viveram centenas de anos atrás, mas também assistir cientistas falando na televisão sobre seus experimentos e expectativas para o futuro. Estudar problemas conceituais existentes na FMC envolve os estudantes nos desafios filosóficos de alguns aspectos da Física. O fato de que nem tudo, no mundo científico, é sabido ou entendido, modifica a ideia que os estudantes em geral têm de Física - um assunto que é uma “massa” de conhecimentos e fatos, um livro fechado. Ou são mostrados aos alunos os desafios a serem enfrentados pela Física no futuro, ou eles não serão encorajados a seguir carreiras científicas”.
Nessa mesma linha de pensamento desenvolvemos o projeto intitulado
Ensinando Física Moderna com Experimentos de Materiais Alternativos,
buscando desmitificar o ensino de Física Moderna, onde todos os fatores
expostos influenciam de forma negativa, fazendo que os mesmos
frequentemente fiquem de fora da grade curricular da disciplina.
O Projeto tem como objetivo geral trabalhar conceitos de Física Moderna
a partir do desenvolvimento de uma série de experimentos com materiais
alternativos2 para utilização em sala de aula do ensino médio, com os seguintes
objetivos específicos: Investigar as dificuldades locais enfrentadas pelos
professores e alunos quanto ao ensino-aprendizagem de Física Moderna e
Contemporânea; Instigar a curiosidade dos alunos para temas atuais da Física,
levando-os a pesquisarem esses temas extra sala; compreender a Física
presente no mundo vivencial, nos equipamentos e procedimentos tecnológicos;
elaborar situações Físicas onde os alunos possam investigar problemas a elas
relacionados; relacionar temas de Física Moderna com outras áreas de ensino
2 Material alternativo, não necessariamente de baixo custo, mas presentes no cotidiano dos professores e
alunos.
5
ressaltando a interdisciplinaridade. Esses objetivos compreendem o pensamento
de que
“A situação vivida atualmente pela Educação Básica do Brasil denota que há uma reformulação nos seus valores, pois com o surgimento das novas tecnologias o professor precisa procurar novas maneiras de tornar a escola atraente aos estudantes. (LIMA, 2012, p. 18)”
O presente trabalho é desenvolvido numa abordagem da teoria da
aprendizagem significativa de David Paul Ausubel, buscando entender o aluno
no que se refere a seus conhecimentos prévios, sua estrutura cognitiva e os
aspectos que envolvem o ensino e aprendizagem.
O projeto foi desenvolvido numa Escola da rede pública de Pereiro, estado
do Ceará, com uma turma do 3º ano do Ensino Médio composta de 21 alunos,
sendo realizado em 8 (oito) encontros no 4º bimestre do ano letivo, onde
trabalhamos tópicos de Física Moderna utilizando experimentos de fácil
execução. Procuramos abordar assuntos relacionados a: Cosmologia,
Relatividade Geral, Física Nuclear, Comportamento Dual da Luz e o Plasma. Os
alunos foram submetidos a um questionário no início e no final da execução do
projeto de modo a aferir a construção de seus subsunçores. Fizemos também
uma pesquisa quantitativa com os professores da região de ensino, buscando
levantar quais os aspectos que influenciam a não realização do Ensino de Física
Moderna durante o ano letivo, fornecendo indicadores para a elaboração de um
produto educacional.
Como resultado final do nosso projeto, foi elaborado o produto
educacional impresso e virtual, contendo um manual com a descrição e
confecção dos experimentos e seus vídeos, sendo este destinado aos
professores do Ensino Médio. Esperamos contribuir de forma positiva nas aulas
de Física Moderna, despertando a curiosidade dos alunos de forma geral,
estabelecendo possíveis conexões com outras áreas do conhecimento humano
de modo aos estudantes serem capazes de interpretar notícias científicas
relacionadas ao seu cotidiano tecnológico. Espera-se também que o aluno
6
encontre interesse e motivação suficiente para que aprofunde esses
conhecimentos por meio de investigação pessoal.
No capítulo 2 (dois) faz-se uma breve história da evolução da Física
Moderna, qual sua importância no mundo contemporâneo, principalmente na
vida dos jovens. No capítulo 3 (três) trabalharemos os aspectos fundamentais da
teoria da aprendizagem significativa. No capítulo 4 (quatro) descreve-se como
foram realizadas os levantamentos junto aos alunos e professores, a elaboração
do produto educacional e as aulas de intervenção, visando aplicação do referido
produto. No capítulo 5 (cinco) faz-se as análises sobre os resultados encontrados
antes e após a execução do projeto. E no capítulo 6 (seis) as considerações
finais sobre a importância do professor buscar novas alternativas para
implementar e acrescentar nas suas aulas, buscando quebrar a maneira clássica
e metódica de ensino.
7
CAPÍTULO 2
2 Física Moderna
Neste capítulo estabelecemos a fundamentação teórica do conteúdo de
Física explorado por esta dissertação e inserido no produto educacional
desenvolvido, assim como da teoria de aprendizagem que norteou o nosso
trabalho. Fica evidenciado aqui como a observação experimental é
imprescindível para a validação das teorias, de modo que ela não pode estar
dissociada do seu ensino.
2.1 Declínio da Física Clássica
No final do século XIX a Física era dada como uma ciência que não tinha
mais nada a descobrir com o paradigma newtoniano - conjunto de leis que
regiam a mecânica e os movimentos dos planetas, formuladas por Isaac Newton
(1643 – 1727), das quais faziam parte a cinemática, a relatividade do movimento
e as transformações de Galileu Galilei (1564 – 1642). No campo da
Termodinâmica temos as grandes contribuições dos trabalhos de Sadi Carnot,
Rudolf Clausius e Ludwig Boltzmann, Lord Kelvin, dentre outros. No campo da
Eletricidade e do Magnetismo, temos os trabalhos desenvolvidos por Alessandro
Volta (1745 – 1827), André Marie Ampère (1775 – 1836), Heinrich Rudolf Hertz
(1857 – 1894), Michael Faraday (1791 – 1867) dentre outros. No
Eletromagnetismo temos os trabalhos desenvolvidos por James Clerk Maxwell
(1831 – 1879) com suas equações que unificam a Eletricidade, o Magnetismo e
a Óptica. Todo esse conhecimento sistematizado ficou conhecido como Física
Clássica. Mas existiam alguns experimentos que não condiziam com a teoria
clássica, como o experimento para detecção do éter realizado por Michelson-
Morley, o experimento do efeito fotoelétrico feito por Heinrich Rudolf Hertz e o
experimento da radiação de corpo negro, cujos resultado simplesmente não
eram explicados pela Física Clássica. Eis que surgem no início do século XX a
teoria quântica e a teoria da relatividade, desenvolvidas com os trabalhos de Max
8
Karl Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947) e Albert Einstein (1879 – 1955) criando
uma nova Física, a chamada Física Moderna.
2.2 O experimento do éter
Até final do século XIX pensava-se que as ondas eletromagnéticas
necessitavam de um meio material para se propagar; o éter era esse meio
adotado pelos cientistas, o qual necessitava estar em repouso em relação ao
espaço absoluto e precisava atender outras características como por exemplo:
preencher todo o espaço, inclusive os corpos materiais, ser infinitamente elástico
e imperceptível; só assim servia como um referencial absoluto para se medir a
velocidade da luz. As experiências realizadas por Albert Abraham Michelson
(1852 – 1931) e Edward Williams Morley (1838 – 1923), conhecidas hoje como
a experiências de Michelson - Morley (1881 – 1887), pretendiam detectar o
movimento relativo da terra em relação ao éter, chamado de vento de éter. De
acordo com a relatividade de Galileu o valor da propagação da luz em relação a
terra, quando a mesma fosse medida em diferentes direções teria valores
diferentes.
Michelson (1881) inicialmente, montou um aparato chamado de
interferômetro que foi aperfeiçoado por ele e Morley em (1887), construído sobre
uma camada de mercúrio para diminuir (eliminar) as interferências mecânicas
externas. Em todas as experiências realizadas encontraram os mesmos valores
da velocidade de propagação da luz, independente da direção de propagação.
A figura abaixo mostra o esquema do aparato:
9
Figura 2.1 Esquema do interferômetro de Michelson-Morley3.
O aparato acima consiste de uma fonte de luz, emitindo luz sobre um
espelho semitransparente com um ângulo previamente determinado, que reflete
parte da luz que incide no espelho A, perpendicularmente em relação ao
movimento da terra, a outra parte que consegue passar pelo espelho
semitransparente incide no espelho B, na mesma direção e sentido do
movimento da terra. Ambos os espelhos A e B são de reflexão total, situados à
mesma distância do espelho semitransparente. Só que em diversas experiências
realizadas os raios refletidos chegavam no mesmo instante no detector,
resultados esses que não comprovavam a existência do vento de éter.
Em 1892 Lorentz-FitzGerald, propuseram um fator necessário para validar
os resultados encontrados por Michelson – Morley. Para eles acontecia uma
contração nos corpos na direção do movimento da Terra, e encontram um fator
matemático conhecido como fator de Lorentz-FitzGerald dado por:
𝛾 =1
√1−𝑢2
𝑐2
Equação 2.1 Fator de Lorentz-FitzGerald
onde u é a velocidade do referencial Terra e c a velocidade da luz; esse fator
explicava os resultados encontrados nas experiências, e mantinha o éter
3 Fonte: http://adagadeoccam.blogspot.com.br/2012/08/ciencia-elegante-o-
experimento-de.html
10
estacionário, algo que Einstein refutou em 1905 com sua teoria da Relatividade
Restrita. (GAZINELLI, 2009).
2.3 O experimento do efeito fotoelétrico
O Efeito Fotoelétrico foi observado inicialmente por Heinrich Hertz em
(1887), quando trabalhava com experimentos para detectar as ondas
eletromagnéticas previstas pelas equações de Maxwell. Os experimentos de
Hertz consistiam em produzir descargas elétricas entre dois eletrodos metálicos;
quando as descargas eram produzidas em um eletrodo e captada pelo outro a
uma determinada distância, apresentavam características semelhantes à luz,
comprovando de modo experimental a teoria de Maxwell. Nos experimentos ele
também notou que quando os eletrodos metálicos estavam expostos à luz as
descargas eram facilitadas de acordo com a frequência da luz incidida. Na época
era aceito pela comunidade científica o caráter ondulatório da luz, mas havia
alguns pontos que o Eletromagnetismo Clássico não conseguia explicar sobre o
fenômeno: (OSTERMANN e RICCI, 2003):
1º A chegada da luz no metal e a ejeção dos elétrons (fotoelétrons) era
instantânea;
2º A energia cinética dos fotoelétrons não dependia da intensidade da luz
fornecida e sim da frequência;
3º Para cada material existe uma frequência de corte, abaixo da qual não há
emissão de fotoelétrons;
4º Para um mesmo material, o potencial de freamento é mesmo o para qualquer
intensidade, mas aumenta de modo proporcional à frequência.
2.4 O experimento da radiação de corpo negro
Outro experimento que não era explicado pela Física Clássica era o da
radiação do corpo negro. Um corpo negro é um sistema aquecido que absorve
idealmente toda a radiação eletromagnética incidente sobre ele, emitindo essa
radiação em forma de calor, a qual pode ser decomposta espectralmente . De
11
acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, quando um corpo negro é aquecido a
uma temperatura T a intensidade da energia irradiada por ele é proporcional à
quarta potência da temperatura:
𝐈 = 𝛔 𝐓𝟒 ,
Equação 2.2 Lei de Stefan-Boltzmann para radiação do corpo negro
onde 𝛔 é a constante de Stefan-Boltzmann que vale 5,67 . 10-8 [Wm-2K-4].
A energia de um corpo negro está distribuída pelos vários comprimentos
de onda que compõem a radiação emitida, a qual está em equilíbrio térmico com
as paredes da cavidade do corpo, formando um espectro aproximadamente
como está representado no gráfico abaixo:
Figura 2.2 Região do espectro de emissão onde as leis Wien e Rayleigh-Jeans
concordam com a lei de Planck4.
Vários cientistas tentavam explicar teoricamente os resultados
encontrados nas experiências, entre eles Wilhelm Wien (1864 – 1928), John
William Strutt (Lord Rayleigh, 1842 – 1919) e James Hopwood Jeans (1877 –
1946), usando o eletromagetismo clássico. Na época era aceito apenas o caráter
ondulatório das radiações eletromagnéticas (a emissão da radiação era
contínua). A teoria de Wien apontava para resultados satisfatórios com relação
a radiações de altas frequências, sendo falha para pequenas frequências. Já a
teoria de Rayleigh-jeans apresentava valores satisfatórios para grandes
4 Fonte: http://ensinoadistancia.pro.br/ead/fisica-4/aulas/Aula-18/aula-18.html
12
comprimentos de ondas; quando se aproximava do ultravioleta os resultados
eram altamente discrepantes, tendo a radiação intensidade que tendia para o
infinito, ficando conhecida como catástrofe do ultravioleta. Max Planck
utilizando uma teoria corpuscular consegue explicar essa curva em 1900.
2.5 Teoria Quântica
Em 1900 - 1901 Max Planck, seguiu um caminho diferente dos demais
cientistas adotando o que mais tarde ficou conhecido como o caráter corpuscular
da radiação eletromagnética. Postulou que a radiação (na verdade as trocas de
energia entre a radiação e as paredes da cavidade de um corpo negro) não se
dava de forma contínua e sim discreta, ou seja, ela se propagava em pacotes
discretos de energia, chamados que Quantum de energia, “fótons”, é que a
energia era proporcional a frequência da radiação incidida ν, definida por:
E = hν
Equação 2.3 Energia do fóton
onde h é a constante de Planck 6,67 x 10-34J.s.
Com isso consegue-se explicar teoricamente a curva emitida por um
corpo negro em equilíbrio térmico com a radiação, como função do comprimento
de onda das várias componentes luminosas que formavam a luz emitida
(OSTERMANN e RICCI, p. 22, 2003). Com esse trabalho Max Planck, consegue
resolver definitivamente o problema teórico da radiação de corpo negro.
Cinco anos mais tarde, em 1905, Einstein vai mais longe e interpreta a
quantização não só da radiação em contato com a matéria, como também a
própria radiação eletromagnética, a qual teria um caráter corpuscular
(quantizada).
Com essa interpretação ele consegue explicar o problema do efeito
fotoelétrico. A instantaneidade ocorre devido ao fato de que ao incidir em uma
placa metálica cada quantum transfere sua energia a um elétron, que absorve e
consegue sair do material se a energia for suficiente. A energia cinética máxima
13
com que o elétron consegue sair da placa metálica depende da frequência da
radiação incidida e do tipo de material, e não da intensidade; aumentando-se
esta consegue-se apenas, aumentar o número que elétrons arrancados e
consequentemente, aumenta-se a corrente elétrica entre dois eletrodos.
(OSTERMANN e RICCI, p. 22, 2003). Temos que a energia cinética máxima de
um elétron arrancado é dada por:
E = hν – W
Equação 2.4 Energia Cinética do Elétron
onde W é característico do metal utilizado, é chamado de função trabalho, sendo
é a energia mínima necessária para que um elétron escape do campo
eletrostático do metal. Por esse trabalho Einstein recebeu o Prémio Nobel de
Física de (1921).
2.6 Teoria da relatividade Especial
No final do século XIX, existia uma divergência entre a relatividade de
Galileu, (o tempo e o espaço eram absolutos e a velocidade de um sistema era
relativa ao referencial em que era medida) e as leis de Maxwell, segundo as
quais, as ondas eletromagnéticas são formadas pela variação de campos
elétricos e campos magnéticos. O problema estava aí, pois se colocássemos o
referencial na própria onda eletromagnética os campos elétricos e magnéticos
ficariam estáticos. Dessa forma não existiria a onda eletromagnética, ou seja,
existiria uma variação das leis físicas entre dois referenciais.
Einstein em 1905, publicou um artigo sobre a Eletrodinâmica dos corpos
em movimento (Teoria da Relatividade Especial), baseada em referenciais
inerciais. Podemos relembrar aqui a lei da inercia de Newton, que diz existirem
referenciais em relação aos quais uma partícula livre possui aceleração nula,
quando a mesma está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU).
No periódico Annalen der physik, temos a introdução sobre a teoria
escrita pelo próprio Einstein. (Apud. GAZZINELLI, 2009, p. 25).
“Como se sabe, a eletrodinâmica de Maxwell tal como entendida atualmente, quando aplicada a corpos em movimento, conduz a assimetrias que
14
não parecem ser inerentes aos fenômenos. Consideremos, por exemplo, as ações eletrodinâmicas recíprocas entre um ímã e um condutor. O fenômeno observável depende apenas do movimento relativo entre o condutor e ímã, enquanto o entendimento habitual faz uma distinção perfeita entre os casos em que um ou outro desses corpos se movem. Se o ímã se movimenta e o condutor fica em repouso, será criado em torno do ímã um campo elétrico, com certa energia definida, que criará uma corrente elétrica nas regiões onde estiverem partes do condutor. Mas, se for o ímã que está em repouso e o condutor em movimento, não surgirá um campo elétrico na vizinhança do ímã. Encontraremos no entanto, uma força eletromotriz no condutor a qual, em si mesma, não corresponde nenhuma energia, mas que dá origem a correntes elétricas com trajetórias e grandezas iguais as produzidas por forças elétricas no primeiro caso, desde que os movimentos relativos sejam iguais nos dois casos considerados.
Exemplos desse gênero, assim como o insucesso das experiências feitas para detectar qualquer movimento da terra em relação ao éter, surgem os fenômenos da eletrodinâmica, tal como os da mecânica, não apresentam nenhuma propriedade que correspondia a ideia de repouso absoluto. Ao contrário, eles sugerem que em todos os sistemas de coordenadas em que são válidas as equações da mecânica também são validas as leis opticas e eletrodinâmicas, o que até a primeira ordem de grandeza já está demonstrado. Vamos elevar a categoria de postulado essa conjectura; vamos além disso, introduzir o postulado só aparentemente incompatível com o primeiro de que a luz, no vácuo, se propaga com velocidade determinada, independentemente do estado de movimento do feixe de luz. Esses dois postulados são suficientes para construir uma eletrodinâmica dos corpos em movimento, simples e livre de contradições, baseada na teoria de Maxwell para corpos em repouso. A introdução de um éter se revelará supérflua, uma vez que na teoria que vamos desenvolver não necessitamos introduzir um ‘espaço em repouso absoluto’, nem atribuir um vetor velocidade a um ponto qualquer do espaço vazio que ocorra um processo eletromagnético”.
Do artigo podemos retirar os dois postulados de Einstein para a Teoria da
Relatividade Especial;
1 – as leis físicas são as mesmas para qualquer referencial inercial, ou seja, não
existe referencial absoluto.
15
2 – A velocidade da Luz c no vácuo tem o mesmo valor em todos os referenciais
inerciais, e é independente do movimento relativo entre a fonte e o observador.
Com o primeiro postulado, Einstein consegue resolver o problema entre a
relatividade de Galileu e as leis de Maxwell, pois as leis Físicas não podem
depender dos referenciais. Ou seja, se é uma lei da natureza, essa tem que
existir, independentemente de se o referencial adotado esteja em repouso ou em
movimento; logo as equações de Maxwell são invariantes. Esse postulado não
exclui a relatividade de Galileu, pois para pequenas velocidades a mesma ainda
é válida.
Os postulados da relatividade restrita têm como consequência imediata a
relatividade da simultaneidade, a dilatação temporal e a contração do
comprimento, ou seja, o tempo e o espaço são relativos - à medida que o primeiro
se dilata o outro se contrai quando se vai de um referencial a outro em movimento
com relação ao primeiro.
Observe a figura 2.3. Temos um observador na origem do referencial xyz.
Suponhamos que no início, ou seja, em t = t’ = 0 temos uma emissão de um pulso
luminoso, com x≡x’.
Depois de um tempo t para o observador em xyz ou t’ para um observador
em x’y’z’ e deslocamento da terna x’y’z’ com velocidade u constante
Figura 2.3. Dois referenciais inerciais
temos a seguinte relação entre os instantes de tempo t e t':
𝑡′ =1
√1 −𝑢2
𝑐2
𝑡
Equação 2.5 Intervalo de tempo próprio entre dois eventos
16
Se imaginarmos uma régua na em x’y’z’ somente no eixo x’ teremos que
seu comprimento será dado por:
∆𝑥 =1
√1 −𝑢2
𝑐2
∆𝑥′
Equação 2.6 Comprimento próprio da régua
Definição: O comprimento próprio da régua é o que é medido pelo
observador para o qual ela está em repouso.
A taxa de dilatação temporal e contração do comprimento acontece pelo
fator de Lorentz-Fitzgerald, agora com Einstein dá-se um sentido físico a esse
fator, e notamos que a relatividade de Einstein engloba também a relatividade
de Galileu, pois para velocidades muito pequenas em relação a velocidade da
luz u << c o fator de Lorentz se reduz aproxima de 1, e então temos 𝑡 = 𝑡′ e
∆𝑥 = ∆𝑥′.
Todas essas previsões da teoria da relatividade especial se confirmaram:
um experimento realizado por Joseph C. Hafele e Richard E. Keating no ano de
(1971) com 4 relógios atômicos (de altíssima precisão) sincronizados, sendo que
2 ficaram na terra e 2 deram 2 voltas ao redor do mundo, mostrou que os que
estavam voando mostraram desacordo com os que ficaram em terra quando
retornaram. Demonstraram assim resultados condizentes com a teoria da
relatividade. Outro experimento mostra que a vida média de partículas chamadas
múons, ao penetrarem na atmosfera terrestre vindas nos raios cósmicos,
também constitui um exemplo da teoria da relatividade, pois a vida média dos
múons em relação ao seu próprio referencial é de 2,2 µs, mas tomando-se como
referencial a Terra, a vida média deles é de 34,8 µs, o que permite sua detecção
na superfície do nosso planeta.
Outra consequência dos postulados de Einstein, é a equivalência massa-
energia, com a fixação da velocidade da luz no vácuo como velocidade limite do
universo, aproximadamente c = 3 x 108m/s, isto é, nenhum corpo com massa
não nula consegue chegar e muito menos ultrapassar esse valor, pois, toda
massa em repouso tem associada a ela uma energia de repouso dada por:
17
𝑬𝟎 = 𝒎. 𝒄𝟐
Equação 2.7 Energia de repouso de corpo
Temos associada também aos corpos em movimento uma energia
relativística que é a energia cinética de um corpo mais a energia de repouso, e
podemos representá-la por:
𝑬 = 𝜸. 𝒎. 𝒄𝟐
Equação 2.8 Energia Relativística
Aqui aparece mais uma vez o fator de Lorentz, ficando claro que se
aumentamos a velocidade de um corpo de modo que ele chegue próximo à
velocidade da luz, o fator tende ao infinito, e isso implica uma inércia infinita do
corpo. Assim este jamais chegará a velocidade da luz; vale ressaltar que apenas
partículas que não têm massa, têm a mesma velocidade da luz, como os fótons.
2.7 Teoria da relatividade geral
Em 1915, Einstein aprimora sua teoria que antes era apenas para
referenciais inerciais, analisando as leis da Física também para referenciais
acelerados, desenvolvendo assim a Teoria da Relatividade Geral. Nesta
introduz-se a noção de espaço-tempo curvo, ou seja, os corpos produzem em
torno de si uma curvatura do espaço-tempo – que é a própria gravidade, sendo
que quanto maior a massa do corpo, maior será a curvatura (GAZINELLI, 2009).
A obra Astronomia e Astrofísica de (FILHO e SARAIVA, 2014, p.642),
retrata de forma simples e clara a diferença entre a obra de Newton e a obra de
Einstein:
“A teoria da relatividade geral ´e universal no sentido de ser válida mesmo nos casos em que os campos gravitacionais não são desprezíveis. Trata-se, na verdade, da teoria da gravidade, descrevendo a gravitação como a ação das massas nas propriedades do espaço e do tempo, que afetam, por sua vez, o movimento dos corpos e outras propriedades físicas. Enquanto na teoria de Newton o espaço é rígido, descrito pela geometria Euclidiana [Euclides de Alexandria (c.365-300 a.C.)], na relatividade geral o espaço-tempo é distorcido pela presença da matéria que ele contém”.
18
A teoria da relatividade geral foi comprovada no ano de 1919, na cidade
de Sobral, no Ceará e na Ilha de Príncipe, na África; equipes de cientistas
conseguiram observar o desvio da luz causado pelo campo gravitacional do Sol,
durante um eclipse total. Vale a pena dizer também que essa teoria tornou a
Cosmologia uma disciplina científica, pois ela também é capaz de descrever o
universo em larga escala. Com efeito, o astrônomo Edwin Huble demonstrou em
1929 que as galáxias distantes estavam se afastando da Terra, e isso é
totalmente compatível com a ideia de um universo em expansão, que a teoria de
Einstein é capaz de prever.
Esses trabalhos desenvolvidos por Max Planck e Einstein são, portanto,
a base de toda a nova ciência desenvolvida no século XX, com os trabalhos de
Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Max Born,
Wolfgang Pauli e Paul Dirac entre outros, proporcionando a grande evolução
tecnológica que temos nos dias atuais.
19
CAPÍTULO 3
3 Aspectos da teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel
Utilizamos neste trabalho a teoria da Aprendizagem Significativa de
Ausubel, pois é uma teoria desenvolvida visando a aprendizagem, dentro da sala
de aula, através do uso de uma sequência de conceitos e princípios que visam
nortear o professor nesse espaço. Diga-se Aprendizagem “Verbal” Significativa,
pois é importantíssima a forma de linguagem trabalhada com os alunos, de modo
que necessitamos fazer as relações precisas e de forma clara do que
pretendemos passar aos mesmos, levando também alguns aspectos em
consideração, como a idade dos alunos, classe social e a região onde o discente
encontra-se. Dessa forma a linguagem assume o papel de integrar os novos
conhecimentos aos que o aluno já possui.
Esse tipo de aprendizagem desenvolve-se na estrutura cognitiva dos
alunos, um “complexo organizado de informações do ser que aprende”
(MOREIRA, 1999, p. 156). Ou seja, cada ser tem essa estrutura onde a
informação se processa. De acordo com (PRASS, 2012, p. 28) a estrutura
cognitiva de cada indivíduo é
“Extremamente organizada e hierarquizada, no sentido que as várias ideias se encadeiam de acordo com a relação que se estabelece entre elas. Além disso, é nesta estrutura que se ancoram e se reordenam novos conceitos e ideias que o indivíduo vai progressivamente internalizando, aprendendo”.
Para Ausubel, a aprendizagem só ocorre quando uma nova informação
se relaciona de forma organizada à estrutura cognitiva do aluno, e para que isso
ocorra, é preciso que a nova informação seja não-literal, que o aluno possa
compreender o seu significado e expressar com suas próprias palavras,
deixando de lado a rigorosidade e o jargão impostos pelos materiais didáticos.
Essa informação também precisa interagir de forma não-arbitrária na estrutura
cognitiva do aprendiz, isso significando que é preciso desenvolver uma
sequência lógica, entre a nova informação e os conhecimentos presentes na
20
estrutura cognitiva dos alunos, o que o autor chama de conhecimentos prévios
“subsunçores”, de modo que precisamos partir daquilo que o aprendiz já sabe,
para desenvolver novas ideias. Daremos um exemplo relacionado de perto ao
tema trabalhado em nosso produto educacional: normalmente os alunos já
apresentam subsuncores em relações aos Estados Físicos da Matéria (Sólido,
Líquido e Gasoso); assim podemos partir desses conhecimentos já existentes
na sua estrutura cognitiva, para trabalharmos o conceito moderno de Plasma. Se
houver, a interação entre o subsunçor e a nova informação trabalhada acontece
a aprendizagem significativa, e podemos afirmar que os conceitos iniciais
presentes sofrerão uma reelaboração e um crescimento. Corroborando do
pensamento de (COSTA, 2012, p.28), temos que
“A partir do momento em que um conceito subsunçor se realciona com um novo conceito, esse se torna ainda mais elaborado, ampliando sua carga semântica. Sendo assim, cada informação ancorada a um conceito geral permite que ele seja chamado de conceito subsunçor e, dessa forma, vai ocorrendo a aprendizagem significativa”.
Se o aluno adquiriu e organizou esse novo significado na estrutura
cognitiva, ele na verdade assimilou o novo conhecimento. No livro Teorias de
Aprendizagem de Marco Antônio Moreira5, podemos encontrar esse esquema
que relaciona a informação com os subsunçores, exposto na figura 2.4.
Figura 2.4: Esquema Teoria da Assimilação
No esquema acima percebemos a relação proposta pela teoria da
aprendizagem significativa. A assimilação ocorre quando a nova informação
potencialmente significativa a’, que no nosso exemplo seriam os conceitos de
5 MOREIRA, Marco Antônio. Teoria de Aprendizagem. São Paulo: Ed. E.P.U, 1999.
21
Plasma, são assimilados pelos conceitos subsunçores existentes na estrutura
cognitiva do aprendiz A’, nesse caso os Estados Físicos da Matéria (Sólido,
Líquido e Gasoso), formando o subsunçor modificado A’ a’, que seria o 4º
(quarto) Estado Físico da Matéria. Notamos que quando a assimilação ocorre há
uma modificação não somente no subsunçor, como também na nova
informação. Por exemplo, se os conceitos de Estados Físicos da Matéria já
estiverem bem definidos na estrutura cognitiva do aluno, o conceito específico
de Plasma, será assimilado de forma inclusiva pelo conceito presente antes na
estrutura cognitiva, como sendo também um estado onde ocorre a dissociação
atômica devido a um alto grau de aquecimento.
Para fazermos essa conexão entre o os conhecimentos prévios e a nova
informação, podemos utilizar o que Ausubel chama de organizadores prévios,
materiais que servem de ponte entre o que o aluno já sabe e o que ele deve
aprender. Segundo (MOREIRA, 1999, p.155), estes organizadores são:
“Materiais introdutórios apresentados antes do material a ser aprendido em si. Contrariamente a sumários, que são, em geral, apresentados no mesmo nível de abstração, generalidade e inclusividade, simplesmente destacando certos aspectos do assunto, organizadores são apresentados em um nível mais alto de abstração, generalidade e inclusividade”.
Nota-se aqui a sutileza desses materiais organizadores - os mesmos
devem ser elaborados, de forma que possam contribuir para uma tomada de
posição, um debate, uma dinâmica, para despertar o interesse do aluno em
relação ao conteúdo que se pretende trabalhar. Pode-se utilizar para esse fim
textos-base, curiosidades, vídeos, jogos e simuladores, entre outros. Quando
estes organizadores prévios conseguem fazer essa ponte de ligação entre os
subsunçores e o novo conteúdo, recebem o nome de materiais potencialmente
significativos.
No entanto, se a nova informação não conseguir fazer nenhum tipo de
relação com os subsunçores existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, esta
é chamada de Aprendizagem Mecânica, definida por (AUSUBEL apud
MOREIRA, 1999, p.54) como:
22
“Aprendizagem de novas informações com pouca ou nenhuma interação com conceitos relevantes existentes na estrutura cognitiva. Nesse caso, a nova informação é armazenada de maneira arbitrária. Não há interação entre a nova informação e aquela já armazenada. O conhecimento assim adquirido fica arbitrariamente distribuído na estrutura cognitiva, sem ligar-se a conceitos subsunçores específicos”.
Como professor atuante no Ensino Médio em escolas públicas, deparei-
me com várias situações, onde percebe-se que o aluno aprende
mecanicamente, muitas vezes, com apenas o objetivo de decorar e passar em
algum tipo de avaliação. Assim, explorando os conceitos fundamentais de
Energia e Trabalho, o resultado de uma questão proposta chamou muito a
atenção. Segue a questão6:
Uma pessoa empurra o carrinho com rodas por um plano horizontal. O
carrinho com a carga tem massa de 100 Kg e desloca-se com a velocidade
constante de 1 m/s. se a pessoa exerce uma força de 120 N, na direção
horizontal, qual é o trabalho realizado por essa força em 1 minuto?
Supreendentemente, a maioria não conseguia responder esse tipo de
problema. Uma questão relativamente simples, onde pede-se para calcular, o
trabalho realizado a partir de sua definição, como o produto do delocamento pela
componente da força na direção desse deslocamento. Percebeu-se, que a
grande dificuldade foi que eles não relacionaram. que através da velocidade e
do tempo conseguiriam determinar o deslocamento sofrido pelo carrinho, para o
cálculo do trabalho, ou seja, em muitos casos as noções de velocidade, tempo e
deslocamento foram apenas decorados em bimestres anteriores com o simples
intuito de passar nas provas - ou seja, não ocorreu a aprendizagem significativa.
Portanto para que a aprendizagem significativa ocorra precisamos levar
em consideração, de acordo com (PRASS, op. cit), três fatores essenciais: (1)
os cognitivos, como as ideias âncoras do indivíduo. (2) os fatores afetivo-sociais
- o aprendiz tem que ter disposição para aprender, pois o aluno pode se deparar
com os melhores professores, os melhores materiais potencialmente
6 TORRES, Carlos Magno.[et al] Ciência e Tecnologia. 3 ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2013.
23
significativos, mas tem que partir do aluno a vontade de aprender, caso contrário
toda a aprendizagem torna-se mecânica. (3) os fatores externos a
aprendizagem significativa - aqui estão relacionadas as condições externas a
que os alunos são submetidos, como: o ambiente escolar, a sala de aula, o
contexto econômico-social no qual o aluno está inserido.
O professor dentro da Aprendizagem Significativa tem, segundo
MOREIRA, pelo menos 4 (quatro) tarefas fundamentais:
(1) Identificar a estrutura conceitual e proposicional da matéria de ensino, […]. (2) Identificar quais os subsunçores (conceitos, proposições, ideias claras, precisas, estáveis) relevantes à aprendizagem do conteúdo a ser ensinado, […]. (3) Determinar aquilo que o aluno já sabe; determinar, dentre os subsunçores especificamente relevantes (previamente identificados ao “mapear” e organizar a matéria de ensino), quais os que estão presentes na estrutura cognitiva do aluno. (4) Ensinar utilizando recursos e princípios que facilitem a aquisição da estrutura conceitual da matéria de ensino de uma maneira significativa.[…]
Diante do exposto fica bem claro que o professor, tem o papel
fundamental de auxiliar os alunos no processo de assimilação das informações,
filtrar quais o conteúdos e materiais necessários para fazer a relação entre o
novo conhecimento e os conhecimentos prévios dos alunos, assim como instigar
aos alunos para que os mesmos sintam-se sujeitos ativos e participativos dentro
do processo de ensino-aprendizagem.
Ao longo dos capítulos seguintes relataremos a participação ativa dos
alunos no decorrer da aplicação do projeto, demonstrando a validade dos pilares
da Teoria da Aprendizagem. Constataremos que foi despertada nos alunos a
vontade de aprender e que o material utilizado é potencialmente significativo.
24
CAPÍTULO 4
4 METODOLOGIA
Buscando compreender, os aspectos envolvidos dentro do processo de
ensino e aprendizagem, que norteiam os rumos do ensino de Física Moderna e
Contemporânea no interior do estado do Ceará e região circunvizinha do estado
do Rio grande do Norte, tendo o professor como próprio pesquisador, fizemos
previamente ao desenvolvimento e aplicação do produto educacional, uma
pesquisa inserida no campo da pesquisa qualitativa, com aspectos também de
uma pesquisa quantitativa.
4.1 Natureza da pesquisa
A escolha por uma pesquisa de natureza qualitativa/quantitativa, de
acordo com (NEVES, 1996, p. 1), torna-se:
Uma pesquisa mais forte e reduz os problemas de adoção exclusiva de um desses grupos; por outro lado, a omissão no emprego de métodos qualitativos, num estudo em que se faz possível e útil empregá-los, empobrece a visão do pesquisador quanto ao contexto em que ocorre o fenômeno. Os estudos qualitativos são feitos no local de origem dos dados; não impedem o pesquisador de empregar a lógica do empirismo científico (adequada para fenômenos claramente definidos), mas partem da suposição de que seja mais apropriado empregar a perspectiva da analise fenomenológica, quando se trata de fenômenos singulares e dotados de certo grau de ambiguidade.
A pesquisa é composta de dois momentos:
Inicialmente realizamos uma pesquisa, de cunho quantitativo com os
professores da região onde o proponente da pesquisa trabalha, buscando
levantar os vários aspectos que influenciam diretamente no processo de ensino-
aprendizagem. Foi elaborado e aplicado um questionário com dez perguntas
para os professores, onde eles responderiam de forma espontânea sobre suas
vidas acadêmicas e fatores que influenciam o ensino de Física. Levantamos
vários fatores que contribuem para a não realização de um ensino qualificado,
aspectos como: estrutura escolar (Laboratórios); falta de materiais para
elaboração de aulas práticas; professores que atuam em sala de aula sem terem
25
formação em Física. Estes aspectos, entre outros, contribuem de forma negativa
para uma melhoria no ensino de Física e principalmente de Física Moderna.
Posteriormente foi realizado o segundo momento com uma pesquisa
qualitativa, pois buscamos descrever, interpretar os aspectos econômicos,
sociais, conhecer o universo de ensino onde o aluno está inserido. Isso nos
permite compartilhar o pensamento de (DANTAS, 2011, p. 26) ao afirmar que a
abordagem qualitativa se torna ainda mais importante quando “o pesquisador é
o próprio professor investigando sua prática, estando compromissado com o
processo de ensino e aprendizagem de sua turma e buscando inovar sua prática
com ênfase em novas metodologias”. Esse segundo momento da pesquisa
também possibilitou, a determinação dos conhecimentos prévios (subsunçores)
dos alunos a respeito dos tópicos de Física Moderna, para partirmos daquilo que
o aluno já sabe ou já conhece, mesmo que de forma errônea, para
implementação de uma aprendizagem significativa. Para (BOGDAN e BIKLEN,
apud SILVA, 2013, p. 55) esse tipo de investigação tem cinco características:
(1) A fonte direta de dados é o ambiente natural, constituindo o investigador o instrumento principal; (2) ela é descritiva; (3) há um interesse maior pelo processo do que simplesmente pelos resultados ou produto; (4) há uma tendência a analisar os dados de forma indutiva; (5) o significado é de importância vital.
Posteriormente, utilizamos um pré-teste (que depois se tornou um pós-
teste) de maneira quantitativa e analisamos os dados auferidos com uma
abordagem qualitativa. Esse levantamento de dados, ocorreu a partir do próprio
ambiente do aluno - a sala de aula. Como esses dados, descrevem um cenário
que ajuda na elaboração e realização das aulas de Física, o que por sua vez
impacta a aprendizagem dos alunos, buscamos desenvolver métodos que
possam contribuir para mudar esse cenário, deixando as aulas de Física
Moderna mais atrativas, colocando o aluno como peça central no
desenvolvimento da Pesquisa.
26
4.2 O produto educacional
O produto educacional consiste na criação de um manual intitulado
Ensinando Física Moderna através de Experimentos com Materiais Alternativos,
com o mesmo sendo disponibilizado na forma impressa e digital, que conterá
também os vídeos da produção dos experimentos. Esse mesmo manual busca
preencher de forma potencialmente significativa, lacunas encontradas no ensino
de Física Moderna, de modo a despertar a curiosidade dos alunos para temas
tão relevantes na vivência do dia-a-dia, onde os mesmos encontram-se
inseridos, através de toda a tecnologia que permeia o mundo contemporâneo.
O manual é composto por uma série de 8 experimentos selecionados por
meio de pesquisa bibliográfica e devidamente adaptados, com a descrição
pormenorizada da confecção e utilização dentro da sala de aula, que servirão de
base para despertar a curiosidade dos alunos, assim como promover a análise
e o debate sobre cada tema trabalhado em sala de aula.
4.3 Os Experimentos
Os experimentos selecionados para a composição do produto
educacional e respectiva aplicação em sala de aula foram os descritos abaixo:
Cosmologia em um balão (bexiga);
A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de
borracha, bolas de gude e de ferro;
Interferência e difração utilizando um laser e fio de cabelo;
Efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e uma placa solar;
Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um
aparelho de micro-ondas e barra de chocolate;
Determinando a constante de Planck por meios de LED’s;
Bola de Plasma;
Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula.
27
Os experimentos estão divididos em duas categorias: Os experimentos
por analogia e os experimentos diretos. Os primeiros usam fenômenos que não
pertencem ao âmbito da Física Moderna para demonstrar, por analogia, outros
que o sejam. Como, por exemplo, o das ratoeiras com bolas de pingue-pongue
para ilustrar o processo de reação nuclear em cadeia. Já os diretos, usam (ou
produzem) os próprios fenômenos em si com vistas à sua elucidação, como o da
bola de plasma. Os temas abordados seguem, uma sequência lógica que
obedece mais ou menos a ordem histórica de seu desenvolvimento, a mesma
em que estão expostos na maior parte dos livros didáticos, a saber: Teoria da
Relatividade Restrita, Teoria Atômica da Matéria, Modelos e Espectros
Atômicos, Dualidade Onda-Partícula, Física do Estado Sólido. Conexões com
outras áreas do conhecimento são estabelecidas de modo a se ressaltar a
interdisciplinaridade. É interessante observar que estão contemplados,
experimentos que realizam medidas das duas constantes fundamentais da
Natureza e que são a “marca registrada” da Física Moderna: A velocidade da luz
no vácuo e a constante de Planck. Ressalte-se também que os experimentos
propostos destacam aspectos qualitativos e quantitativos dos eventos físicos, ou
seja, alguns apenas demonstram os fenômenos em si, enquanto outros o fazem
realizando medidas com certo grau de precisão, e esse último aspecto é
importante por chamar a atenção dos alunos para o fato de que a Física é,
essencialmente, uma "ciência da medida".
4.4 O processo de intervenção
A aplicação do questionário com os professores, aconteceu no mês de
outubro de 2015 e realizado em um universo de 10 professores, nas cidades de
Pereiro-CE, São Miguel-RN, Venha Ver-RN, Coronel João Pessoa-RN e Pau dos
Ferros-RN.
Inicialmente foi explicado sobre o projeto de pesquisa, com o tema
Ensinando Física Moderna através de Experimentos com Materiais Alternativos,
sendo dito que era parte do curso de Mestrado Nacional Profissional no Ensino
de Física-URCA e que os mesmos estavam facultados a participar da mesma.
Felizmente, não obtivemos nenhuma objeção e todos aceitaram participar da
28
pesquisa, responderam a uma série de 10 perguntas. que variavam desde a
formação acadêmica, tempo em sala de aula, ensino de Física e Física moderna.
Já, a aplicação do questionário junto aos alunos e a realização das aulas,
com os experimentos ocorreram em (04) quatro encontros, cada encontro
correspondendo a 2 (duas) aulas de 50 minutos cada, planejadas e ministradas
pelo professor-pesquisador, em uma turma de terceiro ano do ensino médio, na
escola (EEEP Professora Maria Célia Pinheiro Falcão), escola da rede estadual
de educação na cidade de Pereiro-CE. A turma foi escolhida entre outros motivos
por o pesquisador ser o seu professor de Física, durante todo o ano letivo de
2015. Outro aspecto que foi levado em consideração na escolha da turma é que
os alunos já estão em um nível mais adequado, com mais maturidade e
apresentando um conhecimento prévio mais relevante. Concordando, com
(AUSUBEL, 2003, p.13) quando diz que existe uma faixa etária para os tipos de
aprendizagens:
O adiantamento da experiência de aprendizagem para além da idade de prontidão desperdiça oportunidade de aprendizagens valiosas e muitas vezes, insuspeitas, reduzindo, assim, de forma desnecessária, a quantidade e complexidade do conteúdo das matérias que se pode dominar num determinado período da aprendizagem escolar. Por outro lado, quando um aluno é exposto prematuramente, a uma tarefa de aprendizagem, antes de estar preparado forma adequada para a mesma, não só não aprende a tarefa em questão (ou aprende-a com muitas dificuldades), como também aprende com esta experiência a temer, desgostar e evitar a tarefa
A turma foi inicialmente composta por 21 alunos, com idades que
variavam entre 16 e 20 anos, com 12 alunos do sexo masculino e 9 do sexo
feminino, ressaltando que 4 alunos não participaram das aulas, pois os mesmos
tinham se enquadrado dentro de uns requisitos, propostos pela escola no início
do ano letivo, os alunos que chegassem ao término do 3º bimestre com média
superior a 24 pontos em todas as disciplinas e obtivessem nota acima de 600
pontos no Enem, seriam aprovados e liberados das aulas no 4º bimestre; assim
ficamos com a turma composta apenas de 17 alunos.
O Período de realização e aplicação, aconteceu nos meses de novembro
a dezembro de 2015, quando o mesmo projeto foi apresentado à escola e
29
aprovado, mediante a utilização de uma avalição quantitativa ao final do
processo, para que os mesmos obtivessem a nota bimestral. O cronograma, os
planos de aulas e o pré/pós teste (questionário) serão apresentados nos
apêndices.
Como o pesquisador foi o próprio professor da turma, antes da aplicação
os alunos foram devidamente apresentados às ideias do projeto; a maioria
ficaram apreensivos, com o novo formato das aulas, outros eufóricos quando
ficaram sabendo que trabalharíamos tópicos de Física Moderna, e deixamos
claro aos mesmos, que as aulas serviriam também para o processo de avaliação
bimestral.
O pré-teste (questionário) com perguntas fechadas, sobre tópicos de
Física Moderna, foi utilizado como ferramenta para fazermos um levantamento,
sobre os conhecimentos que os discentes possuíam a respeito dos tópicos a
serem trabalhados. Esse tipo de abordagem torna-se muito importante, porque
o professor tem um ponto de partida, que nada mais é que a identificação do
conhecimento prévio que o aluno possui, e assim fazer com que o aluno perceba,
que é peça fundamental (sujeito ativo) dentro do processo de ensino, de modo
que o mesmo possa agir e refletir sobre o que lhe é ensinado.
O que (AUSUBEL, 2000, p.6) chama de aprendizagem por recepção
significativa, precisando de no mínimo três requisitos básicos para que a mesma
ocorra:
(1) o tipo de análise cognitiva necessária para se averiguarem
quais são os aspectos da estrutura cognitiva existente mais relevantes para o novo material potencialmente significativo; (2) algum grau de reconciliação com as ideias existentes na estrutura cognitiva – ou seja, apreensão de semelhanças e de diferenças e resolução de contradições reais ou aparentes entre conceitos e proposições novos e já enraizados; e (3) reformulação do material da aprendizagem em termos dos antecedentes intelectuais idiossincráticos e do vocabulário do
aprendiz em particular.
Os temas foram apresentados aos alunos através de uma prévia
explanação dos conteúdos no quadro, leitura, vídeos e simulação utilizando
30
software de computador. Logo após foi realizada a execução dos experimentos,
onde os alunos eram convidados a participarem da execução dos mesmos.
Inicialmente, durante as aulas, os alunos eram sempre levados a uma
análise sobre o tema a ser trabalhado naquele dia; algumas começaram com
uma leitura estimulante sobre alguma curiosidade que os levavam a refletir e
discutir o tema; em outras eram apresentadas simulações ou pequenos vídeos.
Essas preliminares duravam em torno de 20 minutos, e logo após, era
apresentado o experimento sobre o tema, onde os alunos poderiam participar da
execução, e o professor fazer o papel de mediador/estimulador com perguntas
que faziam a conexão entre o experimento e o tema proposto.
Apresentaremos a seguir a sequência em que ocorreu o desenvolvimento
das aulas e consequentemente a aplicação de cada experimento. Ressalta-se
que cada encontro corresponde a 1 (uma) aula de 50 minutos; sendo assim, para
a aplicação em sala foram considerados 8 (oito) encontros, cada um direcionado
para um tema diferente.
1º Encontro
Apresentação do projeto.
Aplicação do pré-teste (questionário)
2º Encontro
Apresentação expositiva.
Conteúdo: Origem e Expansão do Universo.
Apresentação de vídeo sobre a Origem do Universo.
Apresentação do experimento: Cosmologia em um balão (bexiga).
3º Encontro
Apresentação expositiva utilizando tirinhas sobre Relatividade.
Conteúdo: Teoria da Relatividade Geral.
Apresentação do Experimento: A curvatura do espaço-tempo por
meio de um tecido de lycra, bolas de ferro e de gude.
31
4º Encontro
Apresentação expositiva utilizando uma Ilusão de Ótica.
Conteúdo: Dualidade onda Partícula.
Apresentação do experimento: Interferência e difração da luz versus
foto-eletricidade.
Interferência e difração da luz com um laser e fio de cabelo.
Efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e uma placa
solar.
5º Encontro
Apresentação expositiva e leitura do texto A Velocidade da Luz.
Conteúdo: Propagação da Luz.
Apresentação do experimento: Medindo a velocidade da luz (com um
aparelho de micro-ondas e barra de chocolate).
6º Encontro
Apresentação expositiva.
Apresentação de vídeo sobre Max Planck.
Conteúdo: Física Quântica.
Apresentação do experimento: Determinando a constante de Planck
por meio de LED’s.
7º Encontro
Apresentação expositiva.
Conteúdo: Plasma.
Apresentação do experimento: Bola de Plasma
8º Encontro
Apresentação expositiva.
Conteúdo: Física Nuclear.
Apresentação do experimento: Reação em cadeia utilizando ratoeiras
e bolinhas de pula-pula.
Aplicação do pós-teste (questionário).
32
A seguir descreveremos como aconteceram o desenvolvimento das aulas.
No primeiro encontro, foi feita mais uma rápida apresentação do projeto,
explicando que o mesmo seria desenvolvido ao logo de 8 (oito) encontros.
Buscamos também ouvir os alunos sobre suas expectativas em relação ao
projeto Ensinando Física Moderna através de Materiais Alternativos.
A segunda parte do encontro foi destinado à aplicação do pré-teste,
contendo 11 (onze) questões de múltipla escolha, sobre tópicos de Física
Moderna, relevantes e corriqueiros no dia-a-dia dos alunos, tendo como objetivo
determinarmos os conhecimentos prévios (subsunçores) dos mesmos.
No segundo encontro, tratamos do assunto Origem e Expansão do
Universo, primeiramente através de uma explanação oral e logo depois
apresentação do vídeo “Big Bang: A Origem do Universo, com duração
aproximada de 5 minutos, surgindo assim alguns debates e questionamentos:
“Aluno F: Isso é mentira”
“Aluno H: Eu acredito em Deus”
“Aluno M: Professor existe vida em outro lugar do universo?”
Logo depois foi realizado o experimento "Cosmologia em um balão"
(bexiga), que serve para fazermos uma analogia com a expansão do universo.
Foi entregue a alguns alunos balões de aniversários que continham bolas
desenhadas de cores diferentes e que eles imaginassem que aquelas bolinhas
fossem as galáxias do nosso universo. Orientamos em seguida, para que
soprassem e fossem observando o que acontecia com as bolinhas; rapidamente
viram que quanto mais enchia os balões mais as bolinhas se separavam umas
das outras. Rapidamente surgiram comentários:
“Aluno M: Quer dizer que é isso que acontece com o universo?”
No terceiro encontro falamos sobre Teoria da Relatividade Restrita e
Geral de Einstein, através das tirinhas espaço-tempo, desenvolvidas por
(CARUSO e FREITAS, 2009). Inicialmente foi feita uma introdução oral sobre o
tema e logo depois foram entregues as tirinhas. Nessa aula os alunos formaram
33
grupos de 3 (três), para fazer a leitura e análise das tirinhas para depois fazermos
um pequeno debate.
“Aluno B: Legal, diferente!”
“Aluno H: O que é Dimensão? O que é Relativo!”
Para a realização do experimento "A curvatura do espaço-tempo por meio
de um tecido de lycra, bolas de ferro e de gude", foram convidados alguns alunos
para puxarem o tecido e outros para depositarem nele as bolas de ferro e de
gude, com estas sendo postas em movimento. Vale frisar que esse experimento
teve uma participação muito boa, sendo um experimento por analogia que ilustra
facilmente a questão da distorção do espaço-tempo devido à massa dos corpos,
de modo que fica fácil para o aluno perceber que quanto maior a massa, maior
a deformação do tecido e, consequentemente, maior a gravidade.
No quarto encontro foi trabalho o tópico sobre o comportamento dual da
luz, utilizando uma simples figura sobre ilusão de ótica. A turma foi convidada a
formarem grupos de 3 (três) componentes, e projetamos no quadro com o auxílio
de um data show a imagem Vaso de Rubin. Os alunos foram instigados a
debaterem sobre o que estavam vendo na figura.
“Aluno A: Vejo duas pessoas”
“Aluno B: Duas pessoas”
“Aluno F: A imagem de uma taça!”
Figura 4.1 Vaso de Rubin
34
Mostramos que na verdade ninguém estava errado, que na imagem
poderiam se detectar duas faces de pessoas ou uma taça, simultaneamente.
Procuramos fazer, assim, uma relação com o que acontece com luz, que ora se
comporta como partícula, ora como onda.
Para mostramos esse comportamento utilizamos dois experimentos: O
primeiro interferência e difração da luz com um laser e fio de cabelo, que só
ocorre quando a luz se comporta como onda. Fizemos a luz do apontador de
laser incidir sobre o fio de cabelo bem esticado. Notou-se que a luz, ao mesmo
tempo que sofre um bloqueio parcial na sua trajetória, consegue contornar o fio
de cabelo e na parede aparece um espectro luminoso, com vários pontinhos de
luz separados. Nesse tipo de experimento levamos os alunos ao auditório, pois
precisaríamos de uma sala escura para uma melhor visualização. O segundo
experimento, que comprova que a luz se comporta como partícula utilizando o
efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e uma placa solar, foi realizado no
pátio da escola.
“Aluno A: Interferência de parar e difração de contornar, a por isso se ela
fosse só partícula não conseguia passar”
“Aluno F: E porque aparecem esses espaços quando é projetado na
parede? E porque uns pontos são mais fortes que outros”
“Aluno M: Transformação de energia solar em energia elétrica”
No quinto encontro trabalhamos o tema Propagação da Luz, inicialmente
fizemos uma explanação sobre o conteúdo, utilizamos um pequeno texto sobre
a velocidade da luz retirado do livro (HALLIDAY, RESNICK) vol.4 onde se trata
da evolução histórica de como conseguiram determinar o seu valor. Os alunos
tiveram 20 (vinte) minutos para fazerem a leitura do texto, debate e
questionamentos.
“Aluno H: Professor se todos esses cientistas tiveram todo esse trabalho,
como vamos conseguir aqui em sala de aula?”
“Aluno C: Agora já tá aparecendo fórmulas”
Logo após fomos para a realização do experimento: medindo a velocidade
da luz (com um aparelho de micro-ondas e barra de chocolate). Colocamos a
35
fórmula da velocidade da luz (1) em função da frequência e do comprimento de
onda, no quadro, para que os alunos pudessem anotar no caderno
c=f.λ
Equação 4.1 Velocidade de uma onda eletromagnética
Levamos um aparelho de micro-ondas para a sala de aula, onde eles iriam
verificar o valor da frequência f atrás das especificações do aparelho e
determinar o valor do comprimento λ de onda utilizando uma barra de chocolate
e uma régua. A barra precisou ficar cerca de 30 (trinta) segundos dentro do
aparelho sem o prato giratório; depois desse tempo retiramos a barra e verificou-
se que em alguns pequenos pontos ela estava derretendo; medimos a distância
entre esses pontos e multiplicamos por 2 (dois), obtendo o comprimento de onda
desejado. Dessa forma, inserimos os valores na fórmula acima e determinamos
o valor muito próximo ao da velocidade da luz, com uma margem de erro de
11%.
No sexto encontro trabalhamos as origens da Física Quântica,
observando que a mesma surgiu com os trabalhos de Max Planck, quando este
determinou que a energia emitida por um determinado tipo de corpo aquecido
era discreta, e não contínua como pensavam os cientistas da época,
estabelecendo uma constante de proporcionalidade, a qual recebeu o nome de
Constante de Planck, e seu valor h= 6,63 x 10-34 J.s. Logo após, exibimos o
vídeo "Max Planck e a Física Quântica'.
Em seguida, aconteceu a montagem do Experimento "Determinando a
constante de Planck por meio de LED’s". Utilizando uma placa protoboard, um
led vermelho e outro verde, um potenciômetro, bateria de 9,0 V e um multímetro;
assim montamos o esquema no qual determinamos a constante de Planck,
variando a tensão e marcando os valores necessários para que os leds
acendessem. Sabendo que o comprimento de onda do led vermelho (650 nm) é
maior que a do led verde (560 nm), este necessita de menor energia para
acender. Utilizando a equação:
h=eVf=eVλ/c
Equação 4.2 Constante de Planck
36
sabendo que V é a tensão aplicada nos terminais dos led, λ o comprimento de
onda de cada led, c a velocidade da luz e e a carga elementar de um elétron, os
alunos chegaram a valores bem próximos, mas com ordens de grandezas iguais,
o que se tornou muito satisfatório, pois se utilizou apenas a emissão de um led.
“Aluno A: Muito difícil professor, trabalhar com notação”
“Aluno D: Professor mas o resultado não bateu”
No sétimo encontro trabalhamos sobre o tema Plasma. Fizemos uma
explanação sobre o tema perguntando aos alunos se já conheciam a palavra.
“Aluno H: TV de Plasma”
“Aluno B: Nas estrelas”
Fizemos uma abordagem explicando a importância do plasma nas nossas
vidas e que ele é facilmente encontrado ao nosso redor (Fogo, Lâmpada
Luminescente, Auroras, vento solar, a chama de uma vela.) O mesmo é
chamado de quarto estado da matéria, e aproximadamente 98% do universo é
constituído de plasma.
Na segunda parte foi apresentado o experimento "Bola de Plasma".
Consiste na montagem de um circuito elétrico, uma lâmpada incandescente, um
ignitron - aparelho faz parte de um fogão elétrico - uma lâmpada fluorescente,
fios de cobre e um suporte de madeira. A montagem desse experimento baseou-
se no trabalho desenvolvido por (ERTHAL, J. P. C. et al. 2013). Mais uma vez
resolvemos realizar o experimento no auditório, pois o resultado é melhor
observável em salas escuras. Esta foi uma das aulas que mais chamou atenção
dos alunos, principalmente quando aproximamos a lâmpada fluorescente e ela
acendeu, de modo que todos quiseram participar do experimento.
“Aluno D: De todos os experimentos o que mais me chamou mais atenção
foi o da bola de plasma, pois pude aprender mais sobre o quarto estado da
matéria”
No oitavo encontro tratamos do tema Física Nuclear, apresentando-o
inicialmente através do quadro com utilização do data show, onde procuramos
fazer um pequeno levantamento histórico, abordando as forças existentes na
37
natureza, a energia nuclear e os processos de fissão e fusão, ressaltando
aspectos positivos e negativos desse ramo da Física.
“Aluno H: Processo de fusão igual em Dragon Ball”
“Aluno C: Então toda essa radiação é ruim?”
“Aluno B: Professor então aquele processo de radioterapia é disso ai?”
Após um pequeno debate e esclarecimentos, fomos para a parte prática -
o experimento "Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula",
demonstrando por analogia o que acontece em processos de fissão nuclear.
Para montagem do experimento utilizamos um recipiente de vidro transparente
com 25 ratoeiras e 26 bolinhas de pula-pula. Armando as ratoeiras
cuidadosamente, colocamos sobre elas as bolinhas e arrumamos tudo dentro do
recipiente; depois lançamos uma bolinha solta em cima de uma das ratoeiras: a
reação em cadeia aconteceu - a energia potencial armazenada nas ratoeiras foi
liberada. Algo análogo ao princípio da fissão nuclear, quando um núcleo de
urânio é atingido por um nêutron em alta velocidade, liberando uma grande
quantidade de energia. O núcleo então se quebra, transformando-se em dois
novos núcleos mais leves - um núcleo de bário e outro de criptônio - liberando
no processo mais nêutrons, que se chocam com outros átomos de urânio, e
assim por diante.
Ressalta-se mais uma vez a participação dos alunos no desenvolvimento
do experimento.
Ao final do encontro fizemos aplicação do pós teste, para uma futura
comparação com os dados iniciais, para podermos identificar se a aprendizagem
significativa ocorreu.
38
CAPÍTULO 5
5 RESULTADOS
Aqui serão discutidos os dados colhidos através dos questionários
aplicados junto aos professores e alunos, utilizados como subsídio para a
elaboração e aplicação do produto educacional. Além disso, é feita uma análise
quantitativo-qualitativa do Pré-Teste e do Pós-Teste, antes e após a aplicação
do produto educacional, de modo a avaliar a eficácia dessa ação na assimilação
dos conteúdos propostos.
5.1 Sondando os docentes
Buscando identificar quais os aspectos que contribuem de forma positiva
ou negativa no ensino de Física, foram realizados os seguintes
questionamentos:
1. Qual formação acadêmica? □ Licenciatura em Física □ Licenciatura em Matemática □ Outra
Quadro 5.1 Perguntas aos professores sobre a formação acadêmica.
Gráfico 5.1 Respostas dos professores sobre a formação acadêmica.
Licenciatura em Física50%
Licenciatura em Matemática
30%
Outra20%
Qual formação acadêmica?
Licenciatura em Física Licenciatura em Matemática Outra
39
Nesse primeiro questionamento, identificamos o primeiro aspecto que
contribui de forma negativa para a qualidade do ensino de Física nas escolas
pesquisadas. Apenas metade do grupo de professores participantes da pesquisa
têm formação em Física, seja ministrando permanentemente aulas dessa
disciplina ou apenas eventualmente completando a carga horária de professores
com formação na área. Este fato ocorre principalmente devido à falta desses
profissionais no mercado de trabalho. Fica evidenciado também algo mais grave,
que dos 50% restantes, 20% não são sequer formados em Matemática, muitas
vezes não desenvolvendo nenhuma habilidade com ciências da natureza ou com
os números.
2. Possui pós-graduação? □ Especialização; □ Mestrado; □ Doutorado; □ Não.
Quadro 5.2 Perguntas aos professores sobre pós-graduação.
Gráfico 5.2 Respostas dos professores sobre pós-graduação.
No segundo questionamento perguntamos se os mesmos possuem pós-
graduação, e então verificamos que apenas 30% dos entrevistados têm algum
tipo de Especialização em alguma área de ensino, ou seja, não há nenhum
profissional desempenhando a função de professor de Física no Ensino Médio
70%
30%
0%0%
Possui pós graduação
Não Especialização Mestrado Doutorado
40
com Mestrado ou Doutorado, sendo que a grande maioria tem apenas a
graduação, fato preocupante, pois por algum motivo os docentes não estão
buscando a formação continuada, algo imprescindível na vida de um docente.
Mas é preciso deixar claro, que o termo formação continuada não se restringe
apenas a cursos de nível superior, como destaca (GATTI, 2008, p.57) de modo
amplo:
“qualquer tipo de atividade que venha a contribuir para o desempenho profissional – horas de trabalho coletivo na escola, reuniões pedagógicas, trocas cotidianas com os pares, participação na gestão escolar, congressos, seminários, cursos de diversas naturezas e formatos, oferecidos pelas Secretarias de Educação ou outras instituições para pessoal em exercício nos sistemas de ensino, relações profissionais virtuais, processos diversos a distância (vídeo ou teleconferências, cursos via internet etc.), grupos de sensibilização profissional, enfim, tudo que possa oferecer ocasião de informação, reflexão, discussão e trocas que favoreçam o aprimoramento profissional, em qualquer de seus ângulos, em qualquer situação.”
3. Há quanto tempo atua em sala de aula? □ De um a três anos; □ De três a cinco anos; □ De cinco a dez anos; □ Mais de dez anos.
Quadro 5.3 Perguntas aos professores sobre tempo de atuação em sala.
Gráfico 5.3 Respostas dos professores sobre tempo de atuação em sala.
De um a três anos10%
De três a cinco anos40%
De cinco a dez anos30%
Mais de dez anos20%
Há quanto tempo atua em sala de aula
De um a três anos De três a cinco anos De cinco a dez anos Mais de dez anos
41
Outro fator importante a ser ressaltado é a experiência docente, como
mostra o gráfico 4.3; a metade atua em sala de aula há mais de 5 (cinco) anos.
Esse é um fator positivo, pois os docentes com essa fase de maturação
conseguem desenvolver caminhos estratégicos para elaboração e execução de
uma boa aula, levando em consideração aspectos como o perfil dos alunos e o
sistema de ensino (livro didático, material alternativo, utilização das tic’s).
As próximas questões referem-se à elaboração, execução das aulas de
Física e adequação do espaço físico das escolas pesquisadas.
4. Para você, como fica mais fácil ensinar Física? □ Somente com aulas teóricas; □ Somente com aulas práticas; □ Com aulas teóricas e práticas.
5. A escola em que trabalha possui Laboratório de Física ou de Ciências? □ Sim de Física; □ Sim de Ciências; □ Não. 6- Quando realiza aulas práticas os materiais utilizados nas aulas são: □ Sempre alternativos; □ Quase sempre alternativos; □ Sempre encontrados no laboratório.
Quadro 5.4 Perguntas aos professores sobre o espaço físico e materiais para as
práticas.
Gráfico 5.4 Respostas dos professores sobre os laboratórios.
10%
70%
20%
A escola em que trabalha possui Laboratório de Física ou de Ciências
Sim de Física Sim de Ciências Não
42
Quando perguntados quando é mais fácil e “agradável” ensinar Física,
100% dos entrevistados concordaram que o ensino é melhor e o rendimento dos
alunos aumenta quando as aulas são desenvolvidas fazendo-se a relação da
teoria com a prática, algo que chama atenção dos alunos. Tem-se um ganho
maior de rendimento quando as aulas são realizadas em ambiente externo à sala
de aula, algo que fica muito difícil de ocorrer; de acordo com os entrevistados a
grande maioria (70%) das escolas têm apenas um Laboratório de Ciências, ou
seja, um espaço comum destinado às aulas de Física, Química, Biologia e
também Matemática, sendo que os mesmos não dispõem de um laboratorista
que faça a manutenção do pouco material encontrado e ajude na preparação e
condução das aulas, de modo que a maioria se encontra desativada ou em
outros casos servindo de depósitos. Isso ajuda a compreender porque 80% dos
professores, quando trabalham com aulas práticas, utilizam quase sempre
materiais alternativos.
As próximas questões estão relacionadas ao ensino de Física Moderna
no Ensino Médio.
7- Durante o ano letivo são trabalhados os conteúdos de Física Moderna? □ Sim; □ Sim apenas uma pequena parte do conteúdo; □ Não, Pois as aulas são insuficientes. 8- Os tópicos de Física Moderna encontrados nos livros didáticos são: □ suficientes para ministrar as aulas? □ Sim, sempre utilizo apenas o livro didático; □ Não, sempre faço outro tipo de pesquisa para realização das aulas. 9- Qual a maior dificuldade encontrada para ministrar as aulas de Física Moderna: □ Desmotivação dos alunos; □ Aulas e recursos insuficientes; □ Abordagem dos livros didáticos. 10- Trabalha com aulas práticas sobre Física Moderna? □ Sim; □ Às vezes, devido à falta de materiais para realização das mesmas; □ Não, pois a escola não tem espaço físico e materiais para realização das mesmas;
Quadro 5.5 Perguntas aos professores o Ensino de Física Moderna.
43
Com essas questões foi possível determinar os aspectos que estão
influenciando no ensino da Física Moderna, no Ensino Médio. 20% dos
entrevistados afirmam que não trabalham esse conteúdo, pois as aulas de Física
são poucas; os demais (80%) afirmam que trabalham apenas alguns tópicos
relevantes, não seguindo a sequência do livro didático, buscando sempre outra
fonte de pesquisa.
As maiores dificuldades citadas por 100% dos entrevistados são: o
número de aulas da carga horária que é sempre insuficiente; a obrigação de
seguir uma proposta curricular que visa a preparação para o Exame Nacional do
Ensino Médio (ENEM); o equipamento para trabalhar (Data show, Televisão,
Laboratório de Informática) muitas vezes não são disponíveis ou de forma que
não satisfaz todas as necessidades dos professores.
Gráfico 5.5 Respostas dos professores sobre aulas práticas de Física Moderna.
Quando perguntados sobre a realização de aulas práticas sobre Física
Moderna, 70% responderam que não trabalham, devido à falta de espaço físico
e de materiais para execução e realização das mesmas.
0%
30%
70%
0%
Trabalha com aulas práticas sobre Física Moderna
Sim
As vezes, devido à falta de materiais para realização das mesmas
Não, pois a escola não tem espaço físico e materiais para realização das mesmas
44
5.2 Sondando os discentes
Com o questionário destinado aos alunos, analisamos os conhecimentos
prévios dos mesmos, antes e após a execução dos experimentos, e chegamos
a alguns resultados interessantes. Primeiramente procuramos saber dos alunos
qual o tipo de aula de Física que ele gosta mais.
1. Para você, como fica mais fácil aprender Física? □ somente com aulas teóricas □ somente com aulas práticas □ com aulas teóricas e práticas
Quadro 5.6 Perguntas aos alunos sobre a preferências das aulas de Física.
Os resultados dos alunos coincidirão com os dos professores: 100% tem
preferências por aulas que envolvam a teoria com a prática, pois, segundo os
mesmos, são aulas mais atraentes, dinâmicas.
Gráfico 5.6 Respostas dos alunos sobre a preferências das aulas de Física.
Alguns depoimentos de alunos sobre a preferências do tipo de aulas são
reveladores:
“Aluno C: Nas aulas admirei os experimentos que demostravam melhor e
explicavam cada tema, mostrando que aulas práticas podem melhorar o
aprendizado do aluno; um dos experimentos que mais gostei foi o bola de
plasma”.
0% 0%
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
somente com aulasteóricas
somente com aulaspráticas
com aulas teóricas epráticas
Para você, como fica mais fácil aprender Física?
Estudar Física
45
“Aluno J: Durante essas aulas aprendi bastante coisas sobre a Física
Moderna, as aulas foram muito importantes, ajudou absorver todo o conteúdo
que foi explicado em sala. Foi um excelente trabalho”.
“Aluno G: As aulas foram bastante proveitosas com a teoria e a prática;
deu pra absorver muito o conteúdo e o conteúdo ficou dinâmico”.
“Aluno E: Achei muito produtiva a aula prática e teórica também, mas a
aula prática dá mais interesse em aprender. Foi muito produtiva essa semana na
aula de Física”.
A seguir, mostraremos os resultados dos questionários sobre Física
Moderna antes e depois da aplicação dos experimentos, avaliando se realmente
aconteceu algum grau de aprendizagem. Cabe ressaltar que os alunos não
sabiam que iriam participar de um pós-teste.
2. Qual a idade aproximada do universo? □ 14 bilhões de anos □ 100 bilhões de anos □ 1 milhão de anos □ 2 mil anos 3. Para você, qual o item abaixo retrata a definição de ano-luz? □ tempo por espaço □ espaço por tempo □ velocidade versus tempo □ aceleração por tempo 4. Entre as teorias abaixo, uma é teoria de Einstein. Qual? □ teoria do big bang □ teoria da evolução □ teoria das cordas □ teoria da relatividade 5. Processo responsável pela produção de luz e calor no sol e em outras estrelas? □ fissão nuclear □ fusão nuclear □ Espalhamento □ aniquilação 6. Processo pelo qual núcleos atômicos de elementos mais pesados são convertidos a núcleos atômicos de elementos mais leves? □ fissão nuclear □ fusão nuclear □ Espalhamento □ aniquilação
Quadro 5.7. Pré/Pós- teste parte I.
46
Buscamos, nessa primeira parte, encontrar os subsunçores dos alunos
em relação a alguns temas. Assim, começamos com Cosmologia, utilizando a
Origem do Universo, definição de ano-luz, Relatividade Restrita e Geral, e Física
Nuclear. Os resultados iniciais foram relevantes, a grande maioria já tinha algum
conhecimento cognitivo sobre os temas.
Gráfico 5.7 Pré-teste parte I.
Identificamos que uma grande parte tem noção de como e quando surgiu
o universo, sua composição, algo que já não acontece sobre a percepção de
ano-luz, sendo que apenas a metade tem conhecimento do seu significado.
Assim, fica prejudicada a noção acerca das reais dimensões do Universo, que
sabemos medirem-se em bilhões de anos-luz. Uma boa parcela tem algum
conhecimento sobre Relatividade, associando-a ao seu descobridor. Algo
interessante acontece com os processos nucleares, sendo que a maioria
conhece o processo de Fusão Nuclear, mas esse valor cai bastante quando se
pergunta sobre Fissão Nuclear.
Sobre esses temas trabalhamos com os seguintes experimentos:
Cosmologia em um balão (bexiga); A curvatura do espaço-tempo por meio de
um tecido de lycra, bolas de ferro e de gude; Reação em cadeia utilizando
ratoeiras e bolinhas de pula-pula; Medindo a velocidade da luz (com um aparelho
de micro-ondas e barra de chocolate). Foi uma experiência muito produtiva, com
os alunos participando ativamente das aulas.
86%
50%57%
71%
43%
14%
50%43%
29%
57%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Qual a idadeaproximada do
universo?
Para você, qual oitem abaixo retrataa definição de ano-
luz?
Entre as teoriasabaixo, uma é
teoria de Einstein.Qual?
Processoresponsável pelaprodução de luz ecalor no sol e emoutras estrelas?
Processo pelo qualnúcleos atômicos
de elementos maispesados são
convertidos anúcleos atômicos
de elementos maisleves?
Pré-teste I
Acerto Erro
47
Gráfico 5.8 Pós-teste parte I.
Analisando os dois gráficos, percebemos uma grande evolução em quase
todas as questões; só no quesito no qual trabalhamos a definição de ano-luz não
ocorreu essa evolução, fato que deve ter relação com dificuldades na linguagem
Matemática associada a grandes números; ademais os alunos não conseguiram
interpretar que “POR” significa “DIVISÃO” e “VERSUS” significa
“MULTIPLICAÇÃO”. Mesmo assim, poderíamos afirmar que aconteceu uma
aprendizagem e, mais uma vez, não interpretamos só os valores numéricos
advindos desses gráficos, como também o depoimento dos alunos em relação
às aulas, exatamente por estarmos considerando uma pesquisa de natureza
quantitativo-qualitativa.
“Aluno O: As aulas de Física Moderna através de experimentos, fizeram
com que os ensinamentos se tornassem mais interessantes e chamativos,
levando os alunos a ter uma boa compreensão”.
“Aluno B: Gostei das aulas, por que foram feitos alguns experimentos
onde aprendi algum processo como: o de fissão nuclear no processo das
ratoeiras, o de plasma com o das lâmpadas. Achei muito legal o processo em
que os núcleos atômicos mais pesados são transformados em núcleos atômicos
mais leves no processo das ratoeiras”.
94%
53%
100% 100%94%
6%
47%
0% 0% 6%0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Qual a idadeaproximada do
universo?
Para você, qual oitem abaixo retrataa definição de ano-
luz?
Entre as teoriasabaixo, uma é
teoria de Einstein.Qual?
Processoresponsável pelaprodução de luz ecalor no sol e emoutras estrelas?
Processo pelo qualnúcleos atômicos
de elementos maispesados são
convertidos anúcleos atômicos
de elementos maisleves?
Pós-teste I
Acerto Erro
48
“Aluno Q: Eu gostei muito das aulas, pois foram interessantes; aprendi
bastante quantos anos a Terra tem, que o Sol é uma bola de plasma. Também
gostei bastante dos experimentos em sala de aula, porque deixa a aula mais
divertida”.
No próximo quadro trabalhamos os conceitos referentes ao Plasma,
Ondas Eletromagnéticas, Comportamento Dual da Luz e as Forças
Fundamentais da Natureza.
7. Considerado o quarto estado da matéria? □ sólido □ líquido □ plasma □ gasoso 8. Das quatro forças naturais, qual atua entre prótons e nêutrons no interior dos átomos? □ força eletromagnética □ força nuclear forte □ força nuclear fraca □ força gravitacional 9. Qual princípio explica o comportamento dual da luz? □ da relatividade □ da complementariedade de Bohr □ incerteza de Heisenberg □ da superposição 10. A radiação eletromagnética, é constituída por pacotes de energia chamados? □ bárions □ dipolos □ íons □ fótons 11. Ondas eletromagnéticas como, raios x, micro-ondas, luz ultra violeta, infra vermelho tem em comum o(a) mesmo(a)? □ comprimento de onda □ frequência □ velocidade □ amplitude
Quadro 5.8 Pré/Pós-teste parte II.
A análise sobre a parte referente ao segundo quadro do Pré-Teste, os
alunos não apresentaram os mesmos subsunçores em relação aos tópicos
propostos, principalmente em relação à radiação eletromagnética.
49
Gráfico 5.9 Pré-teste parte II.
Analisando o gráfico acima, percebemos que uma grande maioria tem
conhecimento sobre o quarto estado da matéria (Plasma); já o conhecimento em
relação ao Comportamento Dual da Luz é muito crítico, e também é preocupante
esse conhecimento em relação às Ondas Eletromagnéticas. A respeito desses
temas, trabalhamos com os seguintes experimentos, descritos com maiores
detalhes no capítulo da Metodologia: Interferência e Difração da Luz versus Foto-
Eletricidade: (Interferência e Difração da Luz com um Laser e Fio de Cabelo;
Efeito Fotovoltaico com um Carrinho Elétrico e uma Placa Solar); Medindo a
Velocidade da Luz (com um aparelho de micro-ondas e barra de chocolate);
Determinando a constante de Planck por meio de LED’s; Bola de Plasma;
Reação em Cadeia utilizando Ratoeiras e Bolinhas de Pula-Pula.
A seguir, analisamos os gráficos montados a partir das respostas emitidas
no Pós-Teste, contendo as mesmas questões exploradas no Pré-Teste, a fim de
termos uma ideia de como se deu a evolução do conhecimento dos alunos a
partir da aplicação do produto educacional.
64%
14% 7% 7% 14%
36%
86%93% 93%
86%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Considerado oquarto estado da
matéria:
Das quatro forçasnaturais, qual atua
entre prótons enêutrons nointerior dos
átomos?
Qual princípioexplica o
comportamentodual da luz?
A radiaçãoeletromagnética, é
constituída porpacotes de energia
chamados?
Ondaseletromagnéticas
como, raios x,micro-ondas, luz
ultra violeta, infravermelho tem em
comum o(a)mesmo(a)?
Pré-teste II
Acerto Erro
50
Gráfico 5.10 Pós-teste parte II.
Com a utilização dos experimentos, percebemos um grande aumento de
acertos em todas as questões. Conseguimos sanar qualquer tipo de dúvida
sobre o plasma. Em relação aos demais temas, percebemos numericamente
uma notável evolução, o que nos permite concluir que as atividades do projeto
obtiveram considerável êxito, não só pelos valores expostos nos gráficos
mostrando a evolução do saber adquirido, mas pela vivência e interação com os
alunos, pela participação e principalmente pela avaliação que os mesmos
fizeram do projeto.
“Aluno I: Primeiramente queria agradecer ao professor por ter explicado
perfeitamente a Origem do Universo. As aulas foram muito produtivas, pois os
alunos focaram mesmo no assunto, assim demonstrando interesse e
perguntando, participando. Os experimentos foram muito bem feitos e
executados, assim com o uso dos mesmos mostrando o que realmente acontece
no dia-a-dia. Um dos experimentos que mais me chamou atenção foi a Bola de
Plasma, pois foi a partir desse experimento que aprendi e descobri qual era o
quarto estado da matéria, o Plasma. Podemos citar como exemplo de plasma o
fogo e o relâmpago.
O depoimento descrito pelo o aluno I é a forma mais rica de avaliação que
um professor pode querer em relação a um conteúdo trabalhado. Primeiro ele
descreve como ocorreu a aplicação do projeto; como os experimentos
100%
70% 65% 65% 70%
0% 30% 35% 35% 30%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Considerado oquarto estado da
matéria:
Das quatro forçasnaturais, qual atua
entre prótons enêutrons nointerior dos
átomos?
Qual princípioexplica o
comportamentodual da luz?
A radiaçãoeletromagnética, é
constituída porpacotes de energia
chamados?
Ondaseletromagnéticas
como, raios x,micro-ondas, luz
ultra violeta, infravermelho tem em
comum o(a)mesmo(a)?
Pós-teste II
Acerto Erro
51
despertaram a curiosidade dos alunos, fazendo com que os mesmos
participassem das aulas; também demonstra que absorveu o novo conhecimento
e rapidamente relaciona com objetos e fenômenos encontrados no seu dia-a-dia.
Isso demonstra que o material é realmente significativo.
52
CAPÍTULO 6
6 Conclusão e Considerações Finais
Ser educador nos dias atuais depende da opção paradigmática que pode possibilitar um ensino
que contemple o aluno como um todo, que entenda a sociedade e as suas reais
necessidades, que permita a formação de seres humanos críticos, produtores de conhecimento, trabalhando com uma educação que resgate os
valores e que seja acima de tudo um ato de amor. (Educação e Contemporaneidade, 2009)
Diante de tudo o que foi discutido aqui, acerca das questões levantadas
para a execução do Ensino de Física nas escolas Públicas, as quais não
acontecem só nos dias de hoje, mas estão expostas nos PCNs desde os anos
2000, em que se coloca que o ensino dessa disciplina
“Privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, em detrimento de um desenvolvimento gradual da abstração que, pelo menos, parta da prática e de exemplos concretos. Enfatiza a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando a linguagem matemática que essas fórmulas representam de seu significado físico efetivo. Insiste na solução de exercícios repetitivos, pretendendo que o aprendizado ocorra pela automatização ou memorização e não pela construção do conhecimento através das competências adquiridas. Apresenta o conhecimento como um produto acabado, fruto da genialidade de mentes como a de Galileu, Newton ou Einstein, contribuindo para que os alunos concluam que não resta mais nenhum problema significativo a resolver. Além disso, envolve uma lista de conteúdos demasiadamente extensa, que impede o aprofundamento necessário e a instauração de um diálogo construtivo. (BRASIL, 2000, p. 22)”.
53
Precisamos, assim, encontrar maneiras para inserir novas metodologias,
novos conceitos da Física presentes no cotidiano do aluno e para além dele,
posto que não é possível nem aceito que em pleno século XXI, com todo o
desenvolvimento tecnológico onde a sociedade está inserida, incluindo os jovens
de nossas escolas, o ensino seja de mais de um século atrás.
É preciso rediscutir qual Física ensinar para possibilitar uma melhor compreensão do mundo e uma formação para a cidadania mais adequada. Sabemos todos que, para tanto, não existem soluções simples ou únicas, nem receitas prontas que garantam o sucesso. Essa é a questão a ser enfrentada pelos educadores de cada escola, de cada realidade social, procurando corresponder aos desejos e esperanças de todos os participantes do processo educativo, reunidos através de uma proposta pedagógica clara. É sempre possível, no entanto, sinalizar aqueles aspectos que conduzem o desenvolvimento do ensino na direção desejada (ibid, p. 23).
Concordamos com (CARUSO, p.3) quando afirma que:
Todo o avanço das comunicações, que tem início com o rádio e ainda vai longe com o computador, é fruto, em última análise, da Teoria Quântica da matéria e da luz. Esse fato é notável e remete à distinção entre técnica e tecnologia, pois é bom recordar que enquanto se pôde construir belíssimas catedrais góticas sem que se tivesse uma teoria completa da Mecânica, não se pode construir um simples diodo ou um transistor de dimensões comparáveis à da ponta de uma caneta, sem o domínio da Mecânica Quântica.
Precisamos enfatizar, mais uma vez que entendemos que a culpa para
toda a problemática ligada ao ensino de Física, não é somente dos professores
como também do sistema arcaico de ensino, que não dá suporte físico, financeiro
e moral aos profissionais da educação. Mas, é necessário que se diga também
que temos por obrigação sair dessa inércia, buscando novas formas de abordar
o ensino de Física, e uma dessas maneiras é incluir os conceitos de Física
Moderna nas aulas por meio da utilização de materiais alternativos, algo que é
fácil de fazer e que influenciou positivamente a realização das aulas,
proporcionando a aprendizagem significativa dos alunos, pois vimos através dos
gráficos mostrados que os mesmos obtiveram um bom desempenho sinalizado
54
pelo resultado dos pré e pós-teste aplicados. Porém, mais importante do que
isso, foram os depoimentos dos alunos apoiando e participando ativamente das
aulas. Para fechar, destacamos abaixo mais alguns comentários dos discentes
em relação ao projeto aplicado:
“Aluno N: Primeiramente todas as aulas tanto teóricas como
experimentais me fizeram ver o lado mais divertido de aprender Física Moderna
e seus conceitos. Os experimentos foram muito importantes para nós estudantes
do 3º ano, e irá de certa forma mostrar para a sociedade que é possível aprender
com aulas práticas bem elaboradas. Todos os experimentos sem exceção de
nenhum foram muito educativos, deu pra ver o comportamento da Luz, em
alguns ambientes e os efeitos que acontecem no espaço”.
“Aluno H: As aulas foram interessantes, pois de certa forma tivemos maior
interesse, pois com questionário que foi feito no primeiro dia, as dúvidas que
ficaram foram anuladas nas aulas que tivemos. Também foram feitas aulas
práticas que foi interessante, pois pegamos todo o conhecimento adquirido nas
aulas fazendo experimentos que comprovassem, como o último experimento,
que foi a simulação de uma fissão nuclear com os materiais que eram ratoeiras
e bolinhas de borracha, simulando assim como um átomo sendo lançado com
uma força pode comprometer todos os outros. Por fim, gostei muito das aulas,
elas influenciaram muito no meu conhecimento de Física Moderna”.
“Aluno I: Primeira queria agradecer ao professor por ter explicado
perfeitamente a Origem do Universo. As aulas foram muito produtivas, pois os
alunos focaram mesmo no assunto, assim demonstrando interesse e
perguntando, participando. Os experimentos foram muito bem feitos e
executados, assim com o uso dos mesmos mostrando o que realmente acontece
no dia-a-dia. Um dos experimentos que mais me chamou atenção foi a Bola de
Plasma, pois foi a partir desse experimento que aprendi e descobri qual era o
quarto estado da matéria, o Plasma. Podemos citar como exemplo de plasma o
fogo. Aprendi também o funcionamento do fogão a gás, onde o gás quando está
dentro do botijão é líquido, daí quando abrimos a válvula ele se torna gasoso e
quando usamos o isqueiro para acender a boca do fogão o fogo será acesso,
assim mostrando o plasma.
55
“Aluno A: As aulas de Física com experimentações práticas foram
bastante produtivas e ricas de conteúdo teórico, com explicações bem
detalhadas e claras mostrando exemplos que acontecem em nosso dia-a-dia. O
professor soube administrar bem as aulas trazendo seu amplo conhecimento nos
estudos de Física Moderna, fazendo assim que as aulas se tornassem
interessantes e produtivas”.
“Aluno D: Com todos estes experimentos pude tirar muitas dúvidas que
tinha sobre Ondas Eletromagnéticas, comportamento dos átomos e pude
aprender mais sobre o quarto estado da matéria o Plasma. De todos os
experimentos o que me chamou mais atenção foi o da bola de Plasma”.
O depoimento descrito pelo o aluno I, descreve como ocorreu o período
de aplicação do projeto, em que os experimentos despertaram a curiosidade dos
alunos, fazendo com que os mesmos participassem das aulas, também
demonstrando que absorveu o novo conhecimento e rapidamente o relaciona
com objetos encontrados no seu dia-a-dia.
O depoimento do “Aluno H” deixa transparecer o objetivo do projeto, que
foi desenvolver estratégias para chamar atenção do aluno, envolvê-lo dentro da
aula, fazendo que o mesmo participe, interaja e formule criticamente suas
opiniões. Vemos suas observações sobre as aulas e ainda uma pequena
explicação do experimento de forma um pouco equivocada. Cabe ao professor
interferir para que os novos conhecimentos sejam melhor alicerçados.
Os depoimentos dos alunos que foram expostos ao longo desta
dissertação foram a forma mais rica de avaliação do nosso projeto, pois o mesmo
foi criado e desenvolvido pensando no aluno, embora pretendemos que seja
utilizado por professores do Ensino Médio. Quando vimos os resultados obtidos,
pudemos perceber que os alunos sentiram-se parte integrante do projeto,
participando de forma engajada com suas opiniões e críticas, de modo que
concluímos que os objetivos do projeto foram concluídos com êxito. Podemos
afirmar que um dos pontos colocados por Ausubel para que haja a aprendizagem
significativa ocorreu, uma vez que os alunos mostraram “predisposição” para
aprender, e esperamos também que o outro ponto da teoria tenha sido suprido -
56
isto é, que o produto educacional elaborado tenha sido potencialmente
significativo.
57
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AGOSTINI, Aline. Física Moderna e Contemporânea: Com a Palavra
Professores do Ensino Médio. Dissertação de Mestrado. Curso de Pós-
Graduação em Educação, Setor de Educação, Universidade Federal do Paraná.
Curitiba, 2008.
AUSUBEL, D. P. Aquisição e Retenção de Conhecimentos: Uma Perspectiva
Cognitiva. Portugal: Plátano Edições Técnicas, 1º ed., traduzido por Lígia
Teodoro, 2003.
AUSUBEL. D. P. Educacional psycholgy: a cognitive view. (1ª ed.) Nova York.
Holt. Rinehart and Winston. 1968.
BOGDAN, Roberto. BIKLEN, Sari Knopp. Investigação qualitativa em
educação. Porto editora, LDA: Portugal, 1994.
BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio. Brasília: MEC;
SEB, 2000.
BRASIL. PCNM, ENSINO MÉDIO: Orientações educacionais
complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais, Ciências da
Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Secretaria de educação média e
tecnológica - Brasília: MEC; SEMTEC, 2002.
CAVALCANTI, C. j. O., OSTERMANN, Fernanda. Teorias de Aprendizagem.
Instituto de Física – UFRGS. Porto Alegre: 2010.
CARUSO, F e FREITAS, N. Física Moderna no Ensino Médio: Espaço-Tempo
de Einstein em Tirinhas. Caderno Brasileiro no Ensino de Física. v.26. p. 355
– 366. 2009.
CARUSO, F. e OGURI, V. Física Moderna – Origens Clássicas e
Fundamentos Quânticos. São Paulo: Elsevier, 2006.
COSTA, J. E. P. A. Teoria da Assimilação: Construindo Redes de Saberes
no Contexto da educação digital. Dissertação de Mestrado, Apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Educação - UFPB, João Pessoa, 2012.
58
DANTAS, C. R. S. As TIC’s e a Teoria da Aprendizagem Significativa: Uma
Proposta de Intervenção no Ensino de Física. Dissertação de Mestrado.
Apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e
Matemática – UEPB, Campina Grande, 2011.
DOMINGUINI, L. Física moderna no Ensino Médio: com a palavra os autores
dos livros didáticos do PNLEM – Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 34,
n. 2, 2502 (2012).
ERTHAL, J. P. C., PIROVANI, F. E. S. e CAMPOS, R. G. Globo de plasma:
uma montagem simples com amplo potencial para discussões em sala de
aula. Caderno brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 3, p. 666-676, 2014.
FILHO, K. S. O. SARAIVA, M. F. O. Astronomia e Astrofísica. Departamento
de Astronomia – Instituto de Física UFRGS. Porto Alegre: 2014.
FLICK, U. Uma Introdução à Pesquisa Qualitativa. Tradução NETZ. S. 2º
edição. Porto Alegre: Bookman, 2004.
FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia. São Paulo: Paz e Terra, 1996. FREIRE, Paulo. Pedagogia do Oprimido. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 2005.
GAZZINELLI, R. Teoria da Relatividade Especial, 2ª. Ed., São Paulo: Edgard
Blucher, 2009.
GATTI, B. A. Análise das Políticas Públicas para Formação Continuada no
Brasil, na Última Década. Revista brasileira de Educação. v. 13. n. 37. 2008.
GRECA, Ileana M. (2000). Construindo significados em Mecânica Quântica:
resultados de uma proposta didática aplicada a estudantes de Física Geral.
Tese de Doutorado. Porto Alegre: Instituto de Física da UFRGS.
HALLIDAY, David, RESNICK, Robert, WALKER, Jearl. Física, v.4. 4ª ed. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996.
RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KRANE, Kenneth S. Física v.2. 5º.ed Rio
de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003.
LAKATOS, Eva Maria, MARCONI, Marina de Andrade. Fundamento de
Metodologia Científica. 5ª Ed. São Paulo: Atlas,2003.
LIMA, J. M. Literatura de Cordel e Ensino de Física: Uma Aproximação para
a Popularização da Ciência. Dissertação apresentada ao Programa
59
de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática – UEPB, Campina
Grande, 2013.
MARTINS, P. R., Nanotecnologia, Sociedade e Meio Ambiente no Brasil:
Perspectivas e Desafios. IN: Encontro da Associação Nacional de Pós-
Graduação e Pesquisa em Ambiente e Sociedade. 2004.
MASINI, Elcie F. S. MOREIRA, Marco Antônio. Aprendizagem Significativa:
Condições para Ocorrências e Lacunas que Levam a Comprometimentos.
São Paulo: Vetor, 2008.
MÁXIMO, Antônio. ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física, v.2. São Paulo:
Scipione, 2000.
MORAES, Maria Cândida. A Ruptura do Paradigma. In: Paradigma
educacional emergente. Campinas, SP: Papirus, 1997. Disponível em
<http://educacaocontemporaneidade.blogspot.com.br/2009/08/ruptura-do-
paradigma.html>. Acesso em janeiro de 2016.
MOREIRA M. A., Teorias de Aprendizagem. São Paulo: Ed. Pedagógica e
Universitária Ltda (E.P.U.), 1999.
NEVES, J. L. Pesquisa Qualitativa – Características, usos e possibilidades.
Caderno de Pesquisa em Administração. v.1. n. 3. 2º Semestre. São Paulo:
1996.
OSTERMANN, F., MOREIRA, M. A. Uma Revisão Bibliográfica Sobre a Área de
Pesquisa “Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio”. Investigação em
Ensino de Ciências. v.5. p. 23 – 48. Instituto de Física – UFRGS. Porto Alegre:
2000.
TAVORALO, C. R. C. e CAVALCANTE, M. A., Física Moderna Experimental.
Barueri, SP: Manole, 2003.
TAVORALO, C. R. C, CAVALCANTE, M. A e HAAG. R, Experiências em Física
Moderna. Física na Escola – V. 6, n.1, p. 75 – 82, 2005.
RICCI, T.S.F. OSTERMANN, F. Uma Introdução Conceitual à Mecânica
Quântica para Professores do Ensino Médio. Textos de apoio ao Professor
de Física, n 14, 71 p. Instituto de Física - UFRGS. Porto Alegre: 2003.
60
VALADARES, E.; MOREIRA, A. M. Ensinando Física Moderna no segundo
grau: Efeito Fotoelétrico, Laser e Emissão de Corpo Negro. Caderno
Brasileiro de Ensino de Física, v.15, n.2, p. 121-135, 1998.
SILVEIRA, F. L. Os resultados negativos dos experimentos de Michelson-
Morley refutaram a teoria do éter? A teoria da relatividade restrita se
originou dos experimentos de Michelson-Morley? Instituto de Física –
UFGRS.
QUIRINO, W. G. e LAVARDA, F. C. Projeto “Experimentos de Física para o
Ensino Médio com Materiais do dia-a-dia. Caderno Catarinense de Ensino de
Física. v.18, n. 1. P.117 – 122, 2011.
61
APÊNDICE A
QUESTIONÁRIO DO PROFESSOR
Universidade Estadual Regional do Cariri Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física [POLO URCA]
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com Materiais
Alternativos
Questionário de Pesquisa Professor
1. Qual formação acadêmica? □ Licenciatura em Física □ Licenciatura em Matemática □ Outra 2. Possui pós graduação? □ Especialização □ Mestrado □ Doutorado □ não 3. Há quanto tempo atua em sala de aula? □ de um a três anos □ de três a cinco anos □ de cinco a dez anos □ mais de dez anos 4. Para você, como fica mais fácil ensinar Física? □ somente com aulas teóricas □ somente com aulas práticas □ com aulas teóricas e práticas
5. A escola em que trabalha possui Laboratório de Física ou de Ciências? □ sim de Física □ sim de Ciências □ não 6- Quando realiza aulas práticas os materiais utilizados nas aulas são: □ sempre alternativos □ quase sempre alternativos □ sempre encontrados no laboratório
62
7- Durante o ano letivo são trabalhados os conteúdos de Física Moderna? □ sim □ sim apenas uma pequena parte do conteúdo □ não, Pois as aulas são insuficientes 8- Os tópicos de Física Moderna encontrados nos livros didáticos são suficientes para ministrar as aulas? □ sim, sempre utilizo apenas o livro didático □ não, sempre faço outro tipo de pesquisa para realização das aulas 9- Qual a maior dificuldade encontrada para ministrar as aulas de Física Moderna: □ desmotivação dos alunos □ Aulas e recursos insuficientes □ abordagem dos livros didáticos 10- Trabalha com aulas práticas sobre Física Moderna □ sim □ as vezes, devido à falta de materiais para realização das mesmas □ não, pois a escola não tem espaço físico e materiais para realização das mesmas
63
APÊNDICE B
PRÉ-PÓS TESTE DO ALUNO
Universidade Estadual Regional do Cariri Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física [POLO URCA]
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com Materiais Alternativos
Questionário de Pesquisa Aluno 1. Para você, como fica mais fácil aprender Física? □ somente com aulas teóricas □ somente com aulas experimentais □ com aulas teóricas e experimentais 2. Qual a idade aproximada do universo: □ 14 bilhões de anos □ 100 bilhões de anos □ 1 milhão de anos □ 2 mil anos 3. Para você, qual o item abaixo retrata a definição de ano-luz? □ tempo por espaço □ espaço por tempo □ velocidade versus tempo □ aceleração por tempo 4. Entre as teorias abaixo, uma é teoria de Einstein. Qual? □ teoria do big bang □ teoria da evolução □ teoria das cordas □ teoria da relatividade 5. Processo responsável pela produção de luz e calor no sol e em outras estrelas: □ fissão nuclear □ fusão nuclear □ Espalhamento □ aniquilação
64
7. Considerado o quarto estado da matéria: □ sólido □ líquido □ plasma □ gasoso 8. Das quatro forças naturais, qual atua entre prótons e nêutrons no interior dos átomos? □ força eletromagnética □ força nuclear forte □ força nuclear fraca □ força gravitacional 9. Qual princípio explica o comportamento dual da luz? □ da relatividade □ da complementariedade de Bohr □ incerteza de Heisenberg □ da superposição 10. A radiação eletromagnética, é constituída por pacotes de energia chamados: □ bárions □ dipolos □ íons □ fótons 11. Ondas eletromagnéticas como, raios x, micro-ondas, luz ultra violeta, infra vermelho tem em comum o mesmo (a): □ comprimento de onda □ frequência □ velocidade □ amplitude
65
APÊNDICE C
PRODUTO EDUCACIONAL
66
GERLANIO NOGUEIRA CAVALCANTE
CÉLIO RODRIGUES MUNIZ
MANUAL
Ensinando Física Moderna Através de Experimentos com
Materiais Alternativos
JUAZEIRO DO NORTE – CE
2017
67
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.................................................................................................4
PROPOSTA EXPERIMENTAL 1.............................................................................8
Cosmologia em um balão (bexiga)....................................................................8
Link de acesso ao video...................................................................................8
PROPOSTA EXPERIMENTAL 2 .....................................................................9
A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de borracha, bolas de
pula-pula e de ferro...........................................................................................9
Link de acesso ao video.................................................................................10
PROPOSTA EXPERIMENTAL 3...................................................................11
Comportamento ondulatório da luz interferência e difração utilizando um laser
e fio de cabelo.................................................................................................11
Link de acesso ao vídeo.................................................................................12
PROPOSTA EXPERIMENTAL 4 ...................................................................13
Comportamento corpuscular da luz efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico
e uma placa solar............................................................................................13
Link de acesso ao vídeo ................................................................................14
PROPOSTA EXPERIMENTAL 5 ...................................................................15
Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um aparelho de
micro-ondas e barra de chocolate...................................................................15
Link de acesso ao vídeo.................................................................................16
PROPOSTA EXPERIMENTAL 6 ...................................................................17
Determinando a constante de Planck por meios de LED’s..........................17
Link de acesso ao vídeo.................................................................................19
PROPOSTA EXPERIMENTAL 7 ...................................................................20
Bola de Plasma...............................................................................................20
Link de acesso ao vídeo.................................................................................22
PROPOSTA EXPERIMENTAL 8 ...................................................................23
Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula....................23
68
Link de acesso ao vídeo....................... ........................................................24
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................25
69
INTRODUÇÃO
Analisando a situação do ensino de Física nas Escolas Públicas,
percebemos uma tendência de construção do conhecimento baseado no
pensamento newtoniano - a chamada Física Clássica. Percebemos poucos
textos nos livros didáticos sobre Física Moderna e que chamem a atenção
para sua relevância no cenário da sociedade contemporânea. (WILSON
apud OSTERMANN e MOREIRA, 2000, p.26) relata a importância de
ensinar Física Moderna e Contemporânea (FMC) aos jovens:
“FMC pode ser instigante para os jovens, pois não
significa somente estudar o trabalho de cientistas que viveram centenas de anos atrás, mas também assistir cientistas falando na televisão sobre seus experimentos e expectativas para o futuro. Estudar problemas conceituais existentes na FMC envolve os estudantes nos desafios filosóficos de alguns aspectos da Física. O fato de que nem tudo, no mundo científico, é sabido ou entendido, modifica a ideia que os estudantes em geral têm de Física - um assunto que é uma “massa” de conhecimentos e fatos, um livro fechado. Ou são mostrados aos alunos os desafios a serem enfrentados pela Física no futuro, ou eles não serão encorajados a seguir carreiras científicas”.
A Física Moderna não é o conhecimento sistematizado dos
fenômenos naturais surgido com os trabalhos de Galileu e Newton a partir
do século XVII, como seu nome poderia sugerir segundo a historiografia
vigente. A esse conhecimento denomina-se Física Clássica, que abrange
também a formulação lagrangeana e hamiltoniana, mais avançadas, da
Mecânica, assim como o Eletromagnetismo e a Ótica, todos os quais se
desenvolveram plenamente no decorrer do século XIX. A denominação
Física Moderna refere-se ao conjunto de teorias surgidas no início do século
XX, principiando com a Mecânica Quântica e as Teorias da Relatividade
(Restrita e Geral), bem como seu desenvolvimento e aplicações posteriores.
Estes grandes sistemas teóricos produziram alterações marcantes no
70
entendimento dos conceitos do espaço, tempo, medida, causalidade,
simultaneidade, trajetória e localidade, completamente distintos das noções
advindas da Física Clássica.
A Mecânica Quântica surgiu inicialmente dos trabalhos de Max
Planck e de Albert Einstein. Um dos mais importantes problemas da Física
não resolvidos no final do séc. XIX era o da radiação do corpo negro. Planck
resolve este problema em 1900, utilizando como hipótese ad hoc que a
energia deste sistema (na verdade, as trocas de energia entre a radiação e
as paredes da cavidade do referido corpo) não é contínua, mas, pelo
contrário, é discreta, ou, em outras palavras, quantizada, um aspecto que
inexiste na Física Clássica. Einstein utiliza esta mesma hipótese para
resolver o problema do efeito fotoelétrico em 1905. Mas vai mais longe ao
propor que esta é na realidade a verdadeira natureza da luz. A essa
quantidade discreta de energia eletromagnética se chamou quantum de luz
ou, simplesmente, fóton. Nasce assim a Mecânica Quântica que será
posteriormente desenvolvida pelo trabalho de muitos outros cientistas como
Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Max
Born, Wolfgang Pauli e Paul Dirac, dentre outros. (CARUSO e OGURI,
2006).
A Teoria da Relatividade Restrita desenvolvida por Einstein em 1905
surge para resolver a solução de dois problemas, a saber, o comportamento
cinemático da luz e a falta de simetria observada em alguns fenômenos
eletromagnéticos, criando dois postulados: O princípio de relatividade,
segundo o qual as leis da Física, incluindo as da Mecânica e do
Eletromagnetismo, são as mesmas em todos os referencias inerciais -
aqueles referenciais que se deslocam retilineamente com velocidade
constante uns em relação aos outros; o segundo postulado refere-se à
velocidade da luz, que no vácuo tem o mesmo valor em qualquer destes
referenciais inerciais, independentemente da velocidade da fonte de luz ou
do observador. Em 1915, Einstein aprimora sua teoria que antes era apenas
válida nesses referenciais, analisando as leis da Física também em
referencias acelerados, criando assim a Teoria da Relatividade Geral,
71
introduzindo a noção de espaço curvo, ou seja, os corpos produzem em
torno de si uma curvatura do espaço-tempo – que é a própria gravidade,
sendo que quanto maior a massa (e energia) do corpo, maior será a
curvatura (GAZINELLI, 2009).
Diante desse ramo da Física, já não tão novo e que abrange essas
duas vertentes (e seus desdobramentos), os quais revolucionaram a
maneira do homem entender a Natureza, surge a questão de como passar
esse tipo de conhecimento, já não tão intuitivo como o representado pela
Física Clássica, ao aluno, considerando que a carga horária da disciplina é
bem reduzida, principalmente na educação pública, e que aspectos
financeiros e estruturais das escolas são muitas vezes precários, o que
contribui para uma forma pouco eficiente de se ministrar a disciplina.
Um aspecto positivo a ser ressaltado é que, atualmente, após os
notáveis avanços científicos e tecnológicos observados na
contemporaneidade, a Física Moderna tem despertado a curiosidade dos
jovens. Com base nesse contexto, desenvolvemos este Manual intitulado
Ensinando Física Moderna com Experimentos de Materiais Alternativos,
buscando desmistificar o ensino de Física Moderna, e subsidiar os
professores em suas aulas de Física Moderna. O mesmo foi desenvolvido
como Produto Educacional, no programa do Mestrado Profissional no
Ensino de Física (MPNEF), aplicado junto a uma turma de 3º ano do Ensino
Médio do município de Pereiro-CE, onde constatamos uma melhora
significativa na aprendizagem dos alunos, tanto em valores quantitativos
como nos qualitativos, alunos participando ativamente das aulas.
Ressaltamos que não é uma sequência de Ensino que o professor só
poderá utilizar no 3º ano, mas poderá fazer adaptações e utilizar no decorrer
de todo Ensino Médio. Cabe ao professor independente do ano/série que o
aluno se encontra, ensinar de acordo com os conhecimentos prévios
existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, pois, segundo Ausubel "...o
fator, isolado mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o
aluno já sabe; descubra isso e ensine-o de acordo" (AUSUBEL, 1968, p.
78).
72
Este manual contém a descrição de 8 experimentos realizados com
materiais alternativos que podem ser trabalhados em sala despertando a
curiosidade dos alunos. Os experimentos são divididos em duas categorias:
Os experimentos por analogia e os experimentos diretos. Os primeiros
usam fenômenos que não pertencem ao âmbito da Física Moderna para
demonstrar, por analogia, outros que o sejam. Já os diretos usam (ou
produzem) os próprios fenômenos em si com vistas à sua elucidação. Os
experimentos abordam os seguintes temas, a saber: Teoria da Relatividade
Restrita, Teoria Atômica da Matéria, Modelos e Espectros Atômicos,
Dualidade Onda-Partícula, Física do Estado Sólido.
Sequência dos experimentos utilizados:
Cosmologia em um balão (bexiga);
A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de
borracha, bolas de gude e de ferro;
Interferência e difração utilizando um laser e fio de cabelo;
Efeito fotovoltaico com um carrinho elétrico e uma placa solar;
Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um
aparelho de micro-ondas e barra de chocolate;
Determinando a constante de Planck por meios de LED’s;
Bola de Plasma;
Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula.
A seguir descreveremos a confecção e utilização de cada
experimento, e uma pequena abordagem histórica e teórica sobre cada
assunto abordado.
73
Proposta Experimental 1
Cosmologia em um balão (bexiga)
Material necessário:
Balão (bexiga) com desenhos de bolinhas.
Este experimento consiste, em utilizar alguns balões pintados com
bolinhas para ilustrar o universo em expansão, o qual apresenta uma
curvatura em larga escala provocada pela presença de matéria e energia
nas galáxias. Podemos falar do início do universo ressaltando a teoria do
Big Bang, o tempo de vida do universo e a expansão do mesmo. Enchendo-
se os balões, as bolinhas pintadas neles começam a se distanciar umas das
outras; nesse momento podemos fazer analogia com o distanciamento
entre as galáxias, explicando que é o próprio espaço que se distende nessa
expansão, arrastando consigo as galáxias. Logo abaixo, segue o link do
vídeo de acesso à realização do experimento.
Dica:
Repasse o maior número possível de balões para os alunos, pois
com sua participação a aula fica mais interessante e divertida.
https://www.youtube.com/watch?v=doBsaLeZMGg
Fotos do Experimento
(A) (B) (C)
Fig. 1.1. (A) Balão inicialmente vazio. (B) e (C) Balão enchendo e as bolinhas distanciando-se umas das outras.
74
Proposta Experimental 2
A curvatura do espaço-tempo por meio de uma folha de borracha,
bolas de pula-pula e de ferro
Materiais necessários:
Tela de borracha, as dimensões a critério do professor. (Utilizamos
um tecido de Lycra);
Ímãs de pesos diferentes;
Bolas de ferro e de borracha.
Nesse experimento podemos utilizar vários materiais para fazermos
uma analogia com a teoria geral da relatividade, mostrando que a gravidade
é resultado de uma deformação do espaço. Como foi indicado no
experimento anterior, a curvatura do espaço-tempo é provocada pela
presença de matéria e energia. Podemos utilizar uma tela (melhor
desenvolvimento e visualização com uma folha de borracha, mas devido à
dificuldade de encontrar no mercado, podemos substituir por outros
materiais, como um tecido que contenha Lycra). Também utilizamos
Fotos do Experimento
(A) (B) (C)
(D) (E)
Fig. 2.1. (A), (B), (C), (D). Desenvolvimento do experimento com os alunos, mostrando a curvatura que acontece no tecidos nos diferentes casos em que utilizamos massas diferentes. (E) corpos de menores massas orbitando uma região do espaço ocupada por um corpo de maior massa.
75
bolinhas de vários pesos diferentes, como bolinhas de Sinuca, Tênis, Ping
Pong, Pula-Pula, ímãs, entre outros objetos que contenham massas
diferentes. Fazendo os alunos participarem do desenvolvimento da
experiência pede-se que os mesmos segurem e puxem a tela e que fiquem
colocando as bolinhas com pesos diferentes e observem o que acontecem,
depois coloquem pequenas bolinhas de gude - “bilas” - em movimento
entorno das bolas de massa maior. Logo abaixo segue o link do vídeo de
acesso a realização do experimento.
Dica:
O interessante deixar os alunos participarem e eles escolherem as
bolinhas e irem formando suas próprias conclusões.
https://www.youtube.com/watch?v=_sNiVo3rfTk&t=4s
76
Proposta Experimental 3
Comportamento ondulatório da luz, Interferência e difração utilizando
um laser e fio de cabelo
Materiais necessários:
Laser;
Fio de Cabelo;
Pedaço de Papelão retangular (Largura 20cm x Altura 15cm);
Fita Gomada;
Folha de Papel A4.
Tesoura;
Estilete.
Nesse experimento da Interferência e difração da luz utilizando laser e
fio de cabelo, podemos demonstrar o comportamento ondulatório da luz,
pois nesse tipo de experiência o aluno observa que esses fenômenos só
ocorrem se a luz se comportar como onda.
Para a montagem do experimento precisamos cortar com uma tesoura
um pedaço de papelão nas dimensões (largura 20cm x altura 15cm). No
meio do papelão abrimos com um estilete um retângulo de dimensões
(largura 10cm x altura 6cm) e para fixar o fio de cabelo utilizamos pequenos
pedaços de fita gomada, que também serve para deixar o aparato preso
numa superfície plana. A folha de Papel A4 cola-se em parede a uma
distância de aproximadamente um ou dois metros do aparato e na mesma
Fotos do Experimento
(A) (B) (C)
Fig. 3.1 (A) e (B) Montagem da base de papelão com o fio de cabelo. (C) Montagem do experimento com o laser incidindo sobre o cabelo e criando e espectro na folha colada na parede.
77
horizontal. Incide-se então a luz do laser sobre o fio de cabelo de modo que
a imagem apareça na folha de papel o os alunos possam ver os dois
fenômenos ocorrendo. Podemos com esse experimento mostrar aos alunos
o fenômeno da interferência construtiva nos pontos de luminosidade
máxima formados na imagem e a interferência destrutiva nos pontos de
mínimo. Mostra-se também o fenômeno da difração ocorrendo quando a luz
consegue contornar o obstáculo (fio de cabelo). Logo abaixo segue o link
do vídeo de acesso a realização do experimento.
Dica:
Para esse tipo de experimento ter um bom aproveitamento e
necessário um local com pouca luminosidade (sala escura).
Cuidado: Ao manusear a tesoura, o estilete e a incidência da luz do Laser nos olhos!
https://www.youtube.com/watch?v=HMI779PZ8EU&t=15s
78
Proposta Experimental 4
Comportamento corpuscular da luz, efeito fotovoltaico com um
carrinho elétrico e uma placa solar
Materiais necessários:
Carrinho Elétrico;
Placa Fotovoltaica.
Nesse experimento mostra-se ao aluno o comportamento corpuscular
da luz, ressaltando o efeito fotoelétrico pelo qual Einstein conseguiu ganhar
o prémio Nobel em 1921, cabendo aqui ao professor fazer uma explanação
sobre a diferença entre Efeito Fotoelétrico e Efeito Fotovoltaico. Esse tipo
de comportamento só acontece se a luz se comportar como partícula - o
“fóton”, colidindo com os elétrons do metal e transferindo energia e
momento a estes de modo a conseguirem sair da banda de valência para a
banda de condução, gerando uma corrente elétrica. O experimento é bem
simples: utilizando um carrinho que contenha um circuito elétrico e uma
pequena placa fotovoltaica, coloca-se o carrinho em um lugar onde tenha
luz solar e imediatamente o carrinho começa se movimentar. Normalmente
encontra-se esse tipo de carrinho e a placa solar em kits eletroeletrônicos
enviados para as Escolas. Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a
realização do experimento.
Fotos do Experimento
(A) (B) (C) Fig. 4.1 (A) Placa solar (fotovoltaica). (B) Placa solar e um carrinho que possui um circuito elétrico. (C) Montagem do experimento carrinho com a placa acoplada em um ambiente aberto.
79
Dicas:
Se sua escola não tem esse kit eletroeletrônico, poderá realizar um
experimento semelhante com calculadoras que contenham
pequenas placas fotovoltaicas;
Poderá usar esse mesmo experimento para trabalhar conceitos
sobre semicondutores;
Pode-se também conduzir uma discussão sobre a importância das
energias renováveis no mundo contemporâneo, como a solar.
https://www.youtube.com/watch?v=kPicTaEY7hU&t=17s
80
Proposta Experimental 5
Medindo a velocidade da luz (Onda Eletromagnética) com um aparelho
de micro-ondas e barra de chocolate
Materiais necessários:
1 Forno de Micro-ondas;
1 Barra de Chocolate;
1 Régua
Nesse experimento propõe-se medir a constante da velocidade da luz
utilizando-se um micro-ondas e uma barra de chocolate. Na parte de trás do
aparelho encontramos a frequência 𝑓 com a qual este funciona, a qual é a
das micro-ondas geradas - uma forma de radiação eletromagnética que se
propaga, portanto, com a velocidade da luz. Retirando-se a peça que faz o
prato do micro-ondas girar, colocamos novamente o prato no lugar e sobre
ele uma barra de chocolate, ligando o aparelho por aproximadamente 30
(trinta) segundos. Depois desse tempo, retiramos a barra e consegue-se
observar alguns pontos no chocolate mais derretidos. Utilizando uma régua,
medimos a distância entre esses pontos e então multiplicamos o valor
encontrado por 2, pois na verdade a medida com a régua fornece apenas
metade de uma oscilação, e assim encontramos nosso comprimento de
onda λ. Agora utilizando a equação:
Fotos do Experimento
(A) (B) (C) Fig. 5.1. (A) Aparelho de micro-ondas e a barra de chocolate. (B) Colocando a barra de chocolate dentro do aparelho. (C) Barra de chocolate depois de 30 segundos dentro aparelho.
81
Onde c é o valor da velocidade da onda eletromagnética (velocidade da
Luz), chega-se a valores bem satisfatórios (em torno de 300.000 km/s), com
uma pequena margem de erro. Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso
a realização do experimento.
Dica: Esse experimento serve para chamar a atenção dos alunos, para o fato
de que a Física é também uma ciência da medida, e que não basta
apenas observar os fenômenos - deve-se medi-los de modo a se utilizar
os modelos matemáticos que os descrevem e testar as teorias vigentes.
www.youtube.com/watch?v=EwTISfpVOOw&t=34s
c = 𝑓. 𝛌
82
Proposta Experimental 6
Determinando a constante de Planck por meios de LED’s
Materiais necessários:
1 Placa Protoboard;
Led Verde;
Led Vermelho;
Bateria de 9 V;
Multímetro;
Potenciômetro 10 K;
2 Jumps;
1 Plug conector de bateria;
2 Pontas de provas.
Experimento de fácil montagem e materiais bem acessíveis, facilmente
encontrados em eletrônicas e de custo em conta. Utilizado para determinar
a constante de Planck em ordem de grandeza, através da emissão da
radiação de um led vermelho e um led verde. A proposta aqui é medir a
energia mínima necessária para acender a luz do led, que de acordo com
as ideias da Física Quântica, vem quantizada na forma de pacotes de
energia - o fóton. A conexão com a proposta experimental nº 4 é notória. Na
Fotos do Experimento
(A) (B) (C) Fig. 6.1. (A) Multimetro com as pontas de provas, placa protoboard e bateria. (B) Placa protoboard coma instalação dos leds, jumps e o potenciometro. (C) Verificando o valor de tensão necessária para que os leds acendam.
83
verdade podemos pensar que o efeito aqui explorado é o inverso do daquela
proposta.
Experimento baseado no Livro Física Moderna e Experimental de
Cavalcante e Tavolaro (2003, p.72), que descreve detalhadamente o
experimento com alguns materiais diferentes.
Para a montagem do experimento colocamos a placa protoboard em
uma superfície plana, conectando-se o potenciômetro na placa e verificando
os polos positivos e negativos os quais devem ficar ligados em paralelo com
a bateria que será conectada à placa através do Plug. Em outros pontos da
placa conectamos os led’s, verificando que os mesmos estejam em paralelo
entre si; agora utilizamos os jumps, conectando-se uma ponta de um dos
jump no polo central do potenciômetro e a outra ponta no positivo dos leds.
O outro jump é conectado no polo negativo do potenciômetro, de modo que
a outra ponta esteja conectada no polo negativo dos led’s. Em seguida,
conecta-se as pontas de provas do multímetro nos polos dos led’s para
obter a medida de tensão necessária para o exato momento em que os led’s
começam a acender. Montado o circuito na placa, deve-se verificar se todos
os pontos estão ligados em paralelo.
Fig. 6.1 Circuito elétrico da montagem, adaptado de Cavalcante e Tavolaro (2005,
p.80)
Variando os valores da tensões através do potenciômetro, percebemos
que o Led vermelho começa a acender primeiro, pois o mesmo tem maior
comprimento de onda necessita de menor energia para acender; quando o
led verde começa acender o led vermelho já tem um brilho bem intenso.
Anotando os valores para os quais os led’s começam acender, podemos
utilizar os seguintes passos para determinar a constante de Planck:
84
1º) Adotamos que a frequência de radiação máxima, da luz emitida pelo
led, pode ser descrita em termos do limiar de tensão (valor para o qual o led
começa conduzir corrente). Temos que a energia de um fóton é dada por:
2º) Quando o led começa a conduzir corrente, podemos reescrever a
equação anterior substituindo E por e.V, onde V é o limiar de tensão
necessária para que os led’s comecem acender, e é a carga fundamental
do do elétron, 1,6x10-19 C. Assim temos que:
Como f=c/λ, encontramos que a constante de Planck é dada por
Onde c é a velocidade de uma onda eletromagnética no vácuo (velocidade
da luz) e λ é o comprimento de onda da luz dos led’s. (led vermelho 650 nm
e o led verde 560 nm).
Com todos os valores obtidos, substituímos na equação acima e
encontramos o valor da constante de Planck em termos de ordem de
grandeza, algo muito produtivo dentro da sala de aula. Logo abaixo segue
o link do vídeo de acesso da realização do experimento.
Dicas:
Poderá usar esse mesmo experimento para trabalhar conceitos
sobre led’s e semicondutores;
Mais uma vez, a discussão sobre a Física como uma ciência da
medida poderá ser muito útil.
http://www.youtube.com/watch?v=iK6uwi7qRm0
eV = ℎ 𝑓
ℎ = 𝒆𝑽 . 𝝀/ 𝑐
E = ℎ 𝑓
85
Proposta Experimental 7
Bola de Plasma
Materiais necessários:
Uma lâmpada incandescente (queimada ou não) de 25 W, 40 W, 60
W,100 W.
Um suporte com bocal para lâmpada.
Fita isolante.
Um suporte de madeira.
Uma chave comutadora.
Fios de cobre encapados.
Uma lâmpada fluorescente.
Um ignitron – acendedor automático de fogão, facilmente
encontrado
em lojas de consertos de fogão e ferros-velhos.
Este experimento permite a discussão sobre o chamado quarto estado
da matéria - o plasma, aquele no qual os átomos que a formam estão parcial
ou totalmente ionizados. Uma forte corrente elétrica fluindo em um gás pode
causar essa ionização - a retirada (ou excitação para camadas mais
externas) dos elétrons das camadas exteriores dos átomos, com o seu
retorno ao estado inicial liberando energia luminosa. O relâmpago é um
exemplo disso.
Fotos do Experimento
Fig. 7.1. (A) Montagem interna do experimento, mostrando o Ignitron e na lateral a chave comutadora. (B) Montagem externa do experimento. (C) Bola de Plasma funcionando.
86
A montagem do experimento baseou-se no trabalho desenvolvido por
Erthal, J. P. C. et al. (2013). Com o título Globo de plasma: uma montagem
simples com amplo potencial para discussões em sala de aula. Maiores
detalhes sobre o experimento consulte o artigo publicado no Caderno
Brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 3, p. 666-676, dez. 2014. Abaixo
segue a montagem de acordo com os autores.
Para a montagem da base de madeira, precisamos de duas tábuas
cortadas com 12 cm por 24 cm, que servirão de tampos laterais do caixote;
duas tábuas de 12 cm por 21 cm, que servirão de tampos frontal e traseiro
do caixote; uma tábua de 21 cm por 24 cm para tampo superior do caixote;
e uma tábua de 30 cm por 50 cm para servir de base inferior para o aparato.
A espessura das tábuas pode variar de acordo com o material que se tenha
disponível, porém é aconselhável utilizar algo entre 0,5 cm e 2,0 cm para
que o aparato não fique frágil ou robusto em demasia.
No tampo superior do caixote devem ser feitos dois furos, sendo um no
centro e outro próximo a algum dos vértices, para passagem de fiação
elétrica. Na parte inferior dos dois tampos laterais deve-se fazer um sulco,
no qual se encaixará o tampo traseiro, de modo que este possa ser
facilmente removido para demonstrações e reparos. O tampo traseiro
também deve ter um pequeno rebaixo para passagem de fiação.
Após a preparação das madeiras, deve-se proceder à montagem do
caixote sobre a base inferior, podendo ser pregado, parafusado ou colado.
Na sequência deve-se fixar o suporte para lâmpada sobre o caixote.
.
Fig. 7.2 Circuito elétrico do globo de Plasma
Um dos fios que saem deve ser ligado à lâmpada; o outro servirá como
fio intensificador. Podemos utilizar qualquer uma das lâmpadas citadas
acima, mas se quiser um melhor desempenho utilize uma de 100 W.
87
Podemos utilizar uma lâmpada fluorescente durante o experimento para
mostrar a excitação dos átomos do gás na presença de um campo elétrico.
Na realização da montagem do experimento fizemos pequenas
modificações do projeto inicial; assim, ao invés de uma tomada para a
entrada, utilizamos um plug de tomada, nada que modifique ou atrapalhe o
andamento do experimento. Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso
a realização do experimento.
Dica:
Para esse tipo de experimento ter um bom aproveitamento e
necessário um local com pouca luminosidade (sala escura).
Cuidado: Ao ligar o aparato, tem-se uma diferença de potencial muito alta entre o vidro e o ignitron algo em torno de 6 mil volts, a corrente elétrica é pequena mas pode ocorrer pequenos choques. Prepare uma base isolante!
www.youtube.com/watch?v=YW1rtlyoNr8&t=31s
88
Proposta Experimental 8
Reação em cadeia utilizando ratoeiras e bolinhas de pula-pula.
Materiais necessários:
25 Ratoeiras;
1 Recipiente de vidro (Altura 50cm x Largura 50cm x
Comprimento 70cm), com tampa.
26 Bolinhas de Pula-Pula.
Para a montagem do experimento, precisa-se encomendar um
recipiente retangular de vidro, o qual não precisa ser necessariamente nas
dimensões citadas - pode ser maior ou menor, influenciando diretamente no
número de ratoeiras e bolinhas utilizadas. As bolinhas de pula-pula são
facilmente encontradas em mercadinhos e supermercados. As ratoeiras são
facilmente encontradas em mercados públicos. Esse tipo de experimento
não é tão barato, mas depois de preparado e tendo-se o devido cuidado na
manutenção pode durar muito tempo. Outro fator é os resultados dentro de
sala de aula, que são muito gratificantes e os alunos participam bastante da
aula.
A ideia aqui é promover a visualização e a discussão sobre as reações
em cadeia, que ocorrem no processo de fissão nuclear, onde nêutrons
disparados de átomos radioativos fissionam núcleos de átomos pesados
(como os de urânio), que liberarão mais nêutrons que por sua vez
Fotos do Experimento
(A) (B) (C)
Fig. 7.1. (A) Recipiente de vidro com as ratoeiras e as bolinhas. (B) Ratoeiras desarmadas. (C) Rateoiras armadas prontas dispararem.
89
fissionarão mais núcleos e assim por diante, liberando uma vasta
quantidade de energia em muito pouco tempo.
As ratoeiras são armadas com uma bolinha de pingue-pongue no lugar
do queijo. Quando todas estiverem armadas, joga-se uma bolinha
simulando o nêutron inicial, a reação em cadeia começa e a energia
armazenada nas ratoeiras é liberada. Experimento bem simples que
podemos relacionar ao princípio da fissão nuclear que liberam uma grande
quantidade de energia em um pequeno intervalo de tempo. Para que a
fissão ocorra um nêutron é acelerado contra um átomo de urânio. Quando
o nêutron colide contra o urânio o átomo se quebra em outros dois novos
elementos, o bário e o criptônio, liberando energia e mais nêutrons que, por
sua vez, irão colidir com outros átomos de urânio e dar sequência ao
processo de fissão nuclear.
Logo abaixo segue o link do vídeo de acesso a realização do
experimento.
Dica:
Pode-se fazer o experimento também com poucas ratoeiras, de
modo a se explorar o conceito de massa crítica - aquela
quantidade mínima presente no material físsil necessária para que
a reação em cadeia de fato ocorra, fissionando todos os átomos
presentes na amostra.
Cuidado: Ao preparar o experimentos os alunos querem participar armando as ratoeiras, nesse momento eles podem se machucar devido à grande energia elástica acumulada nas ratoeiras.
http://www.youtube.com/watch?v=TvB5eXfJxFM&t=24s
90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AUSUBEL. D. P. Educacional psycholgy: a cognitive view. (1ª ed.) Nova
York. Holt. Rinehart and Winston. 1968.
CARUSO, F. e OGURI, V., Física Moderna – Origens Clássicas e
Fundamentos Quânticos. São Paulo: Elsevier, 2006.
ERTHAL, J. P. C., PIROVANI, F. E. S. e CAMPOS, R. G. Globo de plasma:
uma montagem simples com amplo potencial para discussões em sala
de aula. Caderno brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 3, p. 666-676, 2014.
GAZZINELLI, R., Teoria da Relatividade Especial, 2ª. Ed., São Paulo:
Edgard Blucher, 2009.
TAVORALO, C. R. C. e CAVALCANTE, M. A., Física Moderna Experimental.
Barueri, SP: Manole, 2003.
TAVORALO, C. R. C, CAVALCANTE, M. A e HAAG. R, Experiências em
Física Moderna. Física na Escola – V. 6, n.1, p. 75 – 82, 2005.
OSTERMANN, F. e MOREIRA, M. A., Uma revisão bibliográfica sobre a
área de pesquisa "Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio".
Investigações em Ensino de Ciências – V.5, pp. 23 - 48, 2000.
91