UMA OFICINA PARA TRABALHAR UNIDADES, EQUILIBRIO DE CORPOS, VALORES MÉDIOS E ERROS ATRAVÉS DA CONSTRUÇÃO E EXPLORAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DA BALANÇA ROMANA

## UMA OFICINA PARA TRABALHAR UNIDADES, EQUILIBRIO DE CORPOS, VALORES MÉDIOS E ERROS ATRAVÉS DA CONSTRUÇÃO E EXPLORAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DA BALANÇA ROMANA

Claudio A. França, Wellington M. Silva, Cosmo Mariano Júnior, Rita M. Zorzenon dos Santos

Universidade Federal de Pernambuco- Departamento de Física

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- 1 claudiox\_14@hotmail.com
- wellington\_zett@hotmail.com
- 3 fisicacosmo@hotmail.com

zorzenon@df.ufpe.br

## Resumo

A importância da educação para o desenvolvimento de uma nação, principalmente no que diz respeito ao ensino de Física e das ciências da natureza em geral, é objeto de estudo de vários trabalhos acadêmicos. A maioria desses estudos mostram que o investimento em capital humano é o maior responsável pela diferença de produtividade entre os países. Também é constatado que o ensino da disciplina de Física no Brasil é defasado em relação a muitos países, em grande parte pelo fato de o ensino dessa disciplina comumente ser dissociado de sua prática laboratorial. O ensino de Física se torna mais eficiente quando alia aulas teóricas com vivência experimental. É com base nessa premissa, que o projeto PIBID de Física da UFPE tem trabalhado no sentido de contribuir para a melhoria do ensino publico de Física: introduzindo oficinas com experimentos de Física no contra turno. Nesse trabalho apresentamos a metodologia adotada nestas oficinas para trabalhar conceitos de equilíbrio, unidades do Sistema Internacional (SI), valores médios e erros através da construção de uma balança romana. Através da pratica introduzimos a evolução histórica da necessidade de se desenvolver padrões de medida até o aparecimento do SI, conceito de equilíbrio, calculo de valor médio e erros, bem como a importância da pratica destes valores e do limite de erros para a defesa do consumidor.

Palavras-chave : Ensino de Física, Equilíbrio, Balança Romana, Unidades e medidas.

## INTRODUÇÃO

O contexto do laboratório possui características diferenciadas em relação à sala de aula tradicional, principalmente no que diz respeito ao ensino de física, que é uma ciência puramente experimental. As raízes históricas do ensino de física no Brasil nos revelam que o ensino dessa disciplina é dificultado pela ausência de práticas experimentais que tanto auxiliam no aprendizado de conceitos. É dentro deste contexto de dificuldade do ensino de Física que o PIBID de Física da UFPE, buscou introduzir experimentos para complementar as aulas teóricas e melhorar a qualidade do ensino dessa disciplina em três escolas publicas.

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- O experimento da Balança Romana foi baseado numa montagem experimental de mesmo nome disponível no site Ciência na mão [1] . A partir da montagem do experimento, com materiais de baixo custo e fácil aquisição, e seguindo os passos para a sua montagem, partimos para uma análise minuciosa dos aspectos físicos qualitativos e quantitativos que poderíamos explorar através de um roteiro utilizando de medições e cálculos dos erros associados a essas medidas.

Nessa atividade estudamos através da construção da balança o conceito de equilíbrio entre corpos. De forma implícita, trabalhamos ao mesmo tempo o conceito de torque e a relação entre a força exercida sobre um corpo e a distância desta força ao eixo de rotação do corpo.

- O desenvolvimento do experimento da Balança Romana é constituído, basicamente, em três etapas: a primeira compreende a leitura do roteiro onde estão presentes os principais aspectos da história da necessidade de se definir padrões de medida, da utilização das balanças e quais os tipos de balança existentes. Neste texto introdutório levantamos questionamentos e situações pertinentes ao conceito de equilíbrio de corpos (por exemplo: o que faz uma ponte manter-se firme, estática, independentemente da quantidade de carros que passam por ela?), a fim de despertar o raciocínio lógico-dedutivo dos alunos na direção do objetivo central do experimento. Em seguida guiamos passo a passo a montagem de uma balança romana utilizando material de fácil acesso e baixo custo financeiro. Por fim, propomos uma série de questões que buscam motivar a exploração do funcionamento da balança e a investigação dos conceitos físicos que são pertinentes ao experimento trabalhando o raciocínio lógico dos alunos. O aluno ao longo do experimento calcula valores médios de uma sequencia de medidas e os erros relativos associados a essas medidas.

## 4. METODOLOGIA EM SALA DE AULA

## 4.1 LEITURA DE TEXTO E REVISÃO DE CONCEITOS

Objetivos: Trabalhar a leitura e compreensão de texto com os alunos, e revisar os conceitos físicos sobre equilíbrio de corpos que serão abordados no experimento..

Procedimento: Começamos trabalhando com os alunos a leitura voluntária do roteiro pelos mesmos. Durante a leitura do roteiro o professor monitor comenta sobre os conceitos físicos mais relevantes do experimento e faz perguntas relacionadas aos conceitos que serão trabalhados. Concluída a leitura, inicia-se a explicação do conceito de equilíbrio utilizando-se o aparato experimental da Figura 1. Montagens de gangorras também são usadas para introduzir o conceito de torque.

Figura 1

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Aplicação: Para explorar a medição utilizando este tipo de balança trabalhamos com os alunos a medida das massas de moedas. Para isso distribuímos uma moeda para cada aluno para que ele meça a massa da moeda com sua balança romana , repetindo a medição por três vezes e calculando os erros associados as essas medidas.

Métodos alternativos para a medição de massa: Utilizando o conceito de que uma medida física é uma comparação relativa do valor medido em relação a um valor fixo predefinida, usamos como unidade predefinida para a balança o valor do contrapeso.

Um método alternativo é utilizar outras moedas como contrapeso. É possível consultar facilmente o website oficial da Casa da Moeda e obter o valor de referencia de moedas de R$ 0,10, R$ 0,25 ou R$ 0,50. Utilizando uma dessas moedas como contrapeso é possível medir a massa das outras moedas de valor monetário diferente. Esse tipo de medida permite verificar a precisão da balança construída. Após verificar a precisão da balança são feitas medidas da massa de outros corpos pequenos encontrados na sala de aula pelos alunos, tais como borrachas e tampas de caneta.

É de grande importância uma referência para o prumo de uma balança. Em balanças fabricadas profissionalmente existe um prumo e esse possui uma referência. A tara da balança é feita com o prumo alinhado horizontalmente no caso da balança de maternidade e alinhado verticalmente no caso da balança romana usual. O prumo da balança romana não possui referência, ou seja, os olhos não são um bom instrumento para verificar se o fiel encontra-se realmente na vertical. Sendo assim, sugeriu-se aos alunos que utilizassem os azulejos da sala de aula para alinhar o fiel da balança na posição vertical. Sendo assim, a tara da balança é feita comparando o fiel da balança com o espaçamento dos azulejos. Esse método foi de grande importância para melhorar a precisão da balança.

## 4.2 MONTAGEM DO APARATO

Objetivo: Trabalhar a habilidade de o aluno construir um aparato experimental, seguindo uma ordem sequêncial de etapas. Despertar seu interesse pelo objeto construído incentivando-o a explorar os aspectos físicos do mesmo através de metodologia científica.

Procedimento: Através do roteiro do experimento, apresenta-se uma sequência de etapas que culminam na montagem da Balança Romana. Os passos, tal como descritos no roteiro, são descritos abaixo:

## ¾ MATERIAL UTILIZADO (1 montagem)

- · 4 palitos de picolé
- · 1 palito de churrasco
- · 1 régua
- ·

Barbante

- • 2 percevejos
- •

2 clipes

- •

Cola branca

- •

2 copinhos de café

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## ¾ PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1

Etapa 1 : Pegam-se três palitos de picolé e, com a cola quente ou a Supercola, os colocamos na disposição final (c), que é obtida seguindo os passos descritos em a, b e c.

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Etapa 2: Vamos agora colocar um dos clipes. Este vai ser o suporte da balança. Para isso, espete um percevejo na extremidade de um dos palitos da esquerda. Empurre o percevejo até atingir o segundo palito (figura (d)) Coloque o clipe entre os dois palitos. Note que o clipe fica 'pendurado' pelo percevejo (figura (e)).

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Etapa 3: Agora repetimos o mesmo processo da etapa 2, agora com outro percevejo. Meça uma distância correspondente a um número inteiro de unidades (por exemplo, 4 cm) da extremidade onde está o primeiro percevejo e espete o segundo (figura (f)). Este também deve atravessar os dois palitos e sustentar um segundo clipe entre os dois (figura (g)). É por este que iremos segurar a balança.

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Etapa 4: Vamos equilibrar o prato da balança. Antes cole o palito de churrasco no ponto do segundo percevejo. Este palito será nosso fiel da balança.

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Faça um copinho de café como prato desta balança, amarrando-o, com o barbante, de forma a ficar equilibrado (figura (h)). Feito isso, prenda-o ao clipe do lado esquerdo. Isso é para que a balança fique na horizontal sem que tenha nada no prato. Provavelmente ela irá pender para algum dos lados. Para equilibrá-la cole um ou mais outro palito e vá buscando ajustar a balança cortando-os se necessário (figura (i)).

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Etapa 5: Necessitamos agora construir uma escala de papel e colar sobre o braço da balança. Se você usou 4 centímetros como a distância entre os dois percevejos, então entre o zero da escala e o 1 deve haver, também 4 centímetros. O mesmo entre o 1 e o 2 etc. Esses 4 centímetros serão nossa unidade de medida de comprimento. Coloque um objeto com uma medida de massa conhecida no prato. Essa vai ser nossa unidade padrão de peso. Ao colocar esse peso padrão, segure a outra extremidade da balança, pois ela vai ficar desequilibrada. Para equilibrar faremos o contrapeso. Faça um gancho com um clipe e faça mais um prato de balança com outro copinho de café. Tente equilibrar esse novo peso na balança variando a distância do peso desconhecido em relação ao fiel (figura (j)).

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## 4.3 ANÁLISE DE RESULTADOS E QUESTÕES PROPOSTAS

Objetivo: Explorar os conceitos físicos presentes na balança romana através perguntas que estimulem o aluno a usar raciocínio lógico. Sempre que possível associar suas observações a outras situações que fazem parte do seu cotidiano..

## Questões propostas :

- 1) Quando a balança pende para o lado do peso móvel o que deve ser feito para equilibra - lá? E quando a balança pende para o lado do peso fixo? Explique o que você observou no laboratório.

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- 2) Entendendo o funcionamento da balança romana, (a) que fatores atuam na tendência de giro da balança? (b) O que significa o fato da balança estar em equilíbrio? Explique.
- 3) Imagine a seguinte situação: Duas crianças desejam brincar em uma gangorra, porém uma delas tem o peso maior, PA = 300 N e a outra um peso menor que a outra, PB = 250N. Supondo que a criança mais pesada está a uma distância de 1,00 metro do meio da gangorra, calcule de quanto deveria ser a distância da outra criança para que as duas ficassem em equilíbrio no brinquedo? Utilize os conceitos apreendidos no funcionamento da balança romana.
- 4) Cite outros exemplos que você encontra no dia-a-dia em que podemos fazer uma relação com a balança romana e a gangorra.
- 5) Utilizando esses conceitos aprendidos explique como poderíamos criar uma relação entre o funcionamento da balança construída e o processo de abrir uma porta, por exemplo.

## 5- RESULTADOS

Findo a montagem do experimento e, principalmente, após seu uso, através de análises qualitativas e quantitativas propostas pelas questões, é possível observar no aluno, como resultado, uma melhor compreensão dos conceitos de equilíbrio e de torque. Isto pode ser mensurado através das diversas experiências vivenciadas pelos alunos em seu dia-a-dia, e trazidas para dentro da prática de laboratório através de perguntas e questionamentos. Por exemplo, muitos dos alunos que realizaram essa oficina relacionaram a balança romana com as balanças que pesam recém-nascidos, visto que esta se utiliza do mesmo princípio físico trabalhado. Sem falar no exemplo da gangorra, já citado, e do abrir e fechar das portas. Por fim, tivemos um resultado bastante satisfatório no que diz respeito à manipulação algébrica dos cálculos das medidas de peso e dos erros associados. Neste aspecto, foi notório a crescente intimidade dos alunos com os números e suas operações.

## 6- CONCLUSÃO.

A idéia de que a Física e seus fenômenos não estão restritos a muros de herméticos e sofisticados laboratórios, mas sim em situações simples do dia-a-dia, como por exemplo, na brincadeira em uma gangorra aproxima o aluno da disciplina e ajuda a quebrar preconceitos e tabus que antes o afastavam. Estas situações ficaram evidentes nos outros exemplos trazidos pelos alunos, tais como das ferramentas utilizadas por mecânicos de automóveis e de outras balanças encontradas na rua. A prática da leitura e compreensão textual dos roteiros, feitas sempre no início de cada oficina, nos forneceu uma visão concreta da evolução do raciocínio lógico dos alunos, no que diz respeito à concatenação das idéias durante a leitura, além da formulação de novas idéias e questionamentos a partir da análise do estava escrito no texto.

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## 7- AGRADECIMENTOS

Agradecemos também ao apoio dos demais monitores do subprojeto de física, do PIBID-UFPE, por suas sugestões e contribuições ao longo das realizações dessas oficinas: Aldo Mendonça,Caio Melo, Cleide Ribeiro, Handerson Brito, Harrison Douglas, Júlio César, Jurandi Neves, Roque Luiz e Thaíses Lima. Aos professores supervisores José Ricardo Lima e Karla de Deus dos Santos agradecemos pelas suas contribuições a nossa prática docente.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=tex&amp;cod=\_balanromana

[Figura1] http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=125

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