o smartphone como laboratÓrio de fÍsica … · a incorporação constante de novas tecnologias é...

O SMARTPHONE COMO LABORATÓRIO DE FÍSICA

LEANDRO CARLOS QUIMA

Dissertação de Mestrado apresentada

ao Programa de Pós-Graduação da

Universidade Federal do Rio de

Janeiro – Campus Macaé, no Curso de

Mestrado Profissional em Ensino de

Física (MNPEF), como parte dos

requisitos necessários à obtenção do

título de Mestre em Ensino de Física.

Orientador: Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior

Corientador:

Prof. Dr. Claudio Ccappa

MACAÉ - RJ

Maio de 2018

ii


Leandro Carlos Quima

Orientador:

Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior

Corientador:


Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da

Universidade Federal do Rio de Janeiro – Campus Macaé no Curso de Mestrado

Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.

Aprovada por:

_______________________________________________

Prof. Dr. Antonio Candido de Camargo Guimarães

_______________________________________________

Prof. Dr. Raphael Nunes Púpio Maia

_______________________________________________

Prof. Dr. Carlos Eduardo Magalhães Aguiar

iv

Dedico este trabalho a todos os profissionais que buscam novas ferramentas para a melhoria na qualidade de ensino, na esperança da construção de um país mais justo. Possamos todos ser beneficiados por ele.

v

Agradecimentos

Agradeço a Deus pelo dom da vida! À minha família pelo apoio. Aos meus professores

pelas excelentes aulas, em especial ao meu orientador Prof. Antonio Candido de

Camargo Junior. Aos alunos do Instituto de Educação de Nova Friburgo e do

Educandário Miosótis por participarem voluntariamente das atividades desenvolvidas.

Agradeço imensamente aos alunos da licenciatura em Física do CEFET-RJ, campus

Nova Friburgo, participantes do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à

Docência que me acompanharam durante esta importante etapa.

vi

EPÍGRAFE

Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua própria produção ou a sua construção. (Paulo Freire)

vii

RESUMO



Orientador:


Corientador:


Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino

de Física (PPGEF) no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física

(MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre

em Ensino de Física.

A incorporação constante de novas tecnologias é uma necessidade

premente para a atualização, eficácia e melhoria dos processos de ensino-

aprendizagem. No presente trabalho desenvolvemos um produto educacional

(Trilhas de Aprendizagem) que incorporam o uso de smartphones como

ferramenta didática para coletas de dados. Ao todo foram desenvolvidas cinco

Trilhas de Aprendizagem que utilizam alguns sensores do aparelho, como o

microfone, o acelerômetro, o barômetro, o magnetômetro e o GPS, associados

a aplicativos que funcionam junto aos sensores. As trilhas foram aplicadas com

alunos das escolas pública e privada, procurando associar as atividades ao

currículo escolar. Constatamos que a familiaridade que os alunos têm na

utilização de seus aparelhos (smartphones) é um grande facilitador e seu

uso possibilitou um estudo mais aprofundado dos conceitos físicos envolvidos,

também favorecendo o desenvolvimento de habilidades e competências, e uma

aprendizagem mais significativa.

Palavras-chave: ensino de Física; tecnologia, smartphone.

viii

ABSTRACT

THE SMARTPHONE AS A PHYSICS LAB


Supervisor:


Co-supervisor


Master's Dissertation submitted to the Post-graduate Program in Physics

Teaching (PPGEF) in the Professional Master's Degree Course in Physics

Teaching (MNPEF), as part of the requirements necessary to obtain the Master's

Degree in Physics Teaching.

The constant incorporation of new technologies is a pressing necessity for

the updating, effectiveness and improvement of the teaching-learning processes.

In the present work, we have developed an educational product (Learning Tracks)

that incorporate the use of smartphones as a didactic tool for data collection. In

all, five Learning Tracks have been developed that use some sensors of the

device, such as the microphone, the accelerometer, the barometer, the

magnetometer and the GPS, associated to applications that work close to the

sensors. The tracks were applied with students from the public and private

schools, seeking to associate activities with the school curriculum. We found that

the students familiarity with the use of their smartphones is a great facilitator and

their use made possible a more in-depth study of the physical concepts involved,

also favoring the development of skills and competences and a more significant

learning.

Keywords: Physics teaching; technology, smartphone.

ix

SUMÁRIO

Capítulo 1 - A inserção do smartphone no processo de ensino - aprendizagem 1

1.1 - Metodologias ativas. .................................................................... 2

1.2 O laboratório de ciências. .............................................................. 5

1.3 Experiências no uso do smartphone como instrumento de

aprendizagem. ................................................................................................ 8

Capítulo 2 - Alguns sensores ........................................................................... 10

2.1 O acelerômetro............................................................................. 10

2.2 O barômetro ................................................................................. 12

2.3 O magnetômetro. ......................................................................... 14

2.4 O microfone .................................................................................. 15

2.5 Sistema de Posição Global (GPS) ............................................... 15

Capítulo 3 - Trilhas de aprendizagem .............................................................. 17

3.1 Explorando o Espectro Sonoro: frequência e nível sonoro .......... 19

3.1.1 Frequência ............................................................................. 21

3.1.2 Nível sonoro........................................................................... 27

3.2 Pressão atmosférica ..................................................................... 30

3.3 Atrito cinético ................................................................................ 33

3.4 Campo magnético de um eletroímã ............................................. 39

4.6 A circunferência terrestre ............................................................ 44

Capítulo 4 - Conclusão ..................................................................................... 53

Referências Bibliográficas ................................................................................ 56

Apêndice Trilhas de Aprendizagem....................................................................58

A.1 Explorando o Espectro Sonoro

A.2 Pressão Atmosférica

A.3 Atrito cinético

A.4 Campo magnético de um eletroímã

A.5 Circunferência terrestre

1

Capítulo 1 - A inserção do smartphone no processo de

ensino - aprendizagem

Um dos maiores desafios nos espaços educativos, principalmente na Educação

Básica, refere-se à significação dos conteúdos abordados pelo docente por parte dos

alunos. A fim de tornar o processo ensino-aprendizagem mais eficaz, a concepção de

desenvolvimento deve ser atrelada ao convívio entre as pessoas e suas relações com a

sociedade a qual estão inseridas. Neste contexto, na visão de David Ausubel (1918 –

2008) a aprendizagem significativa deve ser aquela em que ideias expressas

simbolicamente interajam de maneira substantiva e não arbitrária com aquilo que o

aprendiz já sabe. [1]

Os processos cognitivos se dão por meio de diversas interações do estudante com

o meio em que vivem, extrapolando as barreiras do relacionamento professor-aluno.

Autores indicam que os discentes desenvolvem habilidades de raciocínio complexas

quando efetivamente engajados com o material que estão estudando e que atividades

cooperativas são uma excelente forma de envolver os alunos. [2] O aumento no número

de dispositivos conectados à internet ao longo dos anos promove a interação instantânea

entre alunos e professores.

Em 2003, havia aproximadamente 6,3 bilhões de pessoas vivendo no planeta e

500 milhões de dispositivos conectados à Internet. Ao dividir o número de dispositivos

conectados pela população mundial, descobrimos que existia menos de um (0,08)

dispositivo por pessoa. Estes dispositivos conectados são computadores, automóveis,

fechaduras, eletrodomésticos e celulares, em especial, os smartphones. Com base na

definição do Cisco IBSG [3], a Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) é uma

tendência dos dispositivos utilizados no cotidiano estarem conectados à internet. A IoT

não existia em 2003, pois o número de itens conectados era relativamente pequeno

considerando que dispositivos atualmente onipresentes, como smartphones, estavam

sendo apresentados. Por exemplo, Steve Jobs, CEO da Apple, não revelou o iPhone até 9

de janeiro de 2007 na conferência Macworld. O crescimento explosivo de smartphones e

tablets levou o número de dispositivos conectados à Internet até 12,5 bilhões em 2010, à

2

medida que a população humana chegou a 6,8 bilhões, tornando o número de dispositivos

conectados por pessoa superior a 1 (exatamente 1,84) pela primeira vez na história. [4]

No Brasil um estudo realizado pelo Comitê Gestor da Internet no Brasil (CGI.br),

pelo Centro Regional de Estudos para o Desenvolvimento da Sociedade da Informação

(Cetic.br), e pelo Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR (NIC.br) [5] mostra

que o telefone celular é o dispositivo utilizado para o acesso individual da internet pela

maioria dos usuários: 89%, seguido pelo computador de mesa (40%), computador portátil

ou notebook (39%), tablet (19%), televisão (13%), e videogame (8%). De acordo com o

levantamento, 56% da população brasileira usaram a internet no telefone celular nos três

meses antes da pesquisa. A proporção era de 47% em 2014, e de 31% em 2013.

O tipo de conexão mais utilizada nos celulares passou a ser o wifi, com 87% dos

usuários, seguido pelo 3G ou 4G (72%). Em 2014, o wifi correspondia a 74% e o 3G ou

4G a 82%.

Aproveitando a popularidade dos smartphones, sua conexão com a internet e a

inserção de sensores cada vez mais modernos capazes de coletar dados como aceleração,

pressão atmosférica, campos magnéticos, ondas sonoras, intensidade luminosa, além de

recursos de localização como o GPS e gravações de vídeos em alta resolução e altas taxas

de captação, como de 240 quadros por segundo (qps), será desenvolvido um trabalho de

elaboração de atividades que explorem estas características dos smartphones. O

acelerômetro, por exemplo, é um pequeno chip que que mede a aceleração através de

osciladores nos três eixos, que permite o aparelho determinar sua orientação no espaço.

[6]

1.1 - Metodologias ativas.

Nas dependências da maioria das escolas no Brasil observa-se salas de aula com

carteiras enfileiradas, um quadro, onde o professor disserta sobre os tópicos a serem

trabalhos naquela semana, bimestre ou semestre. Os alunos na maior parte do tempo

utilizam-se dos sentidos da visão e da audição como instrumentos de aprendizagem.

Sobre suas mesas, ou guardados em suas mochilas por determinação dos dirigentes

escolares, estão seus dispositivos eletrônicos, como os smartphones. Tais aparelhos são

usados na maioria das vezes como canais para comunicação entre seus pares, através

das redes sociais ou aplicativos de mensagens instantâneas, ou como entretenimento

3

através de jogos digitais. Observa-se uma lacuna entre o sistema educacional e a

evolução tecnológica em que os alunos estão inseridos na sociedade. Tais tecnologias

poderiam colaborar para que o aprendizado fosse realizado de forma mais dinâmica,

envolvendo os alunos no processo de ensino, permitindo que tivessem mais iniciativa.

De acordo com alguns teóricos, como Pierre Levy [7] toda aprendizagem em todos os

tempos é mediada por tecnologias ativas, porém o que se discute é a necessidade de

inovar em função de tornar o aprendizado menos repetitivo e mais reflexivo.

Os atributos das novas tecnologias digitais tornam possíveis o uso das capacidades

humanas em processos diferenciados de aprendizagem. A interação proporcionada por

softwares especiais e pela Internet, por exemplo, permite a articulação das redes pessoais

de conhecimentos com objetos técnicos, instituições, pessoas e múltiplas realidades, para

a construção de espaços de inteligência pessoal e coletiva [8].

A partir da mudança necessária para um aprendizado que demande esforço,

concretude e protagonismo discente, tem se difundindo do uso de Metodologias Ativas

de Aprendizagem, que consistem em provocar mudanças de comportamento relacionado

à maneira como os alunos são desafiados em seu cotidiano. O que se pode justificar a

favor do uso dessas metodologias? Podemos elencar algumas vantagens em sua utilização

como instigar a curiosidade dos alunos, intencional e sustentada; estimulá-los a fazer boas

perguntas e não apenas aguardar pelas respostas; reconhecer a complexidade e aprender

a fazer escolhas; interrogar situações e problematizá-las; levarmos a pensar naquilo que

estão fazendo a pensar. Todas essas vantagens visam desenvolver nos alunos o

pensamento crítico e criativo, diálogo com os pares, expressão de ideias, reflexão sobre

suas próprias atitudes e valores e avaliação do feedback dos pares.

Quando o professor decide adotar metodologias específicas de aprendizagem para

promover aprendizagem ativa, ele utiliza uma percentagem maior do seu tempo a ajudar

o aluno na compreensão e desenvolvimento de competências e uma menor percentagem

na transmissão de informação, além de criar oportunidades objetivas para que o aluno

aplique e demonstre aquilo que aprendeu e receba feedback imediato do professor e dos

outros alunos. [9]

Exemplos de estratégias para desenvolver aprendizagem ativa:

a) Sala de aula invertida (flipped classroom): nessa metodologia, o professor

propõe um conteúdo e os alunos já entram em contato com ele, em casa, por meio de

4

materiais digitais como vídeo-aulas, apresentações e podcasts, antes mesmo da aula sobre

o tema. Isso não significa que o papel do professor some. Após o estudo individual, os

alunos vão para a sala de aula tirar dúvidas, debater, trazer assuntos complementares e

desenvolver projetos e atividades em grupo. Justamente o contrário do sistema

tradicional, em que o aluno aprende em uma aula expositiva primeiro e faz a tarefa de

casa sozinho, depois. Essa abordagem gera oportunidades de aprendizagem significativas,

já que a turma, presencialmente, consegue explorar um assunto em profundidade e criar

a partir do conhecimento adquirido. Além disso, a proposta respeita o tempo de

aprendizagem de cada aluno, já que ele pode selecionar qual conteúdo assistir em casa,

em que ordem acessar os materiais, revê-los sempre que houver uma dificuldade de

compreensão e fazer pesquisas paralelas. [10]

b) Aprendizagem baseada em problemas (problem-based learning): o aluno

estuda individualmente sobre determinado assunto antes da aula, e anota todas as suas

dúvidas ou dificuldades. Na aula, acontecem discussões sobre os problemas apresentados,

realizadas em grupos. Esses grupos são formados por no máximo 10 alunos, e não mais

por turmas enormes de até 100 estudantes. Desta forma, a participação de cada aluno se

torna essencial, incentivando o trabalho em grupo e a comunicação. Há dois momentos

de discussão entre os alunos: os momentos de abertura e fechamento. Na abertura os

estudantes farão a leitura e tomarão ciência da situação problema que tem a ser trabalhada.

Os grupos determinarão palavras-chave e traçarão objetivos que os ajudarão na resolução

do problema. O fechamento é quando o grupo se reúne para discutir os objetivos atingidos

e as possíveis soluções para a situação problema. Essa metodologia tem grande adesão

principalmente em cursos superiores na área e saúde, como a medicina.

c) Aprendizagem baseada em projetos (project-based learnning): aposta na

construção de conhecimento por meio de um trabalho longo de investigação que responda

a uma pergunta complexa, problema ou desafio. A partir dessa questão inicial, os alunos

se envolvem em um processo de pesquisa, elaboração de hipóteses, busca por recursos e

aplicação prática da informação até chegar a uma solução ou produto final. O produto

final pode ser apresentado utilizando recursos de mídias digitais, apresentação de slides

ou elaboração de um vídeo.

d) Ensino por colegas (peer instruction): a ideia é que o conhecimento seja

construído através da interação dos alunos. Para trabalhar com peer to peer, o professor

5

organiza a turma em duplas ou pequenos grupos de forma intencional, isto é, os alunos

escolhidos para compor os grupos devem ter habilidades e competências

complementares, para que ensinem um ao outro. Os grupos de trabalho devem ter

objetivos em comum, definidos pelo professor, que tem o papel de orientar e certificar-se

que os alunos estão trabalhando cooperativamente, garantindo que um aluno extrovertido,

por exemplo, não tenha domínio sobre outro aluno mais tímido. A avaliação é feita

durante todo o processo com a culminância da apresentação do trabalho onde os alunos

expõe o que foi aprendido e as trocas realizadas.

e) Atividades orientadas para o produto (maker spaces): os alunos são estimulados

por meio de desafios experimentais, como oficinas direcionadas para atingir objetivos e

solucionar problemas simples. Geralmente aplicada em escolas voltadas à educação

científica, estas atividades promovem um ambiente atraente e servem como oportunidade

para a aplicação de conceitos básicos de construção, medição, lógica, gerenciamento de

projeto e desenho. Nesta forma de aprendizagem, o trabalho de professores, alunos e pais

está integrado, buscando promover o conhecimento em favor do desenvolvimento na

sociedade, ajudando a formar jovens criativos, críticos e capazes de, além de detectar

demandas sociais como também de apresentar hipóteses que possam ser testadas e

aplicadas na resolução de situações problema.

As metodologias ativas são caminhos para avançar mais no conhecimento

profundo, nas competências sócio emocionais e em novas práticas. O papel do professor

hoje é muito mais amplo e avançado: não está centrado só em transmitir informações de

uma área específica; ele é principalmente um designer de roteiros personalizados e

grupais de aprendizagem e orientador/mentor de projetos profissionais e de vida dos

alunos. [11]

1.2 O laboratório de ciências.

A maioria dos professores acredita que a melhoria na qualidade do ensino de

ciências passa pela inserção de aulas práticas no currículo. Para isso, as escolas

precisam ser equipadas para atender essa demanda, além do tempo extra para o seu

planejamento e execução [12]. Porém a maioria das escolas brasileiras não dispõe

6

sequer de outros equipamentos mais básicos que os de laboratórios de ciências, como

projetores de vídeo ou computadores com acesso à internet. Nas escolas em que há

laboratórios em funcionamento, tais atividades são realizadas na maioria das vezes para

ilustrar fenômenos físicos ou para testar determinada lei física. O formato do

laboratório tradicional é uma simulação do mundo real, onde já se sabe a resposta

esperada e quando esta não é atingida, não raro, os estudantes forjam seus relatórios

para que consigam alcançar a nota ou os pontos de tais atividades [13]. Obviamente

existem vários aprendizados em uma aula de laboratório tradicional, como trabalhar

em pequenos grupos, interagir com montagens e instrumentos de medida, em que fora

do meio técnico, os alunos não teriam oportunidade, dividir responsabilidade, trabalhar

com prazo e sob tensão, afinal existem equipamentos que requerem mais atenção para

não ocorrerem acidentes.

A parir dos anos 1980, os computadores foram inseridos nos laboratórios

didáticos. O surgimento de diversos sensores como termômetros, sonares,

infravermelhos ativo e passivo, tornaram a aquisição de dados mais rápida e dinâmica.

As informações podiam ser geradas em gráficos e tabelas em que, além de poupar

tempo e esforço, os dados eram observados em tempo real, tornando mais fácil o

entendimento do que se passava no experimento. Ao inserir ferramentas

computacionais nos laboratórios, algumas novas competências são desenvolvidas em

nossos estudantes, como o raciocínio para o desenvolvimento de pequenos programas

que realizam os cálculos obtidos com instrumentos de medida conectados ao

computador, o saber lidar com planilhas eletrônicas, inseridos funções específicas para

cada experimento. Os estudantes, ao ter acesso, imediato aos dados obtidos, podem

corrigir possíveis erros, ganhando tempo no desenvolvimento de outros experimentos.

O surgimento dos smartphones nos anos 1990 e sua popularização nos anos

2000, abrem uma nova possibilidade para o aprendizado em Física. Os smartphones

são aparelhos que combinam recursos de um telefone celular com computador pessoal,

com funcionalidades avançadas que podem ser executadas por aplicações em seus

sistemas operacionais, mas permitem que milhares outras aplicações sejam

desenvolvidas. No ano de 2013 a venda de smartphones superou a de telefones

celulares convencionais, o que mostra o quanto esse tipo de aparelho se tornou popular.

A maioria dos estudantes possuem smartphones e muitos com conexão à internet.

Muitas vezes eles os utilizam de forma clandestina nas salas de aula, acessando às redes

7

sociais ou aplicativos de mensagens instantâneas. Dotados de diversos recursos, esses

aparelhos vêm de fábrica com diversos sensores capazes de realizar medições de

grandezas físicas, com os aplicativos associados, fazendo com que esses dispositivos

tenham interesse por parte dos professores de ciências. Os smartphones podem possuir

acelerômetro, sensor de proximidade, magnetômetro, luxímetro, barômetro,

microfone, GPS, câmera de vídeo (alguns até possuem câmeras que gravam em taxas

de 120 quadros por segundo) e microfone. Se bem aproveitados, podem ser

instrumentos que transformam as aulas de ciências mais dinâmicas e interativas . Este

seria o interesse por parte do professor, mas devemos também enxergar os motivos que

fazem do smartphone um aliado na busca de uma aprendizagem significativa. Os

estudantes precisam de um ambiente familiar para que possam desenvolver seu

potencial. Os smartphones já fazem parte do cotidiano da maioria dos jovens, então

aproveitar essa familiaridade e explorar o seu potencial pedagógico é imprescindível

para o professor. Ao invés de coibir sua utilização formal, proibindo até mesmo o porte

dos aparelhos nas escolas, eles deveriam ser colocados como mais uma ferramenta de

aprendizagem, em que os estudantes têm em seu poder em todos os lugares. Assim ele

pode utilizá-lo em um ambiente de aprendizagem não formal, mas que proporcione o

mesmo aprendizado do formal. Em um ambiente real e não simulado, os estudantes

podem de fato medir, por exemplo, qual o nível de ruído em sua rua e propor soluções

a fim de diminuí-lo. Até mesmo na sala de aula é possível medir o nível de

luminosidade e comparar com aquele que o ambiente deveria ter e cobrar da direção

escolar a tomada de providência para a sua correção, caso não esteja em conformidade

com parâmetros pré-determinados. A capacitação do estudante na utilização do

smartphone como recurso facilitadocurr para o aprendizado em ciências aponta para

uma possível solução do problema do laboratório tradicional em que somente roteiros

eram seguidos em busca da resposta conhecida. Para isso, os projetos político-

pedagógicos das escolas brasileiras precisam inserir em seu texto diretrizes para o uso

e manutenção dessas tecnologias, proporcionando capacitação de docentes, através de

cursos de formação continuada. Os governos precisam manter em suas unidades redes

com acesso à internet de boa qualidade, segura e acessível.

8

1.3 Experiências no uso do smartphone como instrumento de aprendizagem.

A popularização dos smartphones suscitou diversas experiências no âmbito

educacional. Diversos professores se deram ao trabalho de desenvolver projetos em

que os dispositivos pudessem ser utilizados pelos alunos como ferramentas de

aprendizagem. As primeiras experiências no uso de dispositivos móveis na educação

se deram com a utilização do Personal Digital Assitants – Assistente Pessoal Digital

(PDA), com a elaboração de conteúdo baseado na aprendizagem móvel, m-learnings,

em que o aluno pudesse ter fácil acesso de qualquer dispositivo conectados à uma rede

sem fio. A ideia de aprendizagem móvel não é exclusiva se pensarmos que os livros e

cadernos também seguem esse conceito. A diferença está no acesso a quantidade de

informação disponível, no compartilhamento de ideias, de experiências e

conhecimento, além de ampliar os espaços formais de educação. Os PDA’s

praticamente foram descontinuados no início da década de 2010, quando houve a

popularização dos smartphones. Os aplicativos desenvolvidos para essa plataforma

serviam, em sua maioria, como apoio pedagógico para cursos realizados em Educação

à Distância ou em eventos específicos como workshops. Um exemplo é o aplicativo

COMTEXT, utilizado justamente em um evento denominado “Tecnologias Móveis e

Sem Fio: o novo paradigma da ubiquidade e suas possibilidades de aplicação”

promovido pela Unisinos, em 2009, que teve a duração de duas semanas com

atividades presenciais e não-presenciais em que os participantes utilizavam o aplicativo

como apoio.

Alguns projetos desenvolvidos por professores de Física em que o smartphone

teve grande importância em suas concepções e fazem parte do acervo da página do

Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, da Sociedade Brasileira de Física.

O professor André Alex de Jesus Silva desenvolveu um projeto, documentado em sua

dissertação de mestrado com o título “Aplicativo para smartphones: ficha resumo sobre

magnetismo para os alunos do 3º ano do EJA”. [14] A atividade consiste na aplicação

do Método Keller, que é um método de ensino centrado e estruturado no ensino

individual, no apoio do professor (tutor), na teoria do reforço positivo e na avaliação

imediata. Para utilizar o método Keller, é necessária uma estrutura básica do programa,

como as unidades do curso, preparar um roteiro e uma bateria de exercícios. O roteiro

9

serve para orientar o estudante e a bateria de exercícios para avaliar o grau de

aprendizagem do aluno. Esses materiais são preparados pelos professores de cada

disciplina. Para sua aplicação foi desenvolvido um aplicativo, o Fisibook, que traz

módulos sobre magnetismo que foi utilizado com alunos da 3ª série do Ensino de

Jovens e Adultos do Centro Educacional Fundamental 213, de Santa Maria – DF,

seguindo a estrutura do método Keller. Os resultados obtidos podem ser encontrados

nas referências bibliográficas deste trabalho [14]. De acordo com o texto da

dissertação, o aplicativo estava disponível na App Store, para dispositivos iOs e na Play

Store, para dispositivos Android, porem somente estava disponível na Play Store.

O professor Márcio Donizete Pereira desenvolveu outro projeto, também

documentado em sua dissertação de mestrado com o título “Estudo da poluição sonora

por estudantes do ensino médio usando smartphone”. [15] O seu projeto consiste no

desenvolvimento de uma sequência didática para conscientizar os alunos com relação

à poluição sonora. A sequência didática foi trabalhada na Escola Estadual de Vila

Olinda II, localizada em Embu das Artes – SP. A atividade foi aplicada ao longo de

quatro semanas e as aulas foram ministradas com alunos da 2ª série do Ensino Médio,

pois nesta etapa de ensino são abordados os conteúdos referentes ao trabalho

desenvolvido. O uso do smartphone se deu na quarta e última aula e consistia na

utilização do aplicativo Sound Meter, que mede a intensidade sonora do ambiente. Os

alunos realizaram diversas medidas durante as aulas e o intervalo, ao fim da atividade

houve uma discussão com os dados obtidos, remetendo-se às aulas anteriores em que

foi abordada as consequências do excesso de ruído. Ainda podemos conferir o projeto

do professor Antonio Geraldo Braga [16] que utiliza os sensores do smartphone como

instrumentos de coleta de dados para realizar experimentos em sala de aula. Na

pesquisa realizada, configura como um dos primeiros trabalhos realizados no sentido

da utilização dos sensores como ferramentas para coletas de dados e sua aplicação

didática, a pesquisa do professor Leonardo Pereira Vieira [17].

Todas as experiências acima descritas são exemplos da potencialidade do uso

do smartphone no processo de ensino e aprendizagem e, especialmente, nas aulas de

Física e serviram de inspiração para a elaboração e execução deste trabalho.

10

Capítulo 2 - Alguns sensores

Apresentamos aqui alguns dos principais sensores presentes em smartphones

que formam a base tecnológica e instrumental para o uso desses como ferramenta

didática e de investigação científica.

2.1 O acelerômetro.

Os acelerômetros podem ser construídos de várias maneiras, mas todos eles

servem os mesmos fins primários, que é medir a aceleração de um sistema. Nos

smartphones são utilizados os do tipo capacitivo. Um acelerômetro capacitivo utiliza

um mecanismo de detecção conhecido como um sensor capacitivo de aceleração, para

medir tanto a aceleração estática, gerada pela força gravitacional, como as acelerações

dinâmicas, geradas pelas vibrações do movimento. Com consideração a todos os

acelerômetros, há normalmente uma espécie de circuito elétrico ligado ao mecanismo

de detecção, a fim de representar a saída, ou tensão, das suas medições. Estes

dispositivos possuem três eixos (X, Y, Z). Nos smartphones a orientação é dada de

acordo com a Figura 2.1.

Figura 2.1. Orientação dos eixos em um smartphone

11

Para a leitura da aceleração em um smartphone existem vários aplicativos que a

realizam, tanto para sistemas Android ou iOS, como o Sparkvue (Pasco), o Aceleration

(Indiana University) e o AccelMeter (Peter Breiting). Todos eles estão disponíveis nas

lojas de aplicativos dos referidos sistemas operacionais. Basicamente a leitura que o

dispositivo faz é a diferença entre a aceleração gravitacional e aceleração de movimento

(𝑎′ = 𝑔 − 𝑎). Um dispositivo em repouso em uma superfície, registrará o valor da

aceleração resultante a’ = 9,8 m/s², conforme a Figura 2.2, outro dispositivo em queda

livre mostrará aceleração resultante a’ = 0.

Figura 2.2. Aceleração medida com o Sparkvue no modo numérico.

O aplicativo Sparkvue faz a leitura de alguns sensores on boards do smartphone como o

acelerômetro e o microfone e a leitura de sensores off boards que podem ser conectados

por bluetooth, como por exemplo sensores de temperatura, pH, pressão, corrente elétrica,

tensão elétrica, entre outros sensores. O aplicativo pode mostrar o valor da aceleração

resultante, a’¸ como também pode mostrar as componentes nos eixos X, Y e Z, que podem

estar dispostas na forma gráfica (Figura. 2,3), numérica (Figura. 2.2), tabela (2.4) ou

medidor (2.5).

Figura 2.3. Aceleração medida com o Sparkvue no modo gráfico.

12

Figura 2.4. Aceleração medida com o Sparkvue no modo tabela.

Figura 2.5. – Aceleração medida com o Sparkvue no modo medidor.

2.2 O barômetro

Os barômetros medem a pressão do ar atmosférico e muitos smartphones possuem

sensores barométricos inseridos em seu hardware. Os sensores de pressão geralmente

são construídos com materiais piezoresistivos. Esses materiais possuem a capacidade

de variar sua resistência quando submetidos a um esforço mecânico. Esse efeito é mais

comum em materiais semicondutores, como o silício e o germânio. A variação na

resistência modifica a tensão registrada e o dispositivo interpreta essa mudança como

a variação de pressão. A justificativa para a existência destes sensores nos dispositivos

é para aperfeiçoar os resultados de elevação do GPS. Muitos caminhantes o utilizam

para registrar o quanto de altitude ganham em suas atividades de montanhismo. Outros

13

usuários, no entanto, o utilizam para prever o tempo. Existem vários aplicativos

disponíveis para a sua utilização. Um deles é o Barometer and Altimeter Pro (Steffen

Bauereiss), ou o Barômetro Plus (Ngo Na), disponíveis nas lojas virtuais para iOS e

Android. As imagens abaixo ilustram o funcionamento do Barometer and Altimeter.

No intuito de se ter a previsão de chuvas ou não, a pressão atmosférica é monitorada

em um certo intervalo de tempo. A Figura 2.6 mostra a pressão medida em um certo

horário.

Ao tocar em set, a agulha laranja se alinha com a agulha preta. Com o passar do tempo,

a agulha preta se moverá. Caso a pressão atmosférica mantenha-se constante ou

aumente a tendência é de tempo firme e se a pressão diminuir, podemos nos preparar

para carregar um guarda-chuvas.

Figura 2.6. Medida de pressão atmosférica

14

2.3 O magnetômetro.

Os magnetômetros equipam a maioria dos smartphones. O seu funcionamento é

baseado no Efeito Hall. O sensor inserido no aparelho detecta o campo magnético da

Terra ao longo do eixos X, Y e Z, produzindo uma tensão proporcional à força e a

polaridade ao longo de cada eixo que é dirigido. Essa tensão é convertida em sinal

digital, representando a intensidade do campo magnético. Em cada direção podem ser

medidos campos de até mais ou menos 2 militeslas (2 mT). O magnetômetro é incluído

em um chip eletrônico na maioria das vezes em conjunto com o acelerômetro. A sua

funcionalidade se dá principalmente para obter a localização do aparelho no globo,

relacionando com o campo magnético terrestre, mostrando a direção certa em

aplicativos com o Google Maps, por exemplo. Eles também podem ser usados para

detectar metais magnéticos, portanto, magnetômetros também são utilizados em

detectores de metais. De qualquer modo, podemos utilizar diversos aplicativos para

esta medição como, por exemplo, o Magnitude (Alex Start), que exibe o campo

magnético resultante e as três componentes espaciais.

Figura. 2.7. Exibição dos valores no aplicativo Magnitude.

15

2.4 O microfone

O sensor mais comum em dispositivos eletrônicos de comunicação obviamente é o

microfone. A sua função é captar ondas mecânicas, som, e transformá-los em impulsos

elétricos que serão lidos pelo sistema. O som é captado por membranas finas que estão

afixadas em bobinas, próximas a um ímã. A sua vibração ao redor do ímã, faz com que o

fluxo magnético em torno dela seja variável, gerando uma corrente elétrica que seguirá

os padrões de uma onda sonora. Após isso, as informações podem ser tratadas de várias

formas diferentes. Os sinais elétricos podem ser digitalizados e enviados a outros

dispositivos com fins de comunicação. Existem muitos aplicativos que fazem o estudo de

variáveis físicas relacionadas ao som, como por exemplo a intensidade e a frequência.

2.5 Sistema de Posição Global (GPS)

O Sistema de Posição Global, GPS, é um sistema de geolocalização que utiliza

um conjunto de satélites que orbitam a Terra e, em solo, um receptor que indica a sua

localização. Os smartphones tem um sensor integrado que capta os sinais de quatro

satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e ainda o tempo. Então, o

receptor calcula a distância a cada um dos quatro satélites pelo intervalo de tempo entre

o instante local e o instante em que os sinais foram enviados, descodificando as

localizações dos satélites a partir dos sinais de micro-ondas e de uma base de dados

interna. O sistema surgiu nos Estados Unidos e foi oficialmente dado como operacional

em 1995. Inicialmente foi concebido para uso militar, porém foi aberto ao uso civil.

Atualmente existe também o sistema operado pelos russos. São trinta e dois satélites

em órbita a uma altitude de 19.000 km e dão duas voltas em torno da Terra por dia. A

disposição desses satélites permite que pelo menos quatro deles estejam disponíveis.

Três deles vão fazer o cálculo da posição no globo, através da triangulação. O quarto

satélite fica responsável por determinar a altitude em que se encontra o dispositivo. Na

superfície terrestre existem estações que monitoram a localização desses satélites,

recebendo a posição e a hora precisa a partir de um relógio atômico localizado em seu

interior. Nos smartphones dotados de magnetômetro e barômetro, esses dispositivos

auxiliam na geolocalização, permitindo uma localização mais precisa. Além disso,

16

também podem utilizar a rede celular para determinar sua localização, porém depende

da rede de dados da operadora de celular. Por exemplo, um satélite, através de

cálculos, diagnostica que você está a 96 km de Campinas, outro, a 77 km de Santos;

por fim a 94 km de São José dos Campos. A triangulação dos dados mostra que o

receptor se encontra em São Paulo.

Figura. 2.8 Exemplo de triangulação.

Para o funcionamento do GPS no smartphone é necessário que tenha algum

aplicativo instalado que faça a leitura do sensor. Para esta tarefa existem diversos apps

disponíveis. Optamos por utilizar o Google Maps ou Google Earth, por serem mais

conhecidos e com versões para computadores.

17

Capítulo 3 - Trilhas de aprendizagem

O conhecimento da Física permite o desenvolvimento de modelos de evolução do

Universo, a investigação do mundo microscópico das partículas que compõem a matéria,

ao mesmo tempo, permite a elaboração de novos artefatos tecnológicos, o

desenvolvimento de novas fontes de energia, criando novos produtos e materiais.

Incorporado a outros saberes, esse conhecimento tornou-se indispensável à formação da

cidadania contemporânea. O ensino de Física no Ensino Médio deve contribuir para a

formação de uma cultura científica efetiva, permitindo aos estudantes a interpretação de

fatos, fenômenos e processos naturais. Para tanto é necessário que o conhecimento seja

explorado nas atividades cotidianas através da compreensão do conjunto de equipamentos

e procedimentos, técnicos ou tecnológicos, do cotidiano doméstico, social e profissional

[18].

Os desafios em ressignificar os conceitos físicos, abandonando gradativamente a

exigência da memorização de fórmulas e suas aplicações, que é baseado em uma

concepção tradicional do ensino, onde o conteúdo a ser aprendido é mais importante do

que o aprendizado em lidar com situações em que demande dos indivíduos reflexão e

interferência na sociedade. Podemos exemplificar as equações da cinemática, em que não

há correspondência à realidade cotidiana e somente às situações idealizadas em um

contexto essencialmente hipotético. Os alunos se sentem desmotivados com esta prática,

desistindo muitas vezes de querer aprender sobre as ciências físicas, não compreendendo

sua importância no desenvolvimento humano. As diretrizes para o Ensino de Física

descritos nos PCN’s e nas orientações da Secretaria Estadual de Educação do Rio de

Janeiro (SEEDUC-RJ), apontam para a tornar o conhecimento mais concreto e

significativo.

Para melhorar a qualidade do ensino, os smartphones serão utilizados como

recurso pedagógico. O seu uso será orientado por atividades denominadas Trilhas de

Aprendizagem (TA). As Trilhas foram aplicadas no Instituto de Educação de Nova

Friburgo e/ou no Educandário Miosótis, ambas situadas no município de Nova Friburgo-

18

RJ. As temáticas escolhidas se encaixam nas diretrizes curriculares para cada unidade

escolar.

O curso normal médio é uma política de formação de professores em nível médio

que, mesmo com a expansão das universidades, não está extinto no Brasil. Sabe-se que

com a aprovação da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) nº: 9394 de

1996, esse curso perdeu espaço e prestígio para a formação superior. A LDB 9394/96, em

seu artigo 62, preconiza que, para atuar na educação básica, o docente deve ter formação

de nível superior. No entanto, no mesmo artigo, admite a formação de nível médio, como

formação mínima para lecionar na educação infantil e nos anos iniciais da educação

básica. O curso de formação de professores em nível médio tem uma carga horária

diferenciada e um currículo próprio. Enquanto as turmas de ensino médio regular têm

dois tempos de aula, com 50 minutos cada, semanalmente nas três séries, as turmas do

Curso Normal têm o mesmo número de aulas semanais, porém somente na primeira e na

terceira séries. Obviamente que o tempo exíguo fez com que a equipe pedagógica da

SEEDUC-RJ escolhesse alguns tópicos que, em suas observações, são aqueles que o

jovem professor formado para a Educação Infantil e séries iniciais do Ensino

Fundamental têm de ter conhecimento e, ao mesmo tempo, o prepare para o ingresso na

universidade. Talvez este seja um dos maiores desafios: preparar o jovem para o ingresso

em uma sala de aula com um conhecimento minimamente solidificado das ciências físicas

e dar condições para o ingresso e sua manutenção na universidade.

As atividades ao longo de um ano letivo com os alunos do Curso Normal são as

mais diversificadas possíveis, que vão desde o ensino tradicional, explorando conceitos

abstratos, utilizando-se de equações, gráficos e tabelas para a sua compreensão, passando

pela experimentação prática, seja individualmente ou somente ilustrativa por parte do

professor, a elaboração de pequenas aulas voltadas para o Ensino Fundamental, baseada

nos conhecimentos adquiridos e que possam ser transpostos para o público infantil,

atividades de campo e de teatro. É um público que pode trazer muitos frutos se bem

explorado, apesar do pouco tempo disponível. Neste contexto a inserção de novas

tecnologias no ensino traz uma contribuição imediata para os estudantes e também para

os futuros alunos que eles encontrarão em suas jornadas de trabalho. No ensino regular

da escola privada há um sistema de ensino adotado e que precisam ser cumprido os

tópicos ali propostos. Isso significa que o tempo dedicado a cada conteúdo deve ser

aproveitado ao máximo. A cada trimestre letivo há uma avaliação externa em que todo o

19

conteúdo daquele período é cobrado. Essa metodologia exige que os alunos tenham

praticamente o mesmo ritmo de aprendizado e há o enrijecimento das metodologias a

serem trabalhadas, embora há o incentivo de metodologias ativas no processo de

aprendizagem. A intenção do professor em inovar em sua metodologia independe do

sistema de ensino ou política pedagógica, depende do compromisso em proporcionar a

melhor forma de aprender.

3.1 Explorando o Espectro Sonoro: frequência e nível sonoro

Objetivo e Justificativa

A primeira Trilha de Aprendizagem desenvolvida (Apêndice A.1) utilizou o

microfone do smartphone como principal sensor. O objetivo principal é estudar o som em

suas grandezas físicas frequência e amplitude, com duas atividades que as explorem

respectivamente. Na primeira atividade o objetivo é investigar as frequências emitidas

por um instrumento, utilizando um aplicativo para afinação e na segunda atividade o

objetivo é conscientizar os alunos dos malefícios da poluição sonora, o entendimento e

importância de se conhecer sobre os níveis sonoros e sua interferência direta em nossa

qualidade de vida.

O estudo do som está inserido no estudo das ondas mecânicas, no 2º bimestre da

3ª série do Curso Normal. Uma das razões para a escolha do tema é a identificação que

todos nós temos em relação à música sobretudo os jovens. Esta aproximação com a

música pode facilitar o canal de comunicação e favorecer o aprendizado. Não são poucos

os jovens que sabem tocar algum instrumento musical, o que também é favorável. Os

aplicativos selecionados funcionam praticamente em qualquer smartphone iOS ou

Android, dependendo apenas de conexão com a internet para baixá-lo e do microfone.

Figura. 3.1. Currículo 2º bim. 3ª série Curso Normal

20

Descrição da Trilha de Aprendizagem

A TA é composta por um texto conceitual em que é abordado a Acústica, ramo da

Física que estuda os fenômenos ondulatórios relacionados ao som e suas aplicações,

discorrendo sobre como o som é formado, sua propagação, velocidade, frequência,

amplitude e comprimento de onda. Dentro desta trilha há duas atividades: a primeira

consiste em investigar as frequências emitidas pelas cordas de um violão e a segunda

consiste em investigar o nível sonoro das salas de aulas em que os alunos do Curso

Normal estagiam. O texto conceitual é o mesmo para as duas atividades, porém são

independentes, o professor que decidir pela aplicação de qualquer uma não será

prejudicado.

A primeira atividade é proposta para acontecer dentro do ambiente escolar do

aluno, em sua sala de aula ou em suas dependências. O tempo ideal é de duas aulas,

destinado à leitura do texto conceitual, investigação das frequências do violão e a

avaliação da atividade. São destinados 30 minutos para a leitura do texto conceitual

individualmente. O professor em sala de aula atua de maneira passiva, permitindo ao

educando a iniciativa de leitura. Os alunos também podem recorrer a outras fontes como

textos e vídeos da web. Neste momento da atividade é importante que o estudante tenha

percepção que ele é ativo no processo de aprendizagem e que sem sua iniciativa não há

avanços. O texto tem muitas informações técnicas e que dependem de pré-requisitos como

o conhecimento do conceito de onda e suas variáveis físicas. A sugestão é que a TA seja

trabalhada após o professor abordar, da maneira como convir, esses temas. Após o

desenvolvimento dos conceitos iniciais os alunos se dividem em grupos de, no máximo,

quatro alunos onde cada grupo porta um instrumento de corda e celulares com o aplicativo

gratuito “GStrings” – um afinador cromático para violão, violino, ou qualquer outro

instrumento de corda, ou o aplicativo “Afinador CifraClub”, que faz o mesmo papel que

o anterior. Ambos aplicativos compatíveis com os sistemas operacionais Android e iOS.

Previamente foi solicitado aos alunos a instalação de um dos aplicativos e a levarem para

a aula um instrumento de corda, preferencialmente o violão. O objetivo por parte dos

alunos é medir as frequências que cada corda presente no violão emite e comparar, com

a tabela abaixo, se estão ou não afinadas.

21

Corda 6 5 4 3 2 1

Nota Mi Lá Ré Sol Si Mi

Frequência

(Hz)

82,407 110,000 146,832 195,998 246,942 329,628

Tabela 3.1 – Frequências emitidas por cordas soltas em violão afinado

Após o registro e comparação com as notas emitidas, vêm o momento em que os

alunos têm de analisar o que é necessário fazer para afinar o instrumento. De acordo com

a equação 𝒇 =𝟏

𝟐𝑳√

𝑻

𝝁 , a frequência emitida depende do comprimento da corda L, da força

com que é tracionada T e da massa por unidade de comprimento (densidade liner) µ. No

caso, tanto o comprimento quanto a densidade linear não sofrem variações, ficando

somente a força de tração como sendo a variável. Pela equação, quanto maior a força de

tração na corda, maior será sua frequência e vice-versa. Os alunos são questionados em

relação a isso, antes de efetuar os ajustes. Os ajustes são feitos através do chamado traste.

Para cordas com frequências menores do que a padrão, aumenta-se a força e para cordas

com frequências maiores do que a padrão, diminui-se a força. Os dados devem ser

registrados em todos os momentos, em campos destinados na própria TA. Após os ajustes,

uma questão é levantada: como é possível alterar a frequência, dobrando seu valor, por

exemplo, sem modificar a tração ou a própria corda? Espera-se que o aluno pense em

diminuir seu comprimento. Diminuindo o seu comprimento pela metade, dobra-se a

frequência emitida. Este é o último passo prático da trilha.

3.1.1 Frequência

Aplicação da Trilha e Resultados

Esta atividade foi aplicada em junho de 2017 em três turmas da 3ª série do Ensino

Médio do Curso Normal, 3001, 3002 e 3003. Duas delas com participação de licenciandos

em Física do CEFET-RJ, turmas 3001 e 3003, que deram uma abordagem um pouco

diferente à aplicação e mais uma turma de acordo com a atividade descrita acima, turma

3002. Incialmente, com a turma 3002, os alunos experimentaram o momento de

autonomia em buscar o conhecimento através do texto e da web. O tempo disponibilizado,

30 minutos, foi o suficiente para a sua realização. Na atividade prática com o instrumento

de corda, muitos alunos solicitaram auxílio do professor para compreender o

22

funcionamento do aplicativo e a relação entre as cordas e as frequências emitidas por ela,

apesar de ao final a leitura todos terem manifestado que haviam entendido o texto. Após

um breve instante para sanar as dúvidas, os alunos partiram para a parte de

reconhecimento das notas musicais do instrumento desafinado. Todos conseguiram

registrar os valores e partiram para a afinação. A maioria não compreendeu o significado

da equação 𝒇 =𝟏

𝟐𝑳√

𝑻

𝝁 e novamente foi necessária a intervenção do professor. A

dificuldade relatada foi de não “ter números” e que não compreendiam o seu significado.

Foi preciso pelo menos 20 minutos para argumentar e fazê-los compreender a relação de

diretamente proporcional e inversamente proporcional. Durante a conversa eles mesmo

chegaram à conclusão de como deveriam proceder para a afinação e assim o fizeram e

registraram os valores posteriormente. Dois tempos de aula não foram suficientes para

completar a atividade e a última tarefa que eles deveriam dobrar o valor da frequência

emitida diminuindo o comprimento da corda não foi realizada.

A atividade realizada com o apoio dos estudantes de Licenciatura em Física e

bolsistas do Programa Institucional de Bolsas à Iniciação à Docência, PIBID, nas turmas

3001 e 3003, teve uma dinâmica diferente da descrita no parágrafo acima. Nessas turmas

houve uma variação na metodologia. Inicialmente a aplicação nessas turmas segue o

mesmo padrão que a turma 3002. Após a leitura inicial os alunos se dividem em quatro

especialidades com o intuito de tornar lúdica a atividade: o Luthier (aquele que constrói

instrumentos e é especialista em materiais e características físicas), o Roadie (responsável

pela afinação dos instrumentos), o Músico (que utiliza da métrica musical para produzir

diversas frequências que se combinam) e o Produtor (que conhece os acordes básicos e é

capaz de produzir uma bela melodia). O grupo então recebe um roteiro onde há indicações

para que cada especialista investigue durante 40 minutos, utilizando o aplicativo e o

instrumento, a relação da tensão, espessura e comprimento das cordas com as

características do som produzido (frequência).

Neste momento, duas variações distintas da metodologia são utilizadas em sala de

aula. Na primeira delas, intitulada “Encontro de especialistas”, os especialistas de cada

grupo se juntam para discutir seus resultados e trocar informações com o intuito de buscar

maior compreensão dos conhecimentos registrados por cada um. Já na segunda variação,

intitulada “Visita de embaixadores”, cada grupo escolhe um integrante para visitar outro

23

grupo e investigar as descobertas daqueles, tal como levar o que foi apreendido em sua

equipe, de forma a que todos os grupos recebam pelo menos um embaixador.

Por fim, todos os integrantes voltam para seus grupos e, durante 15 minutos,

discutem as informações trocadas durante a etapa anterior. Esta última etapa representa a

união das peças do quebra-cabeça criando, assim, uma rede de conhecimento entre os

alunos.

Para avaliar o funcionamento da atividade proposta, foram aplicados questionários

com questões objetivas básicas de acústica antes e depois da realização da dinâmica,

sendo ambas idênticas. O questionário contou com seis questões pensadas para avaliar se

diferentes conhecimentos relacionados ao som produzido por instrumentos musicais

foram adquiridos durante a atividade. As questões envolviam perguntas sobre como a

tensão, espessura e comprimentos das cordas influenciavam no som emitido, bem como

perguntas sobre a própria qualidade do som caracterizada como grave e agudo e também

sobre o funcionamento e as frequências emitidas em um acorde. As questões constam no

quadro 3.1

24

Quadro 3.1 – Questionário sobre acústica

O mesmo questionário foi aplicado para avaliar ambas as técnicas (especialistas e

embaixadores), os resultados podem ser conferidos nos gráficos 1 e 2 abaixo:

1. Nossa percepção de agudo e grave em sons deve-se a frequência da mesma. Qual

das seguintes opções representa a frequência do som mais GRAVE?

( ) 200Hz ( ) 300Hz ( ) 400Hz ( ) 500Hz

_____________________________________________________

2. Em instrumentos musicais como o violão, a espessura das cordas possui alguma

relação com a frequência que é emitida?

( ) Sim ( ) Não

_____________________________________________________

3. Em instrumentos musicais como o violão, quanto MENOR o tamanho da corda

tocada, o som será:

( ) mais agudo ( ) mais grave

_____________________________________________________

4. O que acontece com a frequência se reduzimos o comprimento de uma corda pela

metade?

( ) fica 4 vezes menor ( ) fica 2 vezes menor ( ) nada

( ) fica 4 vezes maior ( ) fica 2 vezes maior

_____________________________________________________

5. Ao tensionarmos uma corda (esticá-la) a frequência produzida:

( ) não muda ( ) aumenta ( ) diminui

_____________________________________________________

6. “Ao tocar certo acorde, são emitidas apenas as frequências daquele acorde. Ex.:

ao tocar o acorde Dó, somente é emitida a frequência de Dó”. Essa afirmação está:

( ) correta ( ) incorreta

25

Gráfico 1 Análise de resultados - dinâmica de especialistas.

Gráfico 2 Análise de resultados - dinâmica de embaixadores.

Após a atividade, a dinâmica intitulada “especialistas” mostrou-se mais eficaz

onde os alunos, em média, obtiveram 89% de acerto após a atividade, o que representou

um aumento de 29% em relação ao número de acertos antes da mesma. Já a dinâmica

“embaixadores” revelou um aumento de 14% em relação ao número de respostas corretas

antes da aplicação da proposta. O melhor rendimento pode ser atribuído a maior interação

no grupo dos “especialistas”. Estes grupos foram formados por um integrante de cada

equipe, favorecendo o diálogo e a troca de conhecimento entre os pares.

O principal destaque refere-se à quarta pergunta que era: “O que acontece com a

frequência se reduzimos o comprimento de uma corda pela metade?”. Averiguou-se que

ideias de senso comum, como a intuição de que reduzindo o comprimento de uma corda

26

a frequência de onda emitida diminui, foram corrigidas em grandes proporções, chegando

a 70% em algumas turmas.

De forma geral, algumas questões representaram um incremento no número de

acertos que variou entre aproximadamente 60 e 80% no número de acertos dependendo

da escola e da técnica utilizada, o que mostra que a atividade resultou em uma boa

apreensão dos conceitos dos fenômenos sonoros mesmo sem a intervenção direta do

educador que teve papel de gestor ao direcionar como o processo de aprendizagem seria

dado naquele momento.

Discussão e Conclusões

A sugestão para futuros aplicadores é que o texto conceitual seja disponibilizado

em alguma plataforma web como um blog, por exemplo, e que os alunos estudem antes

do dia da aplicação, aumentando o tempo disponível para o professor dirimir possíveis

dúvidas. Para futuras aplicações, os alunos encontrarão o texto em página web1 que

facilitará o estudo prévio. Além disso, usuários poderão comentar as suas experiências

através do campo de comentários da página. Também é importante ressaltar fatores

subjetivos como diversão, interação entre os estudantes, surgimento de dúvidas a parte

daquelas levantadas pela Trilha de Aprendizagem e aumento na criatividade durante a

aplicação da metodologia. Além disso, os alunos puderam utilizar seus celulares e a

Internet para obter conhecimento, inserindo seus aparelhos durante o estudo de física,

mostrando-os como a tecnologia pode ser utilizada para este fim. As variações na

metodologia de aplicação foram interessantes para comparar o comportamento das turmas

com relação à diferentes formas de abordagem. Comparativamente às aulas mais

tradicionais em que não são utilizados outros recursos a não ser quadro e caneta, as aulas

foram, no mínimo, mais interessantes. A construção de atividades que estimulem o senso

investigativos dos alunos servem para fomentar o gosto pela pesquisa e os fazem refletir

sobre o resultado. Quando é questionado aos alunos o que deve ser feito para afinar uma

corda, o instigamos a levantar uma hipótese e testar no momento da afinação, utilizando-

se dos smartphones, a uma afirmação ou não da hipótese levantada e é uma forma de

fazê-los a pensar sobre os problemas e sugerir soluções. Não há problema em ser uma

1 http://leandroquima.blogspot.com.br/2018/02/texto-de-apoio-trilha-explorando-o.html ,

http://leandroquima.blogspot.com.br/2018/02/texto-de-apoio-trilha-explorando-o.html

27

atividade guiada em que já se conhece a solução por parte do professor ou do aplicador,

o importante é ampliação do pensamento crítico dos alunos, principalmente em uma

disciplina escolar que a maioria acredita ser somente aplicar fórmulas e chegar ao

resultado.

Figura. 3.2. Alunos da turma 3003 medindo a frequência emitida pelas cordas do

violão.

Figura. 3.3. Alunos da turma 3001 medindo a frequência emitida pelas cordas do

violão.

3.1.2 Nível sonoro

Descrição da Trilha

A segunda atividade da Trilha de Aprendizagem (Apêndice A.1) está relacionada

ao nível sonoro. Os professores estão entre os profissionais sujeitos às alterações de saúde

28

devido às condições de trabalho inadequadas, como ruído ambiental (alunos, rua,

ventiladores), acústica ruim e organização do trabalho (cargas extensas). Essas condições

podem ocasionar efeitos auditivos e extra auditivos nesse profissional, resultando em

estresse e cansaço, além de possibilitar a ocorrência de problemas na comunicação, como

a disfonia.[19] Diante desta constatação, foi elaborada a atividade para a investigação do

nível sonoro nas salas de aulas em que os alunos do Curso Normal estagiam.

Para isso, foi sugerida a utilização do aplicativo Decibelímetro que mede a

intensidade do som. O smartphone deve ser posicionado na sala de aula vazia,

inicialmente, feita três medições do ruído com intervalo de dois minutos entre elas. Agora

com a rotina de aula normal, o aparelho deve ser posicionado a 1 metro da mesa do

professor e novamente ser realizada três medidas com intervalo de dois minutos entre

elas. Por ser tratar de uma atividade meramente pedagógica, não há necessidade e não

seguimos os padrões da norma ABNT NBR 10151 de junho de 2000. Após a atividade,

os alunos são convidados a pesquisar na web os malefícios que causam a poluição sonora.

Resultados esperados e discussão.

A incorporação de temas ambientais nas aulas de Física é importante pela

relevância que estes têm na alfabetização científica de nossos jovens. O estudo da acústica

através do tema nível sonoro permite um processo de ensino-aprendizagem mais

contextualizado, despertando maior interesse dos alunos nas aulas de Ciências,

relacionando ao cotidiano da comunidade escolar.

As medições feitas como validação do experimento foram realizadas em uma

turma do Instituto de Educação de Nova Friburgo-RJ. Seguindo as instruções da

atividade, foram realizadas medidas com a sala de aula vazia (tabela 3.2) e,

posteriormente, com aula normal (tabela 3.3). Os dados coletados são referentes ao valor

do nível sonoro medido em um intervalo médio de 1 minuto.

Medida Nível sonoro (dB)

1 81

2 85

3 87

Tabela 3.2 – Medidas realizadas com a sala de aula sem alunos.

29

Medida Nível sonoro (dB)

1 93

2 96

3 92

Tabela 3.3 – Medidas realizadas com a sala de aula com alunos.

As medidas realizadas com a sala de aula sem alunos ficaram entre 81dB e 87 dB

e são considerados nocivos à audição humana. Apesar da sala de aula vazia, ruídos

externos como alunos no pátio, automóveis trafegando em frente à escola e pessoas que

transitam na calçada provocam o ruído medido. No momento normal de aula, as medidas

oscilam entre 92 dB e 96 dB. O nível sonoro medido se refere às vozes dos alunos, do

professor, do ventilador em funcionamento, além dos mesmos ruídos medidos com a sala

de aula vazia figura 3.4). Considerando que há professores que ficam em sala de aula

durante 45 horas semanais, as consequências podem ser extremamente nocivas à sua

saúde.

A atividade não resolve os problemas que provocam o aumento dos níveis

sonoros, porém pode despertar o debate a respeito da poluição sonora e as condições de

trabalho dos professores.

Figura. 3.4. Medida realizada na sala de aula com alunos

30

Conclusão

Os níveis medidos com o aplicativo Decibelímetro mostram valores muito

elevados para uma sala de aula convencional e não servem de parâmetro para determinar

possíveis danos causados pela poluição sonora em sala de aula. A falta de calibração do

aplicativo ou do próprio smartphone pode ser a causa desses valores elevados. No

momento da realização da atividade com os alunos, teremos mais dados para fazer as

comparações, assim será possível chegar a valores mais condizentes com a realidade.

Porém essa verificação não invalida a atividade e traz relevantes reflexões para a sala de

aula.

3.2 Pressão atmosférica

Objetivo e justificativa

A Trilha de Aprendizagem desenvolvida (Apêndice A.2) consiste em uma

atividade utilizando o sensor barométrico e uma segunda atividade prática utilizando

materiais de baixo custo com o propósito de dar condições aos alunos do Curso Normal

do Instituto de Educação de Nova Friburgo de realizar atividades práticas em suas

disciplinas de estágio e com seus alunos futuros. Segundo o documento norteador para

esta etapa, figura 3.4, o conceito de força e consequentemente pressão é inserido no 2º

bimestre da 1ª Série do Ensino Médio.

Figura. 3.4. Currículo 2º bim. 1ª série Curso Normal

31

A sequência didática consiste em inserir o estudo de pressão logo em seguida ao

de forças, dentro do 2º bimestre letivo.


A atividade se inicia com a leitura do texto conceitual, 20 minutos de duração,

discutindo o conceito de pressão e também a relação com a previsibilidade de chuvas. É

solicitado aos alunos que instalem em seus smartphones, que possuem o sensor

barométrico, o aplicativo Barômetro Plus. O aplicativo mede a pressão absoluta do local

e calcula sua altitude. Em sala de aula, os alunos devem registrar os valores da pressão

atmosférica em um intervalo de 20 minutos e observar a sua variação. Quando há uma

diminuição da pressão atmosférica, em torno de 5 milibares ou 5 hPa, é provável que

chuva esteja se formando, pois, o ar mais quente se eleva na atmosfera, por convecção,

gerando um sistema de baixa pressão. Quando há um aumento na pressão atmosférica, a

chance de chuva diminui. A segunda atividade é de construção de um experimento

simples que os alunos do Curso Normal possam vir a aplicar em seus estágios obrigatórios

ou até mesmo em suas aulas futuramente. O experimento consiste em um barômetro

didático em que os alunos do Ensino Fundamental possam ter contato com conceitos de

pressão, meteorologia e clima, que é abordado no 4º ano deste segmento.

Resultados esperados e discussão

O estudo de força e pressão no Ensino Médio é importante para os alunos

reconhecerem a importância da mecânica clássica no desenvolvimento da Física na

história. A aplicação dos conceitos envolvidos ao tema Meteorologia é relevante e deve

ser explorado interdisciplinarmente com as aulas de Geografia. Os professores de Física

e Geografia podem desenvolver projetos que possibilitem os alunos relacionar os

conceitos discutidos nas duas disciplinas. Ao longo do desenvolvimento da Trilha espera-

se que os alunos compreendam o funcionamento do barômetro e a relevância do uso do

smartphone na aquisição de dados, além de interpretá-los. A aplicação da trilha segue o

roteiro descrito no apêndice A.2 e foi realizada por um processo de experimentação do

próprio autor. O aplicativo utilizado, Barômetro Plus, foi iniciado em um determinado

horário e algumas medidas foram tomadas ao longo de um intervalo de tempo, como visto

32

na tabela 3.4. As medições foram realizadas na cidade de Nova Friburgo-RJ e no local a

altitude é de 880 metros acima do nível do mar.

Horário de registro Valor medido de pressão

17h09min 911,11 hPa

17h22min 911, 16 hPa

17h32min 911,26 hPa

17h47min 911,55 hPa

22h35min 914,02 hPa

Tabela 3.4 – Valores medidos de pressão

Como pode ser observado nos dados registrados, houve um ligeiro aumento nos valores

medidos de pressão no período de registro e pode-se afirmar que há a probabilidade de o

tempo permanecer estável nas próximas horas. De fato, o tempo permaneceu firme com

algumas nuvens e sem chuva.

Figura 3.5 – Aplicativo Barômetro Plus

Não houve dificuldade na aplicação da trilha. A sua concepção foi realmente em

ser um instrumento de aprendizagem dos conceitos envolvidos que não apresentasse

dificuldade em seu entendimento e aplicação.

33

3.3 Atrito cinético


A propositura dessa Trilha de Aprendizagem (Anexo A.3) surgiu da necessidade

de se encontrar o coeficiente de atrito cinético entre duas superfícies em uma aula de

laboratório no Educandário Miosótis, Nova Friburgo-RJ.

Durante uma aula em agosto de 2017, que consistia no estudo dos coeficientes de

atrito estático e cinético, os alunos se depararam com certa dificuldade em determinar o

coeficiente de atrito cinético conforme estava determinado no roteiro. De acordo com o

texto, após a montagem do experimento, o bloco de madeira deveria ser puxado com o

dinamômetro com velocidade baixa e aproximadamente constante e o valor da força

aplicada deveria ser anotado. O bloco se movimentava muito rapidamente nas condições

descritas acima e o valor da força aplicada não era registrado de forma adequada. Vimos

então a necessidade de um sistema que registrasse o valor da força automaticamente. Na

verdade, o valor da força deveria ser encontrado utilizando o dinamômetro para se chegar

ao valor da aceleração, conhecendo a massa do bloco. Portanto se encontrássemos a

aceleração do bloco já poderíamos calcular o valor do coeficiente de atrito, utilizando a

expressão 𝜇𝑐 =𝑎

𝑔 .

Após analisar a dificuldade encontrada pelos alunos, conclui que o acelerômetro

dos smartphones poderia ser utilizado para fazer as medidas. A decisão de utilizar o

dispositivo convergia para o desenvolvimento de uma Trilha que integrasse o laboratório

tradicional e a utilização do smartphone. Importante ressaltar a importância da

experiência dos alunos nessa proposta, eles apresentaram uma dificuldade e não tentaram

usurpar o resultado para “cumprir” com o roteiro.


Para um objeto em uma superfície horizontal onde a força de atrito seja a força

resultante, o coeficiente de atrito cinético é calculado com a equação 𝜇𝑐 =𝑎

𝑔 , onde g é

a aceleração da gravidade local e a aceleração medida. Para medir a aceleração do bloco,

pode se utilizar o smartphone com algum aplicativo que faça a leitura do acelerômetro.

Para isso foi escolhido o aplicativo Sparkvue. Para essa atividade foi elaborada uma TA

para o estudo do coeficiente de atrito e aproveitando que os alunos já haviam estudado

34

em sala de aula os conceitos de trabalho e energia cinética, esses temas também foram

abordados na TA. Os conceitos iniciais aos alunos necessários já foram trabalhados em

sala de aula, portanto espera-se que os alunos não tenham a mesma dificuldade que

aqueles que experimentam o conteúdo pela primeira vez, como nas Trilhas de

Aprendizagem anteriores. O tempo destinado para a Trilha é de 50 minutos, um tempo de

aula, que consiste no experimento prático, nas conclusões e na avaliação a que são

submetidos. Nesta escola há um laboratório didático de Física, porém não é obrigatório

que se tenha para que a atividade possa ser aplicada, pode ser realizada em outro espaço

físico. Para a execução da atividade é necessário de uma superfície plana, um bloco de

madeira de massa conhecida, um smartphone (de massa conhecida) com o aplicativo

instalado, uma fita métrica e uma balança caso as massas dos materiais não sejam

conhecidas. A montagem do equipamento segue conforme a figura abaixo.

Figura. 3.6 – Montagem experimental

Note que o smartphone está fixo sobre o bloco de madeira. Para isso pode ser

usado uma fita crepe ou fita dupla face entre o aparelho e o bloco. O ajuste do aplicativo

Sparkvue deve ser feito da seguinte maneira: abra o aplicativo e na tela principal selecione

“Sensor de Aceleração Integrado”, em seguida escolha “Aceleração, Y”. Configure

“Períódico” para 10 Hz, ou seja, o acelerômetro registrará 10 medições por segundo. A

tecla Início deverá ser pressionada somente quando for executar o experimento. A

aceleração a ser medida é referente à força paralela ao bloco que a superfície está

exercendo, ou seja, a força de atrito. Para isso o bloco precisa ser lançado paralelamente

à superfície, conforme a figura abaixo.

35

Há uma marcação na mesa de onde, quem estiver empurrando o bloco, deve deixar

de exercer força.

Figura. 3.7 Marcação para o lançamento.

O bloco vai percorrer certa distância sobre a superfície e após o bloco parar, devido à

força de atrito, a medição deve ser finalizada. Utilizando a fita métrica deve-se medir, em

metros, a distância do ponto de lançamento até o ponto de chegada.

Figura. 3.8 Medida da distância percorrida

Agora vamos utilizar o modo tabela do aplicativo para encontrar os valores que foram

medidos da aceleração. Estes valores são negativos, pois agem contrário ao movimento e

a orientação do aparelho. Vamos realizar a média destes valores, já que a superfície não

é uniforme.

36

Figura. 3.9. Medida da aceleração no modo tabela.

Portanto temos as medidas necessárias conhecidas: massa do conjunto, distância entre o

ponto de lançamento e a chegada, e a aceleração média. Inicialmente podemos calcular o

coeficiente de atrito cinético utilizando a equação 4.2, adotando g = 9,8 m/s².

Posteriormente o valor da força resultante, 𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑎, e o trabalho exercido por ela, 𝑊 =

𝐹. 𝑑. Como o trabalho da força resultante é a variação da energia cinética, 𝑊 = 𝐸𝑐𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 −

𝐸𝑐𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 , podemos calcular também a velocidade com o que o bloco tinha quando foi

lançado.

Aplicação e resultados

Esta atividade foi aplicada em duas turmas do Educandário Miosótis. A primeira

aplicação ocorreu em setembro de 2017 como piloto. Ainda não haviam sido delimitados

todos os parâmetros que seriam necessários. Alguns ajustes foram realizados para a

segunda aplicação em outubro de 2017. A TA descrita já está ajustada conforme a

segunda aplicação. A segunda aplicação, aqui relatada, ocorreu com uma turma de 2ª série

do Ensino Médio com 25 alunos, que foram distribuídos em 2 grupos e cada grupo teve

o tempo de 50 minutos disponível. Os alunos foram separados em equipes de 4 alunos em

que pelo menos um membro de cada equipe tivesse instalado em seu smartphone o

aplicativo Sparkvue. Cada aluno recebeu uma cópia da TA e tiveram alguns minutos para

a sua leitura prévia. Em seguida, cada equipe mediu a massa, figura 3.10 do conjunto

smartphone + bloco.

37

Figura. 3.10. Medição da massa do conjunto

Cada equipe então realizou a atividade como orientada na Trilha de

Aprendizagem, lançando o bloco, medindo a distância e realizando os cálculos

necessários. Todas as equipes conseguiram realizar a tarefa, e no caso do valor do

coeficiente de atrito cinético calculado, todos chegaram ao valor aproximado de 0,3. Este

fato é interessante e serve para mostrar que o experimento realizado com diversos

aparelhos de massas diferentes, consegue chegar a um valor próximo. Esta trilha teve uma

avaliação com os 25 alunos da segunda turma. As perguntas e respostas podem ser

observadas no Quadro 3.2.

1) O seu conhecimento a respeito de força de atrito dinâmico e o conceito de trabalho,

tornou-se mais sólido?

Sim: 23

Parcialmente: 2

Não: 0

2) O uso do smartphone como alternativa na medição de grandezas físicas te ajudaria

a compreender melhor outros conceitos físicos?

Sim: 23

Parcialmente: 2

Não: 0

3) Você se sentiu à vontade com o uso do aplicativo escolhido durante a atividade?

38

Sim: 23

Parcialmente: 2

Não: 0

4) Você teve dificuldade em realizar o download do aplicativo?

Sim: 4

Parcialmente: 6

Não: 15

5) Você tinha conhecimento da existência de sensores e aplicativos que realizam

medições de grandezas físicas?

Sim: 10

Não: 15

Quadro 3.2 – Resultados de formulário de avaliação prática pelos alunos.

Discussão e conclusão

A Trilha desenvolvida surgiu de uma necessidade devido à limitação em lidar

com o experimento roteirizado de maneira tradicional. A alternativa de utilizar o

smartphone foi satisfatória e mostrou aos alunos uma forma diferente de sua aplicação.

Praticamente 90 % dos alunos afirmaram que o uso do dispositivo os ajudou na melhor

compreensão dos conceitos estudados. O mesmo percentual acredita que o uso de gadgets

ajudariam na compreensão de outros conceitos físicos. Essas afirmações contribuem e

estimulam o desenvolvimento de novos projetos envolvendo smartphones no processo de

ensino-aprendizagem em Física. O uso do aplicativo também se mostrou bastante

interessante, já que mais de 90% dos estudantes opinaram não ter dificuldade em utilizá-

lo. Este fato também se dá pela interatividade que estes jovens já têm no uso cotidiano

destes aparelhos. Existem ainda muitas possibilidades de interação com o uso do

acelerômetro no smartphones, já que a temática dinâmica está presente na maioria dos

currículos do Ensino Médio.

39

3.4 Campo magnético de um eletroímã


Essa Trilha de Aprendizagem (Apêndice A.4) desenvolvida teve como público-

alvo alunos e professores do Ensino Fundamental I do Educandário Miosótis. O objetivo

da TA é explorar o potencial de crianças entre 8 e 10 anos em seu interesse pelas ciências

e capacitar os professores envolvidos através da experimentação. O tema abordado é

Campo Magnético, que consta no conteúdo programático para o 4º bimestre do 3º ano do

Ensino Fundamental. A motivação se deu a partir da necessidade da escola em realizar a

integração dos professores do Ensino Fundamental com aqueles que atuam no Ensino

Médio. Essa integração aconteceu com professores de várias disciplinas, como

professores de matemática, com seus conhecimentos específicos, colaborando com outros

professores com formação em diferentes áreas.


A TA é composta por um texto conceitual em que os professores podem ter mais

informações do tema proposto além daquele trazido pelo material didático e a atividade

prática a ser desenvolvida, que consiste na construção de um eletroímã com material de

baixo custo e utilizar o smartphone para medir o campo magnético gerado por ele.

Inicialmente os professores devem responder a um questionário (Quadro 3.3) que

avaliava o conhecimento prévio de cada um a respeito do assunto, com duração de 10

minutos.

40

Quadro 3.3 – Formulário aplicado aos professores sobre magnetismo, antes da atividade.

Após esse momento, os professores regentes devem separar as turmas em equipes

de 04 alunos e distribuir os materiais entre elas, a saber: 01 prego grande, 01 metro de fio

revestido fino, 01 pilha de 1,5 V tamanho D, 01 bateria de 9 V e pequenos objetos

Questionário para o professor.

Nome: __________________________________________

Tempo de atuação: ________________________________

Formação (assinalar todas que possuir)

( ) Formação de Professores Nível Médio

( ) Graduação. Área: _____________________

( ) Pós-graduação Lato Sensu. Área: ___________________

( ) Pós-graduação Strictu Sensu. Área: _________________

1) Como você avalia o seu conhecimento a respeito do tema magnetismo?

( ) ÓTIMO ( ) BOM ( ) SUFICIENTE ( ) INSUFICIENTE.

2) No experimento do eletroímã, qual a causa da geração do campo magnético?

( ) Movimento dos prótons no fio condutor.

( ) Movimento dos elétrons no fio condutor.

( ) Transmissão de energia térmica no fio condutor.

( ) Transmissão do “fluido magnético” proveniente da fonte.

3) Como se comporta a intensidade do campo magnético conforme modificamos a

distância do eletroímã até um medidor, conhecido como magnetômetro?

( ) Diminui a intensidade conforme aumentamos a distância; aumenta a intensidade

conforme diminuímos a distância.

( ) Aumenta a intensidade conforme aumentamos a distância; diminui a intensidade

conforme diminuímos a distância.

4) Qual a unidade de medida para campo magnético no Sistema Internacional de

Unidades?

( ) newton

( ) ampére

( ) tesla

( ) volt

41

metálicos. Com os materiais solicitados, enrolar o fio em torno do prego com o maior

número de voltas possível. Em seguida conectar as pontas do fio à pilha e aproximar dos

objetos metálicos. Espera-se que os objetos sejam atraídos. Em seguida, pedir para que

os alunos desfaçam as espiras pela metade e reaproxime o eletroímã dos objetos

metálicos. Realizar o mesmo experimento com a bateria de 9 V.

Aplicação e Resultados

A TA foi aplicada em novembro de 2017 em duas turmas do 3º ano do Ensino

Fundamental I.

Ao todo 32 alunos e duas professoras participaram da atividade. Uma das

professoras tem 35 anos de idade com licenciatura plena em História e Curso de Formação

de Professores de Nível Médio, atua há 12 anos como professora do Ensino Fundamental

I, avalia seu conhecimento a respeito do tema magnetismo (questão 01) como suficiente,

acredita que a causa da geração do campo magnético se dá pela transmissão do “fluido

magnético” proveniente da fonte (questão 02) e que o valor do campo aumenta conforme

a distância da fonte aumenta e vice-versa (questão 03). Afirmou que a unidade de medida

no Sistema Internacional de Unidades é o tesla (questão 04). A outra professora tem 19

anos de idade, primeiro ano de experiência como professora, licencianda em Pedagogia e

Letras, formada no Curso de Formação de Professores de Nível Médio pelo Instituto de

Educação de Nova Friburgo-RJ (escola também participante na aplicação das Trilhas de

Aprendizagem), avalia seu conhecimento a respeito do tema magnetismo (questão 01)

como insuficiente, também acredita que a causa da geração do campo magnético se dá

pela transmissão do “fluido magnético” proveniente da fonte (questão 02) sabe que o

valor do campo diminui conforme a distância da fonte aumenta e vice-versa (questão 03).

Afirmou que a unidade de medida no Sistema Internacional de Unidades é o volt (questão

04). A intensificação de atividades como as já desenvolvidas e descritas neste trabalho

pode melhorar significativamente a qualidade de ensino na formação de professores de

nível médio.

O desenvolvimento da atividade se deu como planejado, porém com resultados

não esperados. Em primeiro lugar os pregos usados estavam galvanizados o que

prejudicou o funcionamento do experimento. Alguns pregos foram lixados durante a aula

que proporcionou melhora no funcionamento do experimento. Outro ponto negativo foi

o fio usado, que não atendeu às exigências do experimento. O ideal é que seja um fio de

42

cobre revestido com verniz, porém o que foi usado foi um fio com revestimento plástico,

que também atrapalhou o funcionamento. Os eletroímãs conseguiram atrair apenas

objetos muito pequenos, como pedaços de clipes para prender papel. Nesse momento, os

alunos demonstraram certa frustração. Então foi usado o smartphone com o aplicativo

Magnetometer instalado e foi observado variações no valor do campo magnético próximo

aos eletroímãs. Isso deixou os alunos empolgados e então se sentiram mais confortáveis

em observar o seu funcionamento. As professoras regentes desenvolveram uma atividade

textual posterior, que consistia na produção de um texto que expressasse a visão e

perspectiva dos alunos nas aulas que mais chamaram a sua atenção, e os alunos puderam

expressar as suas observações em relação à aula realizada. Escolhi um dos vários textos

que os alunos produziram que pode dar uma dimensão do impacto das atividades na

formação dos alunos e a sua transcrição se encontra no quadro 3.4

Quadro 3.4 – Transcrição do depoimento do aluno

O livro didático utilizado pelas turmas em que a atividade foi realizada é do Sistema

Positivo de Ensino, da Editora Positivo. Para a etapa destinada, o conceito de campo

“Titulo: atividade com o professor Leandro Quima fazendo o eletroímã.

Essa experiência é muito legal ainda mais com um professor engraçado e

carinhoso essa atividade é muito legal mas você tem que ter cuidado com o prego

ele pode furar o seu dedo.

Quando você termina o eletroímã e bota alguma coisa de metal ou ferro ele

pucha o metal (nós botamos clip) o meu não funcionou porque a bateria não estava

com força suficiente para puchar o clip mas o da colega funcionou o eletroímã

puchou o clip mas no aplicativo do professor Leandro estava funcionando eu gostei

muito mas a gente tem que agradecer a Tia e o professor Leandro”

43

magnético é abordado de forma bem simples, focado no campo magnético terrestre. Ao

final da atividade, as professoras respondem a outro questionário, a saber:

Quadro 3.5 – Formulário após atividade.

1) Você tinha conhecimento da existência de sensores e aplicativos que realizam

medições de grandezas físicas?

( ) SIM ( ) NÃO

2) Você se sentiu à vontade com o uso do aplicativo escolhido durante a atividade?

( ) SIM ( ) PARCIALMENTE ( ) NÃO

3) Você teve dificuldade em realizar o download do aplicativo?


4) O uso do smartphone como alternativa na medição de grandezas físicas pode

ajudar outros professores que atuam no Ensino Fundamental a compreender

melhor outros fenômenos físicos?


5) O seu conhecimento a respeito de campo magnético se tornou mais sólido após

a realização da atividade?


44

As duas professoras responderam NÃO à questão 01, uma delas respondeu SIM à

questão 02 e a outra PARCIALMENTE, ambas responderam NÃO à questão 03, SIM à

questão 04 e SIM à questão 05. Com base nas respostas dadas, a atividade atende ao

objetivo inicial que é a melhoria no conhecimento dos professores com relação ao tema

de trabalho.

Discussão e Conclusões

A falta de um trabalho mais efetivo no Instituto de Educação de Nova Friburgo

com relação às ciências da natureza causa uma formação ineficiente nessas áreas. A

professora recém-formada confundiu a unidade de medida para tensão elétrica com a de

campo magnético. Na verdade, ela deve ter respondido volt por, talvez, ser a única

unidade de medida que ela deva conhecer daquelas que foram mostradas.

O depoimento (ver quadro 3.4) nos remete como o aluno do Ensino Fundamental

I enxerga este tipo de atividade em sala de aula. Tipicamente, eles veem os eventos

acontecerem normalmente fora da sala de aula e não conseguem relacionar com o seu

aprendizado no ambiente escolar.

4.6 A circunferência terrestre

Preâmbulo histórico

Eratóstenes nasceu por volta 276 a.C. Seus pais eram gregos e moravam em

Cirene, uma cidade grega situada em um ponto da costa da África onde hoje é a Líbia.

Ainda criança foi para escola, naquele tempo, chamada de ginásio. Quando completou o

ginásio, mudou-se para Atenas. Lá estudou matemática, filosofia e ciências. Ele

contribuiu para áreas como a matemática, história, geografia, astronomia e filosofia. Por

volta de 240 a.c., Eratóstenes tornou-se terceiro bibliotecário-chefe da Biblioteca de

Alexandria, que era basicamente constituída por cópias de trabalhos feitos com base nos

livros de Aristóteles. Em suas pesquisas na Biblioteca de Alexandria percebeu que as

informações estavam dispersas em vários locais. Então viu a necessidade de escrever seu

primeiro livro completo sobre geografia, mas para isso queria descobrir a medida da

circunferência da Terra, sem isso sua obra seria incompleta. Ele sabia que a Terra era

45

redonda e a imaginou cortada em diversas frações iguais. Se ele soubesse o total dessas

frações e o comprimento de arco de uma dessas frações, bastaria multiplicar o

comprimento de arco de uma delas pelo total de frações. De que maneira Eratóstenes

poderia descobrir quantas frações eram necessárias? Sabia que uma circunferência tem

360 graus e se ele descobrisse o ângulo de uma dessas frações poderia dividir 360 por

esse ângulo e então encontrar o número de frações iguais que compõe o todo. Para

encontrar uma dessas frações, ele utilizou a distância entre as cidades de Siena e

Alexandria. De acordo com viajantes que passavam por Siena, em 21 de junho, dia do

Solstício de Verão, ao meio dia, o Sol brilhara dentro de um poço localizado em Siena,

sem projetar sombras em suas paredes. No mesmo instante, em Alexandria, sombras eram

projetadas. Obviamente isso só ocorreria se a Terra fosse redonda. Se a Terra fosse plana,

os raios solares incidiriam em todos os lugares formando o mesmo ângulo, e as sombras

não seriam diferentes. Eratóstenes sabia que é possível medir o ângulo da sombra

projetada e que o ângulo do Sol em Alexandria, formaria no centro da Terra, a fração

formada da Terra formada por Siena e Alexandria. [11]

Figura 3.11. Terra cortada ao meio e dividida em frações.

Então no dia 21 do mês de junho Eratóstenes, munido de vareta e régua, saiu

alguns minutos antes do meio dia para medir a sombra que os raios solares projetavam

em Alexandria. A sua ideia pode ser bem compreendida no esquema abaixo:

46

Figura 3.12 – Esquema da ideia de Eratóstenes

Onde L é o comprimento da haste, L’ é com comprimento da sombra, S é a

distância entre as cidades de Siena e Alexandria e θ o ângulo da fração formada pelas

cidades de Alexandria e Siena. O ângulo pode ser encontrado através do cálculo do arco-

tangente, através da equação 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝐿′

𝐿). Ele mediu um ângulo de aproximadamente

7,2 graus, que é equivalente a uma parte de 50 frações. Então se ele soubesse o valor da

distância entre as duas cidades, bastaria multiplicar por 50 e ele encontraria a medida da

circunferência terrestre. Para isso, ele recorreu ao Rei de Alexandria pedindo

consentimento para utilizar os serviços de técnicos agrimensores treinados em caminhar

sempre com os passos do mesmo tamanho, eles eram chamados de bematistas. O rei

consentiu, e os bematistas fizeram esse trabalho, encontrando o valor de 5.000 estádios

(cada estádio tem o valor aproximado de 157 metros). Então Eratóstenes calculou a

circunferência da Terra e chegou ao valor de 250.000 estádios, aproximadamente 39.250

quilômetros.


A Trilha de Aprendizagem tem por objetivo calcular o valor da circunferência

terrestre, inspirada no experimento realizado por Eratóstenes, no século III a.c. e tem um

apelo interdisciplinar, pois aborda conceitos geográficos, matemáticos e históricos. A

47

abordagem influenciada, também, pela história da ciência visa a levar os alunos a

compreenderem as ciências como construções humanas que dependem do contexto social

e econômico de onde o cientista está inserido, conforme as diretrizes nos Parâmetros

Curriculares Nacionais (PCN+) para o Ensino Médio que afirma em que investigar e

resgatar a história do desenvolvimento do saber técnico e científico local pode também

ser uma estratégia significativa na direção do estabelecimento de uma visão da ciência

enquanto atividade humana e social [10]. O tema também está inserido na grade curricular

do Curso de Formação de Professores, especificamente na 1ª Série deste segmento (figura

3.13)

Figura 3.13. Currículo 1º bimestre da 1ª série Curso Normal

A TA instiga o aluno a investigar diversos conceitos vistos no Ensino

Fundamental como de longitude, latitude, medidas de ângulo e de distância. Muitos outros

conceitos serão necessários que o aluno compreenda e o intuito é que ele busque esse

conhecimento, como os conceitos de meio-dia solar, zênite, solstício, equinócio, cálculo

de um ângulo através da tangente. Esta é a primeira TA que os alunos do Curso Normal

terão contato. É natural que o tempo para sua execução seja estendido, além do previsto.

A previsão é que seja realizada em três semanas, paralelamente às aulas ministradas. Na

primeira semana os alunos, separados em equipes, receberam o texto motivador para que

realizem a pesquisa indicada, com as seguintes questões: Quem foi Eratóstenes?; Como

Eratóstenes raciocinou para calcular o tamanho da Terra?; Como Eratóstenes conseguiu

calcular a circunferência terrestre?; O que é equinócio?; O que são latitude, longitude e

meridiano?; O que é solstício?; O que é meio-dia solar?; Como se calcula o valor da

tangente de um ângulo? O grupo deve elaborar um texto respondendo à essas perguntas.

Na semana seguinte, há uma discussão em sala de aula, com tempo de 20 minutos a

respeito de eventuais dúvidas surgidas com a pesquisa e o agendamento para a realização

48

do experimento e na semana seguinte, a investigação utilizando o computador, conforme

ainda será descrito.

A sequência de trabalho da TA se dará da seguinte maneira: 1) Leitura e pesquisa

por parte dos aluno; 2) breve discussão em sala; 3) execução do experimento; 4)

atividades utilizando o computador. Após as fases 1 e 2, faremos a execução do

experimento, conforme a TA: devemos escolher um local plano e horizontal, às 12 horas

(13 horas no horário de verão) em que o dia esteja ensolarado, pois precisaremos de

sombra.

A cartolina deve ser colocada sobre o plano e a haste posicionada

perpendicularmente sobre ela, conforme o esquema.

Figura. 3.14. Haste perpendicular ao plano.

Às 12h a haste (H) provocará sombra sobre a cartolina e com uma régua, o

comprimento da sombra (h) deve ser registrado na cartolina.

Figura 3.15. Ilustração da sombra projetada pela haste.

49

Utilizando o Google Earth no smartphone, determine as coordenadas geográficas

do local de onde está sendo realizado as medidas. Para isso, basta executar o aplicativo

no local do experimento.

Resultados esperados e discussão

A aplicação com alunos ainda não foi realizada. A validação da trilha ocorreu no

dia 14/03/2018, conforme as instruções no apêndice A.4

Inicialmente foi realizada a medida do comprimento da haste e do comprimento

da sombra (figura 3.16) feita pelos raios solares às 12 horas. Também foram registradas

as coordenadas do local do experimento (figura 3. 17) e os dados inseridos na tabela 3.5.

Figura 3.16 – Sombra ao meio dia.

50

Figura 3.17 – Coordenadas do local

Dados coletados no local do experimento

Medida da haste,

H, (cm)

Medida da sombra,

h, (cm) Latitude Longitude

44,2 15,5 22°17'20.65"S 42°56'22.01"O

Tabela 3.5 – Dados coletados no local do experimento.

Em seguida, utilizando o software Stellarium no computador, foram determinadas as

coordenadas do meio dia solar (figura 3.18)

Figura 3.18– Coordenadas do local onde ocorre o meio dia solar

51

As coordenadas determinadas foram 2°23'50.99"S e 42°56'48.99"O. Utilizando o

programa Google Earth Pro, devemos inserir as coordenadas do local do experimento e

do meio dia solar, inserindo marcadores em cada uma das localizações (figura 3.19)

Figura 3.19 – Marcador inserido nas coordenadas do meio dia solar.

Finalmente devemos medir a distância, utilizando a ferramenta régua do Google Earth

Pro, entre os dois marcadores inseridos. A distância medida entre os marcadores foi de

2.198 km. Utilizando as medidas da haste e do comprimento da sombra, foi determinado

ângulo, indiretamente, do local do experimento e do meio dia solar. O ângulo calculado

foi de 19,324º. Realizando uma regra de três entre os valores obtidos é possível determinar

a circunferência terrestre.

360º 19,324º

c 2.198 km

O valor calculado foi de 40.946 km que é bem próximo do valor considerado oficial

(40.075 km).

Esta trilha utiliza os programas com os recursos atualmente disponíveis para

computador. Espera-se que com a melhoria de hardware dos smartphones, os atuais

aplicativos tenham as mesmas funções e não seja mais necessário o uso do computador.

De qualquer forma, a trilha indica um caminho para o estudo da circunferência terrestre,

contrapondo os chamados terraplanistas2, mostrando um método interessante de se

determinado sua circunferência. Espera-se que a atividade possa desenvolver no aluno do

Ensino Médio o senso investigativo através da experimentação. Além do mais se faz

necessário o uso de novas tecnologias da informação e comunicação como instrumento

2 Grupo de pessoas que acreditam que a Terra seja plana

52

de aprendizagem, especificamente para o Curso de Formação de Professores, é importante

para o aprimoramento pedagógico dos futuros docentes. A Trilha proposta pode ser

articulada juntamente com os professores de Matemática e Geografia.

53

CAPÍTULO 4 - CONCLUSÃO

Diante do atual cenário educacional em que tradicionais formas de ensino

têm se perpetuado sem trazer novos avanços na aprendizagem dos alunos, é imperioso

que alternativas a essas práticas sejam desenvolvidas e aplicadas. Umas das alternativas

é a inserção de novas tecnologias neste processo, sobretudo as tecnologias móveis.

Algumas publicações sugerem que existem muitas vantagens em seu uso, outras

publicações sugerem que apenas um grupo de alunos é beneficiado, assim como a

aceitação dos docentes em inseri-las em suas aulas não é unânime. Um estudo feito por

alunos do Curso de Especialização em Ensino e Tecnologia da Universidade Tecnológica

Federal do Paraná – UTFPR [19], com professores da rede pública estadual e outros

alunos da 2ª Turma do Curso de Especialização em Ensino e Tecnologia da UTFPR,

mostra que 100% dos participantes concordam que os dispositivos móveis (celular, tablet,

netbook, smartphone) podem ser ferramentas eficazes na sala de aula para atingir o

aprendizado. Dentre outros questionamentos, um abordou os prós e contras sobre o uso

de tecnologias móveis e/ou outros recursos digitais em sala de aula. Os resultados estão

no quadro 4.1.

Prós Contra

Encantamento dos alunos/as;

Aprendizagem autônoma; Interação entre

professores/as e alunos/as.

Uso inadequado, acesso não seguro e falta

de cuidado por parte dos/as alunos/as.

Democratização e fruição de diversos

conteúdos pelos multimeios e

multimídias; Possibilidade de criação e

distribuição de materiais pedagógicos;

didáticas diferenciadas.

Resistência de docentes.

Maior celeridade em transmissão de

informação;

Limitação dos aparelhos; Falta de

estrutura para instalação: fiação; rede e

internet; wi-fi; Falta de manutenção.

Inovações tecnológicas e dos saberes;

Adequação ao contexto social e inclusão

digital.

Falta de planejamento; Falta de

capacitação de professores/as.

Quadro 4.1 – Principais pós e contras citados pelos participantes em [20].

54

Os pontos a favor da inserção dessas tecnologias estão em torno da melhoria da

prática pedagógica, maior possibilidade de interação de alunos e professore e adequação

à realidade dos alunos.

Um artigo publicado do The Atlantic Daily [21] traz um relato de uso e

comparações realizadas entre os estudantes com relação ao uso do smartphone. De acordo

com o texto, o acesso a esses dispositivos tem efeito mais positivo nos alunos que já tem

um desempenho acadêmico satisfatório e naqueles com rendimento abaixo da média, não

tem o mesmo efeito. Além do mais, a não utilização desses aparatos pode ser benéfico

para esses alunos, pois o aparelho serviu como instrumento de distração, tirando o foco

do que estava sendo realizado. Comparando o artigo com a aplicação da Trilha sobre

atrito cinético, se observa o efeito positivo também nos alunos considerados de baixo

rendimento. A maioria correspondeu de forma satisfatória ao questionário aplicado ao

fim da atividade demonstrando maior conhecimento adquirido com o uso do smartphone

como instrumento de coleta de dados.

As atividades realizadas ao longo do desenvolvimento deste trabalho mostram que

uma parcela dos alunos ainda não é atingida por tentativas de inovação na maneira de

ensinar. No ensino público muitos alunos demonstraram apatia mesmo quando foi

solicitado que o smartphone fizesse parte da rotina escolar. O interesse desses alunos está

em outras esferas de suas vidas em que a escola não faz parte. A perspectiva de que outros

professores também possam adotar o smartphone como instrumento de aprendizagem,

em suas respectivas áreas do conhecimento, deve favorecer o entendimento do seu uso

como ferramenta pedagógica. Na escola privada os alunos têm maior acesso ao uso do

aparelho como recurso de aprendizado. As próprias escolas possuem aplicativos para que

haja interação entre professores e alunos. Os docentes podem elaborar atividades e utilizar

o app para acompanhar o seu desenvolvimento, receber os resultados e compartilhar com

toda a comunidade escolar. Nessa escola, os alunos não tiveram as mesmas dificuldades

do que aqueles da escola pública. O uso do aplicativo durante o experimento sobre atrito

cinético, na escola privada, foi algo natural, como se a prática já fizesse parte de sua

rotina. É importante afirmar que esse fato apenas mostra que a inserção da tecnologia de

forma institucional favorece mais do que a inserção pontual de alguns professores, como

ocorre na escola pública. Porém devemos insistir na sua utilização em todas as situações

em que o seu uso provoque melhoria na qualidade do ensino e para que nossos alunos

tenham melhor aproveitamento.

55

O smartphone como parte dos instrumentos do laboratório de física, explorando

os sensores e aplicativos disponíveis, tende a melhor a qualidade do ensino dessa

disciplina. Na escola pública, sobretudo, em que não há equipamentos para as aulas

práticas e os alunos demonstram uma defasagem acadêmica muito maior que nas escolas

privadas, o ensino tradicional de Física que aborda mais a sua aplicação com o uso de

fórmulas e tratamento matemático mostra-se ineficiente. Inserindo atividades práticas que

explorem o lado criativo dos alunos e aproxime os conceitos físicos de sua realidade é um

caminho seguro que deve ser trilhado. A utilização das atividades propostas neste trabalho

é um exemplo do que pode ser feito. As interferências e sugestões são bem-vindas por

aqueles que se interessam em melhorar a qualidade do ensino em nosso país.

56

Referências Bibliográficas

1. MOREIRA, Marco Antonio. O que é afinal, aprendizagem significativa? Aula

Inaugural do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais, Instituto de

Física, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, MT, 2002. Aceito para publicação,

Qurriculum, La Laguna, Espanha, 2012. Disponível em:

http://www.if.ufrgs.br/~moreira/oqueeafinal.pdf .

2. CROUCH, Catherine H.; MAZUR, Eric. Peer Instruction: Ten years of experience and

results. American Association of Physics Teachers. 2001. Disponível em

http://web.mit.edu/jbelcher/www/TEALref/Crouch_Mazur.pdf Acessado em

10/04/2017.

3. Cisco IBSG, 2010; U.S. Census Bureau, 2010 – Disponível em http://www.science-

on-stage.eu/page/display/5/28/1290/istage-2-smartphones-in-science-teaching

.Acessado em 10/04/2017, às 21h30

4. EVANS, Dave. A Internet das Coisas: Como a próxima evolução da Internet está

mudando tudo. CISCO white paper, v. 1, n. 2011, p. 1-11, 2011.

5. BOCCHINI, Bruno. Pesquisa mostra que 58% da população brasileira usam a internet.

Agência Brasil. 13 de setembro de 2016. Disponível em

http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2016-09/pesquisa-mostra-

que-58-da-populacao-brasileira-usam-internet

6. CIPRIANO, Vinícius de Souza. Classificação de marcha humana via transformada

wavelet usando smartphones.TCC. POLI-UPE - 2014

7. LÉVY, Pierre. A Inteligência coletiva: por uma antropologia do ciberespaço. São

Paulo, SP: Loyola, 1998

8. KENSKI, V. M. Tecnologia e ensino presencial e a distância. Campinas, SP: Papirus,

2003.

9_______________ Aprendizagem Mediada pela Tecnologia. Revista Diálogo

Educacional, vol. 4, núm. 10, septiembre-diciembre, 2003, pp. 1-10 Pontifícia

Universidade Católica do Paraná

10. SASSAKI, Claudio. Revista Nova Escola On Line

http://web.mit.edu/jbelcher/www/TEALref/Crouch_Mazur.pdf

http://www.science-on-stage.eu/page/display/5/28/1290/istage-2-smartphones-in-science-teaching

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http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2016-09/pesquisa-mostra-que-58-da-populacao-brasileira-usam-internet

http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2016-09/pesquisa-mostra-que-58-da-populacao-brasileira-usam-internet

57

https://novaescola.org.br/conteudo/3376/blog-tecnologia-educacao-como-funciona-sala-

de-aula-invertida Acessado em 14/12/2017.

11. MORAN, José. Mudando a educação com metodologias ativas. Coleção Mídias

Contemporâneas. Convergências Midiáticas, Educação e Cidadania: aproximações

jovens, v. 2, p. 15-33, 2015.

12. BORGES, Antônio Tarciso. Novos rumos para o laboratório escolar de

ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 19, n. 3, p. 291-313, 2002.

13. TAMIR, P. Training teachers to teach effectively in the laboratory. Science Education,

v. 73, p.59-70, 1989

14. SILVA, André Alex de Jesus. Aplicativo para smartphones: ficha resumo sobre

magnetismo para os alunos do 3° ano do EJA. 2017.

15. PEREIRA, Márcio Donizete et al. Estudo da poluição sonora por estudantes do ensino

médio usando smartphone. Dissertação de mestrado. UFSCar, São Carlos SP, 2017.

16. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica.

Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio: bases legais. Brasília: MEC/SEMT,

1999

17. BRAGA, Antonio Geraldo Ramalho. Física Experimental em sala de aula mediante

uso do Smartphone –Dissertação de mestrado - UFRJ Macaé, RJ: 2017

18. VIEIRA, Leonardo Pereira Experimentos de Física com Tablets e Smartphones /

Leonardo Pereira Vieira. Dissertação de Mestrado. Rio de Janeiro: UFRJ/IF, 2013.

19. LIBARDI, Aline et al. O ruído em sala de aula e a percepção dos professores de uma

escola de ensino fundamental de Piracicaba. Distúrbios da Comunicação. ISSN 2176-

2724, v. 18, n. 2, 2006.

20. SANTOS, Tatiane Siqueira dos. Tecnologia e educação: o uso de dispositivos móveis

em sala de aula.Monografia.Londrina: UTFPR, 2016.

21. BARNWELL, Paul. Do Smartphones Have a Place in the Classroom? Disponível em

https://www.theatlantic.com/education/archive/2016/04/do-smartphones-have-a-place-

in-the-classroom/480231/ Acessado em 24/02/2018.

https://novaescola.org.br/conteudo/3376/blog-tecnologia-educacao-como-funciona-sala-de-aula-invertida

https://novaescola.org.br/conteudo/3376/blog-tecnologia-educacao-como-funciona-sala-de-aula-invertida

https://www.theatlantic.com/education/archive/2016/04/do-smartphones-have-a-place-in-the-classroom/480231/

https://www.theatlantic.com/education/archive/2016/04/do-smartphones-have-a-place-in-the-classroom/480231/

O smartphone como laboratório de Física

Atividades para a sala de aula com o uso do

smartphone.


LEANDRO CARLOS QUIMA

Antonio Candido de Camargo Guimarães Junior Claudio Ccappa

Material instrucional associado à

dissertação de mestrado de Leandro

Carlos Quima, apresentada ao

Programa de Pós-Graduação em

Ensino de Física da Universidade

Federal do Rio de Janeiro – Campus

Macaé.

MACAÉ - RJ

Maio de 2018

3

Apresentação

Caro leitor,

As atividades aqui descritas visam melhorar a qualidade do Ensino de Física nas

escolas públicas e privadas de nosso país. O foco do trabalho está no

desenvolvimento de atividades que demandem o uso didático do smartphone

como instrumento de coleta de dados. Ao todo foram desenvolvidas cinco trilhas

que utilizam alguns sensores do aparelho, como o microfone, o acelerômetro, o

barômetro, o magnetômetro e o GPS, associados a aplicativos que funcionam

junto aos sensores. A intenção é que professores possam utilizá-las em suas

aulas e, também, possam se inspirar e desenvolver suas próprias atividades.

O autor.

4

Trilhas de Aprendizagem

Prof. Leandro Carlos Quima

[email protected]

http://leandroquima.blogspot.com

Explorando o Espectro Sonoro

Os jovens são, em sua maioria, fascinados por música. Eles utilizam seus

dispositivos portáteis para escutarem músicas em todos os lugares. Vários deles

também tocam instrumentos musicais em diversos níveis. Por esta razão, a

música é uma excelente maneira de estudar os fenômenos ondulatórios

utilizando aplicativos para smartphones que captem o som e os converta em um

gráfico.

Pré-requisitos.

Conhecimentos básicos de ondulatória: velocidade de propagação de

uma onda mecânica, comprimento de onda e amplitude.

Introdução conceitual.

O som é produzido ao criarmos algum tipo de mecanismo que altere a

pressão do ar em nossa volta. Na verdade, para a produção do som, é mais

importante a velocidade com que a pressão varia do que o seu valor absoluto.

Por essa razão é que um balão cheio de ar não faz praticamente nenhum barulho

ao deixarmos o ar sair de dentro dele naturalmente. Por outro lado, se o balão

estourar (e o ar sair todo de uma vez), existe uma variação enorme da pressão

e um ruído alto é produzido. Podemos então dizer que o som é produzido ao

colocarmos uma quantidade (massa) de ar em movimento. É a variação da

pressão sobre a massa de ar que causa os diferentes sons, dentre eles os que

mailto:[email protected]

http://leandroquima.blogspot.com/

5

são combinados para criar a música. [1] O som possui algumas características

intrínsecas que chamamos de qualidades fisiológicas do som. São elas altura,

intensidade e timbre. A altura, se refere à frequência com que essas oscilações

ocorrem. Quanto maior o número de oscilações por unidade de tempo, ou, de

forma mais simples, quanto maior a frequência, mais alto (agudo) é o som. Em

contrapartida, o som será mais baixo (grave) quanto menor for sua frequência.

Interessante é o fato de que o ser humano apenas consegue perceber (e, por

consequência, distinguir) sons de frequências entre 20 Hz e 20000 Hz, por maior

que sejam suas respectivas intensidades. Sons de frequência abaixo do limite

inferior e acima do limite superior são, respectivamente, chamados infrassons e

ultrassons. [2] A intensidade I de uma onda sonora em uma superfície é a taxa

média por unidade de área com a qual a energia contida na onda atravessa a

superfície ou é absorvida pela superfície. Matematicamente é 𝐼 =𝑃

𝐴 , onde P é a

taxa de variação com o tempo da transferência de energia (potência) da onda

sonora e A é a área da superfície que intercepta o som.[3] A intensidade é

medida em watt/metro². O ouvido humano reage a intensidades que abrangem

uma faixa enorme desde 10-12 W/m² (o limiar da audição) até mais de 1 W/m²

(limiar da dor). Como estas faixas de valores são muito grandes, utilizam–se

escalas de potências de 10 para as intensidades, em que a intensidade

dificilmente audível de 10-12 W/m² é tomada como a intensidade de referência e

é chamada de 0 bel. Um som com intensidade dez vezes maior (10-11 W/m²) tem

intensidade de 1 bel ou 10 decibels. Um som de 2 bels ou 20 decibels (10-10

W/m²) é 100 vezes maior que o limiar da audição. [4] Dois sons de mesma

intensidade e altura ainda podem diferir por outra qualidade que chamamos de

timbre do som. Assim, nosso ouvido distingue claramente a diferença entre a

6

mesma nota lá emitida por um piano, violino, flauta ou pela voz humano, por

exemplo. O timbre representa uma espécie de “coloração” do som. [5]

A maior parte dos sons que escutamos são ruídos. O ruído corresponde

a uma vibração irregular do tímpano produzida por alguma vibração irregular em

sua vizinhança, uma confusão de comprimentos de ondas e amplitudes. A

música é a arte do som e tem características diferentes. O som musical tem

características próprias, possuído tons periódicos – ou notas musicais. [4] As

notas musicais correspondem a sons com certas frequências bem determinadas

obedecendo a convenções estabelecidas historicamente. A razão entre as notas

musicais de frequências f1 e f2 é chamado de intervalo. No caso f2 = 2f1 dizemos

que é um intervalo de oitava e os dois sons são percebidos como mesma nota

em alturas diferentes. A tabela abaixo dá os intervalos fn/f1 entre dó e as demais

notas na escala diatônica maior natural, entre cada duas notas consecutivas.

/

Por exemplo, a frequência da nota musical Dó (dó uníssono) é 132,00 Hz.

Aplicando os intervalos acima, podemos escrever a escala conhecida como Dó

Maior

Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó

F (Hz) 132,00 148,5 165 176 198 220 247,5 264

Os sons musicais são produzidos por dispositivos denominados

instrumentos musicais, que podem ser classificados como instrumentos de

corda, sopro ou percussão.

Nota Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó

fn/f1 1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2

7

Nos instrumentos de cordas, o som é produzido pela vibração de uma

corda, quando esta é friccionada ou percutida. Como as cordas são muito finas,

deslocam pequenas quantidades de ar que provoca um som emitido de baixa

intensidade. Então esta vibração é geralmente amplificada, acoplando as cordas

às chamadas caixas de ressonância. Exemplos deste tipo de instrumentos são

o violão, o violino, a viola, a guitarra ou o contrabaixo. A qualidade sonora destes

instrumentos depende da combinação entre as cordas utilizadas e a caixa de

ressonância que na maioria das vezes é feita em madeira. [6]

Uma dada corda pode oscilar de diversas formas, conforme a imagem

abaixo:

Em [a], dizemos que a corda está vibrando em seu 1º harmônico, e a

frequência de vibração correspondente é denominada frequência

fundamental f.

Em [b], a corda está vibrando em seu 2º harmônico, e sua frequência de

vibração é 2f.

Em [c], a corda vibra em seu 3º harmônico, e sua frequência é 3f.

Figura 1 - Harmônicos em uma corda

8

Observando a figura 1, vemos que em [a], quando a corda está vibrando

em sua frequência fundamental, seu comprimento L corresponde à metade do

comprimento de onda (λ/2) estabelecida na corda. Portanto λ = 2L. Sendo 𝑣

𝑓=

2𝐿, logo 𝑓 =𝑣

2𝐿 (1) A frequência do som emitido pela corda depende da

velocidade v de propagação da onda na corda e de seu comprimento L. O valor

de v pode ser obtido pela Fórmula Taylor: 𝑣 = √𝑇

𝜇 (2), onde T é a força com que

a corda é tracionada e µ é a massa por unidade de comprimento da corda,

denominada densidade linear da corda. Combinando as expressões (1) e (2),

podemos expressar a frequência do som emitido por pela corda em vibração da

seguinte maneira: 𝑓 =1

2𝐿√

𝑇

𝜇 . (3)

Atividade experimental 1

Investigando as frequências emitidas por um violão.

Aplicativo utilizado: Afinador CifraClub

Sensor: microfone

Grupos de 4 alunos.

Público-alvo: alunos da 3ª série do Ensino Médio.

Objetivos: relacionar as frequências das cordas do violão com a tensão,

densidade linear e comprimento da corda; compreender a importância do estudo

da Físicas nas Artes; apropriação de novas tecnologias no processo de ensino-

aprendizagem.

Conhecendo o instrumento: o violão é um dos instrumentos de corda mais

comuns no mundo. Pode ser encontrado em várias culturas e utilizados nos mais

diversos estilos musicais. Existe uma variedade de violões de acordo com o

9

material que são fabricadas as caixas e as cordas. A estrutura básica do violão

pode ser observada na imagem abaixo:

As cordas de um violão são contadas a partir da mais fina (mais aguda),

ou seja, de baixo para cima, e são equivalentes (na afinação mais comum) às

notas: mi, si, sol, ré, lá, mi, respectivamente. Nota-se a existência de duas cordas

“mi”, porém, a que se refere à primeira corda é mais aguda que a referente à

sexta corda. Já as casas, são contadas da esquerda para a direita, no sentido

da cabeça ao corpo do violão. Veja a ilustração na figura abaixo. [2]

Figura 2 - Partes componentes do violão.

Figura 3 Regiões de ressonância no corpo do violão.

10

Desenvolvimento da atividade.

O aplicativo CifraClub pode ser encontrado nas lojas Apple Store, para

sistema operacional iOs e na Play Store, para dispositivos com sistema

operacional Android. Este app faz o reconhecimento das notas musicais emitidas

pelas cordas do instrumento e mostra no display o seu valor. O aplicativo utiliza

os valores abaixo como afinação padrão para cordas soltas:

O instrumento a ser analisado estará desafinado, ou seja, as frequências

emitidas não estarão de acordo com os valores acima. Cada corda deverá ser

friccionada e a frequência mostrada no display deverá ser registrada, em uma

tabela, como a do modelo a seguir:

Em sequência os alunos deverão afinar o instrumento de acordo com a

afinação proposta. Para isso algumas questões serão propostas:

1. Quais as cordas que apresentam frequências maiores do que a afinação

padrão? E as que apresentam frequências menores?

2. Considerando fixo o comprimento da corda e a sua posição no violão,

como deverá ser o tracionamento das cordas em que as frequências são

Corda 6 5 4 3 2 1

Nota Mi Lá Ré Sol Si Mi

Frequência

(Hz)

82,407 110,000 146,832 195,998 246,942 329,628

Frequências do instrumento desafinado.

Corda 6 5 4 3 2 1

Frequência (Hz)

11

maiores do que a padrão? E com as que as frequências são menores?

Utilize a equação (3) para responder.

3. É possível que uma corda, por exemplo a 6, emita a nota musical de outra

corda, por exemplo a 5? Como isso poderia ser feito?

A afinação deve ser feita ajustando as tarraxas existentes no braço do

violão. As frequências das notas musicais do instrumento afinado devem ser

novamente registradas em uma tabela.

Frequências do instrumento afinado.

Corda 6 5 4 3 2 1

Frequência (Hz)

Com o instrumento afinado, é possível analisar como o comprimento

da corda influencia na nota musical. Os alunos deverão pressionar as cordas

contra o braço do violão, dessa forma irão diminuir o comprimento da mesma.

Pode ser utilizado uma fita métrica e encontrar o ponto médio onde será

pressionado. Assim o comprimento da corda será L/2. Antes das medições,

o aluno deverá responder à seguinte questão:

De acordo com a equação (3), mantendo fixa a força que traciona a

corda, como deverá ser os valores de frequência medidas com o

comprimento L/2 de cada corda?

As frequências de cada corda com esta configuração deverão ser

registradas em uma tabela.

12

Frequências do instrumento afinado com o comprimento da corda L/2

Corda 6 5 4 3 2 1

Frequênci

a (Hz)

Após as medições os alunos deverão informar quais seriam as

frequências medidas caso a corda tivesse comprimento L/3.

Após essa atividade é esperado que o aluno tenha compreendido: a

relação entre o comprimento da corda, a força de tração e a densidade linear

da corda na emissão das notas musicais do violão, a importância do estudo

da física nas artes e os efeitos positivos do uso de novas tecnologias no

processo de ensino aprendizagem.

13


Investigando os níveis de ruído em uma sala de aula do Ensino

Fundamental.

Aplicativo utilizado: Decibelímetro.

Sensor: microfone.

Grupos de 4 alunos.


Objetivos: através do aplicativo, medir a intensidade sonora em um

ambiente de sala de aula, com a intenção de analisar o nível de ruído em que

o professor está submetido.

Os professores estão entre os profissionais sujeitos às alterações de

saúde devido às condições de trabalho inadequadas, como ruído ambiental

(alunos, rua, ventiladores), acústica ruim e organização do trabalho (cargas

extensas). Essas condições podem ocasionar efeitos auditivos e extra

auditivos nesse profissional, resultando em estresse e cansaço, além de

possibilitar a ocorrência de problemas na comunicação, como a disfonia.[7]

De acordo com as normas da ABNT NBR 10152, os níveis de ruído em uma

sala de aula devem ser de 40 dB a 50 dB [8] para que haja o chamado

conforto acústico. É relevante a interferência no nível de ruído no aprendizado

dos alunos, porém esta atividade consiste na percepção deste ruído pelos

professores. Esta atividade deve ser encarada exclusivamente como didática

e, portanto, não se submete às normas técnicas definida pela ABNT NBR

10151 de junho de 2000.

Os alunos do Curso de Formação de Professores do Instituto de

Educação de Nova Friburgo têm por prática obrigatória a realização de

14

estágio em instituições de ensino de educação infantil e primeira etapa do

ensino fundamental. A análise realizada deverá ser realizada nas escolas em

que os alunos estejam estagiando.


Os alunos deverão fazer medições em dois momentos dentro da sala

de aula: sem a presença de alunos e professores e posteriormente em uma

aula da rotina normal da turma. Estamos interessados na intensidade média

do ruído, portanto utilizaremos a leitura “Minuto Médio db” do aplicativo.

Com a sala de aula vazia poderá ser realizada três medidas, com

intervalo de 2 minutos entre elas.

Sala de aula vazia

Medida 1 (dB) Medida 2 (dB) Medida 3 (dB)

Em um momento posterior, com a rotina normal da turma, o aparelho

deve ser posicionado numa distância de aproximadamente 1 metro do

professor. Considero essa distância apropriada em função dos sucessivos

deslocamentos em que o professor se submete durante as aulas. As leituras

podem ocorrer em intervalos de 5 minutos, o aparelho permanecerá ligado e

as leituras novamente serão do tipo “Minuto médio dB”.

Sala de aula em rotina normal

Medida 1 (dB) Medida 2 (dB) Medida 3 (dB)

15

Os níveis de ruído devem ser comparados ao estipulado por Russo [9]

em que classifica as salas de aulas com os valores médios de intensidade de

ruído entre 40 dB (tranquilo), 60 dB (moderado) e 80 dB (barulhento), porém

de acordo com a NBR 1052 não deva ultrapassar 50 dB.

Com base nos dados coletados, pesquise a respeito dos malefícios

que podem ser ocasionados pela exposição prolongada a níveis sonoros

medidos.

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Espera-se que o aluno pesquise e relate com informações referentes

ao desenvolvimento de disfonia, diretamente ligado à voz, e ao

desenvolvimento de doenças como gastrite, hipertensão e insônia.

16

REFERÊNCIAS.

1 . WUENSCHE, CA. "A Física da Música INPE." MCT–Divisão de Astrofísica,

São José dos Campos (2004).

2. COUTO, AL de Macedo. “A Física do Violão”. Universidade Católica de

Brasília, Brasília (2006)

3. WALKER, Halliday Resnick. "Fundamentos de física vol. 2 – 8ª edição" São

Paulo: LTC (2011).

4. HEWITT, Paul G. "FÍSICA Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre (2011).

5. NUSSENZVEIG, H. Moysés. "Curso de Física Básica, vol. 2." Editora Edgard

Blucher Ltda., São Paulo (1998).

6. http://www.explicatorium.com/cfq-8/tipos-instrumentos-musicais.html

Acessado em 24/05/17

7. LIBARDI, Aline et al. O ruído em sala de aula e a percepção dos professores

de uma escola de ensino fundamental de Piracicaba. Distúrbios da

Comunicação. ISSN 2176-2724, v. 18, n. 2, 2006.

8. ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10152: Níveis de

ruído para conforto acústico. Rio de Janeiro, 2000.

9. Russo ICP. Acústica e psicoacústica aplicadas à fonoaudiologia. 2.ed. São

Paulo: Lovise; 1999. O papel da acústica das salas de aula na inteligibilidade da

fala; p.213-21

Essa Trilha de Aprendizagem é um produto educacional do Mestrado Nacional Profissional em

Ensino de Física da CAPES-SBF, desenvolvido no Polo UFRJ-Macaé sob a supervisão do Prof.

Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C., Ccappa C. Trilhas de

Aprendizagem: Explorando o Espectro Sonoro, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.

http://www.explicatorium.com/cfq-8/tipos-instrumentos-musicais.html%20Acessado%20em%2024/05/17%20às%2015h49min7

17



[email protected]


Pressão Atmosférica

A humanidade sempre precisou prever as condições de tempo e clima

para saber as melhores épocas de plantio. Com o passar do tempo e com o

avanço do desenvolvimento tecnológico, as imagens de satélite associadas às

medidas realizadas na superfície, facilitaram o estudo da meteorologia.

Pré-requisitos.

Conhecimento conceitual de pressão.


Quando um objeto está apoiado perpendicularmente em uma superfície,

este exerce uma força sobre ela. Numericamente esta força é igual, em

intensidade, ao seu peso. Denominamos a grandeza física pressão a razão entre

a força exercida perpendicularmente sobre a superfície e a área em que a força

é aplicada.

𝑝 =𝐹

𝐴

Para ilustrar a diferença entre pressão e força, considere os dois blocos

na imagem abaixo de mesmo peso e mesmo volume, porém com diferentes

faces apoiada sobre a superfície.



18

De acordo com a equação acima, podemos afirmar que o bloco 2 exerce

maior pressão sobre a superfície do que o bloco 1, devido à sua área de contato

ser menor.

A unidade de medida para pressão no Sistema Internacional é newton por

metro quadrado (N/m²) que recebe o nome de pascal (Pa), em homenagem a

Blaise Pascal. Outras unidades de medida também são usadas, entre elas o bar,

atmosfera (atm), torricelli (torr), libraforça por polegada quadrada (psi). Na tabela

a seguir segue alguns valores para conversão.

Tabela 1 - conversão de unidades para pressão.

Pressão atmosférica.

A espessura de nossa atmosfera é determinada por dois fatores que

competem entre si: a energia cinética de suas moléculas, que tende a espalhá-

las; e a gravidade, que tende a mantê-las junto à Terra. [2] As moléculas dos

gases presentes na atmosfera tendem a se acumular mais próximo à superfície,

isso nos dá que mais de 50 % de toda a atmosfera está abaixo de 5,6 km de

altitude, desta forma o ar está mais comprimido que em altitudes maiores, de

acordo com a figura 2.

Unidade Símbolo Equivalência

pascal Pa = 1 N.m−2 = 1 kg.m−1.s−2

atmosfera atm = 101325 Pa = 101325

N.m−2

bar bar = 105 Pa

torricelli Torr = (101325/760) Pa ~

133,323 Pa

milímetro de mercúrio (convencional)

mmHg = 1,000000142 torr

libra por polegada quadrada psi ~ 6,894 757 x 10³ Pa

milímetro de água mmH2O ~ 9,859 503 Pa

https://pt.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidade)

https://pt.wikipedia.org/wiki/Atmosfera_(unidade)

https://pt.wikipedia.org/wiki/Bar_(press%C3%A3o)

https://pt.wikipedia.org/wiki/Torricelli

https://pt.wikipedia.org/wiki/Mil%C3%ADmetro_de_merc%C3%BArio

https://pt.wikipedia.org/wiki/Mil%C3%ADmetro_de_merc%C3%BArio

https://pt.wikipedia.org/wiki/PSI_(unidade)

https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Mil%C3%ADmetro_de_%C3%A1gua&action=edit&redlink=1

19

A pressão atmosférica é a força que o próprio peso do ar exerce sobre

cada ponto da superfície terrestre. Ao nível do mar, ou seja, com altitude 0, temos

o maior valor de pressão atmosférica: 1,013 x105 Pa. O instrumento utilizado

para medí-la chama-se barômetro. O primeiro instrumento utilizado foi o

conhecido barômetro de Torricelli, criado pelo matemático e físico italiano

Evangelista Torricelli, no ano de 1643. O dispositivo consiste em um tubo de

vidro preenchido parcialmente com uma coluna de mercúrio com

aproximadamente 76 cm de altura, a qual é imersa em um prato com mercúrio.

Quando Torricelli virou o tubo no prato com mercúrio, o nível de mercúrio no tubo

baixou para um nível em que o peso do mercúrio era equilibrado pela força

atmosférica exercida sobre o reservatório. A mesma força que o peso de 76 cm

de mercúrio exerce sobre o prato é a mesma força que a atmosfera também

exerce sobre o prato. Desta forma a pressão da coluna de mercúrio é igual à

pressão atmosférica, ou seja, a pressão atmosférica equivale à pressão exercida

por uma coluna de 76 cm de mercúrio ao nível do mar. Assim temos que 1 atm

= 76 cmHg.

O uso do barômetro se tornou imprescindível nas previsões

meteorológicas. Quando há uma diminuição da pressão atmosférica, em torno

de 5 milibares ou 5 hPa, é provável que chuva esteja se formando, pois, o ar

Figura 2. Percentual atmosférico

20

mais quente se eleva na atmosfera, por convecção, gerando um sistema de

baixa pressão. Quando há um aumento na pressão atmosférica, a chance de

chuva diminui. [2]


Estudando a previsão do tempo

Aplicativo utilizado: Barômetro Plus.

Sensor: barômetro.

Grupos de 4 alunos.


Objetivos: relacionar os valores de pressão atmosférica com a previsão

do tempo.

Desenvolvimento.

Os alunos deverão utilizar o aplicativo Barômetro Plus para coletar os

dados referentes à pressão atmosférica em intervalos de 20 minutos e registrar

em uma tabela.

Horário Pressão (hPa)

Variação positiva da pressão atmosférica pode indicar tempo firme e sem

chuva. Variação negativa pode indicar chuvas se aproximando.

21


Construção de um barômetro didático.

Grupos de 4 alunos.


Objetivo: instrumentalizar os alunos com um experimento didático

simples que possa ser reproduzido com alunos do Ensino Fundamental.

Para a confecção do nosso barômetro didático, vamos utilizar um

artigo no site Wikihow. Esta página web disponibiliza diversos manuais

gratuitos e livres que podem ser utilizados por qualquer pessoa ou

organização. O wikiHow licencia todo seu conteúdo sob uma Licença do

Creative Commons.[3]

Materiais Necessários

Uma bexiga

Um pote ou jarro (de boca larga)

Um canudo

Uma tira elástica

Fita adesiva

Pedaço de papel

Tesoura e lápis

1. Reúna todos os materiais necessários. Você vai precisar de uma tesoura,

fita adesiva, uma bexiga, um pote (ou jarro) de vidro, um elástico e um

canudo.

22

2. Sopre a bexiga até quase enchê-la, com cuidado, e deixe o ar sair aos

poucos (isso vai fazer com que a superfície da bexiga fique mais

esticada).

3. Corte a bexiga ao meio e descarte a parte do pescoço (você vai precisar

apenas da "touca" do topo da bexiga).

23

4. Pegue a parte da bexiga que você separou e estique-a sobre o

pote. Deixe-a bem esticada e use um elástico ao redor da boca do pote

parar prendê-la. Observe se está tudo bem preso, procurando por

espaços frouxos entre a bexiga e o pote por onde o ar possa entrar (o

ideal é impedir qualquer passagem de ar para o interior do pote).

5. Prenda o canudo com fita adesiva na tampa feita com a bexiga. A ponta

do canudo deve ficar a uma distância de cerca de um quarto do diâmetro

da borda do pote (considere o diâmetro da circunferência do topo do pote).

Ponha o pedaço de fita adesiva a aproximadamente dois centímetros da

ponta do canudo. O canudo deve funcionar como a agulha do seu

barômetro. Se ele for muito longo, use a tesoura para cortar um pouco:

24

cuidado para não o encurtar demais, pois a maior parte do canudo deve

ficar para fora do pote.

6. Use a fita adesiva para fixar um pedaço de papel numa parede; em

seguida, ponha o pote que você preparou na frente desse papel.

7. Use um lápis para fazer marcações no papel. Faça a primeira na altura

onde o canudo está naquele momento e depois mais duas, uma acima e

outra abaixo da primeira marcação (que vão representar as variações de

pressão). Deixe espaço no papel para fazer novas marcações, se assim

for necessário.

25

8. Observe regularmente seu barômetro e comece a descrever o clima

segundo o movimento do canudo. Acrescente uma descrição próximo a

cada marcação, indicando como está o clima quando o canudo estiver

naquela posição (por exemplo, você pode escrever "ensolarado",

"ventoso" ou "nublado").

Acompanhe o clima por alguns dias e verifique se suas marcações

estão corretas. Cheque seu barômetro e observe como está o

tempo: você é capaz de dizer, usando apenas seu barômetro

caseiro, se o clima está prestes a mudar? As marcações foram

feitas muito próximas ou muito distantes umas das outras? As

descrições indicam corretamente o clima do momento?

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Dicas

O canudo deve funcionar como uma agulha: em dias de pressão do ar

alta, o clima estará mais quente e ensolarado, portanto o canudo deverá

se mover para cima; já em dias de pressão do ar baixa, o clima deve estar

nublado e chuvoso, logo o canudo se moverá para baixo.

Use as previsões do tempo para checar se os seus resultados estão

certos: caso contrário, faça os ajustes necessários e continue tentando

até que seu barômetro descreva o tempo corretamente.

Cheque a temperatura ao fazer suas leituras: tente fazê-las a uma mesma

temperatura para conseguir resultados mais consistentes. A temperatura

tem uma forte influência sobre o movimento da "agulha" do seu

barômetro: quando o ar é aquecido ele expande; já quando esfria, ele

contrai.

Ao selar o pote com a bexiga, você prendeu dentro dele uma cerca

quantidade de ar a uma determinada pressão: dessa maneira, a bexiga

será capaz de indicar as mudanças de pressão atmosférica, ou seja, a

pressão do ar a sua volta. Uma pressão do ar maior que a do interior do

pote vai empurrar a superfície da bexiga para dentro dele, movendo assim

o canudo para cima. Já quando a pressão do ar está baixa, o ar do interior

do pote se expande, inchando a superfície do balão e movendo o canudo

pra baixo. O canudo serve simplesmente para facilitar a percepção da

variação da superfície da bexiga.

Por se tratar de um objeto delicado, coloque seu barômetro em um lugar

onde não haja passagem de pessoas.

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Você vai perceber que o canudo se move pouco tempo antes de ocorrer

uma mudança no clima da sua região: isso acontece porque as mudanças

no clima vêm geralmente acompanhadas de mudanças na pressão

atmosférica, que é aquilo que seu barômetro estará medindo.

Para que o seu barômetro seja o mais preciso possível, tente fazer leituras

por um longo período de tempo, principalmente se você está tendo muitos

dias seguidos apenas de sol (ou de chuva). Para começar esse projeto,

considere as estações da sua região e tente escolher um mês do ano em

que ocorram muitas variações de clima em um pequeno período de

tempo.

Avisos

Certifique-se que não existam brechas na parte presa do balão, nem

pequenos furos na superfície do balão: isso afeta diretamente o resultado

desse experimento.

Mantenha seu barômetro longe de luz do sol direta: o calor pode

desgastá-lo e estragar seu experimento.

Como a bexiga representa um perigo de sufocamento, crianças pequenas

não devem usar esse barômetro sem supervisão de adultos. Quando não

estiver em uso, guarde-o longe do alcance de crianças.

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REFERÊNCIAS.

1. HEWITT, Paul G. "FÍSICA Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre (2011).

2. Climatempo – Alta pressão x baixa pressão -

https://www.climatempo.com.br/noticia/2016/12/23/alta-pressao-x-baixa-

pressao-5386 - Acessado em 21/07/2017

3. http://pt.wikihow.com Acessado em 25/07/2017



Antonio C. C. Guimarães. Para citar: Quima, L.C., Guimarães, A.C.C. , Ccappa C. Trilhas de

Aprendizagem: Pressão Atmosférica, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.

https://www.climatempo.com.br/noticia/2016/12/23/alta-pressao-x-baixa-pressao-5386

https://www.climatempo.com.br/noticia/2016/12/23/alta-pressao-x-baixa-pressao-5386

http://pt.wikihow.com/

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Atrito cinético

No estudo da Mecânica um dos pontos mais importantes é a compreensão

das forças de atrito e como esta interação pode nos ser útil e quando precisamos

minimizá-la. Nem sempre o aluno do ensino médio tem a compreensão

necessária. O uso do smartphone pode colaborar numa experiência prática da

determinação do coeficiente de atrito dinâmico.

Pré-requisitos.

Conhecimento básico de força normal, força peso e o princípio

fundamental da dinâmica (F = m.a)


Considere um objeto apoiado sobre uma mesa (fig. 1A). Pela aplicação

de uma força F ele atinge, após certo tempo, uma velocidade V (fig. 1B). Quando

termina a força, a velocidade diminui até o objeto parar (fig. 1C). Interpretamos

esse fato considerando uma força de resistência oposta ao movimento relativo

dos corpos, chamada de força de atrito cinético (fig. 1D).



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Figura 4 - Força de atrito dinâmico

A força de atrito se deve às rugosidades das superfícies em contato e às

forças de adesão entre as moléculas das duas superfícies. As rugosidades se

interpenetram e as forças de adesão entre os pontos de contato formam

“microssoldas”, dificultando o movimento de um corpo em relação ao outro.

Quando há movimento, a experiência mostra que a intensidade da força

de atrito é proporcional à intensidade da força normal FN:

𝐹𝑎𝑡𝑐 = 𝜇𝑐 ⋅ 𝐹𝑛

Nessa equação, µ é uma constante de proporcionalidade chamada de

coeficiente de atrito cinético e que não possui unidade de medida, pois é a

relação entre duas intensidades de força.

Atividade experimental.

Determinação do coeficiente de atrito cinético.

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Aplicativo utilizado: Sparkvue

Sensor: acelerômetro.

Grupos de 4 alunos.


Objetivos: medir o coeficiente de atrito cinético entre um bloco de madeira

e algumas superfícies.

Desenvolvimento.

Procedimento

1. Limpe o bloco de madeira e a plataforma com uma toalha de

papel. Evite colocar as mãos sobre a plataforma e a superfície do bloco de

madeira que ficará em contato com a plataforma.

2. Meça a massa do bloco usado e do smartphone utilizado.

3 – Abra o aplicativo Sparkvue e na tela principal selecione “Sensor de

Aceleração Integrado”, em seguida escolha “Aceleração, Y”. Configure

“Períódico” para 10 Hz, ou seja, o acelerômetro registrará 10 medições por

segundo. A tecla Início deverá ser pressionada somente quando for executar

o experimento.

3. Monte o experimento, conforme a figura 2 deixando a parte rugosa

(Face 1) do bloco em contato com o plano horizontal.

4. Com o bloco em repouso sobre a mesa e com o smartphone preso

à sua superfície, aplique uma força paralela até a marca feita na mesa.

32

5. Anote o valor da aceleração medida após o instante em que o bloco

deixou o contato com a força.

6. Meça a distância percorrida.

7. Como calcular o coeficiente de atrito? A partir do instante em que o

bloco perde contato com as mãos de quem aplica a força, a resultante das

forças é a força de atrito. Considerando também que o bloco esteja na

apoiado sobre uma superfície plana, a força normal igual a força peso,

portanto Fn = P = m.g. Igualando F = Fatc, logo m.a = 𝜇𝑐 .m.g. Dividindo a

expressão por m e realizando uma manipulação algébrico, chegamos à

expressão abaixo para o cálculo do coeficiente de atrito cinético.

𝜇𝑐 =𝑎

𝑔

7. Calcule o trabalho da força de atrito. O trabalho realizado por esta

força é o produto da força de atrito pelo deslocamento.

8. Estime a velocidade atingida pelo conjunto no momento em que

abandona a mão que exerce força. Utilize o teorema trabalho energia

cinética.




Aprendizagem: Atrito cinético, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.

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Campo magnético de um eletroímã

Todas as pessoas, especialmente, as crianças são fascinadas pelos ímãs.

A curiosidade acerca do funcionamento deste objeto tão comum pode ser um

gatilho importante para chamar a atenção de alunos na faixa etária de 08 a 10

anos para as ciências Físicas.


O termo magnetismo provém o nome Magnésia, um distrito costeiro da

antiga Tessália, na Grécia, onde pedras incomuns eram encontradas pelos

gregos há mais de 2.000 anos. Tais pedras, chamadas de ímãs naturais,

possuem a propriedade de atrair pedaços de ferro. Os ímãs foram primeiro

empregados em bússolas e usados para a navegação pelos chineses no século

XII. No século XVI, William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, confeccionou

ímãs artificiais esfregando pedaços de ferro comum em pedações de magnetita

(metal formado pelos óxidos de ferro II e III). Os ímãs são capazes de atrair

objetos metálicos como ferro e alumínio. Cada ímã possui, pelo menos, um polo

norte magnético e um polo sul magnético, para facilitar a escrita, serão

chamados apenas de polos norte e sul. Quando o polo norte de um ímã é

aproximado ao polo norte de outro ímã, eles se repelem. O mesmo é verdadeiro



34

para um polo sul próximo a outro polo de mesmo tipo. Mas se dois polos

magnéticos opostos forem colocados próximos, aparecerá uma força atrativa

entre eles. Assim podemos afirmar que: polo iguais se repelem; polos iguais se

atraem. Portanto a força magnética é ora atrativa, ora repulsiva. A Terra se

comporta como um grande ímã, com seus respectivos polos. Junto ao polo

geográfico norte tem-se o polo magnético sul do planeta, e junto ao polo

geográfico sul o norte magnético.

Os ímãs podem ser permanentes ou temporários. Um ímã permanente é

feito de aço magnetizado (ferro com alto teor de carbono), a fim de manter

permanentemente seu poder magnético. O uso mais comum de magneto

permanente para armazenar notas e decorar a porta da geladeira. Eles são

usados como ganchos, em alto-falantes de áudio, fazer joias, bússola, entre

outras aplicações práticas. Um material não magnetizado pode se magnetizar ao

ser exposto a um campo magnético externo. Quando o campo externo cessa o

ímã deixa de possuir seu campo magnético. Esses ímãs são feitos com matérias

paramagnéticas (normalmente ferro com baixo teor de carbono). Os ímãs geram

em torno si um campo magnético.

Imagine o seguinte: se várias agulhas magnéticas forem distribuídas em

diferentes pontos do espaço em torno de um ímã, cada uma delas se orientará

Figura 5 - magnetismo terrestre

35

ao longo de uma direção bem determinada, em virtude da ação das forças

magnéticas que o ímã exerce sobre a agulha. Como o ímã tem a propriedade de

orientar as agulhas, dizemos que ele cria um campo magnético no espaço em

torno dele. Concluímos que um ímã cria no espaço em torno dele um campo

magnético, que pode ser comprovado pelo fato de uma agulha magnética se

orientar em qualquer ponto desse espaço. O campo decresce sua magnitude

enquanto a distância do ímã aumenta. A figura abaixo mostra as linhas de

indução de um campo magnético. Quanto mais próximas forem as linhas, maior

a intensidade do campo.

Quando cargas elétricas fluem em um fio condutor, no entorno desse fio

é gerado um campo magnético. Se pegarmos uma quantidade razoável desse

fio e o enrolarmos entorno de um material feito de ferro, um prego, por exemplo,

e ligarmos o fio em uma fonte de energia elétrica, então faremos com que o prego

fique magnetizado temporariamente, desta forma construiremos um eletroímã.

Esta é uma demonstração simples que pode ser realizada a qualquer momento.

Eletroímãs industriais têm grandes utilidades, como por exemplo, erguer

automóveis em um ferro velho. Na medicina os eletroímãs são utilizados em

diagnósticos por imagem através da Ressonância Magnética Nuclear. Para

Figura 6 - linhas de indução de um campo magnético.

36

aumentar ou diminuir a intensidade do campo magnético gerado por um

eletroímã, basta aumentar o número de vezes que o fio é enrolado em torno do

pedaço de ferro (chamamos de espiras as voltas que o fio dá em torno do

material) ou aumentar a intensidade da corrente elétrica.

O campo magnético (B) pode ser calculado multiplicando o número de

espiras (n) pela intensidade da corrente elétrica (i) e por um fator chamado

permeabilidade magnética (𝜇0). Portanto:

𝐵 = 𝜇0. 𝑛. 𝑖

A unidade de medida do campo magnético no Sistema Internacional de

Unidades é o tesla (T) em homenagem ao físico sérvio Nikola Tesla (1856-1943).

Figura 7 - eletroímã caseiro

37

Atividade experimental

Investigando o campo magnético gerado por um eletroímã caseiro.

Aplicativo utilizado: magnetometer.

Sensor: magnetômetro

Grupos de 3 alunos.

Público-alvo: professores e alunos do primeiro segmento do Ensino

Fundamental.

Objetivos: instrumentalizar o professor das séries iniciais com

experiência didática simples e fornecer conhecimento conceitual a respeito do

magnetismo.

Instigar nos alunos o interesse pelas ciências físicas através do

experimento.

Apresentar ao professor o smartphone como instrumento didático-

científico.

Materiais utilizados

1 prego grande

1 metro de fio revestido fino

1 pilha de 1,5 V tamanho D

1 bateria de 9 V.

Pequenos objetos metálicos

Smartphone com o sensor de campo magnético e o aplicativo

Magnetometer instalado.

Atividade com os alunos.

Com os materiais solicitados, enrolar o fio entorno do prego com o maior

número de voltas possível. Em seguida conectar as pontas do fio à pilha e

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aproximar dos objetos metálicos. Espera-se que os objetos sejam atraídos. Em

seguida, pedir para que os alunos desfaçam as espiras pela metade e

reaproxime o eletroímã dos objetos metálicos. Realizar o mesmo experimento

com a bateria de 9 V.

Questioná-los a respeito:

Quando o número de voltas diminuiu, o eletroímã continuou atraindo a

mesma quantidade de objetos metálico?

Foi necessário aproximar o eletroímã dos objetos para que fossem

atraídos. Quando foi colocada uma pilha “mais forte”, poderíamos atrair

os objetos com de uma distância maior?

Atividade com o professor.

Construir o eletroímã seguindo os passos descritos anteriormente.

Com o aplicativo Magnetometer, medir o campo gerado pelo eletroímã,

aproximado o dispositivo do smartphone.

Para realizar o experimento com o professor, podemos colocar o

eletroímã à distância de 25 cm do smartphone e registrar o valor do campo

magnético. Em seguida, aproximar o smartphone para a distância de 10 cm

e registrar novamente o valor medido. O aplicativo nos mostra as

componentes X, Y e Z, porém registraremos os valores absolutos do campo.

Comparar qualitativamente os valores dos campos gerados com a

distância do eletroímã ao smartphone.

REFERÊNCIAS.

1 . HEWITT, Paul G. "Física Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre: Bookman,

2011

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2.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Earth%27s_magnetic_fie

ld%2C_schematic.svg6.

3. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz – Curso de Física vol.3 - São Paulo:

Scipione, 2012




Aprendizagem: Campo magnético de um eletroímã, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.

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Circunferência terrestre

Eratóstenes e a circunferência terrestre.


Atualmente as pessoas conhecem, através de diversas

ferramentas, o diâmetro terrestre, lunar e até mesmo o solar. Porém no século

III a.c. um dos funcionários de uma biblioteca localizada em Alexandria, antigo

Egito, conseguiu a circunferência da Terra através de um método muito simples.

Primeiramente convidamos você a responder às questões abaixo,

compondo um texto com até 25 linhas, pesquisando em páginas web.

Recomendo o documento que está em

http://www.mat.ibilce.unesp.br/ciencia/docs/Mini-Curso-Eratostenes,-Um-

Genio-do-Tamanho-da-Terra.pdf

Quem foi Eratóstenes?

Como Eratóstenes raciocinou para calcular o tamanho da Terra?

Como Eratóstenes conseguiu calcular a circunferência terrestre?

O que é equinócio?

O que são latitude, longitude e meridiano?

O que é solstício?

O que é meio-dia solar?

Como se calcula o valor da tangente de um ângulo?



http://www.mat.ibilce.unesp.br/ciencia/docs/Mini-Curso-Eratostenes,-Um-Genio-do-Tamanho-da-Terra.pdf

http://www.mat.ibilce.unesp.br/ciencia/docs/Mini-Curso-Eratostenes,-Um-Genio-do-Tamanho-da-Terra.pdf

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Atividade experimental.

Objetivo: Determinar a circunferência terrestre.

Grupos de 4 alunos.

Sensor utilizado: GPS

Aplicativos utilizados: Google Earth no smartphone; Stellarium e Google

Earth Pro no computador.

Materiais utilizados: cartolina, vareta de tamanho conhecido com suporte

e trena.


Tendo conhecimento sobre os conceitos envolvidos nas questões

preliminares, devemos escolher um local plano e horizontal, às 12 horas (13

horas no horário de verão) em que o dia esteja ensolarado, pois precisaremos

de sombra.

A cartolina deve ser colocada sobre o plano e a haste posicionada

perpendicularmente sobre ela, conforme o esquema.

Às 12h a haste (H) provocará sombra sobre a cartolina e com uma régua,

o comprimento da sombra (h) deve ser registrado na cartolina.

Fig. 1 – Haste perpendicular ao plano.

43

Figura 2 – Ilustração da sombra projetada pela haste.

Utilizando o Google Earth no smartphone, determine as coordenadas

geográficas do local de onde está sendo realizado as medidas. Para isso, basta

executar o aplicativo no local do experimento.

Figura 3 – Tela do Google Earth

44

A localização geográfica é dada no canto inferior direito da tela do

aplicativo.

Figura 4 – Localização geográfica no Google Earth

O primeiro valor que aparece é o da latitude e o “S” ao final indica que a

localização é abaixo da Linha do Equador; o segundo valor que aparece é o da

longitude e o “W” ao final indica que a localização é a oeste do meridiano de

Greenwich.

Registre os dados na tabela a seguir.

Dados coletados no local do experimento

Medida da

haste, H, (cm)

Medida da

sombra, h, (cm)

Latitude Longitude

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Para determinar o comprimento da circunferência terrestre, Eratóstenes

precisou conhecer o ângulo que existe no globo entre a cidade de Alexandria e

Siena, assim como a distância entre as duas cidades.

Figura 5 – Representação do experimento de Eratóstenes

Pela ilustração, vemos que o ângulo B, entre as duas cidades, é

exatamente igual ao ângulo A, que podemos determinar utilizando as relações

entre o comprimento da haste e da sombra medidas em nosso experimento,

utilizando o valor do arco tangente, através da expressão 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (ℎ

𝐻). Uma

vez determinado o ângulo, precisamos conhecer a distância entre o local em que

realizamos o experimento e aquele em que ocorre o meio-dia solar (local em que

o Sol se encontra no zênite e uma haste colocada perpendicularmente à

superfície não provoca sombra) no mesmo meridiano do local do experimento.

Primeiramente precisamos conhecer as coordenadas do local em que ocorre o

meio-dia solar, vamos utilizar o software Stellarium no computador. Abra o

programa e configure de acordo com as instruções: coloque o horário para 12

46

horas (13h caso seja horário de verão); tecle A para retirar “Atmosfera”; tecle Z

para inserir grade azimutal; tecle F6 para abrir a janela de localização.

Figura 6 – Janela de localização do Stellarium

Na janela de localização mantenha a longitude fixa e ajuste a latitude de

forma com que o Sol fique exatamente no centro da grade azimutal.

Figura 7 – Sol no centro da grade azimutal.

47

No canto inferior esquerdo tem a localização do meio-dia solar. Como se

trata de uma atividade pedagógica, existem pequenas variações que não

invalidam a atividade.

Registre a localização do meio dia solar: _____________________________

Agora no programa Google Earth Pro, vamos encontrar a distância do

local onde foi realizado o experimento e o do meio-dia solar.

Abra o programa e configure de acordo com as instruções

Inserir no campo “Pesquisar” as coordenadas do local do experimento,

latitude e longitude; clicar no ícone para adicionar marcador na localização

do experimento, nomear para experimento; inserir no campo “Pesquisar” as

coordenadas do local do meio-dia solar, latitude e longitude; clicar no ícone

para adicionar marcador na localização do meio-dia solar, nomear para meio-dia

solar; clicar no ícone (régua) para medir no mapa a distância em linha reta

entre os dois marcadores adicionados.

Distância entre os marcadores:____________________________________

Figura 8 – Google Earth Pro

48

Finalmente para encontrar a medida da circunferência terrestre C, através

de uma regra de três simples, utilizaremos a relação: 𝐶 = 𝑑 ∙360°

𝜃 , onde d é a

distância entre o local do experimento e o meio-dia solar, θ é o ângulo entre os

dois locais.

Agora compare o valor obtido por Eratóstenes e oficialmente em livros

e/ou páginas web.

REFERÊNCIAS.

1 . HEWITT, Paul G. "Física Conceitual. 11ª edição." Porto Alegre: Bookman,

2011

2.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Earth%27s_magnetic_fie

ld%2C_schematic.svg6.

3. MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz – Curso de Física vol.3 - São Paulo:

Scipione, 2012




Aprendizagem: Circunferência terrestre, MNPEF, CAPES-SBF, 2018.

o smartphone como laboratÓrio de fÍsica … · a incorporação constante de novas tecnologias é...

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