DILATAÇÃO TÉRMICA: DE UMA ABORDAGEM TEÓRICA À PRÁTICA EM SALA DE AULA

## DILATAÇÃO TÉRMICA: DE UMA ABORDAGEM TEÓRICA À PRÁTICA EM SALA DE AULA

Geanini Ferreira Souza Santos , Hualan Patrício Pacheco , Laffert 1 2 Gomes Ferreira da Silva , Roberta Lavor Serbim Uchoa Lopes , Marcelo 3 4 Ferreira da Silva 5

1 Universidade Federal de Rondônia/ Departamento de Física/ geaniniferreira@yahoo.com.br 2 Universidade Federal de Rondônia/ Departamento de Física/ hualanpatriciopacheco@hotmail.com 3 Universidade Federal de Rondônia/ Departamento de Física/ laffert@unir.br 4 Universidade Federal de Rondônia/ Departamento de Física/ roberta\_lavor@unir.br 5 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/ Campus de Apucarana/ marfersilva@yahoo.com

## Resumo

Este trabalho relata os resultados obtidos por meio de uma aula experimental que visava à explicação, bem como o reforço do conteúdo referente à dilatação térmica dos corpos. O estudo foi desenvolvido com alunos da Escola Estadual de Ensino Médio Major Guapindaia, localizada no município de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia, como parte das atividades do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência. A metodologia empregada nesta pesquisa foi a do método prático-conceitual. A experiência consistia em observar e evidenciar a dilatação de uma serrinha por meio do acendimento de um diodo emissor de luz. Durante a apresentação da experiência os alunos observaram o fenômeno e inferiram sobre o mesmo, aproveitando os conceitos que já dispunham do cotidiano e que haviam sido adquiridos por meio das aulas teóricas de sala. Desta forma pretendeu-se ressaltar a importância do efeito de dilatação dos sólidos e também auxiliar os alunos a estabelecerem um modelo da natureza da dilatação em suas próprias mentes. Concomitantemente a aplicação do experimento, os alunos eram incentivados a falar e relacionar o que estava sendo visto com alguns fenômenos vivenciados no seu cotidiano. O resultado mostrou que com a experimentação os alunos conseguiram assimilar mais o conteúdo sendo capazes de comparar fenômenos que acontecem no seu dia-a-dia.

Palavras-chave : Ensino de Física, Dilatação Linear, Ensino Médio

## Introdução

Infelizmente, em grande parte da rede pública de ensino do país, a disciplina de Física aplicada ao ensino médio se resume única e exclusivamente a aulas expositivas, utilizando uma linguagem que supervaloriza fórmulas matemáticas, deixando de lado a idéia fundamental para se aprender física, que é estudar os efeitos da natureza. Quando se aprende física o uso intensivo da matemática é, geralmente, um obstáculo que resulta mais na perda de significado físico. Com isso os estudantes apenas absorvem o conhecimento transmitido, de forma superficial e mecânica, acumulando em sua memória, sendo capazes apenas de repetir, não podendo produzir algo novo por si próprio, pois o método de ensino não desperta interesse, curiosidade, reflexão e crítica.

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

Existe hoje uma grande dificuldade em conciliar o ensino teórico com a prática experimental. A falta de laboratórios didáticos de ensino dificulta ainda esse processo. Desta forma a proposta é desenvolver experimentos de fácil confecção, onde os alunos se vejam mais interessados no âmbito da Física, uma vez que tais experimentos relacionam-se com seu cotidiano. Conforme já atestado por (Rupolo, 2003):

- O Ensino de Física atualmente praticado é marcado, principalmente, pelo uso de definições. Essas definições são isoladas do contexto da sua produção e do contexto da teoria que as propõe. São apresentadas como se tivessem implícitas, por si só, alguma forma de conhecimento. Isso impede que os alunos construam relações significativas que envolvam os conceitos apresentados. Desta forma, o mundo cotidiano continua sendo separado do mundo da ciência e da tecnologia.

Tradicionalmente as aulas de física são monótonas e sem muitas perspectivas para com os alunos, em muitos casos, resumindo-se em aulas decorativas para resolver problemas. Segundo os PCN++ (BRASIL, 2002):

- O ensino de Física tem-se realizado freqüentemente mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo vivido pelos alunos e professores e não só, mas também por isso, vazios de significado. Privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, em detrimento de um desenvolvimento gradual da abstração que, pelo menos, parta da prática e de exemplos concretos. Enfatiza a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando a linguagem matemática que essas fórmulas representam de seu significado físico efetivo.

Portanto, com a confecção de experimentos que envolvem fenômenos do cotidiano, diversificando-se assim as aulas, pode-se estimular a criatividade, a curiosidade e a capacidade dos alunos, de forma a serem mais investigativos e consequentemente despertar o interesse dos mesmos pela Ciência.

Refletindo sobre o assunto, o presente artigo dedica-se em analisar se a aplicação de atividades experimentais, para o estudo do fenômeno da dilatação térmica, contribui para uma melhor aprendizagem do aluno. Este trabalho foi realizado em uma escola da rede pública de ensino do Estado de Rondônia e faz parte das atividades do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência PIBID da Fundação Universidade Federal de Rondônia - UNIR.

## Dilatação Térmica

Quando aquecemos um corpo, aumentando sua energia térmica, aumentamos o estado de agitação das moléculas que o compõe. Estas moléculas precisam de mais espaço e acabam se afastando uma das outras aumentando o volume do corpo. Este fenômeno é conhecido como dilatação térmica (Ueno, 1988). A dilatação térmica pode, então, ocorrer quando temos um aumento no volume de um corpo que sofre variação na sua temperatura ou, quando temos uma diminuição no volume de um corpo também ocorrida por ter sido submetido a uma variação de temperatura.

Em nosso cotidiano existem inúmeras situações que envolvem a dilatação térmica dos materiais. Quando se coloca, por exemplo, café muito quente em um copo de vidro pode ocorrer de ele trincar devido ao fato que sendo o vidro um mau condutor a parte externa demora para ser aquecida resultando em uma diferença de dilatação entre as parte externa e interna do copo. As fissuras nas calçadas e nas

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quadras esportivas, os espaçamentos entre os blocos de pontes e rodovias, são bons exemplos de dilatação térmica. Nas ferrovias os trilhos são separados por pequenos espaços de forma a possibilitar que eles dilatem sem causarem danos à estrutura. Na cozinha de nossas casas temos inúmeras situações em que ocorre o fenômeno da dilatação, por exemplo, quando a tampa de um pote de doce está difícil de abrir, usa-se um pouco de água quente, o que faz com que a tampa se dilate facilitando a abertura do pote. Outro exemplo, o aquecimento de água numa panela para se fazer uma determinada comida resulta numa dilatação tanto da panela como da água (caso a panela esteja completamente cheia de água, verificase que certa quantidade de água derrama no fogão, evidenciando o fenômeno de dilatação). A experiência proposta neste trabalho ilustra todos esses fenômenos, uma vez que ao aquecermos a serra, ocorre a dilatação e o aumento no seu comprimento resulta no fechamento de um circuito e, consequentemente, acendimento do LED.

## O Experimento Proposto

No experimento proposto considera-se apenas a dilatação linear de um corpo, ou seja, a sua variação no comprimento. Os materiais utilizados para a realização da experiência e suas funções, estão listados na Tabela 01.

Tabela 01: Materiais utilizados no experimento proposto.

Na Figura 01 mostra-se o experimento proposto juntamente com a ligação dos fios na parte de baixo da madeira (base). Na montagem observa-se a disposição das porcas (conector 1 e conector 2), os parafusos e o LED.

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Figura 01: Experimento sobre a Dilatação Linear

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Na Figura 02, mostra-se detalhe da distância entre a haste (Parafuso 2) e a serra. À medida que ocorre a dilatação linear, a distância entre ambos diminui até que o circuito seja fechado.

Figura 01: Detalhe da distância entre a haste (Parafuso 2) e a serra. (imagem de outra versão do experimento)

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## Metodologia

A presente pesquisa foi desenvolvida no primeiro semestre do ano de 2010, como parte das atividades do PIBID vinculado ao curso de Licenciatura Plena em Física do Campus da UNIR na cidade de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia. A apresentação do experimento para os alunos foi realizada em uma sala destinada exclusivamente ao PIBID e contou com a participação de oitenta e um alunos, sendo separados em quatro turmas (A, B, C e D). Para cada turma foi destinado uma aula de sessenta minutos para desenvolvimento da atividade, além das aulas teóricas prévias sobre o assunto.

No início do experimento comentou-se sobre a temática de dilatação térmica (Halliday, 2009) seus conceitos e abrangência, de forma que os alunos tivessem, além do conhecimento de senso comum, conhecimento cientificamente aceito sobre o assunto. No decorrer do experimento utilizou-se como fonte contínua um carregador de celular que transforma uma tensão de 110 V para 5 V, cujos bornes, ou seja as pontas dos fios desencapados, eram ligados aos do experimento. Foi usado um diodo emissor de luz (LED), que por ser polarizado precisava de um teste prévio para ver se os pólos da fonte estavam de acordo com o funcionamento do LED. Tal teste consistia simplesmente em fechar o contato entre a serrinha e o metal (Parafuso 2) que estava em outra extremidade apoiado

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na tampa de garrafa PET. Feitos os devidos acertos de posição de pólos da fonte, eram acesas três velas comuns embaixo da serra e, após alguns minutos, a dilatação térmica era observada através do fechamento do circuito, evidenciada pelo acendimento do LED. Para realçar o efeito visual, colocou-se o LED dentro do bulbo de uma lâmpada, de forma a simular o acendimento de uma lâmpada comum. Verificou-se que esse artifício visual prendia ainda mais a atenção dos alunos. Os dados foram obtidos por meio de um questionário escrito em que se buscou captar as suas perspectivas e significados pessoais. O questionário consistiu dos seguintes pares de perguntas: 'Relate o que você viu na experiência' e 'Qual a situação do cotidiano que você relaciona esta experiência'. Nos casos de relatórios ambíguos, foram feitas entrevistas de esclarecimento com os alunos.

## Resultados e Discussões

A partir da demonstração foi pedido aos alunos para que tentassem explicar de maneira intuitiva, com o conhecimento prévio do assunto, o observado na experiência. Percebeu-se que no decorrer da aplicação do experimento o conhecimento prévio do assunto induziu a participação efetiva dos alunos (por exemplo, começaram a questionar mais). Ficou evidente que o conteúdo apresentado na aula teórica pode ser abordado de forma mais concreta e real na aula experimental.

Os alunos conseguiram quantificar o quanto varia o comprimento de um corpo quando este aumenta a temperatura ou diminui, mas o que mais chamou a atenção dos alunos foi o pequeno LED, que por causar um efeito visual proporcionou aos alunos um 'aumento de curiosidade' sobre o experimento.

Após a conclusão da experiência, os alunos tiveram que elaborar um relatório do fenômeno observado. O método avaliativo utilizado para saber o que foi assimilado pelos alunos foi sintetizado e organizado de acordo com as categorias da Tabela 01.

Tabela 02: Quantificação dos resultados

A Tabela 02 mostra os resultados obtidos a partir da análise dos relatórios que foram entregues no mesmo dia em que o experimento foi realizado.

Tabela 02: Rendimento dos Alunos

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Uma análise dos dados da Tabela 02 mostra que em torno de 77% dos alunos envolvidos obtiveram rendimentos considerados satisfatórios (Bom + Regular). Dentre as respostas que foram dadas no questionário com relação sala de aula/cotidiano, três foram escolhidas por transmitirem o real entendimento do aluno sobre o fenômeno envolvido:

- '... Quando a serrinha foi aquecida com o fogo, ela dilata, assim encostando-se ao ferrinho e acendendo a lâmpada. Quando o fogo que estava esquentando a serrinha desencostou do ferrinho e apagou a lâmpada acontecendo assim a dilatação térmica linear...' (aluno do 2º ano)
- '... Acende as velas ai a serrinha dilata e com a dilatação ela encosta no ferrinho e com isso acende a lâmpada...' (aluno do 2º ano)
- '... Acontece uma reação química.' (aluno do 2º ano)

Este experimento teve uma boa influência no aprendizado dos alunos do ensino médio, pois puderam visualizar que um corpo realmente se dilata ao ser aquecido, não ficando apenas na teoria.

## Conclusão

Durante todo o desenvolvimento da experiência percebeu-se um bom rendimento com relação à compreensão do fenômeno. No entanto, alguns alunos apresentaram algumas dificuldades em expressar seu entendimento ou realmente não compreenderam o fenômeno. Há diversos fatores que podem ser analisados para justificar o fracasso para alguns alunos, tais como, (i) falta de expressar aquilo que estão estudando ou observando, (ii) falta de contato com aulas experimentais, (iii) a metodologia escolhida, (iv) os horários de aplicação da aula, (v) estado emocional, (vi) a formação prévia, entre outros. Como continuidade da pesquisa pretende-se trabalhar com uma turma de controle, onde o mesmo assunto será ministrado de forma convencional, assim será possível uma comparação entre os resultados.

Resta agora trabalhar e pesquisar novos métodos para melhorar o nível de formação dos alunos de ensino médio. Para que se possa atingir o objetivo de construir uma visão da Física que esteja voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade.

## Agradecimentos

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior por meio do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência.

À Secretaria de Educação do Estado de Rondônia - SEDUC.

## Referências Bibliográficas

BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos p arâmetros curriculares nacionais , SEMTEC/MEC, 2002.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, v. 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica, 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

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RUPOLO, Neila Salete. Atividades Experimentais em Termologia para serem Realizadas em Sala de Aula. Chapecó, ed. Argos, 2003.

UENO, Paulo T., Noções Fundamentais de Física, v. 2: Termologia, Óptica e Ondas, 1ª ed. São Paulo: Moderna, 1988.

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