TEM FÍSICA NO CACHIMBO DA VOVÓ?

## TEM FÍSICA NO CACHIMBO DA VOVÓ?

## *Adriana da Silva Fontes , Douglas Robaskiewicz Coneglian , Devanir Pereira 1 2 dos Santos Canovas 3 , Michel Corci Batista 4

- 1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Departamento de Física, asfontes@utfpr.edu.br
- 2 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Departamento de Física, douglasr@utfpr.edu.br

## Resumo

Esse trabalho visa compartilhar a experiência de uma atividade Prática como Componente Curricular (PCC) que foi aplicada a uma turma de licenciandos do segundo período do curso de licenciatura plena em química, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, durante a disciplina de Física 1. O objetivo da atividade era o de contribuir para a formação do futuro professor, utilizando materiais lúdicos que visem facilitar o Ensino de Física. O trabalho conseguiu despertar o interesse dos licenciandos ao mostrar que com materiais simples pode-se motivar os alunos e assim proporcionar o processo de ensinoaprendizagem. Pode-se identificar também que, apesar da falta de experiência, surgiram muitas ideias criativas por parte dos licenciandos de como explorar o material lúdico de forma multidisciplinar. Os licenciandos descobriram que tem muita física no cachimbo da vovó, com destaque para o Princípio de Bernoulli. Ao término do trabalho, os alunos estavam animados e pediram para que fossem realizadas mais atividades como estas PCC, pois se sentiam motivados para preparar os materiais para as aulas.

Palavras-chave : Ensino de Física, Lúdico, PCC, Princípio de Bernoulli, Formação de professores.

## Introdução

Nos dias atuais, com o avanço da tecnologia, está muito mais fácil despertar o interesse dos alunos pelas disciplinas, pois quase todos os conteúdos encontramse na internet, através de aulas completas no You tube, em sites das Universidades ou em páginas pessoais de professores. Também existem muitas empresas que confeccionam materiais didáticos para laboratórios, DVDs, programas de simulações, entre outros.

Porém, muitas escolas da rede pública da educação básica não dispõem desses recursos e nem de laboratórios equipados ou mesmo, de laboratórios, para a realização de aulas práticas experimentais para o ensino de física. Nesse caso, é muito difícil despertar o interesse dos estudantes pelo estudo, pois com tantos avanços tecnológicos, o professor e a escola, sem recursos, não conseguem acompanhar as mudanças na mesma velocidade.

Mediante isso, o professor tem que estar preparado para motivar os alunos e proporcionar o processo de ensino aprendizagem de forma criativa e eficiente. Esse preparo depende da formação (inicial e continuada), da criatividade e boa vontade do professor.

Os cursos de licenciatura regular vêm estimulando, que os licenciandos tenham um olhar para a docência, desde o inicio do curso, ou seja, tenham contato

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com o ambiente escolar (Professores, alunos, equipe pedagógica, entre outros). Para isso, alguns cursos de Universidades renomadas contam com o Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência, PIBID, regulamentado em 24 de junho de 2010, e que em 2013, tornou-se Política de Estado, integrando-se às políticas educacionais organizadas pela Lei de Diretrizes e Bases 9.394/96. Dentre os objetivos do PIBID está o acesso dos licenciandos o quanto antes ao ambiente escolar. Mas infelizmente não são todas as Universidades contempladas e muitos cursos de licenciatura também não foram contemplados com o PIBID, e o quadro deve piorar, pois desde 2015 o programa vem sofrendo cortes e ameaça ser extinto fazendo parte dos cortes de mais de 13 bilhões reais da educação por parte do Governo Federal.

As Universidades têm feito ações isoladas para inserir os licenciados no ambiente escolar através de projetos integradores de seus professores e eventos. Além disso, de acordo com a Resolução n°. 2 - CNE/CP, de 1 de julho de 2015, a carga horária para a organização curricular dos cursos de Formação de Professores da Educação Básica, de Graduação Plena em Nível Superior, em Curso de Licenciatura deverá integralizar um mínimo de 2.800 (duas mil e oitocentas) horas, nas quais a articulação teoria-prática garanta, nos termos dos seus projetos pedagógicos, as seguintes dimensões dos componentes comuns: -400 (quatrocentas) horas de prática como componente curricular (PCC), vivenciadas ao longo do curso. - 400 (quatrocentas) horas de estágio curricular supervisionado a partir do início da segunda metade do curso. - 1.800 (mil e oitocentas) horas de aulas para os conteúdos curriculares de natureza científico-cultural e -200 (duzentas) horas para as outras formas.

As atividades PCC devem ser distribuídas dentro de algumas disciplinas devendo ser aplicadas desde o início da formação e se estender ao longo de todo o curso. Essas atividades poderão ser organizadas sob a forma de Projetos Integradores, tendo como perspectiva a implementação de seminários de integração e vivências práticas. Devendo contemplar um elemento integrador da teoria e da prática ao longo do curso e potencializar ações de formação que evidenciem a característica multi-interdisciplinar do conhecimento (NETO & SILVA, 2014).

Nos cursos de licenciatura da UTFPR, a prática esta inserida no interior das áreas ou disciplinas, como um espaço de atuação coletiva e integrada dos formadores, para que o futuro professor use os conhecimentos que aprendeu e se aproprie de experiências em diferentes tempos e espaços curriculares. O princípio metodológico da prática como componente curricular propõe pensar no processo de construção de sua autonomia intelectual: o professor além de saber e de saber fazer deve compreender o que faz.

Na disciplina de Física 1, para o 2º. Período do curso de Licenciatura em química é destinado 10h/a para o desenvolvimento dessa componente (PCC).

Dentre as atividades desenvolvidas, a primeira realizada foi a inserção do lúdico no ambiente escolar, de forma multidisciplinar, através da análise de um brinquedo. Essa PCC surgiu devido à preocupação da professora regente em relação à formação inicial dos licenciandos, pois por ser professora em cursos de capacitação docente, tem percebido que muitos professores não estão preparados para o exercício do magistério (falta de domínio de conteúdo, falta de conhecimento de estratégias pedagógicas e de recursos, entre outros) por isso, quanto mais cedo o licenciando for estimulado à docência, a utilizar ferramentas e/ou recursos que

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visem a melhoria do processo de ensino-aprendizagem, mais sucesso ele poderá obter em sala de aula. Para isso, a Universidade tem que incentivar seus professores para o uso de atividades práticas como componentes curriculares no inicio do curso, não deixando toda a responsabilidade de formar um professor na disciplina de estágio.

A atividade foi aplicada a uma turma de segundo período de licenciatura em química. Essa turma ainda não teve contato com projetos, não tem nenhum aluno de PIBID e muitos se encontram desmotivados para a profissão do magistério.

A intenção é a de compreender que a física faz parte do nosso dia a dia, estando presente até mesmo em brinquedos entre infinitas aplicações. E tendo esse conhecimento, o professor passará a olhar as situações, os objetos como ferramenta coadjuvante no processo de ensino-aprendizagem de seus alunos.

- O brinquedo escolhido foi o cachimbinho, pelo fato de ser um brinquedo comum, simples, muito antigo e ter muita física envolvida nele. Esse brinquedo era fácil de ser encontrado em brindes de pescaria em festas juninas por ser muito barato.

## Efeito Bernoulli

O Efeito Bernoulli descreve o comportamento de um fluido movendo-se ao longo de uma linha de corrente e traduz para os fluidos o princípio da conservação da energia. Foi exposto por Daniel Bernoulli em sua obra Hidrodinâmica (1738) e expressa que num fluido ideal (sem viscosidade nem atrito) em regime de circulação por um conduto fechado, na horizontal, a energia do fluido permanece constante ao longo de seu percurso, logo a pressão diminui quando a velocidade do fluído aumenta, ou seja, na região em que a velocidade é maior, a pressão é menor e na região em que a velocidade é menor, a pressão é maior (HEWITT, 2009) .

A energia de um fluido em qualquer momento consta de três componentes:

- · Cinética: é a energia devida à velocidade do fluido.
- · Potencial gravitacional: é a energia devida à altitude que o fluido alcança.
- · Energia de fluxo: é a energia que um fluido contém devido à pressão que possui.

A equação de Bernoulli relaciona a pressão, a velocidade e a altura de quaisquer dois pontos (1 e 2) em um fluxo constante de fluido de densidade ρ . Dessa maneira então se apresenta o Principio de Bernoulli, o qual define que no escoamento de um fluido, a pressão exercida é inversamente proporcional à sua velocidade, o que se explica por sua equação:

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Ela diz que se você somar a pressão P mais a densidade da energia cinética 1/2 ( ρ v ) mais 2 a densidade da energia potencial gravitacional ρ gh em quaisquer 2 pontos de um fluxo, elas serão iguais, ou seja,

'A pressão exercida, no termo relacionado à Energia Cinética, é inversamente proporcional à sua velocidade elevada à segunda potência'.

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Onde P = pressão ao longo da linha de corrente; v = velocidade do fluido na seção considerada; h = altura na direção da gravidade desde uma cota de referência; g= aceleração da gravidade e ρ = densidade do fluido.

O sistema possui diâmetros diferentes em pontos diferentes, evidenciando que v e P tendem a crescer inversamente (FEYNMAN; LEIGHTON; SANDS, 2008)

Figura 1 . Aplicação da Equação de Bernoulli. P+ ½( ρ v )+ 2 ρ gh = constante Fonte: RAMALHO &amp; NICOLAU, 2003.

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A equação de Bernoulli pode ser vista como a lei de conservação de energia para um fluxo de fluido. Ela é o resultado do fato de que qualquer ganho de energia cinética ou potencial em um sistema de fluido ser causado pelo trabalho feito pela pressão da água ao redor do fluido.

A variação da altura do fluido durante o fluxo não pode ser tão drástica, caso contrário as variações na energia potencial gravitacional se tornarão importantes e provavelmente prejudicarão a precisão do princípio de Bernoulli (FEYNMAN, LEIGHTON, SANDS, 2008).

Para aplicar a equação se devemos realizar algumas suposições:

Viscosidade (atrito interno) = 0 Ou seja, se considera que a linha de corrente sobre a qual se aplica se encontra em uma zona 'não viscosa' do fluido. Caudal (ou vazão) constante. Fluxo incompressível, onde ρ é constante. A equação se aplica ao longo de uma linha de corrente.

Conhecendo o efeito Bernoulli, podemos explicar vários fenômenos, como por exemplo: Durante uma ventania, a passagem do ar faz com que a pressão na região logo acima do telhado se torne menor do que a pressão do ar abaixo deste. Essa diferença de pressão, mesma que pequena, produz uma força ascensional que pode levantar o telhado de uma casa. Qualquer pessoa que já tenha andado em um carro conversível, com a cabina fechada, percebe esse fenômeno. Uma bomba de aerossol comum, como a de um pulverizador de perfume, utiliza-se do princípio de Bernoulli. Também explica o porquê de quando a cortina do boxe de seu chuveiro se inclina em sua direção quando o jato d'água está fluindo com grande velocidade e também por que é desvantajoso andar com um guarda-chuva em um dia ventoso (HEWITT, 2009; RAMALHO &amp; NICOLAU, 2003).

A figura 2, nos ajuda a entender melhor este efeito.

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Figura 2: A pressão em torno da bola (p1) é menor do que a pressão ambiente (p2), pois em torno da bola a velocidade do ar é maior. Fonte: RAMALHO &amp; NICOLAU, 2003 .

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## Desenvolvimento

A atividade foi desenvolvida com 27 alunos do 2º. Período do curso de graduação em licenciatura em química, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Campo Mourão.

No inicio da aula, a professora distribuiu um exemplar do brinquedo ( Fig . 3), para cada grupo, composto por até 5 alunos a fim de que conhecessem o brinquedo. Esse momento serve também para promover um momento de descontração enquanto manuseiam o material.

Figura 3: Demonstração de uso do cachimbo da Vovó .

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Em seguida foram incentivados a identificar quais conteúdos poderiam ser explorados com esse brinquedo, dentro das diversas disciplinas, além de explicar a física envolvida.

Na sequência, foram aplicadas algumas questões sobre a utilização do brinquedo em sala de aula. Os alunos tiveram uma semana para fazer a pesquisa e apresentar seu trabalho.

Após o período determinado, os grupos fizeram a apresentaram o trabalho, onde houve discussão dos resultados e na sequência foram feitas as considerações da professora regente.

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## Resultados e discussões

Decorrido o período de pesquisa, cada grupo apresentou seu trabalho explorando de que forma utilizaria o brinquedo em sua aula. Como foi o primeiro trabalho de apresentação, cujo objetivo principal foi o de estimular o aluno para a docência utilizando a ludicidade em sua sala de aula, todos os grupos exploraram o mesmo brinquedo e dessa forma puderam visualizar como poderiam ter explorado melhor o material.

- Durante a apresentação da microaula, cada grupo teve também que responder a quatro questões:
- A primeira pergunta era para identificar se os licenciandos já conheciam o brinquedo e por qual nome.
- 74% dos alunos responderam que conheciam o brinquedo, e os nomes que surgiram foram: Cachimbinho de bola, cachimbinho da velha, cachimbo com bolinha, cachimbo da paz.
- A segunda questão foi para levantar que assuntos poderiam ser abordados com esse brinquedo na sala de aula. Surgiram muitas respostas interessantes, entre as quais:
- -Na Matemática: Estudar as formas geométricas; calcular a circunferência, a massa e volume do cachimbo e da bolinha.
- -Química: Explicar sobre o polietileno (material que o brinquedo é constituído) e outros materiais substitutos que poderiam ser utilizados; Calcular a densidade do cachimbinho e da bolinha.
- -Português: Produzir um poema com o título 'Meu cachimbinho'; redação; estudo de lendas com o tema cachimbo.
- -Inglês: Elaborar um texto sobre o brinquedo e suas características; aprender sobre as cores e formas geométricas na língua inglesa.
- -Artes: Desenhar o cachimbinho com suas cores e características.
- -História: Estudar o cachimbo no contexto histórico e cultural brasileiro.
- -Sociologia: Levantar os danos que o cigarro e outras drogas têm trazido à sociedade.
- -Biologia: Identificar os riscos e como o fumo prejudica o corpo humano; Fazer comparação da capacidade pulmonar, entre atletas e não atletas, fumantes e não fumantes (qual grupo consegue manter a bolinha por mais tempo no ar).
- -Educação física: Propor dinâmicas e competições entre os alunos apresentando as várias maneiras de brincar (quem sustenta por mais tempo a bolinha no ar, entre outros).
- -Filosofia: Explorar os diferentes tipos de vícios e a dificuldade de se livrar deles. Fazer uma comparação entre uma Paixão doentia que faz mal ao ser humano, comparada ao vicio de fumar.
- Quatro grupos não se dedicaram suficiente ao trabalho, pois apresentaram poucas aplicações do lúdico em sala de aula, indicando que ainda há um longo caminho a percorrer para o exercício do magistério.

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A terceira pergunta era para explicar fisicamente o movimento da bolinha. Três grupos souberam explicar o movimento da bolinha sem dificuldades; Um grupo não soube explicar; outro explicou com base nas Leis de Newton. A explicação mais completa foi do grupo 1: O movimento da bolinha é explicado pelo Teorema de Bernoulli, Efeito Coanda e Efeito Magnus.

Segundo o grupo, o Teorema de Bernoulli descreve o comportamento de um fluido movendo-se ao longo de uma linha de corrente e traduz para os fluidos o princípio da conservação da energia. Dentro de um fluxo de fluido na horizontal, pontos de velocidade de fluido mais alto terão menos pressão que pontos de velocidade de fluido mais baixo. Por esse motivo, o cachimbinho foi desenvolvido neste formato para que todo o ar assoprado seja direcionado para um mesmo ponto, possibilitando dessa maneira que a bolinha suba e fique 'flutuando', e a corrente de ar (fluído) que contorna a bolinha faz com que ela gire .

Logo, a bolinha tende a permanecer no ar, devido à diferença de pressão produzida pela corrente de ar de alta velocidade (em relação à atmosfera), que ora vai para um lado, ora para o outro alternadamente. Ela flutua porque a pressão que o ar atmosférico exerce sobre a bolinha é maior que a do sopro.

- O efeito Magnus se faz presente (pouco porque a bolinha é lisa, apresentando apenas uma pequena aba na divisória). A bolinha fica rotacionando porque a superfície da bola não é completamente lisa, ela possui uma espécie de eixo que foi formada possivelmente a partir da junção de duas metades. E quando o ar bate nesse eixo, faz com que a bolinha ganhe um movimento rotacional que vai continuar girando para aquele mesmo lado até que cesse o ar.
- O efeito Coanda está presente quando um fluido tende a seguir o contorno da superfície curva com a qual se depara. No cachimbinho, a bola rola junto do gargalo, mas não sai do "copo" de plástico. Porque o ar que introduzimos no "copo" percorre o seu caminho encostado às paredes da bola, fazendo com que ela gire ao invés de subir.

Ou seja, é devido ao efeito de Bernoulli que a bolinha fica suspensa no 'cachimbo da vovó', pois a incidência do jato de ar na vertical, de baixo para cima, e a diferença de pressão, cuja pressão do ar em movimento em torno da bola é menor do que a pressão do ambiente (pressão do ar parado) faz com que a bolinha se mantenha no ar. Assim, o resultado é uma força que tende a trazer a bola para o centro do jato, quando esta é desviada dessa posição.

A figura 4 mostra a apresentação do grupo 2, que construiu um 'cachimbão' com garrafa pet, bola de isopor e cano de mangueira a fim de verificar se o Teorema de Bernoulli era aplicável para o cachimbo feito com outros materiais e em proporções maiores e descobriu que sim. Pelo fato de ter proporções maiores, o esforço foi muito maior para verificar o Teorema, mas funciona!

Figura 4 : 'Cachimbão' construído pelo grupo 2 .

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Os assuntos identificados pelos licenciandos, que podem ser explorados na disciplina de Física são: Medição (medida do tempo em que a bolinha permanece no ar; algarismos significativos); Queda livre; Força; Trabalho; Energia potencial, Conservação de energia; Hidrodinâmica. Três grupos não souberam identificar outros assuntos além da Hidrodinâmica.

Ao término das apresentações a professora regente fez algumas observações sobre o Principio de Bernoulli observado e também sobre a criatividade dos alunos quanto à aplicação do brinquedo para uso em outras disciplinas. Também identificou que alguns alunos não tem noção alguma de sala de aula e aproveitou para explicar que um bom professor não dá aula sem prepará-la.

## Considerações finais

Esse trabalho foi realizado visando contribuir na formação dos licenciandos estimulando-os para o exercício do magistério, através do uso de materiais lúdicos. O trabalho mostrou que, o professor usando de sua criatividade, pode utilizar diversos recursos materiais, como um simples brinquedo entre outros, como uma ferramenta facilitadora e motivacional para o processo de ensino-aprendizagem.

De modo geral, todos os grupos relataram que gostaram de fazer esse trabalho, pois tiveram que se imaginar professores, no preparo de suas aulas, com muita criatividade a fim de que as aulas não sejam monótonas. Disseram que estavam mais motivados e seguros para lecionar.

Sugere-se que as atividades PCC sejam realizadas de forma a dar ao licenciando mais segurança para o exercício do magistério, proporcionando condições de explorar ferramentas que possam auxiliar no processo de ensinoaprendizagem. O quanto antes ações assim forem feitas, melhor será a formação do professor.

Os licenciando conseguiram visualizar que tem muita física no cachimbo da vovó!

## Referências

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BRASIL. Conselho Nacional de Educação, Diretrizes Curriculares Nacionais para a formação inicial em nível superior (cursos de licenciatura, cursos de formação pedagógica para graduados e cursos de segunda licenciatura) e para a formação continuada. Resolução CNE/CP n 2, de 1º de julho de o 2015. Brasília, Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil , 02 de julho de 2015, Seção 1, p. 8-12.

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HEWITT, Paul G. &amp; WOLF, Phillip R . Fundamentos de física conceitual . Porto Alegre: Bookman, 2009.

NETO, Samuel S; SILVA, Vandeí P. Prática como Componente Curricular: questões e reflexões. Rev. Diálogo Educ ., Curitiba, v. 14, n. 43, p. 889-909, set./dez. 2014.

RAMALHO. Francisco Jr.; FERRARO, Nicolau G.; SOARES, Paulo, A.T. Os fundamentos da física - Mecânica. São Paulo: Moderna, 2003.

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