UM HIGRÔMETRO DE VAGEM E O ENSINO DE FÍSICA NO ENSINO FUNDAMENTAL

## Introdução

É muito nítido que, em muitas instituições de ensino no Brasil, os professores encarregados de conduzir o processo de ensino em ciências no curso fundamental tem formação em biologia, sem grande entusiasmo em relação ao ensino de química ou física 1 . Uma das nefastas conseqüências disto é que, na prática, o ensino de ciências no curso fundamental, na maioria das escolas, restringe-se quase exclusivamente à biologia. Física e química só comparecem, mas ainda de modo desconectado da biologia, na 8ª série quando, pelo elevado grau de estranheza, tornam-se os 'bichos-papões' dos alunos daquela fase. É evidente que durante o 'reinado' absoluto dos bichos e plantas nas primeiras séries, inúmeras oportunidades de inserção da física e química são deixad as de lado, sem qualquer justificativa pedagógica plausível. Rejeitamos o argumento de que física e química, exigindo estruturas mentais de maior abstração que a biologia, devem conseqüentemente ser deixadas para mais tarde. Não é verdade que todo o ensino de biologia seja descritivo 2;3 nem tampouco que todo o ensino de física e química seja abstrato . Como prova disto, alguns autores vem desenvolvendo projetos de ensino em que física 4 e química comparecem em séries iniciais do ensino fundamental, com grande sucesso 1;5;6 . Também não se pode atribuir esta falha a ausência de textos didáticos nos quais as ciências físicas e biológicas sejam tratadas de modo harmoniosamente integrado 7-10 . Infelizmente, o que parece acontecer em muitas escolas é que os professores de física e química não se interessam pelo ensino fundamental e os professores de biologia não se interessam pelo ensino de física e química.

O trabalho aqui descrito foi um dos resultados alcançados pela mobilização de um grupo de professores contra a tendência habitual, propondo, para uma turma de 3ª série do ensino fundamental, projetos que, integrando as ciências físicas e biológicas entre si e com outros domínios do conhecimento humano, como artes e literatura, provocassem nos alunos um instigante e produtivo trânsito interdisciplinar 11 . A maior parte do trabalho, desenvolvido durante o ano de 2000, foi conduzido pela professora regente da turma, com esporádicas intervenções de professores de física e química do curso médio, tendo algumas aulas sido conduzidas 'a quatro mãos'. Este ambiente cooperativo produziu resultados imediatos e parece mesmo imprescindível, se considerarmos a virtual impossibilidade de qualificar em alto nível os docentes do curso fundamental nos domínios das ciências físicas e biológicas.

## Em que momento apareceu o higrômetro de vagem

O projeto "Um gole de Informação" estava em andamento e dizia respeito à água, seu ciclo na natureza, sua importância para a sociedade humana e para os demais seres vivos, suas fontes, processos de tratamento e purificação, sua ameaça de escassez generalizada em futuro ameaçadoramente próximo e seu manejo auto-sustentável. A categoria evaporação em vários momentos mostrava-se fundamental e por isso haviam sido feitos trabalhos práticos com panos úmidos 12 em diversas situações de temperatura, ventilação, umidade do ar e superfície de exposição, considerando sempre como variável dependente a taxa de evaporação (avaliada pelo tempo necessário para a secagem dos panos). A transposição para a vida dos vegetais foi imediata. Na época seca, as árvores deixam cair suas folhas para que a drástica diminuição da área foliar acarrete uma queda na taxa de evapo-transpiração. Desta forma, as árvores defendemse de uma ilimitada perda de água que as conduziria a morte. Foi discutido também o interessante mecanismo de reprodução da leguminosa clitoria fairchildiana , conhecida em algumas regiões do Brasil pelo nome de sombreiro 13 . Esta árvore, muito utilizada em arborização de ambientes

urbanos, produz vagens de 30 a 40cm de comprimento, com largura de 3 a 5cm. Na época seca, estas vagens, sofrendo gradual perda de água, vão executando um movimento de torção, cada lado da vagem em um sentido. O resultado é que, repentinamente, o fruto parte-se longitudinalmente, lançando suas sementes que ficarão no solo até que venham os dias chuvosos possibilitando a germinação. Nos dias muito secos, é possível observar vagens abertas totalmente retorcidas como chifres de cabritos monteses.

A torção da vagem controlada pela água foi testada em sala pelos alunos. Diversas metades de vagens foram distribuídas e o professor lançou a hipótese de trabalho 'torção da vagem está associada a evaporação de água', convidando os alunos a elaborar um experimento que colocasse a hipótese em xeque. As categorias hipótese , experimento e verificação ou falsificação de hipóteses já haviam sido construídas em conjunto com os alunos em um projeto anterior 14 . Os alunos prontamente sugeriram medir a distância entre as pontas da vagem, molhá-la e depois repetir a medição, observando alterações na distância e na forma da vagem. Alguns grupos usaram uma régua, outros fizeram em um papel apenas duas marcas correspondentes às extremidades da vagem. Em seguida, todas as vagens foram borrifadas com água. Após dez minutos, as medições foram repetidas e a hipótese confirmada. Verificaram também que o que tornava as extremidades mais próximas ou distantes era uma torção menor ou maior da vagem. Após cerca de meia hora da hidratação das vagens, era bem evidente um número de voltas menor em cada metade de vagem. O professor então usou um secador de cabelo para acelerar o processo de secagem da vagem, conduzindo os alunos à conclusão de que o fenômeno era revertível . Como o conceito de propriedade dos materiais estava e m processo de construção desde as aulas de química 14 , os resultados com a vagem foram sistematizados como propriedades do material vagem .

Um outro sistema dependente da água foi também estudado - a cor do papel embebido em solução de cloreto de cobalto. Borrifando água ou secando o papel com auxílio do secador de cabelo, os alunos perceberam a transição de cor: azul para o CoCl2 anidro e rosa para o sal hidratado. Foi nesta altura que o professor lançou a questão da instrumentação na ciência, conduzindo as discussões sobre o aproveitamento das propriedades dos materiais vagem e cloreto de cobalto para a realização de medições de umidade. O galinho de cobalto, uma estatueta em que as asas da ave são embebidas em sais de cobalto foi apresentado como uma primeira possibilidade de medida aproximada. O aproveitamento da vagem do sombreiro foi principiado com uma questão.

Se a umidade do ar era uma variável importante, não poderíamos nos valer da propriedade da vagem do sombreiro para construir um medidor de umidade do ar? Como seria então tal instrumento? Com estas questões, que foram seguidas de intensa participação dos alunos, o projeto de higrômetro foi elaborado. Em meio à torrente de idéias dos alunos, o professor mostrou que, usando o princípio das alavancas, seria possível amplificar a elongação da vagem, tornando o instrumento capaz de perceber variações de umidade bem pequenas. Isto foi feito com o auxílio de uma régua longa que era movimentada com o fulcro em diferentes posições, evidenciando as diferentes amplitudes de oscilação de cada parte da régua. Com lápis e borracha e a mediação do professor, os alunos construíram o higrômetro no papel. O momento seguinte transformou a sala de aula em oficina e cada grupo construiu o seu higrômetro.

## Descrição do instrumento

O higrômetro é muito simples e de construção fácil, tendo sido levada a cabo rapidamente pelos alunos (1 -2h). O material necessário e o desenho esquemático da Figura 1 a seguir mostram por si como se constrói o instrumento. Com alunos de 8 ou 9 anos de idade, o professor preferiu

levar as peças de madeira já cortadas, evitando os riscos trazidos pelo manuseio de serrotes. As medidas que serão apresentadas para as peças não são rígidas.

Fig. 1: O higrômetro de vagem. (1) Sarrafinho que permite o movimento de torção da vagem. (2) Base de madeira compensada. (3) Metade de uma vagem de sombreiro. (4) Fio de transmissão dos movimentos da vagem ao ponteiro. (5) Anel-guia do fio de transmissão. (6) Escala de papelão. (7) Alfineteeixo do ponteiro. (8) Ponteiro de canudo de refresco. (9) Peça de chumbo destinada a mover o ponteiro quando a umidade cresce e a vagem se distende.

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## Material necessário

Meia vagem de sombreiro que já tenha caído da árvore. Um pedaço de madeira compensada medindo 50 x 15 x 0,7cm. Um sarrafinho de madeira de pinus medindo 12 x 3 x 2cm. Um pedaço de arame medindo 30mm com diâmetro de 1mm. Um alfinete longo de cabeça esférica. Um peso de chumbo de pescaria com 10 a 25g. Um pedaço de papelão com 12 x 12cm. Um canudo de refresco. Um pedaço de linha de pesca em poliamida (nylon) com comprimento de 25cm e diâmetro de 0,30 a 0,60mm. Cola de PVA (cola branca). Pregos 12 x 12. Martelo, tesoura, alicate de bico e uma sovela ou outra ferramenta pontiaguda (o prego mesmo pode servir). Borrifador de água. Secador de cabelo.

## Registro escrito pelos alunos

Nos cadernos dos alunos encontram -se os desenhos do higrômetro, recortes do papel de cloreto de cobalto, anotações do comprimento da vagem antes e depois de borrifar água etc. Alguns trechos serão transcritos aqui, ipsis litteris .

Hipótese: A vagem do sombrero se enrola quando o ar está seco.

Experimento: 14:43 14:50 nada 15:00 +2mm 15:05 +3mm 15:37 +1cm

- O aluno Fábio anotou a hipótese de trabalho e, sob a forma de uma rudimentar tabela, associou o tempo (a hora lida no relógio da sala de aula) com o comprimento que a vagem se distendeu.

Papel de cobalto azul + água papel de cobalto rosa + secador de cabelo

Papel de cobalto azul

Aqui Fábio copiou da lousa a equação química simplificada que descreve a mudança de cor do papel de cloreto de cobalto com a água e, por sua própria elaboração, completou a 'equação' quando mostrou-se que era possível reverter a mudança de cor pela secagem do papel.

Papeu de cobalto rosa - água papeu de cobalto azul

O aluno João S. completou a equação mostrando que o essencial na intervenção do secador de cabelo é extrair água do cloreto de cobalto.O bservamos que se não molharmos a vagem o canudo descerá pois a vagem estará seca. Podemos concluir que se a vagem estiver molhada o canudo estará mais acima. Aqui Thiago faz uma pequena inferição, 4 dias após a conclusão da construção do higrômetro. Ele observa que, sem molhar a vagem, o ponteiro indica um valor baixo de umidade e inverte esta situação para indutivamente concluir.

Conclusão: Que em dias de sol a umidade é menor que em dias chuvosos.

- O interessante aqui é que o aluno Leonardo não se preocupa com o desempenho do instrumento.

Considerando-o confiável, ele volta sua atenção para a relação entre condição atmosférica e a umidade do ar.

20cm as 2 horas 39 minutos e 30 segundos. Em 3 minutos cresceu 1 cm. Em 4 minutos cresceu 1,1 cm. Hipótese confirmada 2.45. A vagem é revertível. Nós vamos tentar construir um higromêtro de vagem.

As anotações do aluno Rafael G., em bora contendo todas as informações e dados importantes, é muito desorganizada. Isto mostrou à equipe de professores a importância de ensinar as formas de organizar a informação após a execução dos experimentos.

Vagem nova cresce melhor

Esta anotação, de um relatório sem nome, revela o interessante processo do aluno que observou vários higrômetros e tenta estabelecer uma regularidade.

## Conclusões

A construção de um simples e funcional higrômetro de vagem marcou uma integração entre conteúdos de física e biologia no curso fundamental. Utilizando como ponte o conceito de evaporação, foi possível transitar da reprodução dos vegetais (regulada pela alternância entre as estações seca e úmida) para a instrumentação nas medidas de grandezas físicas. A colaboração prestada por professores do nível médio à regente de uma turma de 3ª série do curso fundamental viabilizou a exploração de aspectos da física e biologia como atividades integrantes de um projeto sobre água. A julgar pelo grau de entusiástico engajamento e pertinência na participação dos alunos, os professores envolvidos ficaram convencidos da possibilidade de inclusão dos estudos de física muito antes da 8ª série. Um trecho do relatório do aluno João P. mostra de modo nítido que a construção de um singelo instrumento pode desencadear discussões que conduzem à construção do conhecimento científico: "... gostei da atividade porque os aparelhos são sempre caros e complicados. Eu nunca pensei que nós mesmos pudéssemos construir um. "Não seria despropositado atribuir a esta frase um significado político: quem constrói um instrumento,

precisa entender este instrumento e quem se dispõe a entender os instrumentos, não se deixa manipular pela tecnocracia.