O ESTUDO DO EMPUXO COMO ATIVIDADE INVESTIGATIVA

## O ESTUDO DO EMPUXO COMO ATIVIDADE INVESTIGATIVA

Josimeire Meneses Julio (josimeire@coltec.ufmg.br)

Colégio Técnico, UFMG e E. E. Reny de Souza Lima

## RESUMO

Os professores estão sempre diante do desafio de renovar a prática educativa para enfrentar de maneira afirmativa as limitações impostas pelo sistema público de ensino. Uma abordagem diferenciada do currículo da primeira série do ensino médio, a partir do tema hidrostática, me auxiliou na elaboração de estratégias para aprimorar o trabalho com alunos que apresentam deficiências de leitura, escrita e manipulação das operações matemáticas elementares. Em função deste trabalho desenvolvi uma atividade de investigação sobre empuxo, utilizando materiais alternativos, que leva os alunos à compreensão de princípios físicos e ao estabelecimento de relações matemáticas entre as grandezas envolvidas de maneira eficiente.

## INTRODUÇÃO

A implementação de programas de aceleração no ensino fundamental das escolas públicas estaduais contribuiu para uma expansão significativa do acesso à educação nos últimos anos. Se por um lado houve uma redução nos índices de repetência e um expressivo aumento na escolaridade das populações mais carentes, por outro as dificuldades de aprendizagem dos alunos que ingressam ensino médio se acentuaram nesse período. Grande parte dos alunos apesar de ser alfabetizada não tem letramento, isto é, não consegue extrair informações de um texto, o que torna sua capacidade de leitura e escrita muito limitadas. Uma parcela ainda maior dessa população não consegue compreender ou manipular as operações matemáticas elementares. Somando-se a isso o fato de que o primeiro contato da maior parte dos alunos com o conhecimento físico acontece somente na primeira série do ensino médio, como professora de física, me vi diante do desafio de renovar minha prática para lidar de maneira afirmativa com essas e outras limitações impostas pelo sistema público de ensino.

Minha primeira ação nessa direção foi a elaboração de diretrizes para a prática educativa, envolvendo o tema hidrostática, que foram desenvolvidas durante o curso de licenciatura, em monografia de graduação no ano de 2002, visando a reorganização do currículo e a implementação de atividades que levam os alunos a pensar e a construir seu conhecimento através da observação e investigação de fenômenos físicos. Em 2003 apliquei essas diretrizes nas turmas da primeira série do turno da noite da escola em que leciono, no primeiro bimestre, como projeto de intervenção que foi avaliado através de uma monografia para o curso de especialização. Um dos resultados alçando foi uma significativa melhoria na capacidade de argumentação e o bom desempenho dos alunos durante o período de intervenção. Além disso, a abordagem diferenciada do tema me auxiliou na elaboração de estratégias para aprimorar o trabalho com outros tópicos do conteúdo de física.

Resolvi relatar uma das atividades de investigação envolvendo o conceito de empuxo que desenvolvi em função do trabalho com a hidrostática, mas que não foi comunicada nos trabalhos anteriores. Os resultados que obtive com os alunos e os comentários de alguns colegas professores tomaram conhecimento dessa atividade me permitem considerar que essa é uma boa atividade de investigação porque leva os alunos à compreensão de princípios físicos e ao estabelecimento de relações matemáticas entre as grandezas envolvidas de maneira eficiente utilizando materiais alternativos. A seguir apresento o contexto em que a escola está inserida, as estratégias que orientam o trabalho com a hidrostática como forma de esclarecer os objetivos e a organização do conteúdo até chegar no estudo do empuxo, uma breve descrição da atividade, uma descrição detalhada da dinâmica das aulas e os resultados alcançados pelos alunos.

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## CONTEXTO DA ESCOLA E ESTRATÉGIAS DE AÇÃO

Ensino física há sete anos no turno da noite da E.E. Reny de Souza Lima que se localiza na periferia de Santa Luzia, região metropolitana de Belo Horizonte. A escola não possui laboratório ou biblioteca e seus usuários apresentam um perfil bastante diversificado. Quase a totalidade dos alunos trabalha durante o dia e é oriunda dos programas de aceleração implantados no ensino fundamental. A outra parcela é constituída de jovens e adultos que retomaram os estudos após um longo período de afastamento do ambiente escolar. A rotatividade e a evasão escolar são bastante acentuadas, principalmente, na primeira série do ensino médio. Portanto, as dificuldades de aprendizagem em física são acentuadas pela pouca freqüência de alguns alunos, pela incapacidade em manipular as operações matemáticas elementares e pela falta de letramento, isto é, dificuldade interpretar e extrair informações de um texto. O primeiro contato desses alunos com a física é bastante traumático eles se sentem incapazes de estabelecer relações entre seu modo de pensar e o conhecimento físico.

Para estabelecer uma relação mais dialógica com os alunos no que diz respeito ao ensino de física resolvi iniciar o curso da primeira série do ensino médio com o estudo de hidrostática, a partir de atividades centradas nos alunos para que aos poucos eles conseguissem superar suas dificuldades de aprendizagem através da observação e interpretação de fenômenos físicos. Escolhi esse tema por considerar que el e atende bem à proposta de que 'uma ênfase mais tecnológica junto com o foco em um pequeno número de modelos, poderia ter uma chance melhor, se apresentada de modo mais imaginativo, de captar e prender o interesse de mais estudantes, do que um currículo cuja estrutura e racional são freqüentemente pouco claros para professores e devem mesmo parecer menos claros ainda para os alunos' (Millar, 1996).

Ao adotar essa abordagem pude diversificar as estratégias a serem utilizadas para promover o desenvolvimento dos alunos, a principal estratégia que utilizei foi a produção de textos escritos, solicitei com freqüência que escrevessem sobre o que aprenderam procurando relacionar o conteúdo com o que observavam nas atividades em sala de aula e em seu cotidiano, foi uma maneira que encontrei de ter em mãos indícios de como os conceitos foram apropriados por eles. Inicialmente, os alunos resistem em escrever porque não conseguem expressar suas idéias por escrito, passo acompanhá-los para ajudá-los a organizar seu pensamento a ponto de serem capazes de registrar o que aprenderam em um pequeno parágrafo. Após algumas aulas os alunos passam a elaborar melhor suas idéias e têm uma significativa melhora na capacidade de argumentação. Tudo isso é possível devido ao encadeamento dos conceitos que permite a organização de atividades desafiadoras que auxiliam os alunos na associação dos conceitos físicos com os fenômenos observados.

O primeiro conceito apresentado aos alunos é o conceito de densidade, são contrapostas as idéias de denso e pesado, em princípio, a densidade é definida como o peso de um determinado volume . A relação entre densidade e flutuação é trabalhada com os alunos como forma de evidenciar a relação entre peso e volume nos líquidos. Em seguida, passamos ao conceito de pressão que introduz o estudo da transmissão de pressão nos líquidos chegando à definição de empuxo. O estudo do empuxo é muito trabalhoso para os alunos, eles muitas vezes apresentam grande dificuldade em compreender a relação entre a flutuação do corpo e o empuxo. Ao definir densidade como o 'peso de um determinado volume', pude esclarecer com mais eficiência como as densidades do corpo e do líquido se relacionam com o empuxo e, conseqüentemente, com a flutuação. A partir dessa abordagem solucionei um problema que considero importante para minha prática: esclarecer de maneira objetiva, para alunos com dificuldades de aprendizagem, a relação entre o empuxo e a densidade dos corpos através de uma atividade de investigação.

## BREVE DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE

A turma deve se organizar em grupos de no máximo cinco alunos. Cada grupo recebe um recipiente com água, uma bacia de plástico transparente com capacidade de 1l, um chumbo de pescaria de massa 100g

e três copos descartáveis com capacidades de 50 ml, 100 ml e 200 ml nos quais são adaptadas alças de barbante. As seguintes informações são anotadas na lousa: peso do chumbo = 100 gf = 1 N; peso de 1 l de água = 1 kgf = 10 N; capacidade do copo pequeno = 50 ml; capacidade do copo médio = 100 ml; capacidade do copo maior = 200 ml. A atividade é orientada a partir de uma seqüência de ações que deve ser obedecida por todos os grupos. A bacia transparente deve conter aproximadamente 600 ml de água. O nível da água na bacia deve ser marcado antes e depois que qualquer objeto for colocado dentro dela. Os copos descartáveis vazios são colocados sobre a água, um de cada vez, e possíveis mudanças no nível da água são verificadas. Antes que cada um dos copos contendo o chumbo seja colocado na água deve-se prever o quanto ele irá afundar. A previsão deve ser justificada, em seguida testada, caso não seja confirmada, os integrantes dos grupos devem procurar entender o que aconteceu discutindo entre si. Após essa etapa o chumbo é retirado dos copos, coloca-se água em cada um deles e todos os passos anteriores são executados novamente. Ao final da aula os alunos devem entregar um relatório com suas previsões, a descrição de suas observações e as explicações dos fenômenos que observaram.

## A REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE

Ao realizar essa atividade nas turmas da primeira série em 2003 constatei que, de maneira geral, todos os grupos apresentaram o mesmo comportamento e levantaram as mesmas questões. Para facilitar o entendimento da dinâmica da atividade baseei meu relato em minha última experiência com os alunos. Passei as recomendações gerais para a realização da atividade para a turma e enquanto os alunos executavam as tarefas circulei entre os grupos para acompanhar seu desempenho e orienta-los. Havia uma unanimidade em duas afirmações: a de que os copos descartáveis não deslocavam água e a de que qualquer um dos copos contendo o chumbo afundaria na bacia ' porque ficariam muito pesados '. Durante o atendimento aos grupos os convidava a pensar sobre o fato de que o volume de água deslocada pelos copos vazios era desprezível, mas não inexistente. Ao colocarem os copos contendo o chumbo na água ficavam surpresos, pois apenas o copo de 50 ml afundou, o copo de 100 ml flutuou quase totalmente submerso (Fig. 1).

Figura 1- À esquerda, o copo de 50 ml contendo o chumbo afundou na água; à direita, o copo de 100 ml flutuou quase totalmente submerso.

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Eles puderam constatar, visualmente, que o copo de 100 ml deslocou praticamente 100 ml de água. Solicitei que a partir desta informação determinassem qual foi o valor do empuxo que este copo recebeu da água e o comparassem ao peso do chumbo. Rapidamente todos perceberam que o empuxo que atuou sobre o copo foi igual ao peso do chumbo. Alguns grupos chegaram a esta relação sem que eu fizesse qualquer intervenção. Eles deviam explicar por que o copo de 50 ml contendo o chumbo afundava e com relativa facilidade concluíam que o empuxo máximo que ele poderia receber da água era de 0,5 N.

Os desafiei a 'adivinhar' o quanto o copo o copo de 200 ml contendo o chumbo afundaria. Inicialmente, houve uma divisão de opiniões enquanto alguns dos integrantes do grupo afirmavam que o copo ficaria com a mai or parte de seu volume submerso, os outros defendiam que seria apenas a metade do volume. Eles discutiram um pouco entre si e concluíram juntos que o copo com chumbo deveria deslocar 100 ml = 1 N de água, portanto o copo de 200 ml flutuaria com metade de seu volume submerso. Quando me

certifiquei de que todos no grupo haviam entendido isso, propus que enchessem os copos com água e os colocassem cuidadosamente na bacia. Novamente, eles precisavam prever se os copos afundariam e justificar sua escolha. Poucos deles disseram que os copos afundariam, a maioria dos alunos já havia entendido que o empuxo sobre os copos cheios de água seria equivalente a seu peso. Antes de confirmarem sua previsão impus a condição de que colocassem na água um copo de cada vez. Considerei essa uma medida importante para que os alunos percebessem através do nível da água na bacia qual foi o volume de água deslocada por cada um dos copos. Minha preocupação era a de que ficasse evidente que os copos deslocavam um volume de água equivalente à sua capacidade máxima. Os grupos verificaram que os copos cheios de água não afundaram e determinaram o empuxo exercido sobre eles.

Utilizei um dinamômetro simples para pesar os copos com água, pendurando-os pela alça de barbante. Tomei essa medida para reforçar a idéia de que os copos receberam um empuxo igual ao peso da água que deslocaram. Em seguida, solicitei que colocassem o chumbo dentro da água e tentassem determinar o empuxo que atuava sobre ele. Quando algum dos integrantes do grupo afirmava que o chumbo não recebia empuxo porque não deslocava água os outros o corrigiam justificando que o empuxo era muito pequeno, pois era difícil perceber a quantidade de água deslocada. A partir desse momento os alunos entenderam que um corpo mais denso que a água afunda porque seu peso é superior ao peso da água que ele é capaz de deslocar. Eles passaram a investigar, voluntariamente, a relação entre peso e volume de objetos como borrachas, chaveiros e outros objetos que estivessem a seu alcance.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

A experiência com o empuxo é significativa porque se mostrou eficiente como atividade de investigação que auxilia os alunos a construir seu conhecimento a partir da observação e análise de fenômenos físicos. De maneira geral os professores encontram dificuldade em mostrar essa relação de maneira objetiva, sobretudo quando os alunos apresentam deficiências graves em sua formação básica. Por intermédio dessa atividade os alunos tornam-se capazes de relacionar os fatores que envolvem o empuxo com a densidade do líquido e dos corpos nele mergulhados superando suas dificuldades de aprendizagem. Com este relato procuro auxiliar outros colegas professores que buscam alternativas para lidar com os problemas cotidianos próprios do ensino de física.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

JULIO, Josimeire Meneses. Ensino de Física e Necessidades Formativas dos Estudantes: um exemplo no estudo de hidrostática . Belo Horizonte: Faculdade de Educação da UFMG, 2002. (Monografia, Licenciatura em Física)

JULIO, Josimeire Meneses. Intervenções com o Ensino de Hidrostática - Reflexões sobre a Prática Educativa . Belo Horizonte: Centro de Ciências e Matemática de Minas Gerais - UFMG, 2003. (Monografia, Especialização em Ensino de Física)

MILLAR, Robin. Universidade de York. Senior Lecturer em Estudos Educacionais. Artigo publicado na School Science Review, mar 96. 77 (280). Traduzido por Jordelina Lage Martins Wykrota e Maria Hilda de Paiva Andrade. Um Currículo de Ciências Voltado para a Compreensão por Todos.