UM ESTUDO DO MOVIMENTO: CONSTRUÍNDO E LANÇANDO FOGUETES DE GARRAFAS PET

## UM ESTUDO DO MOVIMENTO: CONSTRUÍNDO E LANÇANDO FOGUETES DE GARRAFAS PET

Dener da Silva Albuquerque ; Herik Dantas de Lima 1 2

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IFRN/Campus João Câmara/ dener.albuquerque2@ifrn.edu.br 2 IFRN/Campus João Câmara/ herik.lima@ifrn.edu.br

## Resumo

Este trabalho apresenta uma iniciativa de ensino de conceitos físicos (aplicações das leis de Newton e quantidade de movimento) a partir da construção e utilização de um foguete didático movido a vinagre e bicarbonato de sódio por alunos do Curso Técnico Integrado de informática e eletrotécnica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará- Campus Cedro. Inicialmente Verificamos que, o ensino de física nas turmas do 3° ano do curso integrado de Informática e eletrotécnica se caracterizavam pelo excesso de atenção dada às aulas expositivas, permeadas por exercícios repetitivos, cuja abordagem privilegia o uso de algoritmos matemáticos em detrimento da compreensão de aspectos relacionados a situações e/ou aos fenômenos envolvidos, o que nos motivou a buscar uma alternativa para melhorar o aprendizado da disciplina de física a partir de uma atividade experimental específica. Desenvolvemos então uma pesquisa qualitativa com o objetivo de produzir um material didático a partir de um levantamento bibliográfico sobre atividades experimentais, aplicar esse material em uma turma do 3° ano do curso integrado de Informática e eletrotécnica de nossa instituição, avaliar a aprendizagem produzida por essa iniciativa e apresentar o resultado do trabalho realizado pelos alunos em congressos e eventos de extensão em nossa região.

PALAVRAS-CHAVE: Ensino de Física; Atividades Experimentais; Aprendizagem e Motivação

## INTRODUÇÃO

O ensino de física na educação básica ainda se caracteriza pelo excesso de atenção dada às aulas expositivas, permeadas por exercícios repetitivos, cuja abordagem privilegia o uso de algoritmos matemáticos em detrimento da compreensão de aspectos relacionados a situações e/ou aos fenômenos envolvidos. Configura-se assim um claro distanciamento entre os conteúdos ministrados e a realidade cotidiana (CLEMENT, 2002).

Como professor de Física do Ensino Médio, pude constatar as dificuldades de aprendizagem que os alunos apresentam em relação aos conceitos desta disciplina, cuja conseqüência mais evidente é o baixo desempenho nas avaliações da aprendizagem. A motivação para o desenvolvimento deste trabalho parte da constante busca por novas metodologias no ensino de física, que venham facilitar e dinamizar a aprendizagem de física por alunos do ensino médio.

Propomos nesse trabalho uma alternativa para o professor de Física do Ensino Médio, sair do quadro-negro e aproximar a disciplina da realidade do aluno por meio de uma atividade motivadora, aproveitando a criticidade e utilizando equipamento simples, de fácil obtenção, levando o aluno a investigar a partir de conflitos cognitivos numa abordagem dialógica. Escolhemos uma atividade sobre um

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foguete didático produzido com garrafa PET e sua base de lançamento por satisfazer grande parte dos conteúdos relativos à área de mecânica, objeto de estudo das turmas do segundo semestre do curso de informática e eletrotécnica do IFCE/campus Cedro.

A escolha dos foguetes surgiu a partir de um curso denominado de escola do espaço, que o professor de Física fez pela Agencia Espacial Brasileira (AEB) no centro de lançamento de foguetes Barreira do Inferno (CLBI), localizado na Cidade de Natal/ RN. Depois do conhecimento adquirido no curso, motivamos um grupo de alunos do Ensino Médio integrado das turmas de eletrotécnica e informática do IFCE- Campus Cedro a participar da XVI Olimpíada Brasileira de Astronomia (OBA) e da mostra brasileira de foguetes (MOBFOG), a qual é organizada pela Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ).

Nesta ocasião será apresentado o início da atividade, seu desenvolvimento, e nas considerações finais é apresentado como resultado do desenvolvimento da atividade as etapas que os alunos utilizam para desenvolver o experimento.

Na continuação do trabalho com os alunos e após uma avaliação com relatos escritos das atividades, ministramos oficinas sobre a construção e lançamento de foguetes de garrafa pet em diversas escolas do estado do Ceará e no VII CONNEPI (O Congresso Norte Nordeste de Pesquisa e Inovação) realizado em novembro de 2013 na cidade de Salvador/BA.

## ATIVIDADE EXPERIMENTAL

Thomaz (2000) coloca que existem vários pesquisadores defendendo que o trabalho experimental é um meio por excelência para a criação de oportunidades para o desenvolvimento dos alunos. Também afirma que caso se pretenda que os alunos estejam motivados para a execução de trabalhos experimentais, em qualquer nível de ensino, é preciso que a tarefa que os professores lhes proporcionem seja apelativa, que constitua um desafio, um problema ou uma questão que o aluno veja interesse em resolver, que se sinta motivado para encontrar uma solução.

Sobre a importância dos trabalhos experimentais no processo ensino aprendizagem SARAIVA-NEVES et al. (2006), destacam que o

Trabalho experimental é uma componente fundamental no ensino das ciências, reconhecido por modelos ou tendências de ensino mais representativos, apesar de estes lhe atribuírem ênfases e objetivos diferentes. Para o modelo construtivista, o trabalho experimental constitui um 'banco de provas' que permite aos alunos avaliar as suas idéias e os modelos científicos, favorecendo a aprendizagem.

De acordo com uma lista elaborada por HODSON (2000), existem basicamente cinco motivos para envolver os alunos em trabalhos experimentais:

- 1. Motivar, estimulando o interesse e o prazer de investigar;
- 2. Treinar destrezas laboratoriais;
- 3. Enfatizar a aprendizagem do conhecimento científico;
- 4. Conhecer o método científico e adquirir perícia na sua utilização;

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Para ARRUDA e LABURÚ (1998), considerando que a função do experimento é fazer com que a teoria se adapte à realidade, pode-se pensar que como atividade educacional isso poderia ser feito em vários níveis, dependendo do conteúdo, da metodologia adotada ou dos objetivos que se quer com a atividade.

Os experimentos podem contribuir para a construção de um ambiente motivador, agradável e rico em situações novas e desafiadoras que, quando bem adaptadas, aumentam as chances de que sejam elaborados conhecimentos e adquiridas habilidades, atitudes e competências relacionadas ao fazer e entender Ciência (ABIB; ARAÚJO, 2003). Além disso a literatura existente sobre o tema, principalmente no âmbito do Ensino de Ciências mostra muitas propostas de como essa atividade pode desencadear variadas formas de aprendizagem (Araújo e Abib, 2003).

Defendemos nesse trabalho a proposta desenvolvida por Arruda e Laburú (1998) para a utilização de atividades experimentais numa perspectiva epistemológica de Tomas Kuhn. Esta concepção admite que o experimento seja um elemento capaz de adaptar a teoria à realidade e quanto maior for essa aproximação, mais valorizado é o paradigma utilizado.

As atividades experimentais podem ser realizadas com material de fácil acesso, sem a necessidade de implantação de um local específico com material sofisticado. As atividades, em seus três níveis de interação, podem ser trabalhadas em aulas em três momentos diferentes que chamamos de problematização, desenvolvimento da experiência e explicação do conteúdo.

Aspecto problematizador e investigativo deve ser mantido nas três etapas da atividade para que os alunos permaneçam ativos na participação e sejam levantadas dúvidas e concepções alternativas o suficiente para discussão em grupo. Esse diálogo é fundamental nas aulas de Física, principalmente para alunos que construíram sua perspectiva de mundo parcialmente em ambientes não formais de aprendizagem.

Aplicamos essa proposta em uma atividade experimental utilizando um foguete didático construído com garrafa PET e sua base de lançamento, como relatado anteriormente.

## DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO

O trabalho foi realizado no IFCE- Campus Cedro, localizado na cidade de Cedro no estado do Ceará, a idéia de constituir um grupo de alunos para realizar o experimento surgiu como um desafio proposto pela Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica, a qual é realizada pela Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ) todos os anos em nível nacional.(Neste ano foram realizados a XVI Olimpíada Brasileira de Astronomia (OBA) e a VII Mostra Brasileira de Foguetes (MOBFOG) e da necessidade de promovemos uma atividade experimental que motivasse o aluno a se interessar pelo ensino de Física.

A MOBFOG propõe uma competição de foguetes para os alunos do ensino fundamental e médio, o melhor resultado de cada categoria deve ser enviado para a comissão organizadora da MOBFOG, essa selecionará os trinta (30) melhores resultados do Brasil para participar da V Jornada de Foguetes, a qual será realizada na cidade de Barra do Pirai - RJ no mês de Outubro. Para a obtenção do melhor

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projeto foi realizado uma competição escolar interna no mês de abril com 20 equipes de 5 alunos, os dois primeiros lugares com os foguetes de maior alcance no lançamento foi o campeão, e ganharam o direito de participar da II Olimpíada alagoana de foguetes(OAFOG) em Maceió.

- O trabalho sobre o foguete didático, realizado pelos alunos, recebeu dois prêmios: o de melhor lançamento na modalidade de ar comprimido na OAFOG/IFAL em Maceió e 4º lugar na modalidade de vinagre e bicarbonato de sódio com um lançamento de 154 m, o que nos credenciou a participar da V jornada de foguetes da OBA no ano de 2013.

## DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO: FOGUETE

## Foguetes Impulsionados a bicarbonato de sódio e vinagre

Apesar de serem menos perigosos que modelos de foguetes que funcionam com propelente sólido, os quais podem ser adquiridos em lojas de aeromodelos, os foguetes construídos com garrafas PET e que voam impulsionados por bicarbonato de sódio e vinagre não são simples brinquedos que podem ser operados por qualquer pessoa sem que sejam observadas e respeitadas as mesmas regras de segurança. Neste tipo de modelo, o empuxo é gerado pela reação do bicarbonato de sódio com o vinagre que produz gás carbônico provocando uma expansão.

Durante essa expansão o gás carbônico produzido no interior da garrafa gerar uma força de mesma intensidade e sentido contrário (3a Lei de Newton) que impulsiona o foguete. Obviamente, para que o foguete decole, essa força de empuxo tem que ser maior que o peso total do modelo. Essa força de empuxo é produzida em função do volume de vinagre e da quantidade de bicarbonato de sódio no interior da garrafa e da pressão de compressão do volume interno do gás carbônico produzido pela reação. A estabilidade do foguete deve ser garantida com o uso de aletas laterais no foguete.

## MATERIAIS UTILIZADOS PARA CONSTRUÇÃO DOS FOGUETES

## Construindo o modelo

O material necessário para a construção do modelo é apresentado na lista

- · Duas garrafas PET de 2 litros
- · Fita adesiva
- · Tesoura e estilete
- · Papelão (para confeccionar as empenas)
- · Barbante (1.50 m)

## A construção do modelo deve proceder da seguinte forma:

Primeira Etapa: mantenha uma das garrafas intacta; corte a parte superior da outra garrafa e com a fita adesiva cole-a ao fundo da garrafa que está intacta; amarre o barbante em torno dessa garrafa, posicione-o sobre o centro de massa, segure na outra extremidade do barbante e gire o conjunto em torno de você, para

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abaixo:

verificar as condições de estabilidade; um conjunto estável deve girar com o nariz apontando para a direção do movimento.

Segunda Etapa: desenhe as empenas no papelão e corte-as; com a fita adesiva, cole as empenas na região do bico da garrafa intacta, ou seja, o mais baixo possível; novamente, com a utilização do barbante faça o teste de estabilidade.

Se seu modelo for estável, o mesmo já está pronto para voar. Caso seu modelo não seja estável, corte empenas maiores e substitua aquelas usadas anteriormente. Repita o teste de estabilidade.

Na construção desses modelos pode-se usar praticamente qualquer material, com exceção de metais. Pode-se usar papelão, plástico, madeira, isopor, etc.

## BASE DE LANÇAMENTO

A base de lançamento é uma das partes fundamentais do projeto, ela que irá garantir o controle do lançamento do foguete, ou seja, ela deve ser projetada para lançar o foguete no momento desejado. A base deve conter as garras que irão manter o foguete preso a ela pelo tempo necessário, uma inclinação que favoreça o maior alcance do foguete na horizontal e um dispositivo de segurança para eliminar o combustível de dentro do recipiente de reação caso algo de errado ocorra. O formato da base pode variar, mas deve conter os aspectos citados acima. Na imagem abaixo é apresentado um dos projetos de foguete e base construídos no projeto. O projeto do foguete e da base foi proposto pela coordenação da competição.

Figura 1 - Base de lançamento.

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## FORMAÇÃO DOS GRUPOS

Após a aplicação do trabalho convidamos todos os alunos das turmas de eletrotécnica e informática do ensino médio integrado do período da manhã e da tarde, onde o professor leciona para formamos um grupo de alunos para participarem de eventos científicos e ministrar oficinas sobre a atividade desenvolvida no experimento. Depois da seleção tivemos um total de 10 alunos participando do projeto.

Grupo 1: Formado por 5 alunas do 3° ano do integrado de informática, foi o primeiro grupo a apresentar o projeto concluído, compareceu em todos encontros e apresentou mudanças significativas no experimento no decorrer do projeto.

Grupo 2: Composto por 5 alunos do integrado de eletrotécnica , grupo também que se destacou pelo comprometimento com a atividade, estava presente em todos os encontros, realizava testes além dos encontros e apresentou grande evolução no projeto.

A duração do projeto foi de três meses, com início no mês de abril e término no início de junho de 2013. A fase inicial é marcada com o convite feito a todos os alunos do Ensino Médio e a fase final com a apresentação dos projetos para a comunidade escolar e a competição escolar onde os encontros eram realizados aos sábados.

## RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES FINAIS

Fazemos a seguir, um relato sobre as informações obtidas no trabalho que servem como elementos de avaliação em relação ao alcance dos objetivos.

As discussões e questionamentos foram feitos de maneira muito prática. O professor praticamente não interferiu no andamento das decisões que eram tomadas pelo grupo, exceto pequenas intervenções com o objetivo de melhorar o vocabulário científico. Aos poucos termos como 'armazenar força', muito comum entre os alunos, eram substituídos por 'armazenar energia', de forma que os conceitos físicos foram sendo incorporados aos modelos científicos dos estudantes.

Os alunos sempre apresentaram o funcionamento e a eficiência do foguete, entretanto, percebemos nas apresentações, uma apreensão de uma linguagem científica que não existia anteriormente e evolução de idéias a respeito da filosofia e história da Ciência. Avaliando a produção escrita dos alunos, os vídeos gravados por eles e a resposta da comunidade de ensino, podemos afirmar que este trabalho mostra melhoria na auto-estima e na aprendizagem dos alunos dos cursos integrado de eletrotécnica e informática do IFCE- Campus Cedro

Aplicamos uma avaliação com dez questões objetivas (sendo seis questões teóricas e quatro problemas) ao longo do semestre com alunos das duas turmas que realizaram a atividade experimental (T1) e em outra turma que não tinha realizado a atividade experimental (T2), com questões pertinentes as leis de Newton e quantidade de movimento. Aplicamos a avaliação nas três turmas com a duração de duas aulas (cerca de uma hora e meia). O objetivo da aplicação dessa avaliação foi o de buscar evidências de uma melhor aprendizagem no grupo submetido às atividades experimentais, o que se explicitaria em termos de um melhor desempenho nessas avaliações.

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## Análise das questões e acertos percentuais.

Apresentaremos a seguir em uma tabela e em um gráfico com o resultado das avaliações aplicadas aos alunos que realizaram o experimento (T1) e aos alunos que não realizaram (T2), e os respectivos percentuais de acertos, para cada questão. Os sujeitos da pesquisa totalizaram 48 alunos dos quais 28 alunos compunham o grupo que participaram da atividade experimental e 20 alunos da turma que não participou.

Tabela 1: Percentual de acertos das questões da avaliaçãoGráfico 1: Percentual de acertos das questões da avaliação

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De acordo com os dados apresentados acima, os alunos da turma que realizaram a atividade experimental apresentaram um rendimento, em termos de

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notas, melhor e superior do que os dos alunos que não realizaram. Isto nos permite inferir que, possivelmente, este resultado se deva à proposta metodológica diferenciada que foi adotada nessa turma.

Entendemos aqui que este trabalho pode levar a uma reflexão de que não há limites para uma aprendizagem eficiente quando os agentes são alunos motivados e que outros projetos com conteúdo lúdico devem ser cada vez mais divulgados e publicados. No entanto, são apresentados alguns resultados positivos que representam apenas uma ponta de um 'iceberg' associado à utilização de atividades experimentais no Ensino de Física.

## REFERÊNCIAS

ABIB, M. L. V. S.; ARAÚJO, M. S. T. Atividades experimentais no ensino de física: diferentes enfoques, diferentes finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v.25, n.2, p.176-194, 2003.

ANGOTTI, J.A.P. e DELIZOICOV, D.N. Metodologia do Ensino de Ciências . São Paulo: Cortez, 1992.

ARGOLO Carlos P A. olimpíada alagoana de foguetes . Disponível em: &lt;http://www.oafog.blogspot.com.br&gt;, acesso em 23 de junho de 2013.

ARRUDA, S.M.; LABURÚ, C.E. 1998. Considerações sobre a função do experimento no ensino de ciências . In: NARDI, Roberto. Educação para a ciência: questões atuais no ensino de ciências. São Paulo: Escrituras, 1998. v 2.

CLEMENT, Luiz Clement &amp; TERRAZZAN, Eduardo Terrazzan. Considerações sobre a prática docente no desenvolvimento de atividades didáticas de resolução de problemas em aulas de física . I X EPEF.

HODSON, D. (2000). The place of Practical Work in Science Education. In Trabalho Prático e Experimental na Educação em Ciências. Braga: Universidade do Minho.

NEVES, M. S.; CABALLERO, C.; MOREIRA, M. A. Repensando o papel do trabalho experimental, na aprendizagem da física, em sala de aula - um estudo exploratório. Investigações em Ensino de Ciências, Porto Alegre, v.11, n.3, 2006.

OBA, olimpíada brasileira de astronomia . Disponível em: &lt;http://www.oba.org.br/ &gt;. Acesso em: 25 mai. 2013.

OLIVEROS, Marcilio Colombo. e MEDEIROS, Geneci Cavalcante. Instrumentação para o ensino de física I. Natal, RN: EDUFRN, 2008. 308 p.

PINHO ALVES FILHO, J. Atividade Experimental: uma alternativa na concepção construtivista In: VIII Encontro de Pesquisa em Ensino de Física, 2002, Águas de Lindóia. Atas do VIII EPEF. São Paulo: SBF, 2002. Disponível em: &lt;http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/epef/viii/PDFs/COCD6\_2.pdf&gt;. Acesso em: 25 mai. 2013.

THOMAZ, M. F. (2000). ' A experimentação e a formação de professores: uma reflexão' . Cad. Cat. Ens. Física., 17 (3): 360-369.

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