Oficina de construçao de foguetes com material de baixo custo

## a, b

## Daniel Aparecido da Silva Adriel Fernandes Sartori a, b Eugenio Maria de França Ramos a , b

- (a) Oficina de Aprendizagem e Ensino de Física - Departamento de Educação - Instituto de Biociências - UNESP - Campus de Rio Claro
- (b(b) Centro de Educação Continuada em Educação Matemática, Científica e Ambiental CECEMCA UNESP .

## RESUMO

Os foguetes à água são experimentos didáticos construídos com materiais de baixo custo e p podem se constituir em interessantes motivadores de estudo de conteúdos de Física, seja em seu manuseio ou em sua construção.

Os foguguetes podem ser utilizados s nos Ensinos Fundamental e Médio , adequando-se a linguagem e o aprofundamento de cálculos envolvidos. Com esse trabalho podem ser discutidos conceitos como inércia, pressão, força, ação e reação e resistência do ar, seja em observações práticas como no aprimoramento do desempenho do foguete. Várias possibilidades de modificação podem ser realizadas na construção como no formato do foguete ou nas condições de utilização (como a quantidade de água) e com elas analisar as alterações do protótipo .

O trabalho didático discutido nesse trabalho foi realizado com professores da rede Municipal de Ensino de Pirassununga (SP) através do CECEMCA (Centro de Educação Continuada em Educação Matemática Científica e Ambiental) e, com alunos da rede pública de ensino de Rio Claro - SP, durante os anos de 2005 e 2006.

Abordamos s no trabalho os aspectos da a construção de foguetes de água com materiais de baixo custo e e conceitos físicos e matemáticos envolvidos no experimento, suas dificuldades práticas de funcionamento e eventuais erros. Dentre os conceitos de física envolvidos no experimento, destacamos as Leis de Newton, queda livre e impulso. PoPodemos trabalhar em nível mais avançado outros conceitos como a perda de massa durante o seu trajeto no ar. Apesar de conter neste trabalho os cálculos matemáticos e equações para explicar o funcionamento do foguete, não os utilizamos dessa forma quando trabalhamos com os alunos e professores dos Ensinos Médio e Fundamental. l.

## OFICINA DE CONSTRUÇÃO DE FOGUETES COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO 1

## Introdução:

Popularmente a física é conhecida, pelos alunos, como uma das mais difíceis disciplinas do Ensino Médio. Cabe ao professor de Física oferecer o conhecimento da ciência de uma maneira sólida e consistente, dando ao aluno possibilidades de relacionar os conceitos físicos aos fenômenos ao seu cotidiano. Como tornar o ensino de física agradável, de maneira que se torne interessante para o aluno? Será que os professores estão capacitados a oferecer r os conhecimentos de maneira que os alunos gostem de sua aula? Seria ótimo para os professores, proporcionar para os seus alunos uma aula agradável e ao mesmo tempo enriquecedora para seus alunos. Discutimos nesse trabalho, uma oficina de construção de foguetes movidos à água com materiais de baixo custo, que alia o conhecimento ao processo lúdico de ensino/aprendizagem.

O dialogo sobre a a utilização de experimentos em sala de aula torna a aula mais interessante e prazerosa, tanto para o aluno quanto para o professor que pode observar o envolvimento do aluno com a atividade. Nossa oficina possui um caráter lúdico, onde tentamos causar surpresa aos participantes e o interesse pelos fenômenos físicos existentes na construção do foguete.

## PROCEDIMENTOS DE CONSTRUÇÃO:

Os materiais empregados na construção do foguete são de fácil aquisição, tendo em vista que a maioria são materiais reciclados ou que em geral são descartados como lixo.

## Materiais:

Pode -se partir dos seguintes materiais para a a construção do foguete de água (foto 01)

- · Duas garrafas PET, independente de seu volume, desde que as duas tenham o mesmo volume. (Ambas com tampa).
- · Fita adesiva.
- · Tesoura
- · Rolha de cortiça.
- · Isopor para as asas (aletas).
- · Bomba de bicicleta.
- · Água.
- · Tubo de caneneta esferográfica

## Procedimento:

- a) Com uma tesoura cortaremos uma das garrafas ao meio, de maneira que o seu bico se encaixe ao fundo da garrafa inteira. (fofoto 2)
- b) Encaixaremos s o bico da garrafa que foi cortada no fundo da garrafa inteira colando com a fita adesiva.(figura 1).
- c) Cortaremos s três ou quatro asas de isopor (em formas triangulares e do mesmo tamanho).(foto 4).

- d) Colemos as asas de isopor r de maneira que fiquem com a mesma distância umas das outras.(fotos 5 e 6).

fofoto 1

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foto 2

foto 3

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fofoto 4

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foto 5

foto 6

Fotos 1 a 6

Material necessário para a construção do foguete e procedimentos de montagem.

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Figura 1 Materiais necessários para a construção do foguete

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Antes de colocarmos nosso foguete em funcionanamento, precisaremos montar o seu u mecanismo de disparo .

- a) Com o auxilio da tesoura, façamos um furo estrereito na rolha de maneira que possamos encaixar o tubo de caneta.
- b) Atravessaremos a rolha com o tubo de caneta. Cuidado para que o tubo não fique entupido.

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Figura 2 Configuração de montagem para o Lançamento

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Agora a colocaremos um pouco de água na garrafa que ficou inteira (cerca de 1/3 do seu volume é o suficiente) tampareremos o o bico com a rolha, encaixaremos a bomba e bombearemos o ar até que a rolha desencaixe, lançando assim o nosso foguete.

## AS AS OFICINAS

A Oficina enquanto metodologia de trabalho didático compreende em nosso caso algumas características:

- · Utilização de materiais experimentais ou lúdicos
- · Utilização de materiais de baixo custo
- · Atuação em atividades de curta duração (4 a 8 horas)

Em particular, r, no caso da Oficina de construção do foguete movido a água, consideramos ainda:

- · Introdução ao trabalho com o foguete (a partir do uso de um vídeo de curta duração ou demonstração experimental)
- · Construção do foguete
- · Lançamento
- · Discussão dos fenômenos físicos envolvidos
- · Discussão teórica

Uma das Oficinas realizadas ocorreu com quinze professoras da rede municipal de ensino na cidade de Pirassununga (SP), ilustradas nas fotos 7 a 11 a seguir. Não propusemos nenhum roteiro rígido (uma receita) de como construiuir os foguetes, mas apenas disponibilizamos os materiais necessários e o modelo.

Foto 7 Grupo de professores durante a construção do foguete

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Foto 8 Grupo de professores durante a construção do foguete

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Foto 10 Preparativos para o lançamento de um dos foguetes

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Foto 11 Professoras lançando um dos foguetes

Após os lançamentos dos foguetes confeccionados pelas professoras, a Oficina continua nas discussões dos resultados e possibilidades. Uma das discussões mais importantes decorre das características do trabalho é que os modelos construídos pelos participantes apresentam variações (as professoras construíram foguetes com duas, três e até com quatro haletas, estas eram de tamanhos variados e colocadas como quisessem), que implicam em diferentes resultados de lançamento e enriquecem nossas discussões.

Oficina semelhante foi realizada com os alunos da escola pública do Ensino Médio em Rio Claro (SP). As fotos 7 e 8 ilustra o trabalho realizado.

Uma das variações adotadas, por restrições de equipamentos, é que os alunos não viram um vídeo do lançamento, mas o presenciaram antes que construíssem seus próprios foguetes.

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Foto 9 Professores reunidos para o lançamento dos foguetes

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Foto 12 mo delo feito pelo professor.

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Foto 15 um dos foguetes dos alunos na base de lançamento

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Foto 16 Outro foguete na base de lançamento

Foto 17 Uma das alunas fazendo o lançamento de seu foguete

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Foto 18 Um dos foguetes em pleno voou.

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Foto 19 Foguete voando por cima do prédio da escola.Foto 20

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Imagem ampliada do foguete, que voa girando, como se fosse um parafuso.

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Foto 13 Outros modelos feitos pelos alunos.

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Foto 14 detalhe de um foguete com as asas inclinadas.

Uma das variações interessantes, construída pelos alunos, foi um foguete que possuía quatro haletas (foto 20), sendo duas delas na parte superior do corpo do foguete e as demais na parte inferior. Essas quatro haletas não estavam paralelas ao comprimento do corpo do foguete, mas com certo ângulo de inclinação proporcionando ao foguete um movimento de rotação durante o seu vôo.

Esses tipos de adaptações feitas pelos alunos são muito importantes para o entendimento dos conceitos envolvidos na construção do foguete, principalmente em relação a aerodinâmica.

Tais variações, casuais (no caso da Oficina com professoras) ou intencionais (no caso de um grupo de alunos na Oficina do Ensino Médio), são partes importantes do processo da Oficina. Constrói-i-se com as Oficinas mais do que protótipos. Consnstrói-i-se uma nova relação do aprendiz com o conhecimento, permitindo a interação com conhecimentos mais complexos e relações de causa e efeito, observáveis diretamente com o lançamento dos protótipos.

- O trabalho assim realizado toma contornos de um laboratório divergente, como discutido por Ferreira:
- "... o aluno [cumpre] uma série de tarefas que são comuns a toda classe e a partir dos conhecimentos experimentais adquiridos e de suas preferências pessoais por este ou aquele assunto, o estudante poderá escolher uma área para aprofundamento. Nesta fase, então, teremos laboratórios diferentes para estudantes diferentes (...) o papel do professor como orientador se faz presente nas discussões e análises dos problemas junto com seus alunos." (Ferreira, 1978: 21)

Embora o tempo limitado do trabalho a Oficina impeça um aprofundamento como o proposto por Ferreira para o laboratório divergente, a construção de um brinquedo ou experimento didático é uma fonte importante de conhecimento experimental e, eventualmente, de desequilíbrios cognitivos (Ramos, 1990). Tal vivência proporcionará também referenciais de conhecimento futuro:

- "... um fato marcante, ou uma brincadeira ou um jogo, ou uma experiência, ... ou genericamente, uma montagem, torna-se um 'referencial de conhecimento,'mesmo que a explicação subjetiva seja resultado de um modelo e sim inconsistente. (...).

Ao realizar atividades, tais como brincadeira e montagem, desejamos ampliar o que chamamos de repertório de conhecimento do sujeito, e não obrigá-lo a decorar uma explicação cientificamente coerente para o fato. Desejamos que se estabeleça, assim, uma interação da pessoa com conhecimento, sem que se crie uma aversão." (Ramos, 1990: 135)

Não se pretende com o trabalho aqui discutido uma fórmula mágica para o EnEnsino de Física, mas a introdução do aprendiz em m um ambiente mais complexo de interação educativa, que não se resume ao uso de atividades experimentais, como discutido por Figueiredo Neto:

- "... A atividade experimental não pode ter como único fim comprovar r leis, como muitos professores acreditam. Não se prestam para distrair e tornar mais agradáveis às aulas; não pode ser vista como uma atividade alienante..." (Figueiredo Neto, 1988:90) .

"... não é só fazer qualquer coisa experimentalmente. Sem dúvida, se fizermos de forma experimental tudo o que os livros didáticos de ciências fazem no blá blá, seguindo a mesma seqüência e da mesma forma que ali está proposto, seremos ainda chatos, sem graça. Só que, agora, um 'sem graça experimental'. É preciso saber exploraras sutilezas de cada situação, saber como determinado problema pode ser relevante e, acima de tudo, todas as atividades devem estar dentro de um contexto que faça sentido e despsperte o interesse das crianças." (Figueiredo Neto, 1988:90) .

Na oficina o conhecimento instrumental e teórico está posto ao aprendiz com um viés lúdico, oferecendo ao aprendiz um desafio envolvente, a partir de suas possibilidades de interação, como discutido por Chateau (1987):

- "... é preciso apresentar à criança obstáculos a traranspor, e obstáculos que ela queira transpor. Na falta deles, a educação perderá todo o seu sabor, não será mais do que alimento insípido e indigesto." (Chateau, 1987: 128)

## POSSIBILIDADES PARA DIDISCUSSÕES CONCEIEITUAIS CONTEÚDOS DE FÍSICA

A partir da Oficinina podem-m-se discutir conteúdos da área de Mecânica cuja complexidade conceitual e teórica varia. No caso das duas oficinas descritas neste trabalho optou-u-se uma forma de abordagem mais simples para ser tratado com os professores de Ensino Fundamental (enfocando ação/reação, por se tratar de um fenômeno mais simples de se explicar, sem o emprego de equações e cálculos matemáticos) e outra mais detalhada para o Ensino Médio (o lançamento vertical de projéteis e as 2ª e 3ª leis de Newton).

O quadro sinóptico 1 indica diferentes possibilidades de conteúdo.

Quadro sinóptico com diferentes possibilidades de discussões conceituais a partir da Oficina de construção do foguete de água

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Assim, por exemplo:

## · Cinemática

No caso do conteúdo de cinemática podemos trabalhar com as equações horárias do espaço e das velocidades:

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<!-- formula-not-decoded -->

Assim, supondo que após o lançamento o foguete subiu em linha reta e que caiu aproximadamente no mesmo local em que foi lançado, podemos, a partir do tetempo de vôo, calcular sua altitude máxima e a velocidade inicial. Nesta oportunidade pode-se inclusive discutir em que o valor real se distingue do cálculo, mostrando que a Física trabalha com modelos da realidade, nos quais simplificações implicam em ignorar a existência do ar e do vento.

## · Inércia e 2ª lei de Newton

Da lei da Inércia consideramos que qualquer corpo em movimento continuará se movendo e qualquer corpo parado permanecerá parado até que alguma força externa aja sobre ele. Em outras palavras, ininércia é a tendência que os objetos têm de resistir a mudanças no movimento. Ela tem a ver com a massa a do objeto .

- A Segunda Lei de Newton diz que a Força aplicada é igual à massa vezes a aceleração, ou: F=m·a. Supondo que seja aplicado a dois foguetes forças iguais:
- -Uma garrafa de maior massa (mais cheia) terá uma menor aceleração.
- -Uma garrafa de menor massa (menos cheia) terá uma maior aceleração.

Desta forma observações suplementares de outros lançamentos poderiam registrar os resultados da variação do volume de água dentro do corpo do foguete, para que os aprendizes observem a relação entre a quantidade de água e a altura que os foguetes atingem.

## · Sistemas de massa variável (tópico avançado)

Inserimos este tópico, não utilizado nas Oficinas com professores e alunos aqui descritas, à guisa de ilustração de que, mesmo um experimento bastante simples como o foguete movido a jato de água, é possível aprofundamentos teóricos interessantes, por exemplo para um trabalho em nível de Graduação de Física.

Com m discutido por Tipler (2006), na sua maior parte, os sistemas físicos podem ser considerados como tendo massa constante. Mas em alguns casos não, como para um foguete a jato, nos quais pode-se estudar a variação da quantidade de movimento.

Assim, considerarando a massa do sistema é variável, a uma razão de R R = |dm/dt|, devido a ejeção de matéria gradualmente durante o vôo, temos que a massa do foguete no instante t é:

em que mo é a massa inicial do foguete (combustível incluído).

A partir disso pode-se calcular a quantidade de movimento será:

em que o primeiro termo corresponde ao foguete e o segundo aos gases do foguete . Simplificando a equação anterior, e desprezando os termos em (porque são muito pequenos em comparação com os outros) obtemos:

isto é,

A equação do movimento que se obtém através da 2ª lei de Newton para qualquer sistema de massa variável é então:

em que é a resultante das forças exteriores, equivalentes à variação da quantidade de movimento. Uma vez que estamos falando de foguetes, a qual a única força aplicada é a da gravidade, podemos transformar a equação anterior em:

Resolve -se esta equação integrando os dois lados em relação ao tempo:

e, sabendo que o tempo de queima, isto é, o tempo que leva a queimar todo o combustível, é:

em que mf f é a massa final do foguete, temos que:

e, substituindo, obtemos finalmente a equação:

Portanto, um foguete com massa inicial mo e massa final (massa após o combustível ter sido todo consumido) mf f , atinge a velocidade ao fim do tempo tq.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Procura -se ressaltar com as Oficinas de experimentos didáticos, a importância da interação dos participantes com o material e suas possibilidades de modificação, ou seja, não se deseja a que o aprendiz simplesmente construa uma reprodução fiel do protótipo ou processo oferecido p pelo professor.

Percebe -se com esta pesquisa exploratória a que a construção de foguetes de água, em uma interação didática como proposta com a Oficina, é muito interessante para que os aprendizes tenham contato com o conhecimento científico de uma maneira agradável de descontraída.

## REFERÊNCIAS

CHATEAU, J. O jogo e a criança. São Paulo: Summus, 1987.

FERREIRA, N. C. Proposta de laboratório para a escola brasileira - - um ensaio sobre a instrumentalização no Ensino Médio de Física. Dissertação de Mestrado em Ensino de Ciências (modalidade Física), São Paulo: FE e IF USP, 1978.

FIGUEIREDO NETO, Aníbal F. A Física, O Lúdico e a Ciência no 1º Grau, Dissertação de Mestrado em Ensino de Ciênc ias (modalidade Física), São Paulo: FE e IF USP, 1988.

RAMOS, E. M. de F. Brinquedos e jogos no Ensino de Física, Dissertação de Mestrado em Ensino de Ciências (modalidade Física), São Paulo: FE e IF USP, 1990.

TIPLER, P. Física -Mecânica, Oscilações e Ondndas, Termodinâmica - Vol. 1. São Paulo: LTC, 2006 .