Gravidade para o Ensino Fundamental: um experimento usando os Classmate PC

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## Gravidade para o Ensino Fundamental: um experimento usando os Classmate PC

Roger Willians Corrêa , Marisa Almeida Cavalcante 1 2 e Cristiane R. C. Tavolaro , Danillo Leonardo Soares de Carvalho , 3 4 Irisnelda Alves de Matos , 5 Sarah Rocksane Santos Silva de Araujo 6

1 EEEM Alayde Domingues Couto Macedo, rogerwc@bol.com.br

- 2 PUC SP/ Departamento de Física, marisac@pucsp.br

3 PUC SP/ Departamento de Física, cris@pucsp.br

- 4 Aluno da EEEM Alayde Domingues Couto Macedo, danillo\_lhp\_@hotmail.com

5 Aluno da EEEM Alayde Domingues Couto Macedo, iris.agata@hotmail.com

6 Aluno da EEEM Alayde Domingues Couto Macedo, sarah\_rocksane@hotmail.com

## Resumo

O trabalho GRAVIDADE PARA O ENSINO FUNDAMENTAL: UM EXPERIMENTO USANDO OS CLASSMATE PC é fruto de um projeto que compõe um programa de iniciação científica junior da PUC/SP, que vem sendo desenvolvido em parceria com a Intel e que tem como objetivo atender a uma demanda decorrente da implantação PROUCA (Programa Um Computador por Aluno) pelo Governo Federal . Neste programa, professores da rede pública de ensino orientam um grupo de estudantes para projetar experimentos e construir equipamentos que possibilitem desenvolver recursos didáticos para a utilização da tecnologia 1:1 para o ensino de Ciências e particularmente utilizar os Classmate PCs como instrumento de medida física. Neste projeto foi necessário medir intervalos de tempo bastante pequenos, da ordem de centésimos de segundo, o que demanda a utilização de um sistema de aquisição de dados mais preciso que a medição manual por cronômetro. Tal sistema, constituído pelo Classmate PC e por componentes eletrônicos de baixo custo, permitiu a obtenção de tais medidas proporcionando resultados muito satisfatórios. Além do experimento prático, materiais de apoio pedagógico tais como vídeos, links para simuladores e sites relacionados ao fenômeno físico são disponibilizados em blogs criados pela equipe de estudantes e professores para acompanhamento e desenvolvimento do projeto. Tendo em vista que tanto a portabilidade quanto o acesso à web são características importantes para o desenvolvimento de uma metodologia de aprendizado por projetos, característica do projeto UCA, apresentamos a proposta de um roteiro de atividades que, além da orientação experimental, também procura explorar o uso de hyperlinks para a abordagem do conceito de gravidade e sua importância para a manutenção da vida no planeta. Convém ainda salientar que o apelo que o uso do computador exerce sobre adolescentes favorece o interesse dos alunos para a realização do experimento e uma aprendizagem mais atraente de conceitos físicos.

Palavras-chave : aceleração gravitacional, queda livre, Classmate PC

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## Justificativa

O Projeto UCA, Um Computador por Aluno, é uma iniciativa do Governo Federal que, desde 2005, investiga a possibilidade de adoção de laptops educacionais como um meio de elevar a qualidade da educação pública brasileira. O projeto sustenta-se na proposta pedagógica denominada modalidade 1:1, que busca contemplar cada estudante da rede de ensino básico com um laptop.

A metodologia para este tipo modalidade de ensino permite a transição de um modelo instrucionista de ensino para uma pedagogia centrada no aluno, ou seja, os estudantes ao contrario do que ocorre nas aulas tradicionais se tornam autores de seu conhecimento, passando de receptores a agentes no processo de aprendizagem. Os professores, por sua vez, substituem o papel de transmissores de informações pelo de orientadores e parceiros dos aprendizes. As propostas brasileiras anteriores que eram ligadas à informática na educação tinham como modelo a utilização compartilhada de máquinas em ambientes de laboratório. Mas esse formato, na maior parte dos casos, oferecia aos alunos apenas um acesso limitado aos computadores. Muitas vezes, em escolas com um grande número de estudantes, o acesso individual às máquinas fica em torno de uma hora por mês, tempo sem dúvida insuficiente para que o aluno possa imergir em uma experiência de uso, pois propicia apenas uma familiarização superficial. Não há, para estes modelos anteriores, uma relação de apropriação do computador pelo aluno. No entanto, a modalidade de aprendizagem 1:1 proporciona, além da mobilidade, a experiência de uma verdadeira imersão do estudante na cultura digital.

É neste contexto que se insere este trabalho: criar material e recursos instrucionais que possibilitem aos professores e estudantes desenvolver atividades experimentais utilizando os classmate PCs como instrumento de medida física, privilegiando a portabilidade tendo em vista que devido a simplicidade do método proposto o experimento possa ser executado em diferentes ambientes, desde um laboratório didático até a casa de estudante.

## Introdução

A cinemática é um dos temas normalmente estudados no Ensino Fundamental e em geral se reduz a simples aplicações de fórmulas desconectadas do dia a dia dos estudantes.

A atividade proposta neste trabalho possibilita não apenas estudar características associadas ao movimento uniformemente variado, mas compreender a causa da sua existência: a ação de forças.

Tomamos como exemplo a força da gravidade: quando soltamos um objeto a partir do repouso percebe-se facilmente que ele aumentará sua velocidade: ele sairá do repouso (velocidade inicial igual a zero) e logo apresentará outro valor de velocidade diferente de zero. Entretanto, não é trivial notar que ele continua a aumentar sua velocidade com o aumento da altura de onde ele é solto. Medir velocidade de objetos em queda livre exige a tomada de intervalos de tempo muito

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pequenos e utilizar um cronômetro com acionamento manual não é um método muito preciso. Neste experimento é possível ao estudante de Ensino Fundamental estudar características de um movimento uniformemente variado determinando a velocidade adquirida por objetos soltos de diferentes alturas. Para isso utilizaremos um computador e componentes eletrônicos de baixo custo que possibilitarão executar medidas com precisões da ordem de milisegundos.

## Materiais utilizados e montagem

A fig.01 mostra a relação do material utilizado para a relização deste experimento são eles: placas de madeira tipo eucatex ou outro tipo para servir de suporte, placa de madeira para servir de corpo de prova, parafusos, porcas, ponteira laser, duas garras jacaré, fio. As medidas foram efetuadas com a entrada de microfone de um Classmate PC e para isso utilizamos plug Jack áudio para esta conexão e um software freeware , Audacity, para análise de dados.

Figura 01: Materiais utilizados

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Conectamos as duas garras jacaré através de um fio às conexões do plug de microfone, fazendo a soldagem conforme a fig. 02. Estas garras serão presas aos terminais do fototransistor. Para montarmos os suportes onde ficarão o fototransistor e a ponteria laser, utilizamos parafusos, porcas e porcas borboleta. Veja na fig. 03 os suportes montados.

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Figura 02: Detalhes da montagem do cabo de conexão Classmate - fototransistor

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Figura 03: Montagem dos suportes e visão geral do experimento

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## Funcionamento

Quando o laser ilumina o fototransistor, ele passa a conduzir corrente elétrica pelo circuito da placa de som do Classmate. Quando a incidência de luz diminui ou cessa, a corrente também diminui ou cessa. Assim, a passagem de um

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objeto entre a ponteira laser e o fototransistor faz variar a corrente elétrica da placa de som e este sinal elétrico pode ser recebido pelo software Audacity.

Ligado o laser, fazemos com que sua luz ilumine o fototransistor. Abrimos o software Audacity e acionamos o comando Gravar. Deixamos o objeto cair livremente (figura 4), interrompendo a luz que chega ao fototransistor. Serão registrados, assim, os instantes em que ocorrem a entrada e a saída do objeto entre o laser e o fototransistor. Nota-se facilmente esta passagem na tela do software pelos vales e picos característicos no sinal apresentado. Utiliza-se a escala de tempo da barra inferior do software para a aquisição de dados. Isto é feito selecionando-se com o mouse o intervalo de tempo decorrido do início ao fim da passagem do objeto, como mostrado na figura 5.

Figura 04: Queda da plaquinha de madeira

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Figura 05: tela do software Audacity

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Deixamos o objeto cair de alturas crescentes e montamos uma tabela com os valores de alturas de liberação do objeto e intervalos de tempo necessários para sua passagem pelo fotossensor. Sabendo-se a altura do objeto (distância percorrida Δ s) e os intervalos de tempo ( Δ t), calculamos cada valor de velocidade (tabela 01).

Tabela 01: Dados e cálculos

Observe que o intervalo de tempo de passagem da plaquinha pelo sensor diminui, indicando um aumento da velocidade do corpo com o aumento da altura. Conclui-se, assim, que um objeto em queda, sujeito à gravidade, acelera-se enquanto cai (enquanto as forças de resistência do ar são desprezíveis).

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## Roteiro de atividades

Elaboramos um roteiro de atividades para o aluno, onde o instigamos a pensar a respeito da seguinte questão: "que maçã machucaria mais a cabeça de uma pessoa, a que estivesse mais próxima da cabeça ou a que estivesse mais distante?". Este é o ponto de partida para discussão a respeito do experimento, coleta de dados e cálculo das velocidades. São sugeridos vídeos com o tema microgravidade e são trabalhadas questões sobre as implicações biológicas da gravidade e da microgravidade para o ser humano e para a vida em geral.

Considerações finais e sugestões de atividades de interdisciplinaridade

Para começar a discussão sugere-se conversar a respeito de Newton e a famosa lenda de sua observação de uma maçã em queda, como indicado no material do aluno. Uma breve abordagem histórica da vida deste personagem pode ser relevante, a fim de mostrar ao aluno a Física como uma construção humana, que depende de esforço imaginativo e investigativo.

Após a realização do experimento pode-se discutir quais as implicações biológicas de uma aceleração muito maior ou muito menor que a que temos aqui. Perguntas do tipo: "que diferenças nosso corpo apresentaria caso fôssemos morar em outro planeta com gravidade muito maior que a da Terra? e com gravidade muito menor? Por quê?"

Para aprofundamento em conceitos físicos pode-se discutir a respeito dos conceitos de quantidade de movimento e energia potencial gravitacional. Pode-se também trabalhar interdisciplinarmente com professores de informática ou matemática na construção de planilhas eletrônicas e gráficos que permitam: a) calcular a velocidade de maneira automatizada e b) visualizar a variação da velocidade em função do tempo.

## Referências

PAPERT, Seymour. A máquina das crianças; repensando a escola na era da informática , Edição revisada, Artmed Editora S, São Paulo, 2008.

CAVALCANTE, M. A ; BONIZZIA,A.; GOMES,L.C.P. Aquisição de dados em laboratórios de física: um método simples, fácil e de baixo custo para experimentos em mecânica . V30, n2; 2008. Disponível em &lt;http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S180611172008000200011&amp;lng=en&amp;nrm=iso&gt;. Acesso em 24 set. 2010.

AGUIAR, Carlos Eduardo. Experimentos de Física com o Gravador do PC . Disponível em: &lt;http://omnis.if.ufrj.br/~carlos/palestras/fisicaGravador/ fisicaGravadorLimc.pdf&gt; Acesso em: 24 set. 2010.

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&lt;http://www.uca.gov.br/&gt; informações acerca do projeto UCA (Um Computador por Aluno) . Acesso em: 24 set. 2010.

&lt;http://picintel-profroger.blogspot.com/&gt; Blog do projeto desenvolvido no programa de Iniciação Científica Junior. Acesso em: 24 set. 2010.

&lt;http://audacity.sourceforge.net/download/&gt; Página em que se pode efetuar o download de um software de edição sonora. Acesso em: 24 set. 2010.

&lt;http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/&gt; Página da UFRGS em Novas Tecnologias de Ensino de Física onde encontramos softwares desenvolvidos para a aquisição de dados através da entrada joystick da placa de som. Acesso em: 24 set. 2010.

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