UMA METODOLOGIA PARA O ENSINO DA FÍSICA DOS VOOS DE PÁSSAROS E AVIÕES NO ENSINO MÉDIO

## UMA METODOLOGIA PARA O ENSINO DA FÍSICA DOS VOOS DE PÁSSAROS E AVIÕES NO ENSINO MÉDIO

## Gilvan Chaves Filho , Silvio Luiz Rutz da Silva , Luiz Antônio Bastos 1 2 Bernardes 3

- 1 Universidade Estadual de Ponta Grossa/Departamento de Física/ chaves.gilvanfilho@gmail.com
- 2 Universidade Estadual de Ponta Grossa/Departamento de Física/ rutz@uepg.br

## Resumo

Através de situações cotidianas, explicações conceituais e contextualizações históricas, e usando experimentos, simulações computacionais e vídeos, é possível ensinar conceitos de Física no Ensino Médio. Um tema importante é o conjunto de conceitos físicos que esclarecem a relação entre os voos de pássaros e aviões. Além de ser um tema interessante, que prende a atenção dos alunos e instiga-os a aprender através da observação da Natureza, este tema também permite o ensino de conteúdos importantes da Mecânica dos Fluidos. Desse modo, o objetivo deste trabalho é utilizar a apresentação de conceitos básicos, contextualizados historicamente, e experimentos, simulações computacionais e vídeos, para explicar os voos de pássaros e aviões a alunos do Ensino Médio. Foram feitas perguntas no início da aula sobre o tema para verificar o conhecimento prévio dos alunos; apresentação da equação da continuidade e do princípio de Bernoulli, em slides; demonstração prática da validade da equação e do princípio através de experimentos com túnel de vento, simulações computacionais e vídeos; aplicação da equação e do princípio, juntamente com a terceira lei de Newton e a força de arraste, para mostrar as forças que atuam tanto nos voos dos pássaros como nos dos aviões; no final da aula, verificou-se o conhecimento adquirido pelos alunos através das atividades usadas. O resultado principal obtido, após a aplicação deste trabalho, para alunos da primeira e segunda série do Ensino Médio do Colégio Marista (Santa Mônica), em Ponta Grossa-PR, foi: a metodologia aplicada conseguiu que os alunos tivessem uma aprendizagem mais significativa e eficaz do tema apresentado.

Palavras-chave : Física; Fluidos; Ensino Médio; Pássaros; Aviões.

## 1. INTRODUÇÃO

Em MORS e OLIVEIRA (2009), está mostrado detalhadamente como temas básicos de mecânica dos fluidos (por exemplo, tensão superficial, princípio da continuidade, equação de Bernoulli e efeito Magnus) podem ser explicados para alunos do Ensino Médio, através de uma metodologia que combina a contextualização sócio histórica dos temas com a utilização de exemplos das aplicações dos conceitos introduzidos em situações da vida cotidiana dos alunos.

Tendo em vista a sugestão dos autores citados, o presente trabalho propõe uma metodologia para o ensino das relações entre os voos de pássaros e aviões, em turmas do Ensino Médio. Desse modo, foram estabelecidos alguns objetivos para desenvolver essa metodologia. Os objetivos estabelecidos foram: montar uma aula voltada para o Ensino Médio que contenha uma boa explicação teórica, contextualizações sócio históricas, exemplos do cotidiano, alguns experimentos simples, simulações computacionais e vídeos; estabelecer o melhor roteiro de apresentação dos conteúdos da aula, de modo que os alunos tivessem uma

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26 a 30 de janeiro de 2015

aprendizagem significativa e eficaz; verificar, através de respostas dos alunos a perguntas feitas no início e no final da aula, se houve realmente uma aprendizagem mais significativa e eficaz por parte dos alunos.

Na elaboração dos conteúdos teóricos da aula, as explicações relacionadas com o voo de pássaros foram baseadas em DURÁN (2003); para explicar a influência da força gravitacional nos voos de pássaros e aviões utilizamos HALLIDAY, RESNICK e WALKER (2010); e as considerações sobre o princípio da continuidade e a equação de Bernoulli foram retiradas de NUSSENZVEIG (2002). A fim de mostrar experimentalmente como o princípio da continuidade e a equação de Bernoulli explicam os movimentos de um perfil de asa ao longo de um fluido, um dos autores construiu e utilizou um túnel de vento, fazendo algumas alterações (uso de dois suportes de madeira, uma folha placa acrílica, duas agulhas de tricô, papel cartão e um ventilador) na maneira sugerida por VALADARES. As aplicações dos conteúdos teóricos também foram mostradas através dos vídeos 'SMARTBIRD', 'VOO DO 14-BIS' e 'ÁGUIAS CAÇANDO CABRAS MONTESES. ESPETACULAR!', e vídeos montados por um dos autores, conforme será descrito no item 2(VII). Além disso, para mostrar as influências do formato do perfil de uma asa, do seu ângulo em relação ao fluido e da velocidade do fluido nos voos de pássaros e aviões foram utilizados os simuladores 'tunnlint' e 'foil2'.

## 2. DESCRIÇÃO DO TRABALHO DESENVOLVIDO

Com base nos objetivos descritos na Introdução, foi adotado um roteiro para a abordagem dos temas já mencionados, e com este roteiro elaborou-se uma metodologia para a execução de uma aula no Ensino Médio, seguindo os passos abaixo descritos.

## (I) Levantamento de Conhecimentos Prévios

Para realizar o levantamento de conhecimentos prévios dos alunos, foram estabelecidos alguns questionamentos relacionados com o voo de pássaros e aviões. As perguntas realizadas estão a seguir (Quadro 01):

## Quadro 01: Questionário

Neste momento, ocorre um direcionamento do pensamento dos alunos. Isso tem como intuito fixar o máximo da atenção de todos os presentes, além de fazê-los refletir sobre o motivo das indagações realizadas.

## (II) Introdução Teórica

Por meio da introdução teórica, vários eventos relacionados com o voo de pássaros e aviões serão explicados. Como esta parte é de suma importância, foram elaborados alguns slides com o intuito de facilitar a aprendizagem doa alunos. O conteúdo destes slides pode ser resumido em: princípio da continuidade; equação de Bernoulli; terceira lei de Newton; forças envolvidas durante o voo; formatos de

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cada asa de pássaro e suas relações com as características de seu voo. Segue alguns dos slides com os conteúdos aplicados:

Figura 01: Alguns slides com os conteúdos aplicados. O ultimo slide (em baixo, à direita) foi retirado de WELTNER, INGEMAN-SUNDBERG, ESPIRIDIÃO e MIRANDA. Os outros slides foram preparados por um dos autores do presente artigo.

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## (III) Contextualização Prática

Aqui entram alguns dos exemplos práticos possíveis que podem ser imaginados com os alunos. Dessa forma, diversos conceitos podem ser postos em pratica, assim, melhorando o seu entendimento. Algumas dessas contextualizações que podem ser citadas estão a seguir (Quadro 02):

Quadro 02: Conceitos Físicos X Exemplos práticos

## (IV) Contextualização Social e Histórica

Por meio de um vídeo, contextualizamos de forma social e histórica o primeiro voo de um avião, o 14 Bis, realizado por Santos Dumont no inicio do século XX. Logo após, foi discutida com os alunos as observações de Leonardo Da Vinci, realizados no século XVI, sobre o voo dos pássaros. Foi mencionando que ele fez observações e desenhos detalhados sobre as asas de diferentes pássaros, mostrando a influência no formato das asas nos voos desses animais. Além disso, ele idealizou projetos envolvendo a construção de uma máquina que propiciava ao ser humano a capacidade de voar.

## (V) Experimentos

Foi realizada com os alunos a utilização prática de um túnel de vento. Como toda a teoria já havia sido aplicada, agora seria o momento ideal para verificar se alguns conceitos realmente eram válidos. A seguir, temos algumas imagens do que foi realizado:

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Figura 02: Desenho feito por um dos autores mostrando o túnel de vento a ser construído.

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Figura 03: Túnel de vento construído por um dos autores.

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Figura 04: Um dos autores realizando testes experimentais com o túnel de vento.

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Na figura 02 está o desenho do túnel de vento e na figura 03 uma foto do túnel de vento construído, seguindo as recomendações de VALADARES (2002). Na figura 04, um dos autores mostra como o perfil de uma asa (feita de papel cartão) pode ser elevado dentro do túnel de vento através do ar movido por um ventilador (à esquerda). O movimento deste perfil de asa é explicado através do princípio da Continuidade e da equação de Bernoulli.

## (VI) Simulações Computacionais

Foram utilizados, após o experimento com o túnel de vento, dois simuladores computacionais distintos: o ' tunnlint ' (Figura 05) e o ' foil2 ' (Figura 06)

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Figura 05: Simulador computacional 'tunnlint'.

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Figura 06: Simulador computacional 'foil2'.

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Na figura 05, é apresentado o simulador 'tunnlint', o qual foi utilizado para mostrar, por exemplo, como o formato da asa e a quantidade de fluido influenciam no deslocamento da asa através de um fluido. Na figura 06, é apresentado o simulador 'foil2', utilizado para verificar o movimento de uma asa através de um fluido, considerando as influências do formato de seu perfil, do seu ângulo em relação ao fluido e da velocidade do fluido.

## (VII) Vídeos

Cinco vídeos curtos, com algumas explicações preparadas com antecedência, foram usados com o intuído de mostrar curiosidades e explicações mais detalhadas sobre o voo de alguns pássaros e aviões. No primeiro vídeo, foi mostrada a realização do primeiro voo com um avião; no segundo, foi mostrada a movimentação das asas de uma águia em pleno voo e, em seguida, como ela realizava um voo rasante, enquanto caçava; no terceiro, é feita uma comparação entre a decolagem de um avião monomotor e o inicio do voo de um flamingo; no quarto, é feita uma comparação entre o controle de voo de um helicóptero e a movimentação de um beija-flor; e, no quinto, utilizamos o vídeo do voo de um pássaro mecânico, construído por uma equipe de engenheiros, mostrando que o

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homem foi capaz de desenvolver um robô que reproduz os movimentos de um pássaro.

## (VIII) Verificação dos Conhecimentos Obtidos

Esta verificação será feita por meio da comparação das respostas dadas pelos alunos no levantamento de conhecimentos prévios, realizado no inicio da aula, com as respostas dadas por eles no final da aula.

## 3. RESULTADOS

Mediante a aplicação da aula já descrita, na primeira e segunda série do Ensino Médio do Colégio Marista (Santa Mônica), em Ponta Grossa-PR, foi possível verificar que houve uma aprendizagem significativa por parte dos alunos, a qual pode ser comprovada pela comparação feita entre as respostas dadas pelos alunos no início (Quadro 03) e no final (Quadro 04) da aula aplicada.

Quadro 03: Respostas do Questionário → Início da AulaQuadro 04: Respostas do Questionário → Final da Aula

## 4. CONCLUSÃO

É possível verificar nos quadros 03 e 04 duas mudanças na forma de pensar dos alunos:

- 1- utilização de explicações mais detalhadas relacionadas com o formato e o tamanho das asas, para explicar o voo de pássaros e aviões.
- 2- utilização de quatro forças externas (de sustentação, gravitacional, de propulsão e de arraste) para explicar de maneira mais detalhada como pássaros e aviões movimentam-se através de um fluido.

Além disso, pelas discussões feitas com os alunos no final da aula, ficou claro que eles tinham adquirido novos conhecimentos, relacionados com o princípio da Continuidade e a equação de Bernoulli, os quais fizeram com que eles tivessem uma compreensão melhor e mais aprofundada sobre os voos de pássaros e aviões.

Para finalizar, podemos concluir que a metodologia utilizada na aula proporcionou aos alunos uma aprendizagem mais significativa e eficaz.

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## 5. REFERÊNCIAS

WELTNER, K.; INGEMAN-SUNDBERG, M.; ESPIRIDIÃO, A. S.; MIRANDA, P. Revista Brasileira de Ensino de Física 23. 429 paginas. SBF, 2001.

MORS, P.M.; OLIVEIRA, L.D. Mecânica dos fluidos: uma abordagem histórica . 101 p. Dissertação de Mestrado - Programa de Pós - Graduação em Ensino de Física, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. UFRGS, 2009.

DURÁN, J. E. R. Biofísica - fundamento e aplicações . 1ª Edição. São Paulo: Perarson Prentice, 2003.

HALLIDAY, D; RESNICK, R; WALKER, J. Fundamentos de Física, Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica . 9ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2010.

NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica: Fluidos, Oscilações e Ondas de Calor . 4ª Edição. Rio de Janeiro, RJ. Editora Edgard Blücher, 2002.

VALADARES, E. C. Física mais que divertida: inventos eletrizantes baseados em materiais reciclados e de baixo custo . 2ª edição. p.44 - 45. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2002.

'Tunnlint'. http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrights/tunnlint.html. Acesso em 2 de Agosto de 2013.

'Foil 2'. http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/foil2.html. Acesso em 2 de Agosto de 2013.

'SMARTBIRD'. https://www.youtube.com/watch?v=nnR8fDW3Ilo. Acesso em 2 de Agosto de 2013.

'VOO DO 14-BIS'. http://www.youtube.com/watch?v=0tAbxttbQ8M&amp;hd=1. Acesso em 10 de Agosto de 2013.

'ÁGUIAS CAÇANDO CABRAS MONTESES. ESPETACULAR!' https://www.youtube.com/watch?v=4vzJJ30fPW0. Acesso em 10 de Agosto de 2013.

VÍDEOS MONTADOS por um dos autores para comparar o voo de um monomotor com o de um flamingo, e o voo de um helicóptero com o de um beija-flor.

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