INVESTIGANDO O USO DIDÁTICO DE FONTES PRIMÁRIAS DA HISTÓRIA DO VÁCUO E DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA

## INVESTIGANDO O USO DIDÁTICO DE FONTES PRIMÁRIAS DA HISTÓRIA DO VÁCUO E DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA

## A RESEARCH ON THE DIDATIC USE OF PRIMARY SOURCES OF THE HISTORY OF VACUUM AND AIR PRESSURE

Deyzianne Santos Fonseca 1 , Juliana Mesquita Hidalgo Ferreira Drummond , 2 Wesley Costa de Oliveira 3

1 PPGECNM, UFRN, deyzifonseca@yahoo.com.br

2 PPGECNM, UFRN, juliana\_hidalgo@yahoo.com

3 PPGECM, UFRN, wesleyoliveira177@yahoo.com

## Resumo

O presente trabalho, de natureza empírica, se refere à aplicação de uma sequência didática de cunho histórico-filosófico em minicurso para estudantes do Ensino Médio. A proposta contemplou a compreensão de elementos da construção histórica do conceito de pressão atmosférica, particularmente, por meio da interpretação de trechos de fontes históricas em intervenção de caráter dialógico. Iniciando com o ensaio de explicações iniciais para um fenômeno cotidiano, a subida de líquido por um canudo, os estudantes se engajaram em processo 'investigativo', permitindo o aprofundamento de aspectos geralmente ausentes no contexto escolar. Acompanhados por professor-mediador, buscou-se que os estudantes: percebessem semelhanças (e diferenças) entre suas próprias explicações iniciais e concepções sintetizadas por pensadores do passado em documentos históricos; entrassem em contato com elementos relacionados ao processo histórico de construção do conceito de pressão atmosférica; se aproximassem de forma contextualizada do experimento de Torricelli; percebessem a inexistência ou a fragilidade do fator 'pressão atmosférica' (como pressuposto teórico) em suas explicações iniciais para o fenômeno da subida do líquido pelo canudo e a possibilidade de reconsiderá-las à luz desse elemento. Uma contribuição relevante se delineou na medida em que o referido conceito foi coletivamente utilizado de forma satisfatória em reinterpretação do fenômeno físico inicialmente submetido a problematização. Estabeleceu-se, assim, a construção coletiva do conhecimento, em processo no qual professor e alunos se inseriram como protagonistas. Particularmente, no presente trabalho, são discutidos resultados provenientes de instrumentos de pesquisa aplicados antes e após a intervenção, os quais contemplam questionamentos abertos acerca de fenômenos físicos relacionados à pressão atmosférica.

Palavras-chave : Pressão Atmosférica; Vácuo; Fontes Primárias.

## Abstract

This paper presents an empirical research concerning the use of a didactic sequence based on historical and philosophical approach in a short-term course for high school students. The proposal includes elements of the historical construction of the concept of air pressure, particularly through the interpretation of excerpts from historical sources in a dialogic intervention. It takes into account the historical construction of the physical concept in activities that improve critical thinking and

develop the imagination of students. It proposes that students act in an "investigative" process that allows establishing their initial explanations for a daily physical phenomenon (including any misconceptions): the rise of liquid through a straw. After that, students sight to notice any similarities (and differences) between their own initial explanations and views expressed by thinkers of the past in historical documents. Students are given the opportunity to understand elements of the historical development of the concept of air pressure, especially Torricelli experiment. They can realize the possible absence or weakness of this factor (as a theoretical assumption) in their initial explanations and have the possibility to reconsider them in light of that element. In the short-term course, a major contribution was outlined to the extent that the physical concept was used satisfactorily in a reinterpretation of the phenomenon initially subjected to questioning. It was established thus the collective construction of knowledge by a process in which teacher and students acted as protagonists. Particularly, this paper discusses results emerging from research tools applied before and after the intervention, more specifically open questions about physical phenomena related to air pressure.

Keywords : Air Pressure; Vacuum; Primary Sources.

## Introdução

Reflexões sobre a História e Filosofia da Ciência (HFC) no Ensino contemplam abordagens de cunho histórico-filosófico para a aprendizagem de conceitos científicos. Sugere-se que 'a compreensão dos conhecimentos físicos está intrinsicamente relacionada ao entendimento dos problemas a que tais conhecimentos buscaram responder' (MATTHEWS, 1994, p. 50). Adicionalmente, o entrelaçamento entre concepções prévias dos estudantes e abordagens de cunho histórico-filosófico vem sendo apontado há décadas (SALTIEL; VIENNOT, 1985; MELLADO; CARRACEDO, 1993; CARVALHO et al., 1993; VILLATORRE; HILGA; TYCHANOWICZ, 2008). Tendo em vista semelhanças (guardados os diferentes contextos) entre as explicações iniciais dos alunos acerca de fenômenos físicos e visões sustentadas por pesquisadores do passado, considera-se, por exemplo, que:

Examinando exemplos históricos [...] o estudante [pode] [...] perceber que, na história, sempre houve discussões e alternativas, que algumas pessoas já tiveram ideias semelhantes às que ele próprio tem, mas que essas ideias foram substituídas [...] (MARTINS, 2006, p. xxvi).

Ao explicarem fenômenos relacionados à pressão atmosférica, estudantes de diferentes níveis costumam sustentar explicações 'plenistas', as quais guardam semelhanças com a concepção historicamente conhecida como 'horror ao vácuo' 1 (SOLAZ-PORTOLÈS, 2008; LONGHINI; NARDI, 2009, p. 9). As explicações científicas atuais vão de encontro às que costumam sugerir. Apesar disso, espera-se deles aquiescência à 'verdade científica' (MARTINS, 2006).

- O conceito de pressão atmosférica é apresentado como 'verdade pronta' em livros didáticos, desconsiderando as visões iniciais dos estudantes e o contexto histórico em que foi concebido. O experimento de Torricelli é descontextualizado, embora tenha ocorrido justamente no âmbito das discussões sobre o vazio (as quais poderiam inspirar a problematização de concepções alternativas). Uma perspectiva

didática interessante poderia ser a discussão diacrônica de fontes históricas que tratam de fenômenos cotidianos, como o uso de canudos para sorver líquidos. Concepções do passado podem ser comparadas pelos alunos às suas próprias explicações (BATISTA, DRUMMOND, FREITAS, 2015; SILVA; GUERRA, 2015).

À luz das referidas considerações, propôs-se uma sequência didática na qual os alunos se engajam em processo 'investigativo', permitindo o aprofundamento de aspectos geralmente ausentes no Ensino Médio. A proposta contempla elementos da construção histórica do conceito de pressão atmosférica por meio da interpretação de trechos de fontes históricas . Durante aplicação em escola pública de Natal (RN), realizou-se pesquisa empírica que busca investigar a contribuição da proposta no tocante aos objetivos supracitados. Foram treze participantes (identificados na análise dos resultados como An, sendo n de 1 a 13), os quais responderam a instrumentos de cunho exploratório, antes e após a intervenção. Os instrumentos investigativos foram compostos por duas partes: a primeira a respeito de fenômenos físicos e a segunda relacionada à temática natureza da ciência . 2 Registros audiovisuais das discussões coletivas foram realizados e os estudantes registraram individualmente suas reflexões em material contendo transcrições das fontes primárias. Por motivos de limitação de espaço, o presente trabalho apresenta exclusivamente os resultados da análise de respostas a duas das três questões sobre conhecimentos físicos que compunham pré-teste e pós-teste.

## A intervenção didática

A sequência didática foi aplicada em dezembro de 2015, ao longo de dois dias de minicurso, totalizando 8 horas. Inicialmente, houve um processo mediado de construção coletiva de explicações iniciais para fenômeno cotidiano: a subida de líquido por um canudo. Em seguida, procedeu-se à interpretação diacrônica de uma fonte primária medieval, na qual o pensador Jean Buridan, no séc. XIV, explicou o mesmo fenômeno com base no chamado 'horror ao vazio'. Os estudantes confrontaram suas explicações iniciais às que emergiram da interpretação da fonte. Tal como Buridan, boa parte deles dirigiu a atenção para o interior do canudo. Manifestaram visões de que o líquido tentaria ocupar o espaço deixado pelo ar retirado. O fator 'pressão atmosférica', citado por um único estudante em sua explicação, não constava nos escritos de Buridan, conforme se notou.

No segundo momento, realizou-se experimento histórico descrito por Aristóteles: uma vareta suspensa fica desequilibrada se uma bexiga cheia está em uma extremidade e uma bexiga vazia em outra. O professor realizou uma breve contextualização histórica de discussões sobre o 'peso do ar'. Na continuidade, procedeu-se à interpretação de registro histórico no qual Isaac Beeckman, no século XVI, refletiu sobre o ar ser 'pesado' e nos pressionar 'de todos os lados de um modo uniforme'. Emergiram possíveis consequências para a interpretação do fenômeno do canudinho decorrentes de eventual aceitação dessa afirmação. Em prosseguimento, o professor apresentou o experimento de Torricelli tal como usualmente citado em livros didáticos: descoberta e medição da pressão atmosférica; há vácuo na parte superior do tubo de mercúrio. Em seguida, estimulando a imaginação dos participantes, questionamentos extrapolaram o conteúdo apresentado: A intenção de Torricelli foi realmente medir a pressão

atmosférica? O 'vácuo' era aceito na época? Ninguém mais pensava no 'horror ao vazio'? É possível mesmo 'ver' que a sustentação do mercúrio se deve a algo externo (pressão)? Aceitando a ideia de pressão atmosférica, o fenômeno do canudo poderia ser interpretado de maneira diferente da sugerida por Buridan?

A sequência didática contemplou, em seguida, a leitura compartilhada de uma entrevista fictícia com Evangelista Torricelli 3 . O professor encaminhou discussões, trazendo à tona aspectos que permitiram contemplar lacunas surgidas na problematização antecedente: o engajamento de Torricelli na discussão sobre o vazio; sua hesitação e cautela ao sustentar uma explicação dissidente sobre a sustentação da coluna de mercúrio, indicando que o horror ao vazio preponderava. Finalizando a intervenção didática, uma contribuição relevante se delineou na medida em que o conceito de pressão atmosférica foi satisfatoriamente utilizado na reinterpretação do fenômeno físico inicialmente submetido a problematização.

## Análise do pré-teste

Duas questões abertas do pré-teste foram analisadas conjuntamente devido à semelhança entre os fenômenos sugeridos para reflexão e à busca de esclarecimentos sobre as visões dos estudantes: 1) 'Colocamos um pouco da água em uma garrafa e em um recipiente transparente. Misturamos corante verde à água para melhor visualização. Em seguida, emborcamos a garrafa, isto é, colocamos a garrafa de ponta cabeça dentro do recipiente. A água que está na garrafa não escoa totalmente para baixo. Por que isso ocorre?'; 2) 'Utilizamos um prego aquecido para fazer pequenos furos no fundo de uma garrafa plástica. Em seguida, colocamos a garrafa de pé em uma bacia com água. Enchemos a garrafa com água e tampamos a garrafa. Retiramos a garrafa da bacia, segurando-a sobre a bacia até deixar de pingar. Mesmo com os furos no fundo da garrafa, a água não continua a cair. Como é possível que não saia água da garrafa furada?' 4

Na análise das respostas , tomou-se o cuidado de sinalizar alusões ao termo 5 'pressão', indicando ocasiões em que o estudante explicitamente se referiu à 'pressão atmosférica'. Os resultados obtidos por meio da análise das respostas foram classificados em categorias e expostos nas tabelas a seguir:

Tabela 1 - Questão 1

5

Tabela 2 - Questão 2

Na primeira questão, 38,5% dos indivíduos citaram uma interação entre a água da garrafa e do recipiente, que 'seguraria' o conteúdo. Foi o tipo de resposta com maior incidência, sem alusão à pressão exercida pelo ar. A segunda questão traz a água sustentada na garrafa sem a presença de outro recipiente. Os mesmos indivíduos se dividiram quanto às explicações. Foram observadas duas afirmações de que a pressão dentro seria maior que fora da garrafa (A7 e A11). Uma possibilidade é que os referidos indivíduos concebessem a 'pressão' à qual fizeram menção como um 'puxão' dentro da garrafa impedindo a descida do líquido. Para A2, a situação era 'parecida com a primeira, só que em vez da água criar essa pressão, aqui é o vento'. É possível que ele tivesse em mente a pressão exercida pelo ar, conquanto que essa fosse mal compreendida ou expressada.

Segundo dois indivíduos, A8 e A1, o vácuo criado no fundo da garrafa era responsável pelo fenômeno da questão 1. Suas compreensões eram, no entanto, distintas. O foco de A1 foi exclusivamente o interior da garrafa. Poderia, em princípio, conceber um puxão exercido pelo vazio. No entanto, essa hipótese perde força face sua resposta à questão 2: 'o vácuo criado impede que a pressão atmosférica aja sobre a água e possa escoar'. Parecia conceber que o vazio representava um impedimento a água ser empurrada para baixo. Já o indivíduo A8 aparentemente sinalizou a concepção de uma tendência a limitar a formação de vazio: 'Devido ao vácuo criado no fundo da garrafa, ou seja, não existe nada para preencher o lugar da água'. Uma concepção de cunho sugestivamente plenista foi expressa por A6, na questão 1, ao afirmar que o líquido não cai porque o ar não tem como entrar. Na segunda questão, sua resposta demonstrou-se incognoscível.

Na primeira questão, A5 atribuiu o efeito a uma pressão maior dentro da garrafa. A resposta à questão 2 conteve a mesma afirmação. O indivíduo não ofereceu uma explicação completa para a sustentação do líquido nos dois casos, mas sinalizou que o efeito se relacionava a certo volume de ar confinado no alto dos recipientes. Conquanto que não seja adequado afirmar categoricamente, é possível que para ele o referido aumento de pressão interna fosse um 'puxão' ou 'sucção' sobre o líquido. Algumas explicações pouco detalhadas foram notadas na questão 1, de modo que as mesmas podem ou não se aproximar de uma explicação científica atualmente válida dependendo de aspectos não explicitados. O estudante A10, por exemplo, somente afirmou: 'a água na garrafa sofre uma pressão e faz com que ela não escoe' . Considerando o matiz de respostas, é possível que ele estivesse se referindo à pressão do ar ou mesmo a um 'puxão' interno referenciado como 'pressão'. A resposta à segunda questão não colaborou para o esclarecimento.

Na primeira questão, um único indivíduo, A9, explicou a situação de forma completa. Outro indivíduo, A12, esboçou uma explicação nessa direção ao afirmar que a pressão fora, atmosférica, seria maior do que dentro da garrafa. O indivíduo A4 também afirmou que a pressão fora seria maior, mas não explicitou que pressão seria essa. Já em resposta à segunda questão referiu-se à pressão atmosférica. Na segunda questão, os mesmos três indivíduos foram os únicos que atribuíram o fenômeno explicitamente ao fato de que a pressão fora (atmosférica) seria maior do que dentro garrafa. Dessa forma, em ambas as questões, aproximaram-se de um ponto de vista científico atual cerca de 23,1% dos estudantes.

## Análise do pós-teste

As duas primeiras questões do pós-teste foram analisadas conjuntamente: 'Muitas pessoas adoram receber pássaros visitantes e instalam comedouros e bebedouros em suas residências. Como você explica o fato de que a água não transborda no bebedouro do passarinho?'; 'Enchemos um tubo de vidro transparente com mercúrio e tampamos a sua extremidade com a mão. Em seguida, colocamos esse tubo de vidro de ponta cabeça, dentro de uma bandeja que também contém mercúrio. Retiramos a mão. Parte do mercúrio que está no tubo de vidro escoa e se junta ao da bandeja. Parte do mercúrio permanece no tubo. Como essa situação pode ser explicada?' 6

Tabela 4 - Questão 1

Tabela 5 - Questão 2

Na primeira questão, um resultado significativo foi notado na medida em que sete dos treze estudantes (A6, A7, A8, A9, A10, A11, A13), isto é, 53,8% apresentaram explicações que se aproximam de visões científicas atuais. Dois estudantes (A2 e A3) afirmaram que a 'pressão' impediria que a água

transbordasse. Não esclareceram de que 'pressão' se tratava. No entanto, na questão seguinte, referiram-se à 'pressão atmosférica' ou ao 'peso da coluna de ar' como responsáveis pela sustentação do mercúrio. Considerando tais elementos, o percentual de respostas adequadas chegaria a 69,2 % na primeira questão.

A segunda questão trazia o experimento de Torricelli, discutido no minicurso. Nenhum estudante que demonstrou dificuldade na primeira questão foi ao encontro de explicação científica atual nessa segunda ocasião. E, curiosamente, nem todos os nove estudantes que responderam adequadamente à primeira questão, assim o fizeram na segunda. Seis deles (A2, A3, A7, A8, A9, A11) de fato voltaram a registrar explicações adequadas. Quanto aos três outros indivíduos (A6, A10, A13) que haviam respondido adequadamente ao caso anterior, um deixou a segunda questão sem resposta (A10) e outro teceu comentários gerais que não se aplicam como resposta à questão (A13). Não há justificativa explícita para a atitude desses dois estudantes. Uma possibilidade é que a vissem como repetição da primeira situação, dispensando resposta. O terceiro indivíduo, A6, atribuiu a situação a um conjunto de três fatores. Dois desses fatores seriam: certa pressão relacionada ao vácuo no tubo ('por causa da pressão, de fato em cima fica um pequeno vácuo no tubo' ) e a interação do líquido no tubo com o líquido no recipiente ('pressão dos dois recipientes faz com que o que pese mais desça' ). Quanto ao vácuo no tubo, não aparece explícita na resposta do indivíduo a concepção de um puxão exercido pelo vazio, embora essa seja usual em repertório sobre concepções alternativas. Já o segundo fator citado por A6 foi o único apontado por outro estudante, A12, em resposta ao questionamento. Ainda na resposta de A6, a pressão atmosférica aparece explicitamente como fator adicional : 'sendo também influenciado pelo fator externo que é a pressão atmosférica' . Já na resposta desse indivíduo à primeira questão, o vácuo no alto do tubo e a interação dos líquidos não foram mencionados.

Na primeira questão, o indivíduo A4 usou a expressão 'pressão atmosférica' numa resposta de formulação pouco evidente, parecendo indicar que ao beber a água a pressão atmosférica dentro do bebedouro empurraria a água para fora. Na segunda questão, o indivíduo ensaiou com alguma dificuldade sua resposta: a pressão dentro do tubo seria maior, empurrando o mercúrio para a bandeja até equilíbrio com a pressão fora do tubo. Na primeira questão, A5 apresentou uma resposta um tanto quanto confusa. Citou que a pressão fora seria maior do que no espaço interno do bebedouro, o qual, nessa situação, ficava 'completo de ar impedindo o vazio' . O aluno não chegou a responder ao que solicitava a segunda questão. Registrou a tese do 'horror ao vácuo', visualizada nas fontes primárias usadas no curso, parecendo ter incorporado a concepção plenista.

A referência ao vazio ocorreu também nas respostas de A1. Na primeira questão, o estudante explicou que por estar o bebedouro tampado seria formado um espaço vazio e 'a água não transborda por conta da existência do vazio' . Ofereceu explicação análoga à segunda questão: o líquido não desce 'por conta da formação do vácuo' . Possivelmente, para A1, o vazio ou vácuo deveria exercer algum tipo de 'puxão'. Esse tipo de concepção ('puxão exercido pelo vazio') foi sustentada ao longo da História da Ciência, embora não tenha sido tratada explicitamente no curso.

## Considerações finais

Os participantes demonstraram bastante interesse ao longo da intervenção. Inicialmente, ao analisarem o fenômeno do canudo, um único estudante citou a ideia de 'pressão atmosférica', embora formalmente já tivessem contato com o conteúdo

em sala de aula. No pré-teste houve escassa referência ao conceito de pressão atmosférica e um matiz de explicações com base em concepções alternativas semelhantes às encontradas na literatura. Um exemplo seria a indicação de que o líquido sobe para ocupar o vazio deixado pelo ar. Observou-se ainda o uso do termo 'pressão' como indicativo de sucção, tal como registrado em pesquisas empíricas (SOLAZ-PORTOLÈS, 2008; LONGHINI; NARDI, 2009).

A abordagem proposta parece ter colaborado para a aproximação em relação ao conceito de pressão atmosférica. Parte significativa dos estudantes se expressou adequadamente no pós-teste. Referências satisfatórias à pressão atmosférica figuram em parcela significativa das reflexões realizadas individualmente após a intervenção.

## Referências

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