CLÉO BUJES

UMA PROPOSTA TEÓRICO-EXPERIMENTALPARA O ENSINO DE FÍSICA

CANOAS, 2007

1

CLÉO BUJES

UMA PROPOSTA TEÓRICO-EXPERIMENTALPARA O ENSINO DE FÍSICA

Trabalho de conclusão de curso apresentado aocurso de Licenciatura Plena em Física - CentroUniversitário La Salle, como exigência parcial paraa obtenção do título de Licenciado em Física, soborientação do Prof. Anderson Beatrici.

Canoas, 2007

2

TERMO DE APROVAÇÃO

CLÉO BUJES

UMA PROPOSTA TEÓRICO-EXPERIMENTAL PARA O ENSINO DE FÍSICA

Trabalho de conclusão de curso aprovado como requisito parcial para obtenção do título deLicenciado em Física do UNILASALLE – Centro Universitário La Salle, pela seguinte banca

examinadora:

MSc. Anderson Beatrici - UNILASALLE

Canoas, julho de 2007

3

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho àquela que me presenteou com o meu maior bem, a vida.

Minha mãe, cujos exemplos de respeito e humanismo e demonstrações de amor e

simplicidade são a minha grande inspiração.

4

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à minha família, que sempre foi meu esteio, especialmente à

minha irmã, Telma, que apesar de tão longe, geograficamente, tem estado muito presente e

motivadora.

Obrigado ao colega e amigo Fábio Vaz Borba, por ter acreditado e investido no meu

profissionalismo e capacidade, oportunizando, assim, que eu concretizasse meus objetivos.

Agradeço aos excelentes professores os quais tive a honra de compartilhar o

conhecimento do âmbito acadêmico, como o Professor Dr. Cláudio Jose De Holanda

Cavalcanti, precursor da idéia de que trata este trabalho; o Professor Dr. Leonardo Geissler

Garcia; cuja inspiração é sensível em minha formação acadêmica.

Ao Professor Ms. Anderson Beatrici, orientador deste trabalho e coordenador do curso

de física, que me dedicou seu apoio e experiência motivadores em momentos difíceis dessa

jornada, dedico meu eterno agradecimento e a certeza de que sua contribuição e influência

jamais serão esquecidos.

5

“O que se aprende na escola é trabalho de muitas

gerações. Receba essa herança, honre-a, acrescente a ela

e, um dia, fielmente, deposite-a nas mãos de seus filhos"

Albert Einstein.

6

RESUMO

Este trabalho tem a intenção de demonstrar a importância da implantação de laboratório defísica no ensino fundamental no sistema de educação e a conseqüente melhoria no processo deaquisição do conhecimento acerca dos assuntos relacionados à física, bem como o despertardo interesse dos alunos por essa disciplina.Palavras-chave: Ensino de Física, Física Básica, Ciências

ABSTRACT

This work has the intention of analyzing the physic laboratory implantation importance in theelementary school in the educational system and the consequently improve on the acquisitionprocess of knowledge about physic subjects and to acute the students interests.Key-words: Physics teatching, Basic Physics, Sciences.

7

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................8

2 A IMPORTANCIA DA FÍSICA NO COTIDIANO DA HUMANIDADE ........122

2.1 Recursos instrucionais pedagógicos em física.......................................................133

2.2 Do livro didático ao laboratório.............................................................................144

2.3 Um enfoque epistemológico ....................................................................................155

2.4 Os parâmetros(PCNs) de ensino fundamental .....................................................177

2.5 Uma abordegem ao ensino de laboratório ............................................................233

2.5.1 O laboratório programado ...........................................................................................23

2.5.2 Laboratório com ênfase na estrutura do experimento ...............................................244

2.5.3 Laboratório com enfoque epistemológico.................................................................255

3 PREPARAÇÃO DAS EXPERIÊNCIAS.................................................................27

4 CONCLUSÃO ...........................................................................................................51

REFERÊNCIAS......................................................................................................................53

8

1 INTRODUÇÃO

O tema escolhido tem por objetivo despertar a curiosidade pela ciência dos alunos na

última série do ensino fundamental, onde os alunos começam a ter os primeiros contatos com

a Física. Muitos desses alunos já possuem conhecimentos adquiridos por revistas, livros,

internet, televisão e até jogos educativos. Pode-se então trabalhar os conteúdos de Física a

partir desses conhecimentos prévios, de forma que o aprendizado dos mesmos se torne mais

natural.

A Física é uma ciência muito abrangente, estudada desde constituintes fundamentais da

matéria até objetos como estrelas e galáxias, além da própria formação do universo

(Cosmologia).

Por que estimular os alunos do final do ensino fundamental a aprender Física? Sabe-se

que a Física está presente em todos os fenômenos e em grande parte dos avanços tecnológicos

alcançados até então. Para se entender o que acontece ao seu redor é necessário que o ser

humano compreenda uma imensa gama de teorias. Para citar um exemplo, ao passar elétrons

por um filamento de uma lâmpada incandescente, o mesmo se aquece, ficando incandescente,

em essência esse é o funcionamento. O aquecimento do filamento e a incandescência do metal

são fenômenos facilmente observáveis, mas que exigem teorias físicas elaboradas para que

sejam compreendidos.

O ensino da Física, não raramente, é baseado na simples transmissão de informações,

através da pura memorização de fórmulas matemáticas e pouca ou nenhuma preocupação em

compreender seu significado, fato que torna o estudo cada vez mais desinteressante para o

estudante, principalmente se tratar do seu primeiro contato com a disciplina. Essa realidade

pode ser melhorada, por exemplo, mostrando experimentalmente a que fenômeno cada

fórmula está relacionada, aplicando-as diretamente nessas experiências.

9

A finalidade deste trabalho é propor uma metodologia de ensino para a Física na oitava

série do Ensino Fundamental, com uma proposta teórico-experimental. Pensa-se que, dessa

forma, poderá ser minimizado o desinteresse pela Física demonstrado pelos estudante desse

nível de ensino.

Podemos constatar que praticamente nenhuma área da investigação humana pode

prescindir do auxílio da física, entretanto, a escola, seja ela da rede pública ou privada, pouco

ousa em relação àquilo que pode vir a ser um excelente instrumento no processo de

aprendizagem.

É sabido que os alunos ao entrarem na escola já trazem uma bagagem do seu dia-a-dia

em relação a experimentos, por mais simples que sejam. Normalmente esses conhecimentos

despertam atração e curiosidade. Sendo assim, não deveria a escola buscar uma aproximação

entre eles? Não seria interessante o laboratório experimental ter um espaço maior em seus

currículos como meios auxiliares de educação?

Com tal objetivo professores e alunos do curso de Física da Universidade de PassoFundo (UPF) vêm desenvolvendo atividades junto a alunos das séries iniciais do EnsinoFundamental:

Com o objetivo de aproximar a Física dos estudantes da educação básica,professores e alunos do curso de Física da UPF vem desenvolvendo atividades juntoa alunos das séries iniciais do Ensino Fundamental. O projeto busca, através daexperimentação, aproximar os estudantes da Física desde a etapa inicial do processode escolarização, possibilitando uma maior identificação destes estudantes com estaciência. Tal distanciamento entre a Física e os estudantes vem sendo apontado comouma das possíveis causas pelo rendimento insatisfatório destes estudantes nestadisciplina escolar. Na busca por contribuir para amenizar este quadro e tornar aFísica acessível aos estudantes no Ensino Médio, os docentes do curso de Física daUPF, desenvolvem um projeto de pesquisa envolvendo o ensino de Física desde asséries inicias. O desafio é por manter acessa a chama da curiosidade e o poder deinvestigação e indagação presentes nesta idade, possibilitando um constantecrescimento na forma como os jovens observam e se relacionam com o mundo.Neste sentido, a opção é por desenvolver atividades experimentais de modo aemergir os fenômenos e conceitos relacionados a Física a partir da própria vivenciada criança em seu cotidiano[...](WERNER; BECKER; HEINECK, 2005)

O projeto foi de tal repercussão que foi publicado numa revista estrangeira, de educação

em 10 de junho de 2005, e resume como:

O texto que apresentamos é um relato de experiências na qual descrevemos de formasucinta o projeto que estamos realizando junto a alunos das séries inicias relacionadoao ensino de Física. O objetivo é evidenciar a importância deste ensino e oselementos necessários para que ele incorpore a ação pedagógica dos professoresdestas séries. As atividades envolvem aulas práticas/experimentais desenvolvidasnas escolas, tendo como tema o conteúdo desenvolvido pela professora da turma. Osequipamentos são construídos pelos professores e alunos do curso de graduação emFísica da Universidade de Passo Fundo/RS a partir de materiais alternativos. Asatividades vêm apresentando significativos resultados que podem ser dimensionadospela empolgação das crianças a cada novo encontro, bem como pela evolução dascrianças na forma de desenvolver a atividade e de descrever o observado.(WERNER; BECKER; HEINECK, 2005)

10

Atualmente a física está em quase, senão em todas, as áreas do conhecimento. Domina-

la, portanto, é um saber necessário às vivências do cotidiano, é justamente aí que a escola tem

se mostrado bastante falha, utilizando-se de processos de memorização e repetição de

modelos, em que o aluno apenas “decora” a forma de resolver um determinado problema, sem

que haja reflexão sobre os diversos caminhos possíveis a trilhar, visando a solução. O

resultado dessa prática é que o aluno não consegue desenvolver uma linha própria de

raciocínio diante de situações novas.

Por ser a Física a disciplina que, em geral, mais desperta a antipatia dos estudantes

devido à necessidade de abstração e de aparente distanciamento da realidade, o laboratório

experimental pode ser o estímulo de que o aluno precisa.

No ensino tradicional, inicialmente o conteúdo é transmitido de forma expositiva com o

auxílio do quadro. A fixação é feita com a resolução de exercícios propostos, em geral

semelhantes aos exemplos resolvidos previamente, dessa forma o rendimento fica limitado,

pois cabe ao aluno apenas reproduzir o que foi apresentado.

No surgimento de propostas de atividades diferenciadas, que exijam mais criatividade e

raciocínio do aluno, surgem as limitações da prática pedagógica expositiva.

Com o auxílio do laboratório experimental, os alunos teriam maior probabilidade de

entender os conceitos e teorias, permitindo-lhes estruturar e aplicar os conhecimentos

vivenciados, possibilitando ao mesmo a construção do conhecimento por meio da prática

teórico-experimental. Também devemos levar em conta que nas aulas tradicionais, ao analisar

os efeitos que a mudança de um parâmetro gera no resultado de um problema, é preciso

construir várias simulações e efetuar diversos cálculos. O tempo despendido é bastante grande

e, muitas vezes, o aluno concentra-se mais no processo de cálculo, ficando em segundo plano

a análise dos resultados obtidos.

Assim, na maioria das vezes, grande parte do tempo é utilizada para realizar cálculos e

construções dos problemas, e o conceito físico envolvido para tais construções fica em

segundo plano, isto é, o conceito que leva à mudança de determinado parâmetro torna-se

obscuro em meio às dificuldades encontradas nos cálculos e nas construções do problema.

O laboratório experimental é, pois uma ferramenta que permite ao aluno desenvolver

atividades por meio de simulações e testes, objetivando a construção do conceito envolvido.

Dessa forma, a possibilidade da apresentação de um experimento facilmente manipulado e

com o auxílio do professor para responder seus questionamentos, aumentaria bastante seu

rendimento.

11

A física, da forma que normalmente vem sendo tratada, quer em aulas, em livros-texto,

traz o desenvolvimento da teoria, da forma linear como é normalmente apresentada, passa

uma idéia de um desenvolvimento lógico-linear, organizado e sem possibilidades de soluções

alternativas. A busca não é vivida com o aluno. A aparente clareza da exposição lógica e

organização dos seus termos, encobrem, em uma didática de facilitância, a verdadeira

complexidade da formação histórica desse conhecimento, apresentando uma simplicidade

que, de fato, não existe quando se constrói o conceito.

O papel do professor já não é mais o de mero transmissor de conhecimentos, pois

qualquer recurso tecnológico dispõe de bastantes informações, portanto, o docente passa a ser,

sobretudo, o de motivador de situações de aprendizagem, organizador de tais circunstâncias.

Seria significativa a verificação da aceitação por parte dos alunos, bem como o

aproveitamento final na construção e elaboração dos conceitos físicos.

12

2 A IMPORTÂNCIA DA FÍSICA NO COTIDIANO DA HUMANIDADE

Todo o conhecimento que se tem hoje sobre a natureza é resultado de uma longa

jornada de construção de teorias e experiências, onde aparecem acertos e erros (MOREIRA;

OSTERMANN, 1993). A Física tem influência em várias áreas do conhecimento. Avanços

da medicina, por exemplo, não aconteceriam sem a contribuição da Física. É possível citar

inúmeros exemplos onde a Física tem papel importante, basta imaginar o mundo sem

eletricidade, encanamento, veículos para locomoção, telefone, internet entre outros avanços

tecnológicos.

Na luta pela sobrevivência o homem foi aprendendo a conhecer a natureza e sempre

impelido pela própria curiosidade natural a desvendar seus segredos e mistérios. Quando usou

uma pedra para matar um animal ou quando fez um arco para atirar uma flecha, ele estava

incorporando conhecimentos Físicos que, mesmo sem conhecê-los formalmente, foram

importantes em sua vida. Mais tarde, no Egito, os cientistas da época conheciam, entre outras

coisas, métodos sofisticados para bombear água para as plantações e para transportar e

levantar objetos enormes na construção de monumentos como pirâmides.

Pode-se citar alguns nomes que foram muito importantes para a evolução do

conhecimento científico e tecnológico. Essa evolução não é o resultado do trabalho de apenas

um cientista, nem de alguns poucos homens notáveis. É resultado de uma obra coletiva, em

que se construiu conhecimento ao longo do tempo.

Um deles, o italiano Galileu Galilei, foi um dos maiores desbravadores da ciência em

todo os tempos. Trabalhou com áreas muito diversas, realizando estudos sobre mecânica,

som, linguagem e luz, tornou-se famoso em toda a Europa com a idéia de que o pêndulo

poderia servir como dispositivo de medida de tempo e com o desenvolvimento do telescópio

(WHITE, 19??, p. 17 e 41).

13

Afirmou que a Terra se movia em torno do sol, ao contrário do que se pensava.

Também pode-se citar o inglês Isaac Newton, tido como o criador do cálculo infinitesimal

(junto com Leibniz) e realizador de estudos pioneiros sobre a luz. Mesmo tendo conquistado

um lugar de destaque na história científica, ele continuou com suas pesquisas, desenvolvendo

as leis do movimento e um revolucionário telescópio (WHITE, 19??, p. 36). O resultado de

seu trabalho até hoje influencia a Física em geral.

Outro exemplo é o norte-americano Thomas Edison, que foi um dos responsáveis pela

energia elétrica estar hoje acessível nas residências e indústrias. Sua criatividade contribuiu

para que o uso da eletricidade se expandir por todos os lugares do mundo. Como exemplo,

podemos citar a lâmpada incandescente, que substituiu as luminárias abastecidas a gás, que

eram muito pouco eficientes.

Deve-se explicitar aos alunos o papel dessa comunidade de cientistas no

desenvolvimento da ciência e da tecnologia. No cotidiano, os reflexos desse trabalho ainda

pode ser sentido intensamente. O laboratório pode ser utilizado como forma de melhor

elucidar os conteúdos ministrados, facilitando a compreensão e enfatizando sua importância

no desenvolvimento de melhor qualidade de vida da humanidade. Além disso, pode-se

despertar a curiosidade e interesse pela Física como ciência.

2.1 Recursos instrucionais pedagógicos em física

Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Fundamental (terceiro e

quarto ciclos), a instrumentação e a prática para o ensino de Física é uma atividade que visa a

construção de competências e o desenvolvimento de habilidades que tornem o aluno apto a

realizar com sucesso a transposição didática, isto é, a transformação dos objetos de

conhecimento em objetos de ensino. Para este fim serão destacados vários instrumentos de

modo a produzir um processo de ensino-aprendizagem satisfatório. Como recursos

pedagógicos importantes para o ensino de Física, destacamos os tradicionais quadro negro e

giz, o laboratório, o laboratório de informática , softwares educativos, livros didáticos, uso de

vídeos, data show, acesso a internet, artigos em revistas, museus e centros de ciência, dentre

outros.

14

A proposta desse trabalho é possibilitar aos professores a utilização da experimentação

como recurso didático na última série do Ensino Fundamental, proporcionando uma ação

docente voltada para aproximação da realidade vivenciada pelos estudantes.

2.2 Do livro didático ao laboratório

O livro didático passou a ser utilizado como recurso didático na década de 1930 no

governo do Getulio Vargas.

1938 - Instituição, pelo Ministério da Educação, da Comissão Nacional do LivroDidático (CNLD) que estabelece condições para a produção, importação e utilizaçãodo livro didático. (BRASIL, 2007)

Desde então foi adotado como um dos principais instrumentos didáticos nas escolas.

Nos livros encontra-se todo o conteúdo que o educador pretende ensinar aos educandos. Mas

seu uso nem sempre é de forma mais adequada, pois, na maioria dos casos, o conteúdo é

transmitido de tal forma que os educandos simplesmente “copiam” logo após o educador tê-lo

ministrado, tornando o aprendizado desinteressante e monótono. Entretanto, o livro é um dos

principais recursos de ensino, não só da Física, mas de muitas outras áreas.

Os livros didáticos geralmente utilizados no ensino da Física são muito parecidos

quanto à apresentação dos conteúdos, nas figuras ilustradas e até nos exemplos expostos. São

divididos por capítulos, e subdivididos em tópicos específicos. Embora eles auxiliem o

professor e os alunos em vários aspectos, ainda são raros os que sugerem a realização de

experiências em laboratório. É importante ressaltar que por melhor que seja o livro didático,

este por si só torna-se insuficiente para satisfazer as necessidades de um ensino de qualidade.

É necessário estimular no aluno a iniciativa de pesquisar em outras fontes, a habilidade de

trabalhar em grupo, por exemplo.

Para realizar um ensino de qualidade com o livro didático, o educador deverá

contextualizar conteúdos na realidade em que estão inseridos os educandos, abrindo

possibilidades mais prazerosas de ensino. Faz-se necessário, ainda estimular e provocar no

educando seu raciocínio, despertando sua curiosidade, desenvolvendo assim sua capacidade

de encontrar possíveis soluções para um determinado problema.

É aconselhável que todo o conteúdo abordado em sala de aula seja acompanhado com o

auxílio do laboratório. Quando nos referimos aos laboratórios, o que vem em mente é fazer

experiências. Os autores Moreira e Levandowski (Diferentes Abordagens ao Ensino de

Laboratório, 1983) afirmam que o ensino de física no laboratório envolve os seguintes

15

aspectos: O desenvolvimento de habilidades, hábitos, técnicas de manuseio de aparelhos;

colocação em prática de conceitos, relações, leis e princípios estudados em aula; a

aprendizagem da experimentação, na qual o aluno participa integralmente.

2.3 Um enfoque epistemológico

Veremos que o ensino do método científico sendo seguido de uma forma rígida a uma

seqüência de passos culmina em uma conclusão e ou descoberta; que é um erro didático e

epistemológico. Podemos levar o aluno a um melhor entendimento da interação entre a parte

conceitual e a parte metodológica de um experimento. No estudo da Física, propomos aos

educandos interagir com o assunto em questão não dessa “forma rígida” e linear, mas sim de

várias maneiras aleatórias, logo que possível detectar a melhor forma para que entendam a

estrutura e os processos que teremos que utilizar na construção do conhecimento.

Acreditamos na hipótese de aproveitar os conhecimentos prévios que o educando possui

do cotidiano, e, através de uma interação com os conteúdos científicos que se pretende

desenvolver, reconstruir conhecimento. Segundo Moreira e Ostermann (1993), devemos

estimular os educandos a observar o todo com interesse e atenção, fazendo perguntas sobre o

problema. Deseja-se que os educandos:

1) Tragam respostas e soluções, sem esquecer que são provisórias e sujeitas à

comprovação (hipóteses);

2) Façam um planejamento em que sejam sugeridas diversas atividades, que sirvam

para verificar possíveis soluções e para coleta de dados, orientem nas

conclusões, evitando generalizações apressadas baseadas em uma única

atividade. As conclusões devem ser anotadas e sistematizadas (conclusões);

3) Vivenciem novas experiências de aprendizagem nas quais os conhecimentos

recém-adquiridos possam ser aplicados (aplicação).

Visando fazer com que os educandos utilizem um método de raciocínio que possa servir

a qualquer momento, em uma situação problemática do cotidiano, por exemplo. Os autores

Moreira e Ostermann (1993) mencionam um exemplo de uma experiência bastante simples, e

de fácil entendimento: “Você sabe como apareceram estes bichos na goiaba”, essa pergunta

pode ter duas respostas: 1) Os bichos vieram de fora da goiaba; 2) Os bichos nasceram com a

goiaba.

16

Mas como saber qual a resposta verdadeira? Para isso devemos fazer uma série de

experiências (as goiabas na experiência não devem ter bichos!).

1) Coloque um pedaço de goiaba num prato, em contato com o ar;

2) Coloque outro pedaço de goiaba dentro de um frasco transparente e bem fechado;

3) Observe as goiabas diariamente.

Na goiaba que está no prato veremos moscas pousando de vez em quando, na

que está no frasco não. Ao passar o tempo veremos larvas aparecerem na goiaba

que está no prato. Logo surge outra pergunta. Será que as larvas têm alguma

coisa a ver co as moscas?

4) Coloque a goiaba com larvas dentro de um frasco transparente e feche bem.

Durante uns vinte dias observaremos que as larvas estão crescendo e se

alimentando da goiaba, logo vão sofrendo modificações. Depois de algum tempo

param de se movimentar. Ficam duras, escuras e tomam formas ovais, recebendo

o nome de pupas, mais tarde então as pupas se transformam em moscas, que

saem voando.Todas as possíveis respostas que dermos são hipóteses.

Mas deve-se ter cuidado, essa atividade não é uma espécie de receita infalível como

parecem sugerir os livros didáticos e também como os professores podem estar ensinando.

Esse método sendo seguido de uma forma rígida e linear, pode levar ou gerar várias

concepções errôneas sobre a ciência.

Citaremos a seguir algumas concepções errôneas sobre o trabalho científico:

1) Pensar que o método científico começa na observação, pois ela é sempre

precedida de teorias, nem o mais ingênuo cientista observa algo sem ter

conceitos, idéias, teorias etc...

2) Pensar que o método científico é um procedimento lógico, rígido, seguindo-se

rigorosamente as etapas do método científico chega-se, necessariamente, ao

conhecimento científico. Ou seja, o método científico não é uma receita, uma

seqüência linear, na prática os cientistas procedem por tentativas, vão em uma

direção, logo depois voltam, abandonam certas hipóteses e então seguem em

outra direção. Aí vêm aquelas incertezas que não podemos mensurar, pois não

temos equipamento preciso (adequado), logo fazem uso da intuição, dão

“chutes”.

17

3) Crer que o método científico é indutivo, por exemplo, independe de quantos

cisnes brancos podemos observar isso não justifica que todos os cisnes sejam

brancos.

4) Ter a idéia que a produção do conhecimento científico é cumulativa, linear. Não é,

pois a produção do conhecimento científico é uma construção, na qual com

passar do tempo teorias e hipóteses são comprovadas ou ultrapassadas. O

conhecimento cresce e evolui não por mera acumulação, mas principalmente por

reformulação do conhecimento prévio.

5) Acreditar que o conhecimento científico é definitivo. Não é. Esse aspecto está

relacionado com o anterior, pois a construção do conhecimento não pára nunca,

está sempre evoluindo com passar do tempo.

2.4 Os parâmetros (PCNs) de ensino fundamental

Sugerem que sua abordagem seja interdisciplinar, para que o aluno absorva o conteúdo

como procura de explicações da vida.

A física não deve ficar separada de tudo já que é uma ciência que tem como função

aplicações incluídas na vida. Todos os movimentos, ser humano, seres vivos, planeta; o

universo é explicado pela física.

Esta ciência, por misticismo, ficou isolada como algo para apreender sem que seja

aplicada. Os PCNs atuais pedem justamente para que o padrão do ensino seja mudado, pois

queremos alunos que pensem, critique, crie soluções, criem situações, avaliem resultados, se

entregue a vida, sem que seja absorvido pelo sistema onde eles só iram participar do contexto

permitido.

Hoje não adianta saber calcular, tem que saber por que calcula. Não adianta saber

escrever, tem que saber o que escreve. A própria estatística (revista mestre fev. 2004) de

ensino demonstra que os alunos com média 6; e isto se refere não a ser 10 em uma ou três

matérias mas ter uma média geral nos conteúdos; conseguem evoluir dentro do universo

humano com maior sucesso.

O ensino de ciências naturais:

O que realmente nos interessa ou que realmente é necessário apreender.

O que fazer com a mudança de ensino. Aplicar na Física.

18

Isto tudo significa saber de onde veio esta ciência o que ela significa na vida humana e

sua evolução. Algum professor ou pai olha para seu aluno ou filho e diz: “Física é

interessante, pois ela pesquisa os fatos da vida que as vezes nem percebemos suas forças de

interação, de como ocorre, ou é a mesma idéia “Ah! é uma matéria difícil muitas contas você

só tem que passar, decorar fórmulas”. Quem sabe demonstrar do início da matemática como é

proveitosa a história e a geografia. O professor de português pode usá-lo como tópico de uma

redação.

Analisando o objetivo da interdisciplinariedade podemos concluir que:

Nada mais é que intercalar o que foi separado com o propósito de ensinar melhor,

porem por ficar tão separado, especialidade, não foi possível criar a ponte de intercalação dos

conteúdos.

No ponto de vista para ter interdisciplinariedade é preciso ter um conteúdo ou tópico

que seja transdiciplinar. O Tópico deve estar acima dos conteúdos, de onde se pode projetar e

intercalar as disciplinas, fazendo a interdiciplinariedade.

Um físico quando escreve uma tese ou uma crítica ou dá opinião sobre um sistema

financeiro internacional ou usa suas habilidades para avaliar proteções de saúde usa uma

linguagem que todos entendam, não são somente símbolos perdidos para só os gênios

intenderem. Por exemplo, a palavra calor, efeito, estufa quais são seus significados na

linguagem, os cientistas não a escolheram aleatoriamente eles simplificaram a comparar com

um efeito, este efeito dentro de nossa língua.

Citando eles começamos pelo básico:

Ensino Fundamental

Dado como Ciências naturais é dividido por eixos temáticos:

a) Terra e Universo

b) Vida e Ambiente

c) Ser Humano e Saúde

d)Tecnologia e Sociedade

Dentro desses eixos estão disponibilizados os objetivos a serem vencidos.

Reconhecer que a humanidade sempre se envolveu com o conhecimento da natureza e

que a Ciência, uma forma de desenvolver este conhecimento, relaciona-se com outras

atividades humanas.

19

Valoriza a disseminação de informações socialmente relevantes aos membros das

comunidades.

Valoriza o cuidado como próprio corpo, com atenção para o desenvolvimento da

sexualidade e para hábitos de alimentação, de convívio e de lazer;

Valoriza a vida em sua diversidade e a conservação dos ambientes;

Elaborar, individualmente e em grupo, relatos orais e outras formas de registros acerca

do tema em estudo, considerando informações obtidas por meio de observações,

experimentação, textos ou outras fontes;

Confrontar as diferentes explicações individuais e coletivas, inclusive as de caráter

histórico, para elaborar suas idéias e interpretações;

Caracterizar os movimentos visíveis de corpos celestes no horizonte e seu papel na

orientação espaço-temporal hoje e no passado da humanidade;

Caracterizar as condições e a diversidade de vida no planeta Terra em diferentes

espaços, particularmente nos ecossistemas brasileiros;

Interpretar situações de equilíbrio ambiental relacionado informações sobre a

interferência do ser humano e a dinâmica das cadeias alimentares;

Identificar diferentes tecnologias que permitem as transformações de materiais e de

energia necessárias a atividades humanas essenciais hoje e no passado;

Compreender a alimentação humana, a obtenção e a conservação dos alimentos, sua

digestão no organismo e o papel dos nutrientes na sua constituição e saúde.”p.60-61 –

Parâmetros Curriculares Nacionais – Ciências Naturais – 1998 Brasília”

Conteúdos centrais dos Parâmetros Curriculares Nacionais – Ciências Naturais – 1998

Brasília”.

a) Terra e Universo

Observação direta busca e organização de informações sobre a duração do dia em

diferentes épocas do ano e sobre os horários de nascimento e ocaso do Sol, da Lua e das

estrelas ao longo do tempo, reconhecendo a natureza cíclica desses eventos e associando-os a

ciclos dos seres vivos ao calendário;

Busca e organização de informações sobre os cometas, planetas e satélites do sistema

Solar e outros corpos celestes para elaborar uma concepção de Universo;

Caracterização da constituição da Terra e das condições existentes para a presença da

Vida.

Valorização dos conhecimentos de povos antigos para explicar os fenômenos celestes.

20

b) Vida e Ambiente

Coleta, organização e divulgação de informações sobre transformações nos ambientes

provocadas pela ação humana e medidas de proteção e recuperação, particularmente da região

brasileiras, valorizando medidas de proteção ao meio ambiente;

Investigação da diversidade dos seres vivos compreendendo cadeias alimentares e

características adaptativas dos seres vivos, valorizando-os e respeitando-os;

Comparação de diferentes ambientes em ecossistemas brasileiros quanto a vegetação e

fauna, suas inter-relações e interações com o solo, o clima, a disponibilidade de luz e água e

com as sociedades humanas;

Investigação de diferentes explicações sobre a vida na Terra, sobre a formação dos

fósseis e comparação entre espécies extintas e atuais.

c) Ser Humano e Saúde

Distinção de alimentos que são fontes ricas de nutrientes plásticos, energéticos e

reguladores, caracterizando o papel de cada grupo no organismo humano, avaliando sua

própria dieta, valorizando os direitos do consumidor;

Compreensão de processos envolvidos, na nutrição do organismo estabelecendo

relações entre fenômenos da digestão dos alimentos a absorção de nutrientes e sua

distribuição pela circulação sangüínea para todos os tecidos do organismo;

Caracterização do ciclo menstrual e da ejaculação, associando-os à gravidez,

estabelecendo relações entre o uso de preservativos, a contracepção e a prevenção das

doenças sexualmente transmissíveis, valorizando o sexo seguro.

d) Tecnologia e Sociedade

Investigação de tecnologias usuais e tradicionais de mesma finalidade, comparando-as

quando à qualidade das soluções obtidas e outras vantagens ou problemas ligados ao ambiente

e ao conforto, valorizando os direitos do consumidor e a qualidade de vida;

Comparação e classificação de diferentes equipamentos de uso cotidiano segundo sua

finalidade, a origem de sua matéria-prima e os processos de produção, investigando a

seqüência de separação e preparação de misturas ou síntese de substâncias, na indústria ou

artesanato de bem de consumo, valorizando o consumo criterioso de materiais;

Investigação dos modos de conservação de alimentos – cozimento, adição de

substâncias, refrigeração e desidratação – quanto ao modo de atuação específico, à

21

importância social histórica e local, descrevendo processos industriais e artesanais para este

fim.

Objetivos a serem vencidos:

• Terra e Universo

Identificação, mediante observações direta, de algumas constelações, estrelas e planetas

recorrentes no céu do hemisfério Sul durante o ano, compreendendo que os corpos celestes

vistos no céu estão a diferentes distâncias as Terra;

Identificação da atração gravitacional da Terra como a força que mantém pessoas e

objetos presos ao solo ou que os faz cair, que causa marés e que é responsável pela

manutenção de um astro em órbita de outro;

Estabelecimento de relação entre os diferentes períodos iluminados de um dia e as

estações do ano, mediante observação direta local e interpretação de informações deste fato

nas diferentes regiões terrestres, para compreensão do modelo heliocêntrico;

Comparação entre as teorias geocêntricas e heliocêntricas, considerando os movimentos

do Sol e demais estrelas observadas diariamente em relação ao horizonte e o pensamento da

civilização ocidental nos séculos XVI e XVII;

Reconhecimento da organização estrutural da Terra, estabelecendo relações espaciais e

temporais em sua dinâmica e composição;

Valorização do conhecimento historicamente acumulado, considerando o papel de

novas tecnologias e o embate de idéias nos principais eventos da história da Astronomia até os

dias de hoje.

• Vida e Ambiente

Compreensão de relações entre a história geológica do planeta e a evolução dos seres

vivos, considerando mudanças na composição e na fisionomia da biosfera, atmosfera e

litosfera para avaliar e respeitar o tempo de reposição dos materiais e substâncias na natureza;

Comparação das estruturas do corpo, dos modos como realizam funções vitais e dos

comportamentos de seres vivos que habitam ecossistemas diferentes, hoje e em outros

períodos do passado geológico, para a compreensão de processos adaptativas;

Reconhecimento de formas eficientes de dispersão e estratégias reprodutivas dos seres

vivos em diferentes ambientes, e comparação entre reprodução sexual e assexual no que diz

respeito à variabilidade dos descendentes;

22

Estabelecimento de relações entre fenômenos da fotossíntese, da respiração celular e da

combustão para explicar os ciclos do carbono e do oxigênio de forma integrada ao fluxo

unidirecional de energia no planeta;

Investigação dos fenômenos de transformação de estados físicos da água ocorridas em

situações de experimentação e na natureza, em que há alteração de temperaturas e pressão,

identificando o modo pelo qual os mananciais são reabastecidos, valorizando sua preservação;

Investigação de alterações de determinados ambientes como resultado da emissão de

substâncias, partículas e outros materiais produzidos por agentes poluidores, compreendendo

os processos de dispersão de poluentes no planeta e aspectos ligados à cultura e à economia

para valorizar medidas de saneamento e de controle de poluição.

• Ser Humano e Saúde:

Compreensão do organismo humano como um todo, interpretando diferentes relações

entre sistemas, ‘órgãos, tecidos em geral, reconhecendo fatores internos e externos ao corpo

que concorrem na manutenção do equilíbrio, as manifestações e os modos de prevenção de

doenças comuns em sua comunidade e o papel da sociedade humana na prevenção de saúde

coletiva e individual;

Reconhecimento de processos comuns a todas as células do organismo humano e de

outros seres vivos: crescimento, respiração, síntese de substâncias e eliminação de excretas;

Compreensão dos sistemas nervoso e hormonal como sistemas de relação entre os

elementos internos do corpo e do corpo todo o ambiente, em situações do cotidiano ou de

risco à integridade pessoal e social, valorizando condições saudáveis de vida;

Compreensão dos processos de fecundação, gravidez e parto, conhecendo vários

métodos anticoncepcionais e estabelecendo relações entre o uso de preservativos, a

contracepção e a prevenção das doenças sexualmente transmissíveis, valorizando o sexo

seguro e a gravidez planejada.

• Tecnologia e Sociedade:

Compreensão de processos de recuperação de degradação de ambientes por ocupação

urbana desordenada, industrialização, desmatamento, inundação para construção de barragem

ou mineração, cotejando custos ambientais e benefícios sociais, valorizando a quantidade de

vida;

Investigação de processos de extração e produção de energia e substâncias obtidas por

diferentes tecnologias tradicionais ou alternativas, sua transformação na indústria de produção

de bens, valorização a preservação dos recursos naturais;

23

Compreensão das relações de mão dupla entre as necessidades sociais e a evolução das

tecnologias, associadas à compreensão dos processos de transformação de energia e de

materiais, valorizando condições de saúde e qualidade de vida.

2.5 Uma abordagem ao ensino de laboratório

Visamos dar uma visão das diferentes formas ao ensino de laboratório, Visamos

identificar a melhor forma didática abordada, para cada caso e objetivo. Os autores Moreira e

Levandowski, destacam três abordagens importantes para o laboratório experimental.

1) O laboratório programado, através de atividades experimentais com a

instrumentação programada.

2) O laboratório com ênfase na estrutura do experimento, enfatizado na identificação

por parte do aluno (esse talvez penda mais para o método não estruturado).

3) O laboratório sob um enfoque epistemológico, é o método que procura mais

afundo a questão natureza do conhecimento e de como ele é produzido.

2.5.1 O laboratório programado

Essa abordagem tem como método fazer atividades experimentais com o princípio de

instrução programada, visa atingir o aprendizado através de assimilação de conhecimentos.

Segundo os autores (MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.13) o laboratório programado

procede da seguinte maneira:

A idéia de laboratório programado a ser explorada aqui é a de um ensino de laboratório

que lança mão de guias ou roteiros de laboratórios baseados nos princípios da instrução

programada, quais sejam: pequenas etapas, resposta ativa, verificação imediata, ritmo próprio

e testagem do programa (MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.13)

Conhecer os resultados obtidos na utilização do laboratório programado é de

fundamental importância para o educador. (MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.13 - 14)

também afirmam que o laboratório programado, talvez seja mais apropriado para facilitar a

aprendizagem de conceitos, relações, leis e princípios. Isto é, de conhecimentos já

estabelecidos e, talvez até mesmo já ensinados em aula, mas que necessitam de ilustrações

para comprovações na prática, a fim de ser assimilados pelo aluno.

24

Essa abordagem tem como características da visão empirista, onde a criatividade dos

educandos é pouca explorada. Para isso é necessária uma análise profunda por parte do

educador na viabilidade de sua aplicação.

2.5.2 Laboratório com ênfase na estrutura do experimento

Essa abordagem é provavelmente a que se aproxima mais da realidade vivenciada hoje

na maioria das escolas. É complicado mencionar se é a maneira mais correta de desenvolver a

experimentação, mas é uma alternativa a mais acessível no ensino de física.

Os autores Moreira e Levandowski (1983) entendem o essa abordagem como:

[...] Por estrutura de um experimento de laboratório, portanto, entende-se aidentificação das diversas partes componentes do experimento, a descrição dafunção de cada parte, bem como das relações funcionais entre estas partes.(MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.59)

Os educandos recebem kits com material de laboratório, realizam o experimento com

liberdade de tirarem conclusões sobre o experimento, e com os resultados obtidos apresentam

diferentes conclusões, ai vem a intervenção de o educador interpretar os resultados obtidos. A

partir daí se conclui que esta abordagem é um importante recurso a ser utilizado nas aulas de

física,visto que pode facilitar ao educando a aprendizagem de conceitos físicos classificados

como de difícil compreensão, e pode para o educando ainda tornar mais claro o entendimento

de princípios físicos, relações e leis físicas.

Esta abordagem propõe ainda condições do educando compreender como se processa a

experimentação, que passa por procedimentos que devem ser apreendidos pelos envolvidos

numa experimentação. Essa abordagem o educando é mais participativo e contribui mais do

que no laboratório programado, que vimos anteriormente a este.

Após a realização do experimento o educando será capaz de:

Identificar as questões investigadas bem como o fenômeno e os conceitos envolvidos no

experimento. Descrever o método usado na investigação das questões básicas, Apresentar

respostas resultados referentes ao experimento, discutir a validade e importância desses

resultados (MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.63).

Esta abordagem habilita o aluno a aprender e desenvolver relatórios sobre o

experimento, logo aprende também a representar dados em tabelas e gráficos assim como tirar

conclusões a partir do experimento, pois participa oralmente das tarefas desenvolvidas no

relatório.

25

Os autores Moreira e Levandowski (1983), definem esta abordagem como:

O laboratório com ênfase na estrutura do experimento parece também ser apropriadopara facilitar a aprendizagem de conceitos, relações leis e princípios, porém pareceigualmente adequado para facilitar a aprendizagem da experimentação. Sem sepropor a ensinar “o método científico” esta abordagem se preocupa em identificar aestrutura ( i.e., as partes relações de um procedimento experimental) (MOREIRA;LEVANDOWSKI, 1983, p. 112).

2.5.3 Laboratório Com enfoque epistemológico

Essa abordagem procura levar mais a fundo a questão natureza do conhecimento, e da

mesma forma como ele é construído, pois é analisado de um ponto de vista

epistemológico(como o conhecimento é construído).

Para auxiliar no entendimento da estrutura epistemológica dos experimentos propomos

um modelo heurístico(método analítico) que chamaremos “V de Gowin”(1981) o qual está

representado na figura abaixo:

Domínio Conceitual Domínio metodológico

Teorias Asserções(afirmações)

Sistemas conceituais Interação Transformações

Conceitos Medidas (registro de eventos)

Objetos Eventos

Figura 1 – V de GowinFonte: MOREIRA; LEVANDOWSKI, (1983, p. 11).

Este modelo que chamamos de “V de Gowin” compreende a produção do conhecimento

dos seres humanos é caracterizados por interação entre sentir, pensar e fazer. Com isso

procura levar o educando a um melhor entendimento da interação entre a parte metodológica

e a parte conceitual num experimento,e também podemos dizer que:

Questão(ões) Básica(s)

26

O laboratório com enfoque epistemológico parece ser, dos três, o mais adequadopara facilitar a aprendizagem da experimentação, não no que concerne a“habilidades experimentais” e sim do ponto de vista de “produção doconhecimento”. Trata-se de uma abordagem mais sofisticada que, em última análise,se volta para a estrutura do conhecimento e para como ele é produzido nolaboratório (MOREIRA; LEVANDOWSKI, 1983, p.112)

Fazendo das aulas de física um ambiente de interação, oferecendo aos educandos

possibilidades de fazer experimentos, com um bom entendimento e satisfatório também.

27

3 PREPARAÇÃO DAS EXPERIÊNCIAS

Experiência 1 – Magnetismo

Material

• 1 ímã

• 2 agulhas

• 1 prato fundo

• 1 pedaço de madeira

• 1 pedaço de pano

• 1 pedaço de vidro

• 1 pedaço de isopor 1 pedaço de papel 1 borracha

• 1 tampinha de caneta pregos ou tachas

Experiência

Para auto-avaliação responda as perguntas em negrito.

Parte I - Observando ímãs

1) Relacione os objetos que são e que não são atraídos pelo ímã.

2) Coloque uma folha de papel entre o ímã e uma tacha. O ímã atrai a tacha ? 1

3) Repita o procedimento anterior para a madeira, pano e vidro. Com estes materiais, o ímãcontinua atraindo a tacha ? 2

1 Os autores mencionam objetos que são atraídos pelo ima, o que de fato não esta correto, pois esses objetos atraío ima assim como o ima o atraí, ou sejam eles se atraem.

2 A tacha não está selecionada no material utilizado.

28

4) A força com que um ímã atrai determinados corpos é sempre a mesma ? Depende dealgum fator ? Qual ? Explique.

Parte II - Imantando uma agulha

1) Esfregue várias vezes uma das extremidades da agulha numa das extremidades do ímã.

2) Coloque água no prato. A seguir, coloque um pedaço de papel para boiar e coloque aagulha sobre o papel (Fig. 1).

Figura 2: Agulha sobre o papel em um prato com águaFonte: USP, 2007.

3) Gire a agulha e verifique se ela teima em ficar apontando sempre para o mesmo lado. Seisto não ocorrer, a agulha não está imantada. Afaste os objetos de metal próximos do prato.

4) Colocando a agulha para boiar, o que acontece com ela se aproximarmos um ímã deuma de suas extremidades ?

5) Compare a direção em que sua agulha fica com as outras equipes. Qual direção a sua eoutras equipes obtiveram? Para qual ponto cardeal ela está apontando ? 3

6) Imante uma segunda agulha, e coloque para boiar juntamente com a primeira. O queacontece com as agulhas ? Elas se unem ou se separam ? Explique.

Complementação teórica

Materiais Magnéticos e não magnéticos: Os ímãs tem duas extremidades denominadas de"polo sul" e "polo norte", simplesmente representados pelas letra N e S. Imaginemos, agora,dois ímãs encostados como mostra a figura 2. Neste caso, os dois ímãs se comportam comoum ímã grande. Podemos prosseguir construindo, através de emendas, ímãs de tamanho cadavez maior. Por outro lado, podemos fazer o contrário, ou seja, quebrar um ímã transformando-o em dois.

3 Os autores perguntam para onde está apontado a agulha e na resposta cita para o norte, o que no caso tem onorte geográfico e o norte magnético que não são iguais, e também não podemos afirmar nessa experiência ondeestão.

29

Figura 3: Encostando dois ímãsFonte: USP, 2007.

Se continuarmos dividindo os pedaços obteremos imãzinhos cada vez menores. Até quandopodemos fazer isto ? O limite desta divisão são peças de tamanho microscópico chamadas de"domínios magnéticos", sendo este o ponto a que podemos chegar. Para entendermos o que sepassa no interior de um domínio magnético precisaríamos nos aprofundar no estudo da FísicaAtômica.

A maioria dos corpos não possui domínios magnéticos - são corpos não magnéticos,Entretanto, o ferro e o níquel (este em menor escala) têm estes domínios magnéticos. São oscorpos magnetizáveis ou "ferro magnéticos". Repare que nossas experiências todos os corposque foram atraídos pelo ímã eram constituídos de ferro.

O que acontece na magnetização ?

O ferro não magnetizado tem os seus domínios magnéticos distribuídos de forma caótica (Fig.3). Se colocarmos este pedaço perto de um ímã grande, todos os domínios se orientam e opedaço funciona como ímã.

Figura 4: Ferro não magnetizado e magnetizadoFonte: USP, 2007

E se afastarmos o ímã externo ?

Há duas possibilidades:

1. Se for ferro puro, o pedaço volta ao estado caótico4 - não é mais um ímã.

2. Se for aço ou ferrite (cerâmica), criamos um ímã permanente.

No primeiro caso, denominamos o material que volta ao seu estado natural (caótico) dematerial magneticamente macio5. No segundo caso, os materiais são denominadosmagneticamente duros.

4 É uma linguagem que por se tratar da oitava série do ensino fundamental, inadequada.

5 Igual ao comentário acima, é uma linguagem que por se tratar da oitava série do ensino fundamental,inadequada.

30

Temos exemplos de materiais magneticamente duros em nossas casas. Por exemplo,

uma tesoura (feita de aço) ao entrar em contato com um ímã torna-se um outro ímã. A agulha

que utilizamos em nossa experiência tembém é outro exemplo. Porém, também pode ocorrer o

contrário, ou seja, ímãs permanentes perdem seu poder de magnetização. Isto pode ser feito

através de um golpe ou alta temperatura.

Os melhores ímãs para nossa experiência são pequenos ímãs em barra, que tem os

polos nas extremidades. Existem também ímãs em forma de ferradura. Os mais fáceis de

serem encontrados são pastilhas utilizadas em fechos magnéticos de armários, portas de

geladeira e brinquedos. Estes ímãs tem os polos nas faces laterais e são geralmente os mais

fortes, pois são de ferrite, uma cerâmica especial na fabricação de ímãs. Para se obter estes

últimos ímãs basta comprar o fecho magnético e arrancar o envólucro de plástico com alicate

e chave de fenda (Fig. 5).

Figura 5: (a) temos ímã em forma de barra; (b) em forma de ferradura e em

(c) em forma de pastilha.Fonte: USP, 2007

A Terra funciona como um imenso ímã sendo, entretanto, fraco (Fig. 6). O "Sul (S)"magnético deste ímã está próximo do polo norte e o "Norte (N)" magnético próximo do polosul. Por isto, o norte do ímã da bússola apontará para o "Sul magnético" da Terra o que faz eleapontar o norte geográfico, conforme é o desejo de quem queira usar a bússola para seorientar. Procurar entender bem isto, constitue um bom exercício de raciocínio lógico.

Figura 6: Campo magnético da TerraFonte: USP, 2007

31

Respostas Magnetismo

Parte I

• Sim, o imã atrai a tacha por ser ela constituída de ferro.6

• O ímã atrai sempre a tacha, mas conforme a espessura do material a força de varia.

• Não, ela depende do fator distância, quanto mais próximo o ímã estiver do corpo mais

fácil o ímã atrai o corpo. Quanto mais próximo o corpo estiver do ímã, mais intensa

será a força de atração exercida pelo ímã no corpo.

Parte II - Imantando uma agulha

• Dependendo do lado com que se aproxima o ímã, a ponta da agulha se atrai ou se

repele.

• Todas as agulhas ficam parelelas entre si. Observando e verificando os pontos cardeais

em que o sol nasce ou se põe, verifica-se que a agulha está a direção norte-sul e ela

aponta para o norte.

As agulhas se unem. Pode-se observar que ao se aproximar as duas agulhas, se as

pontas com mesma polaridade se repelem e as pontas com polos diferentes se atraem.

Os roteiros das experiências, por serem de boa qualidade, foram integralmente

extraídos do site da USP; porém há alguns erros. Os autores, talvez para facilitar o

entendimento tentando simplificar o texto, mencionam e expressam frases errôneas que

destacamos no texto pela cor cinza e citamos em notas numeradas no rodapé das paginas.

Experiência 2 – Termologia

Introdução teórica: Calor é uma quantidade de energia térmica transferida. Quando calor

entra em um corpo, ele aquece, e quando sai do corpo ele esfria. 7Para medir este aquecimento

e esfriamento criou-se um conceito adicional, temperatura. Para relacionar entre si calor e

temperatura, lembra-se o que segue:

6 Os autores citam que a tacha é atraída pelo ima, por ela ser constituída de ferro, porém existem materiais quecontém ferro na sua composição e não são atraídos pelo ímã.

7Os autores dizem que quando entra calor num corpo ele aquece e quando sai calor ele esfria. Essa afirmação éerrônea, pois quando um corpo esta mudando de fase ele pode tanto receber quando fornecer calor que atemperatura permanecerá constante.

32

Quanto maior a quantidade de calor, mais aquecemos o corpo, e portanto, maior será a

variação de temperatura.8 Uma mesma quantidade de calor aquece muito um corpo pequeno e

pouco um corpo grande, ou a variação da temperatura é proporcional à quantidade de calor.

t Q (1)

(Observe que é o símbolo de proporcionalidade)

e inversamente proporcional à massa:

t 1 / m (2)

Juntando as duas equações acima, obtemos:

t Q / m (3)

Podemos transformar esta última equação em uma igualdade, colocando uma constante deproporcionalidade c, obtendo:

c t = Q / m (4)

que pode ser reescrita como:

Q = m c t (5)

A constante c chama-se calor específico e depende do material do corpo que estamos

aquecendo (água, ferro, etc.). O calor específico é medido em cal / g ºC.

Exemplo: O calor específico da água é igual a 1,0 cal / g ºC. Significa que é necessário

fornecer uma quantidade de calor de 1,0 cal para aquecer 1,0 g de água de 1 ºC9

Questão 1: Você pode verificar que se você coloca uma panela de alumínio com água para

esquentar, considerando que o alumínio e a água têm a mesma massa, o alumínio se aquece

mais rapidamente que a água. Por que? O calor específico do alumínio é 0,214 cal / g ºC.

O calor é medido em calorias, a massa em gramas e a temperatura em graus Celsius.

Estabelece-se que o gelo derretendo está a 0 ºC, e a água em ebulição a 100 ºC.

Experiência Caseira

Queremos descobrir a quantidade de calorias que uma chama de fogão a gás fornece

em um minuto. Para isto, utilizamos a equação 5.

8Da mesma forma: Os autores dizem que quando entra calor num corpo ele aquece e quando sai calor ele esfria.Essa afirmação é errônea, pois quando um corpo esta mudando de fase ele pode tanto receber quando fornecercalor que a temperatura permanecerá constante.

9 Os autores dizem que, “O calor específico da água é igual a 1,0 cal / g ºC. Significa que é necessário forneceruma quantidade de calor de 1,0 cal para aquecer 1,0 g de água de 1 ºC”, esta afirmação é correta somente entre14,5 e 15,5 0 C, pois esta função não é linear.

33

Precisamos determinar a massa, o calor específico e a variação de temperatura. A

seguir, calcular o valor de Q. Faremos uma experiência de aquecimento de água, da

temperatura em que ela sai da torneira (22 ºC, mais ou menos) até ela ferver (100 ºC).

Para a água, temos c = 1 cal/g ºC. Para achar a massa da água, lembre-se que para este

líquido 1 litro tem a massa de 1 kg. Para separar uma massa menor que 1 litro (a qual é muito,

gasta muito gás) em sua casa, lembre-se que a maioria das garrafas e frascos tem gravados no

vidro do fundo o volume em mililitros.

Procedimento experimental

Coloque uma dada quantidade de água (300ml ~ 300g) em uma panela que é posta no fogão.

Se você tiver um termômetro, meça a temperatura da água (fig. 40a). Caso contrário suponhaque a água da torneira esteja a 22 ºC.

Ligue a chama e com um relógio marque o tempo necessário para a água começar a ferver(fig. 40b).

Figura 7: a) Medindo a temperatura ambiente da água b) Medindo o tempo para a água entrar em ebulição

Fonte: USP, 2007

Cálculos

Substitua os dados obtidos na equação (5), ou seja

m = massa usada em gramas

c = 1

t - to = 100 – 22 10

Você obterá o valor de Q em calorias, para o tempo (em minutos), em que fez a experiência.Dividindo o resultado pelo tempo você obterá o número de calorias por minuto que umachama de fogão fornece:

Q' = X cal / min 10No cálculo usado faltam as unidades de medida. O que torna a leitura difícil para um aluno entender ecompreender o problema.

34

Questão 2: Baseando-se no texto dado e na experiência feita, você seria capaz de dar umexemplo que diferenciasse calor e temperatura ?

Respostas de Temperatura

1- O alumínio se aquece mais rapidamente que a água porque necessita de apenas 0,214 calenquanto que água necessita de 1,0 cal para aquecer 1 g de 1ºC.

2- Se aquecemos uma quantidade de água, estamos fornecendo energia a ela. Essa energiatérmica transferida é o calor. A água vai se aquecer até ela entrar em ebulição. Nestemomento, podemos medir a temperatura, ou seja, o quanto dessa energia foi transferida para aágua. Note que enquanto a água continua a ferver, estamos fornecendo energia (calor). Porém,sua temperatura nesse estado não mais varia.

Os roteiros das experiências, por serem de boa qualidade, foram integralmente

extraídos do site da USP; porém há alguns erros. Os autores, talvez para facilitar o

entendimento tentando simplificar o texto, mencionam e expressam frases errôneas que

destacamos no texto pela cor cinza e citamos em notas numeradas no rodapé das paginas.

Experiências 3 – Ótica

Propagação da luz e lentes

Material

• 1 espelho plano de 5cm X 1.5cm

• 1 régua milimetrada

• 4 alfinetes de ponta comum

• transferidor

• 1 lente esférica

• 1 anteparo (pode ser uma caixa de sucrilho, em pé, com uma folha branca numa face)

• 1 placa de isopor

• 2 folhas de papel sulfite

• 6 alfinetes de ponta colorida

• 1 esquadro

• 1 vela

Observação: espelhos do tipo que acompanham o módulo se conseguem com facilidade emfábricas de espelhos ou vidraceiros - eles sobram quando se corta a margem de um espelhogrande para colocar num quadro.

35

Experiência 3.1

Para autoavaliação responda as perguntas em negritoPropagação da luz

1. Coloque a folha de papel sobre a placa de isopor. Espete 2 alfinetes na folha de papel eprocure, com seus olhos rentes à placa, a posição em que um alfinete desaparece atrás dooutro.

2. Alinhe um 3º alfinete com os dois primeiros.

3. Retire os alfinetes, e, com o auxílio da régua, ligue os pontos onde estavam os alfinetes (Fig19).

Figura 8: Observe o alinhamento dos alfinetesFonte: USP, 2007

a) O que se observa no ítem 3 ?b) Se a luz tivesse percurso não reto, você observaria o mesmo que no ítem (a) ? Por que ?

Observação pedagógica: Diversas pesquisas educacionais mostraram que crianças muitasvezes imaginam que nosso olho emite algo como "raios visuais" que se dirigem ao objeto e otornam visível. O professor pode aproveitar a discussão para deixar claro que a luz é algoexterno, proveniente do Sol ou de uma lâmpada e que atinge o objeto. Depois de refletida poreste a luz se dirige ao nosso olho numa trajetória reta.

Experiência 3.2

Lentes esféricas

1. Observe atentamente sua lente e classifique-a de acordo com a relação da complementaçãoteórica.

2. Coloque a lente no sol e observe a concentração da luz solar no foco da lente. Aconcentração de energia é tão grande que se consegue queimar um pedaço de madeira.Determine a distância focal (f) da lente, isto é, a distância entre a lente e o foco. Focusem latim quer dizer fogo. Se não houver luz do sol à disposição, podemos usar um objetoluminoso muito distante como, por exemplo, uma lâmpada no fundo da sala.

3. Escureça um pouco a sala, coloque o anteparo e a vela acesa em sua frente, a uma distânciade a = 40cm. Intercale a lente no trajeto, variando a distância, até a imagem que se forma noanteparo ficar nítida. O que se observa ?

4. Tente repetir a experiência com uma distância entre o objeto e o anteparo da ordem de b=8cm. O que se percebe ?

36

5. Coloque em ordem crescente os valores de a, b e f. Voce consegue dizer qual a condiçãopara que se possa projetar uma imagem ?

6. Use a lente como lupa de aumento, para ver objetos pequenos sobre a mesa. Meça adistância entre o objeto e a mesa e compare-a com a distância focal f. Qual sua conclusão?

Complementação Teórica:As lentes são constituídas por um meio transparente (este meio é,em geral vidro ou plástico), limitado por faces curvas, que normalmente são esféricas. Aslentes possuem faces côncavas ou convexas, podendo uma delas ser plana, como mostra afigura 20.

Figura 9: a) lente plano-côncava c) lente bicôncava b) lente plano-convexa d) lente biconvexa

Fonte: USP, 2007

As lentes que apresentam as extremidades mais finas do que a parte central (como a lentebiconvexa) são convergentes e as que apresentam as extremidades mais espessas do que aparte central (como a lente bicôncava) são divergentes (Fig. 20).

Figura 10: A figura ilustra a formação de imagemFonte: USP, 2007

O ponto do eixo para onde os raios de luz, que provêm do infinito, convergem, aoatravessarem paralelamente uma lente convergente, é chamado foco, e a distância deste pontoà lente é chamada distância focal.

A luz que é emitida por um objeto pequeno qualquer, afastado da lente, pode atravessar umalente convexa e se encontrar num ponto do espaço onde se forma a imagem. Se colocamos umanteparo neste ponto observa-se a projeção nítida desta imagem (invertida) (fig. 21).

37

O Olho Humano

De maneira simplificada podemos considerar o olho humano como constituído de uma lentebiconvexa, denominada cristalino, situada na região anterior do globo ocular (Fig. 22). Nofundo deste globo está localizada a retina, que funciona como anteparo sensível a luz. Assensações luminosas, recebidas pela retina, são levadas ao cérebro pelo nervo ótico.

Figura 11:Esquema mostrando a formação da imgem em um olho humano.Fonte: USP, 2007

Quando olhamos para um objeto, o cristalino (lente convergente) forma uma imagem real einvertida deste objeto, localizada exatamente sobre a retina, e nestas condições, enxergamosnitídamente o objeto. Embora a imagem formada na retina seja invertida, a mensagem levadaao cérebro passa por processos complicados, fazendo com que enxerguemos o objeto em suaposição correta.

Conseguimos enxergar nitidamente um objeto quer ele esteja mais próximo ou mais afastadode nosso olho. Isto acontece porque a imagem está se deformando sempre sobre a retina,qualquer que seja a distância do objeto ao nosso olho. Em outras palavras, a distância, D, daimagem ao cristalino (lente) fica constante, enquanto varia a distância, d, do objeto a ele. Paraque isto ocorra, a distância focal do cristalino deve ser diferente para cada posição do objeto.Este efeito é produzido pela ação dos músculos do olho, que, atuando sobre o cristalinoprovocam alterações em sua curvatura. Esta propriedade do olho é denominada acomodaçãovisual.

Para muitas pessoas, a imagem de um objeto não se forma exatamente sobre a retina e, assim,estas pessoas não enxergam nitidamente o objeto.O motivo pelo qual isto ocorre pode ser ouuma deformação do globo ocular, ou uma acomodação defeituosa do cristalino.

Em algumas pessoas, a imagem se forma na frente da retina, estas são as pessoas míopes. Parase corrigir este defeito, ou seja para que a imagem se forme sobre a retina, uma pessoas míopedeve usar óculos com lentes divergentes (fig. 23).

Figura 12: Uma pessoa míope deve usar óculos com lentes divergentes.Fonte: USP, 2007

38

Por outro lado em outras pessoas, geralmente as mais idosas, os raios luminosos sãointerceptados pela retina antes de se formar a imagem (a imagem se formaria atrás da retina).Dizemos que estas pessoas têm hipermetropia ou "vista cansada". Este defeito é corrigidousando-se óculos com lentes convergentes (fig.24).

Figura 13: Uma pessoa hipermétrope deve usar óculos com lentes convergentes.Fonte: USP, 2007

Formação e posição da imagem nos espelhos planos

Experiência 3.II

Para autoavaliação responda as perguntas em negritoPosição da imagem no espelho plano

1. Disponha, verticalmente, um espelho plano sobre a folha de papel (que deve estar sobre aplaca de isopor) com auxílio de 2 alfinetes, presos ao espelho com fita adesiva (Fig. 25).

Figura 14 : Montagem para a determinação da posição da imagemFonte: USP, 2007

2.Coloque um alfinete, de ponta colorida, de pé, em frente ao espelho, a uma distância de 4cm do mesmo.

3. Com auxílio de outro alfinete, este de ponta comum, atrás do espelho, procure obter aposição coincidente com a posição da imagem do alfinete de ponta colorida. Esta posição éobtida quando não se observar mais paralaxe entre o alfinete de ponta comum (atrás doespelho) e a imagem do alfinete de ponta colorida. Marque, entáo, a posição encontrada. a)Usando a régua, meça a distância entre as posições do espelho e da imagem do objeto. O quese observa?

b) Repetindo algumas vezes os três últimos procedimentos para diferentes distâncias espelho-objeto, o que se pode concluir quando a relação entre as distâncias espelho-objeto eespelho-imagem?

39

Formação da imagem no espelho plano

4. Repita o procedimento do ítem 1.

5. Espete um alfinete de ponta colorida a 4 cm do espelho (este alfinete será nosso objeto).Procure alinhar os alfinetes (de ponta comum) com a imagem do alfinete de ponta coloridaque você vê visando-a de uma posição um pouco a esquerda do espelho (Fig. 26).

Figura 15:Alinhando os alfinetes com a imagem observada.Fonte: USP, 2007

6. Agora, alinhe dois alfinetes com a imagem do alfinete de ponta colorida que você vêvisando-a de uma posição um pouco à direita do espelho (Fig. 27).

Figura 16: Alinhando os alfinetes com a imagem em outra posiçãoFonte: USP, 2007

7. Retire o espelho, marque sua posição e trace as retas que contém os alfinetes do ladoesquerdo com a imagem e os alfinetes do lado direito com a imagem.

8. As duas retas obtidas no procedimento anterior seccionam a posição marcada do espelhoem pontos que se denominam de "pontos de incidência". Trace agora duas retas que unam oobjeto (alfinete de ponta colorida) aos pontos de incidência. As retas que ligam o objeto aoespelho, ou melhor, ao ponto de incidência do espelho, representam os raios luminosos quechegam ao espelho saindo do objeto - são denominados "raios incidentes" (Fig. 28). As retasque ligam os alfinetes alinhados com a imagem ao espelho (no ponto de incidência)representam os "raios refletidos".

40

Figura 17: Representação geométrica dos raios incidentes e refletidos em um espelho plano.Fonte: USP, 2007

Os raios incidentes e refletidos formam com a "normal" (reta perpendicular ao espelho noponto de incidência), ângulos denominados de incidência (i) e de reflexão (r) (Fig. 29).

Figura 18Fonte: USP, 2007:

9. Mudando a posição do objeto (alfinete de ponta colorida), meça três vezes os ângulos deincidência e seus correspondentes ângulos de reflexão (use o transferidor). A partir dosresultados obtidos nas medidas dos ângulos de incidência e reflexão, pode-se dizer queexiste alguma relação entre eles ? Qual ?

Como se forma o arco íris

A luz branca é uma mistura de várias cores. Quando a luz atravessa uma superfícielíquida ou sólida (transparente), a refração faz aparecer o espectro de cores - violeta, anil,azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Quando a luz do sol atravessa um trecho de chuva,ela é refletida e refratada no interior das gotas e devolvida em várias cores ao ambiente, comoobservado na figura 30.

41

Figura 19: Refração numa única gotaFonte: USP, 2007

Um observador olhando para a chuva verá, em diversos ângulos diversas cores. O ânguloentre o eixo sol-observador e as gotas que parecem coloridas é de aproximadamente 42º emtodas as direções ao redor deste eixo (fig. 20).

Figura 20: ângulo entre o eixo sol-observador e as gotasO resultado disso é que o observador verá um arco colorido contra o fundo do céu chuvoso. 11

Fonte: USP, 2007

Respostas Ótica

Experiência 3.1

3. Observa-se que os alfinetes ficaram em linha reta. Não poderia observar uma reta, pois a

luz poderia executar curvas.

Experiência 3.2

2. A distância focal é de 10 cm.

3. A projeção da imagem invertida da chama da vela.

4. Se consegue observar nitidamente a imagem. Dizemos que está fora de foco.

11A figura 31 está errada, pois o ângulo entre o eixo sol-observador e o fundo chuvoso não é aproximadamente42º, mas sim o ângulo entre o horizonte e o fundo chuvoso. A figura não deixa claro que deve haver um ângulode 90º entre o eixo observador-arco íris e o fundo onde se vê o arco íris, pois o arco íris esta ortogonal aoobservador e ao sol. As cores do arco íris estão invertidas, ou seja, a ultima cor vista no arco íris é vermelho. Etambém na figura mostra de um referencial o ângulo < 42º e de outro lado, ângulo = 42º, o que deve ser o mesmoângulo, pois não há nenhuma refração.

42

5. A condição para que tenhamos uma imagem nítida, é que a lente deve estar a uma distância

maior que a da distância focal da lente.

6. Observa-se que as imagens tornam-se maiores e que a lente está situada a uma distância

menor que a distância focal.

Experiência 3.II

3.a Observa-se que a distância entre espelho-objeto e espelho-imagem são iguais.

3.b Conclue-se que o objeto e sua imagem estão à mesma distância do espelho plano.

9. Variando os valores dos ângulos de raios de incidência e observando o que acontece com o

ângulo dos raios refletidos, pode-se observar que o ângulo de incidência é sempre igual ao

ângulo de reflexão.

Os roteiros das experiências, por serem de boa qualidade, foram integralmente

extraídos do site da USP; porém há alguns erros. Os autores, talvez para facilitar o

entendimento tentando simplificar o texto, mencionam e expressam frases errôneas que

destacamos no texto pela cor cinza e citamos em notas numeradas no rodapé das paginas.

Experiências 4 – Medidas de grandezas fundamentais

Introdução

As Ciências chamadas Exatas (a Física, a Química, a Astronomia, etc.) baseiam-se na

"medição",sendo esta sua característica fundamental. Em outras Ciências, ao contrário, o

principal é a descrição e a classificação. Assim, a Zoologia descreve e classifica os animais,

estabelecendo categorias de separação entre os seres vivos existentes. Todos temos uma certa

noção do que é medir e o que é uma medida. O dono de uma quitanda não pode realizar

seus negócios se não mede; com uma balança mede a quantidade de farinha ou de feijão

pedida. Um lojista, com o metro, mede a quantidade de fazenda que lhe solicitaram. Em uma

fábrica mede-se com o relógio o tempo que os operários trabalham. Há diferentes coisas que

podem ser medidas; o dono da quitanda mede "pesos", o lojista "comprimentos", a fábrica

"tempos". Também podem ser medidos volumes, áreas, temperaturas, etc.

Tudo aquilo que pode ser medido chama-se "grandeza", assim, o peso, o comprimento,

o tempo, o volume, a área, a temperatura, são "grandezas". Ao contrário, visto que não podem

ser medidas, não são grandezas a Verdade ou a Alegria.

Medir é comprar uma quantidade de uma grandeza qualquer com outra quantidade da

mesma grandeza que se escolhe como "unidade". Careceria de sentido tentar medir uma

quantidade de uma grandeza com uma unidade de outra grandeza. Ninguém, mesmo que

esteja louco, pretenderá medir a extensão de um terreno em quilogramas, ou o comprimento

43

de uma rua em litros. A Física não trabalha com números abstratos. O fundamental é medir e

o resultado da medição é um número e o nome da unidade que se empregou. Assim, pois,

cada quantidade fica expressa por uma parte numérica e outra literal.

Exemplos: 10 km; 30 km/h; 8h.

Opera-se com as unidades como se fossem números; assim:

A GRANDEZA TEMPO

Considerações Teóricas:Feche seus olhos por alguns instantes. Abra-os, então, enquanto

conta "um, dois, três". Feche-os novamente. Que notou você enquanto seus olhos estavam

abertos? Se você estiver numa sala comum, pouca coisa terá acontecido. Nada pareceu sofrer

modificação. Mas se você tivesse estado sentado durante algumas horas, mantendo os olhos

abertos, veria pessoas indo e vindo, movendo cadeiras, abrindo janelas. O que aconteceu na

sala parece depender do intervalo de tempo durante o qual você observa. Olhe durante um

ano, e a planta em seu vaso há de crescer, florir e murchar.

As medidas de tempo às quais nos referimos nesses exemplos dizem respeito à

duração de um acontecimento e são indicadas por um "intervalo de tempo". Entretanto,

também usamos medidas de tempo para definirmos quando se deu tal acontecimento e, nesse

caso, estamos indicando um "instante de tempo".

Para medirmos intervalos de tempo podemos usar apenas um cronômetro - ele é

destravado, parte do zero, e mede a extensão de um intervalo de tempo. Por outro lado, para

medirmos instantes de tempo podem ser medidos com as mesmas unidades e

entre elas as mais comumente usadas são a hora, o minuto e o segundo.

As relações entre estas três unidades são muito conhecidas, mas vamos mencioná-las

aqui:

1 h = 60 min

1 s = 1/60 min

1 min = 60 s

1 s = 1/3600 h

1 h = 3600 s

1 min = 1/60 h

Experiências:

Para auto-avaliação responda as perguntas em negrito

44

Cada grupo de alunos escolherá um voluntário para que meça o seu batimento cardíaco.

Meça o número de vezes que o coração bate em um minuto (1 min). Agora, o mesmo

voluntário usado na 1ª experiência, dará 20 pulos seguidos, após os quais novamente se

medirá o número de vezes que seu coração baterá em um minuto.

Exercícios

1- Como se classifica o tempo de um minuto (instante ou intervalo de tempo) no qual

se verificou o número de batidas do coração ? Justifique.

2- Supondo que a primeira medida (antes dos pulos) do batimento cardíaco do

aluno tenha se iniciado exatamente às 9 h 10 min e 40 s, em que instante terminou

de ser feita tal medida ?

3- Supondo a segunda medida (após os pulos) do batimento cardíaco do aluno tenha

terminado exatamente às 9 h 50 min e 10 s: em que instante começou a ser feita tal

medida ?

As Grandezas comprimento, área e volume

Comprimento:

A unidade de comprimento é o metro (m), o qual pode ser dividido em 100

centímetros (cm) ou 1000 milímetros (mm). O múltiplo do metro mais usado é o quilômetro

(km), que vale 1000 m.

Figura 21 Fonte: USP, 2007:

Área

A unidade de área é o metro-quadrado (m2). Muitas vezes se faz confusão nas medidas

de área, pois um quadrado com 10 unidades de comprimento de lado contém 10 x 10 = 100

unidades de área (Fig.32). Assim 1 cm = 10 mm, entretanto, 1 cm2 = 100 mm2, o que explica

ao examinarmos a figura 8. Da mesma forma:

1 m2 = 1 m x 1 m = 100 cm x 100 cm = 10000 cm2

1 m2 = 1000 mm x 1000 mm = 1.000.000 mm2

45

Exercícios envolvendo comprimento e área

1- Quantos metros quadrados contém um quilômetro quadrado ?

2- Quantos metros quadrados contém uma quadra de esportes com 100 m de lado ?

3- Um terreno mede 10 m de frente por 30 m de fundo. Qual sua área ?

4- Um alqueire paulista são 24.200 m2. Uma chácara retangular tem um alqueire e mede100m de frente. Quanto ela mede de fundo ?

Volume

A unidade é o metro cúbico (m3). De forma análoga à área, podemos provar que umcubo com 10 unidades de comprimento contém 10 x 10 x 10 = 1000 unidades de volume (Fig.33).

Figura 22 Fonte: USP, 2007:

Obtém-se assim que:

1 m3 = 1 m X 1 m X 1 m = 100 cm X 100 cm X 100 cm = 1.000.000 cm3.

Uma unidade muito usual de volume é o litro (l), definido como o volume de um cubocom 10cm de lado. A milésima parte de um litro é o mililitro (ml). a maioria das garrafas temseu volume, escrito no rótulo, e gravado no fundo das garrafas, expresso em mililitros (ml).Também estão expressos em ml os volumes de vidros de remédios, mamadeiras, frascos desoro hospitalar, etc.

Exercícios envolvendo volume:

1- Quantos cm3 contém um litro (l) ?

2- Quantos cm3 contém um mililitro (ml) ?

3- Quantos litros contém um m3?

4- Uma caixa de água mede 50 cm x 50 cm de lados e tem 50 cm de altura.Qual o seuvolume? Quantas garrafas de guaraná, de 333 ml cada uma podem ser enchidas comágua desta caixa?

5- Uma piscina tem 50 m de comprimento, 25 m de largura, 2 m de profundidade. Qual aárea de sua superfície? Qual o volume de água que ela contém, quanto totalmente cheia?Quantas mamadeiras, de 250 ml, você poderia encher com toda a água desta piscina?

Medidas práticas

46

Material

• 1 caixa de palitos de fósforo12

• 1 régua milimetrada

Procedimento Experimental

1- Medir, com a régua, o comprimento, a largura e a altura da caixa de fósforos e, de posse dessas medidas, calcular:

a) a área da face menor da caixa.

b) a área da face maior da caixa.

c) o volume da caixa. 13

2- Tendo o volume da caixa de fósforos, meça agora o volume de um palito de fósforo e determine, através de cálculos, o número aproximado de palitos que cabem numa caixacheia.Qual o resultado encontrado? 14

3- Verifique, na prática, quantos palitos enchem completamente uma caixa de fósforos.

4- Caso haja uma diferença considerável (superior a 10 palitos) entre seu cálculo e acontagem prática, dê explicações que justifiquem tal diferença.

A Grandeza Massa

Introdução:O sistema métrico decimal foi criado pela Revolução Francesa, que com issotentou uma renovação não apenas na vida social, mas também nas Ciências. Originalmente sedefiniu como unidade de massa, a massa de um litro de água a 150 C. Essa massa foichamada de um quilograma (1 kg). Mais tarde percebeu-se o inconveniente desta definição,pois o volume da água varia com a pureza da mesma. Passou-se, então, a adotar como padrãode massa um certo objeto chamado "padrão internacional de massa". Tal padrão é conservadono Museu Internacional de Pesos e Medidas, em Sèvres, Paris. A massa deste objeto é de 1kg. Dentro do possível, fêz-se que a massa deste padrão fosse igual à massa de 1 litro de águadestilada a 15 oC. Os submúltiplos mais comuns do quilograma são a grama (g) e a miligrama(mg), sendo 1 kg = 1000 g e 1g = 1000 mg. O múltiplo mais usual do quilograma é a tonelada(t), sendo 1 t = 1000 kg.

Exercícios envolvendo massa e volume

1- Quantas miligramas contém 1 kg ? e 1t ?

2- Quantas gramas contém, 1t ?

3- Qual é a massa de 1 m3 de água ?

12 A caixa de fósforos não tem uma medida única, e não é universal, pois existem vários tamanhos de caixas defósforos, logo teria que especificar qual a caixa da experiência. E também as medidas da caixa são na ordem demilímetros, logo não teríamos uma boa precisão nas medidas com a régua milimetrada.13 Falta resposta, na lista de respostas.

14 Da mesma forma os palitos não estão especificados suas dimensões, pois existem vários tipos de palitos defósforos, várias medidas. E temos que considerar que uma régua milimetrada não é adequada para medir asdimensões de um palito de fósforo.

47

4- Qual é a massa de 1 ml de água ?

5- Uma caixa de água mede 50 cm x 50 cm de base e 50 cm de altura. Qual o seu volume? Qual a massa de água que a enche completamente ? 15

6- Quantos litros de água cabem em um tanque cúbico de 2 m de lado ?

Respostas: Parte 4 - Medidas de Grandezas Fundamentais

Tempo

1- Classifica-se como intervalo de tempo. Foi utilizado um período de tempo para sedeterminar o número de batidas do coração.

2- Utilizando como intervalo de tempo, para leitura do batimento cardíaco um minuto,antes dos pulos, deu-se o término da contagem em 9h 11min e 40s.

3- Após os pulos, utilizando novamente o intervalo de tempo para leitura como sendo deum minuto, deu-se o término da contagem em 9h 49min e 10s.

Área

1- Um quilômetro quadrado possui 1.000.000 m2.

2- A quadra possui 10.000 m2.

3- A área do terreno é de 300 m2.

4- A chácara tem de fundo 242 metros.

Volume

1- Tem 1000 cm3.

2- Um centímetro cúbico possui um mililitro.

3- Um metro cúbico contém 1000 litros.

4- O volume é de 125.000 cm3 e é possível encher 375 garrafas de 333 ml.

5- A área é de 1250 m2. O volume é de 2500 m3. Podem ser enchidas 10 milhões de mamadeiras.

Medidas Práticas

2- As medidas são, aproximadamente, 3 mm x 3.5 mm x 43 mm o que dá um volume de451.5 mm3. Utilizando as medidas, aproximadas, da caixa de fósforo - volume de 21.504 m3

podem ser colocados 47 palitos de fósforos. 15 Os autores fazem diversas perguntas envolvendo unidade de massa (grama) com unidade de volume (litro), asperguntas estão todas incompletas, pois grama é uma unidade de massa e litro é uma unidade de volume, logoteriam que especificar a substancia e sua densidade. Embora o texto explicativo menciona que a água destilada a15 oC possui a propriedade de 1 litro pesar aproximadamente 1 kgf ou seja possuir a massa de 1 kg, isso nãoocorre nas perguntas. E até por se tratar dos primeiros contatos com a física teriam que ressaltar isso devido a suagrande importância nessa área do conhecimento. E também simbolizam toneladas com t, o que no sistemainternacional o correto é ton e litro eles simbolizam lt e o correto é L.

48

3- Deve-se tomar o cuidado para medir o volume do palito de fósforo. Mede-se ocomprimento e ter cuidado para as outras duas medidas. Estas outras duas medidas devem serfeitas na "cabeça do fósforo" e não na parte da madeira. O volume da caixa de fósforo deveser medido tendo em vista a parte interior, ou seja, onde os palitos são depositados, e não oinvólucro exterior.

Massa

1- Um kilograma possui 1.000.000 miligramas. Uma tonelada possui 1.000.000.000miligramas.

2- Uma tonelada possui 1.000.000 gramas.

3- Um metro cúbico possui mil kilogramas.

4- Um mililitro de água possui a massa de uma grama.

5- O volume é de 125.000 cm3. A massa de água é de 125 quilogramas.

6- O volume da piscina é de 8 m3 = 8.000 dm3 = 8.000 litros.

Os roteiros das experiências, por serem de boa qualidade, foram integralmente extraídos

do site da USP; porém há alguns erros. Os autores, talvez para facilitar o entendimento

tentando simplificar o texto, mencionam e expressam frases errôneas que destacamos no texto

pela cor cinza e citamos em notas numeradas no rodapé das paginas.

Experiências 5 – Comparando tempos de queda

Material

• 2 folhas de papel

• 1 caixinha de massa de modelar

ExperiênciasPara autoavaliação responda as perguntas em negrito

Experiência 1- Faça, a partir de quantidades iguais de massa (fig. 23), objetos de formasdiferentes e depois solte-os, simultaneamente de uma mesma altura. Os objetos cairão aomesmo tempo ? O que podemos concluir do que foi observado ?

Figura 23: Dois objetos de mesma massa e de formas diferentesFonte: USP, 2007

49

Experiência 2- Faça uma bola com a massa de três bastãozinhos e outra com a massa de umbastãozinho. Agora largue as duas bolas simultaneamente, de uma mesma altura (fig.24). Asbolas cairão ao mesmo tempo ? O que podemos concluir do que foi observado ?

Figura 24: Dois objetos de mesma forma e massas diferentesFonte: USP, 2007

Experiência 3- Pegue duas folhas de papel sulfite abertas e solte-as simultaneamente de igualaltura (fig.25). As folhas cairão ao mesmo tempo ? O que podemos concluir do que foiobservado?

Figura 25: Dois objetos de mesma massa e mesma áreaFonte: USP, 2007

Experiência 4- Pegue uma das folhas de papel sulfite e dobre-a o maior número de vezes.

Agora pegue esta folha dobrada e outra aberta soltando-as simultaneamente e de uma mesma

altura. As folhas cairão ao mesmo tempo ? Explique o que ocorreu ?

Figura 26: Dois objetos de mesma massa e áreas diferentesFonte: USP, 2007

Experiência 5- Um pouco de História

O grande filósofo grego Aristóteles afirmava que uma pedra de 2 kg cairia duas vezes

mais depressa que uma pedra de 1 kg. Dois mil anos depois desta colocação de Aristóteles,

Galileu, um estudioso de Ciências, refutou a afirmativa do filósofo grego dizendo que a

50

experiência provava o contrário. Assim sendo, Galileu convenceu importantes professores de

sua época (os quais concordavam com Aristóteles) a irem com ele à torre inclinada de Pisa, de

onde ele deixou cair - do ponto mais alto da mesma - uma grande pedra junto com outra

pequena.

Na opinião do grupo, quem tem razão Galileu ou Aristóteles ? Justifique a resposta dada.

Respostas: Parte 6 - Comparando Tempos de Queda

1- Sim. Utilizando a mesma quantidade de massa, mas com formatos diferentes, observa-se

que elas cairão ao mesmo tempo. 16

2- É de se esperar que o corpo que possue maior massa chegue ao solo um pouco mais rápido

que o de massa menor. Porém, verifica-se que os corpos chegam ao mesmo tempo.

3- As duas folhas caem ao mesmo tempo. Demoram um pouco mais para cair comparando-se

com as massas de modelar.

4- Não cairão ao mesmo tempo. A folha aberta possui uma área muito maior comparada com

a área da folha dobrada. A resistência do ar, neste caso, influenciou no tempo de queda da

folha aberta.

5- Quando soltamos um objeto, percebe-se que à medida em que este objeto chega ao solo,

sua velocidade aumenta. Esse aumento na velocidade se deve ao fato da ação da aceleração da

gravidade no movimento do objeto. Todos os corpos em queda livre sofrem a ação dessa

aceleração. Quando um objeto é abandonado de uma determinada altura, adquire um

movimento acelerado pela ação da força peso (P = m g, onde m é a massa do corpo e g a

aceleração da gravidade). Além dessa força, pode atuar no objeto uma outra força de mesma

direção e sentido contrário, devido à resistência do ar. Essa segunda força é variável e

depende da velocidade com que cai o objeto. Além de depender da velocidade do objeto, a

força de resistência do ar depende também da sua forma e da sua maior secção transversal

(área) em relação à direção do movimento. Pense no formato de um pára-quedas e de um

foguete.

Os roteiros das experiências, por serem de boa qualidade, foram integralmente

extraídos do site da USP; porém há alguns erros. Os autores, talvez para facilitar o

entendimento tentando simplificar o texto, mencionam e expressam frases errôneas que

destacamos no texto pela cor cinza e citamos em notas numeradas no rodapé das paginas.

16 A resposta está errada, pois se pegarmos corpos com mesma massa, mas com formas diferentes, eles irão cair etocar o chão ao mesmo tempo somente se a área de atrito dos corpos com o ar forem iguais. E também seriamuito difícil conseguir identificar isso com uma pequena altura.

51

4 CONCLUSÃO

O presente trabalho traz subsídios para mostrar que o laboratório experimental pode ser

muito útil na construção do conhecimento.

Muitas escolas ainda tratam o ensino da física de uma maneira pragmática, enfatizando

a memorização e a reprodução de conteúdos apresentados pelo professor. Felizmente, diversas

pesquisas e estudos vêm ocorrendo na tentativa de mudar esse quadro. O uso do laboratório

experimental como meio auxiliar na exploração do ensino de física resultou em uma forma

mais dinâmica, criativa e diferente para a investigação física e para a resolução de problemas.

A utilização do laboratório experimental como uma ferramenta mediadora no processo

ensino-aprendizagem da física, apresentou alguns aspectos que precisam ser considerados

desde que se pretenda implementar esse recurso.

Também foi apresentada a idéia de transposição didática e feita uma análise das

diferentes formas de abordagem ao laboratório, com o objetivo de melhor compreender a

inserção da forma mais adequada para cada caso no ensino-aprendizagem.

Ao longo dos anos de trabalho com essa disciplina, sempre foi uma preocupação o

modo como os alunos tratam os conceitos e teorias. Da maneira tradicional, em aulas

expositivas, constatou que os trabalhavam com a Física, porém, geralmente, não

demonstravam esse conhecimento, muitas vezes confundindo formulas e conceitos. A

dificuldade da interpretação dos problemas expostos em aula era uma constante.Perguntas

como “como saber qual fórmula usar?” apareciam com bastante freqüência.

Na verificação feita pelos professores e alunos da Universidade de Passo Fundo (UPF),

a aceitação do trabalho usando o laboratório experimental, teve um resultado positivo, sendo

afirmado que deveria ser utilizado com maior freqüência, pois facilita o aprendizado, quebra a

monotonia das aulas tradicionais e dá uma maior interatividade ao estudante.

52

O uso do laboratório para desenvolvimento dos conteúdos da disciplina de Física

prioriza mais a interpretação dos resultados obtidos do que propriamente a obtenção desses

resultados. Também deve-se tomar muito cuidado tanto na consulta quanto na elaboração

destas propostas, pois foi pesquisado em trabalho de pessoas muito bem qualificadas e mesmo

assim apareceram falhas conceituais a práticas, como nos roteiros extraídos. O que mostra o

cuidado que temos que ter antes de apresentar uma proposta de ensino aos estudantes.

É sempre necessário seguir alguns passos na utilização dos roteiros de experiências:

1) Identificar se atendem os conteúdos e práticas desejados pelo educador.

2) Identificar o nível de conhecimento a que se destina, ou seja quais conhecimentos

o aluno deve ter anteriormente para compreender as atividades e conceitos do

roteiro.

3) Revisar a parte conceitual para identificação de erros e falhas conceituais.

4) Realizar o experimento proposto antes da aplicação em aula como texto piloto,

para evitar possíveis problemas.

53

REFERÊNCIAS

BRASIL. Ministério da Educação e Cultura. Parâmetros Curriculares Nacionais. 2007.Disponível em: <http://www.mec.gov.br/sef/fundamental/avaliv.shtm#1e,> Acesso em:outubro de 2005.

MOREIRA, Marco Antonio; LEVANDOWSKI, Carlos Ernesto. Diferentes abordagens aoensino de laboratório. Editora da Universidade – Universidade Federal do Rio Grande doSul(UFRGS), Porto Alegre, 1983.

MOREIRA, Marco Antonio; OSTERMANN, Fernanda. Sobre o ensino do métodocientífico. Editora da Universidade - Universidade Federal do Rio Grande do Sul(UFRGS),Porto Alegre, 1993.

SPROULE, Anna. Thomas Edison. Rio de Janeiro: Editora globo. 19?? (Série Personagensque mudaram o mundo: os grandes cientistas).

USP. Universidade Federal de São Paulo. Ciências para professores do ensinofundamental. 2007. Disponìvel em: <http://educar.sc.usp.br/ciencias/fisica/index.html>Acesso em: fevereiro de 2007.

WERNER, C.T; BECKER, A.; HEINECK, R. Aprendiendo física dese as séries iniciais. LaRevista Iberoamericana de Educación, v. 36, n. 2, 2005. Disponível em:<http://www.rieoei.org/experiencias96.htm> Acesso em: fevereiro de 2007.

WHITE, Michael. Isaac Newton. Rio de Janeiro: Editora Globo. 19??. (Série Personagensque mudaram o mundo: os grandes cientistas).

WHITE, Michael. Galileu Galilei. Rio de Janeiro: Editora globo. 19?? (Série Personagensque mudaram o mundo: os grandes cientistas).