Construção de um aparato histórico para uma abordagem lúdico-experimental no ensino de Astronomia

## Construção de um aparato histórico para uma abordagem lúdicoexperimental no ensino de Astronomia

## Robson Douglas da Silva Martins , Geisiane Rosa da Silva , Herbert Alexandre 1 2 João 3

## Resumo

O ensino de astronomia é uma das áreas do conhecimento em que se remete à curiosidade da maioria dos alunos, desde as séries iniciais do ensino fundamental estendendo-se até os cursos de ensino superior e espaços não formais de educação. Este trabalho propõe a construção manual de um modelo Terra-Sol como ferramenta didática para o ensino de astronomia, proporcionando várias simulações como a observação dos movimentos de rotação e translação da Terra, as estações do ano, eclipses solares e lunares, fases da Lua, dia e noite, calendário e a assimilação da órbita terrestre. Destacando-se como uma atividade lúdico-experimental e interdisciplinar para alunos do ensino fundamental e médio, o Telúrio permite a manipulação, facilitando a aprendizagem por meio de um ensino interativo. O trabalho descreve detalhes da montagem experimental, sugestões de materiais e propõe questões para uso da ferramenta em sala de aula, buscando modelar os conteúdos mais abstratos e auxiliar os alunos a superar concepções alternativas comuns em astronomia.

Palavras-chave : Ensino, Astronomia, Experimentação, Telúrio, Planetário

## Introdução

- O ensino de astronomia é uma das áreas do conhecimento em que se remete à curiosidade da maioria dos alunos, desde as séries iniciais do ensino fundamental estendendo-se até os cursos de ensino superior e espaços não formais de educação. Segundo Vygotsky (1988), o aprendizado começa muito antes das crianças frequentarem a escola. Qualquer situação de aprendizagem com a qual a criança se defronte na escola tem sempre uma história prévia. Por isso, é de fundamental importância o desenvolvimento de conceitos e experimentos que modelem a realidade, apresentando analogias bem delimitadas e esclarecidas, para que os alunos desenvolvam senso científico e crítico. Um exemplo de aparato experimental é o Planetário ou Telúrio, do latim Tellurium 1 ( Tellus - Terra), modelo representativo que permite simular o movimento da Terra-Sol-Lua. Seu idealizar foi Adrien Anthonioz em 1600 sendo, posteriormente, aprimorado por Wilhelm Janszoom Blaeu. Este tipo de modelo é muito conhecido como Planetário Orrery , modelo mecânico desenvolvido pelo inglês George Graham e produzido por John Rowley em 1712 a pedido de Charles Boyle, quarto conde de Orrery.

Assim, este trabalho descreve a construção de uma maquete interativa denominada Telúrio que contribui para o ensino de conceitos como o plano da órbita

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

terrestre, movimentos da Terra e Lua, eclipses e estações do ano, permitindo que o aluno manipule livremente o equipamento, visando uma abordagem lúdicoinvestigativa para o ensino de Astronomia. O Telúrio auxilia, ainda, na superação de concepções alternativas comumente citadas por alunos da educação básica, entre elas a excentricidade da órbita terrestre e a relação entre o eixo de inclinação da Terra em relação à eclíptica e as estações do ano.

## Materiais e Métodos

Para a confecção da maquete foi decidido que o melhor material seria o plástico PS (poliestireno), por ser um material de fácil acesso e manuseio. Embora seja um material relativamente 'macio' para se trabalhar cortes e furos, em comparação com ferro ou aço, é um material suficientemente leve, forte e resistente para a estrutura da maquete. O material pode ser encontrado em placas conforme figura abaixo.

Figura 1 : Placa de plástico PS (poliestireno)

<!-- image -->

Nesta versão do Telúrio não trabalhamos com nenhuma escala de tamanho. Primeiramente, e mais óbvio, pelo fato de que trabalhar modelos mecânicos do sistema solar em escala torna-se muito complicado e inviável para a abordagem inicial do trabalho.

Um exemplo disso ocorre em relação às distâncias e aos raios dos astros. Para trabalharmos em escala nessa maquete, como o Sol, aqui representado, possui raio de 0,075 m (Figura 2) e o raio do Sol sendo, aproximadamente, 695.508 km, teríamos a escala de 1:92734,4 (cm:km). Partindo desta escala, a Terra que possui raio de aproximadamente 6371 km, na maquete teria 0,068 cm ou aproximadamente 0,7 mm, ou seja, não seria possível fazer qualquer observação sobre a Terra e seus movimentos. Devido a esta diferença nos tamanhos e distâncias entre o Sol, Terra e a Lua, não houve preocupação em seguir qualquer escala de tamanho ou distância na representação, porém essa é a primeira informação dada aos alunos para que não haja uma compreensão errônea do conteúdo.

Figura 2: Globo de 15 cm de diâmetro representando o Sol

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

O modelo aqui apresentado possui algumas diferenças do projeto de referência, conforme a Figura 3.

Figura 3: Projeto mini planetário Orrery 2

<!-- image -->

Para transferir o movimento da Terra para a Lua, foram utilizadas engrenagens (Figura 4), pois as mesmas possuem maior precisão na transferência de movimentos.

Figura 4: Engrenagem responsável pelo movimento Lua.

<!-- image -->

Sendo assim, utilizou-se da relação de 1:2 nas engrenagens que transferem a rotação da Terra para a Lua. Já para o movimento da Terra, foram utilizadas polias e correias (Figura 5), transferindo o movimento de translação do braço que sustenta a Terra, sendo a escala utilizada 8:1. A escolha das polias para a movimentação da Terra deve-se ao fato da distância inviabilizar o uso de engrenagens, evitando-se falhas nos encaixes dos dentes e mão de obra especializada para a manutenção do sistema.

2014.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 5: Polias responsáveis pelo movimento da Terra

<!-- image -->

Com estas escalas, conseguimos os movimentos de translação e rotação para a Terra, completando uma volta ao redor do Sol (período de um ano) a cada 8 voltas em torno de seu eixo. Para a Lua temos 4 voltas ao redor da Terra para cada ciclo completo, tornando a visualização do sistema e dos movimentos dos principais astros bem simples.

Os movimentos também não estão em escala, pois não seria viável sua representação para as dimensões adotas nesta maquete.

Para a representação da Terra, foi utilizado um globo terrestre convencional de 10 cm de diâmetro, facilmente encontrado em papelarias e livrarias (Figura 6).

Figura 6: Globo representando a Terra e bola de isopor representando a Lua

<!-- image -->

Para representar a Lua foi utilizada uma bola de isopor de, aproximadamente, 3 cm de diâmetro (Figura 6).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Na representação do Sol, primeiramente, foi utilizada uma lâmpada incandescente (Figura 7). Este sistema foi substituído, pois a luz emitida pela lâmpada se espalhava por todo o local e refletia em outros objetos, dificultando algumas observações referentes a diferenciação do dia e da noite na Terra.

Figura 7: Lâmpada incandescente representando o Sol

<!-- image -->

Além disso, o brilho intenso da lâmpada, também, atrapalhava o aluno quando olhava diretamente para ela. Para solucionar este problema, utilizou-se um globo de, aproximadamente, 15 cm de diâmetro (Figura 2), onde toda sua superfície foi perfurada com aberturas de 5 mm para a colocação de leds de alto brilho amarelos (Figura 8), buscando uma representação semelhante ao Sol observado da Terra (uma esfera amarela) e, ao mesmo tempo, tentando obter resultados significativos das representações na superfície terrestre. Foram utilizados, aproximadamente, 150 leds associados cada um a resistores de 1 K ohm para a confecção do Sol.

Figura 8: Globo de 15cm perfurado com furos de 5mm e pintado para representar o Sol e leds de alto brilho

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Todo o sistema é movimentado por um motor AC de 110 V (Figura 9). O motor utilizado é o mesmo encontrado nos fornos de micro-ondas.

Figura 9: Motor síncrono AC 110 V e detalhe das polias na Terra e Lua

<!-- image -->

A sua escolha foi feita por ser um motor de baixo custo, aproximadamente, R$ 13,00 reais e de fácil acesso, sendo vendido em qualquer loja de componentes eletrônicos e eletrotécnicas autorizadas. Por ser um motor de 110V, torna-se mais simples o uso, sendo desnecessário a utilização de fontes alternativas para o seu funcionamento.

Uma característica ruim deste motor está no fato dele ser síncrono e funcionar em corrente alternada, não possuindo um capacitor para a orientação do seu giro. Desta forma, seu movimento é independente e aleatório, ou seja, ele não gira, necessariamente, sempre para o mesmo lado, mas esse problema pode ser solucionado com a adição de um capacitor junto ao mesmo ou somente travando o sistema, pois este motor já possui sistema mecânico de reversão quando travado. Sendo assim, sugere-se que o professor corrija o sentido de rotação manualmente, como descrito acima no momento de funcionamento.

Abaixo, seguem fotos das duas versões do projeto.

Figura 10: Primeira versão do modelo. Baseada na versão encontrada no site 'Feira de Ciências - O imperdível'. Apenas com adaptações no sistema de transferência de movimento da terra para a lua.

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 11: Versão final do projeto (leds apagados).

<!-- image -->

Figura 12: Versão final do projeto (leds acesos)

<!-- image -->

A relação final de materiais necessários inclui: Duas placas de plástico, sendo uma de 4 mm x 300 mm x 700 mm e outra de 2 mm x 1000 mm x 700 mm; Uma chapa de aço de 1 mm de espessura com 350 mm de comprimento por 150 mm de largura; Três polias de plástico ou madeira de 60 mm de diâmetro com 15 mm de espessura (sendo uma fixa na base do eixo central, abaixo do Sol, sem girar; as outras duas ficam na ponta do braço giratório, sendo uma acima e outra abaixo do braço, transportando o movimento para o eixo da Terra); Uma polia com 15 mm de diâmetro externo e 8 mm interno (para o movimento de rotação da Terra, fixa no eixo do globo); Uma polia dupla com a parte de baixo 10 mm externo e 5 mm interno que recebe o movimento da polia de 60 mm e presa em um eixo que liga o movimento da Lua, e a de cima com 25 mm externo 10 mm interno, sendo esta última para transmitir o movimento para a polia do eixo da Terra; Uma engrenagem de 30mm de diâmetro para movimentar a Lua (localizada no eixo da Terra, mais não gira junto, é

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

livre); Uma engrenagem de 15 mm de diâmetro (fixada no eixo da polia dupla, transmitindo seu movimento para a engrenagem de 30 mm para movimentar a Lua); Um motor utilizado em prato de micro-ondas;

- A montagem experimental permite variações, desde montagens não motorizadas até montagens automatizadas e microcontroladas.

## Proposta de uso pedagógico

- O Telúrio desenvolvido neste projeto foi utilizado no ensino informal de tópicos de astronomia a alunos da educação básica, visitantes do Instituto de Física de São Carlos. A proposta de uso consistiu na proposição de questões prévias seguidas de manipulação da maquete, intervenção do professor e revisão das respostas iniciais. Entre as questões propostas estavam: 1) Explique de onde vem o dia e a noite; 2) Desenhe o caminho que a Terra percorre ao redor do Sol (órbita terrestre); 3) Explique a causa das estações do ano; 4) Explique os eclipses; 5) Explique as fases da Lua.

Posteriormente, solicitou-se aos alunos que indicassem as respostas manipulando o Telúrio, por exemplo, alinhando os astros para indicar um eclipse lunar. Neste caso, os autores verificaram que, inclusive, aqueles alunos que declaram ter estudado o assunto demonstraram grande dificuldade ao explicar os fenômenos astronômicos. Entretanto, com a orientação do professor, discutindo com outros alunos e manipulando o aparato, os sujeitos da pesquisa apresentaram segurança e fluência na descrição científica dos fenômenos.

## Conclusão

Da mesma forma que o modelo original de Orrey, este Telúrio possibilita formalizar conceitos de astronomia a partir de um ensino interativo e lúdico. Destaca-se a importância deste e outros modelos didáticos como ferramenta de ensino, intensificando, assim, o aprendizado do aluno referente ao tema e estimulando as observações dos fenômenos celestes.

As atividades propostas a alunos podem ser replicadas em cursos de formação inicial e continuada de professores, especialmente, aqueles das séries iniciais, como atividade facilitadora da aprendizagem e motivacional para o ensino de astronomia.

## Referências

MALLALIEU, Huon. História ilustrada das antiguidades. São Paulo: Nobel, 1999.

Simpósio Nacional de Educação em Astronomia. II, 2012. São Paulo. SCARINCI, Anne L.; FALCETA-GONÇALVES, D. A elaboração de um curso de astronomia a distância para professores da escola básica. p. 20 a 29.

VYGOTSKY, L.S.; LÚRIA, A. R.; LEONTIEV, A. N. Linguagem, Desenvolvimento e Aprendizagem . Tradução Maria da Penha Villalobos. São Paulo: Ícone, 1988.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_