EXPERIMENTO DE MICROONDAS COMO RECURSO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVO NA APRENDIZAGEM DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

## EXPERIMENTO DE MICROONDAS COMO RECURSO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVO NA APRENDIZAGEM DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

Jonyson Marcs Borges da Rocha 1

1 Secretaria do Estado da Educação do Estado do Piauí (SEDUC-PI) , jonysonmarcs@hotmail.com.br

## Resumo

A realização de atividades experimentais é fundamental para o desenvolvimento cognitivo do estudante, pois enfatiza a observação, o questionamento e o raciocínio, facilitando a interação entre professor e aluno e desmistificando a ideia de que à Física é apenas uma disciplina a mais no currículo escolar e que o conteúdo estudado é utilizado apenas na sala de aula. Nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) há tópicos explicitando o porquê de se estudar Física e a importância da mesma. É necessário destacar que o próprio PCN ressalta a importância de se compreender os fenômenos relacionados à luz, portanto neste trabalho apresento uma proposta de estudo da velocidade da luz, a partir da realização de um experimento de baixo custo utilizando um forno de microondas, a ideia partiu devido ao pouco destaque dado pelos livros didáticos sobre esse tipo de experimento, sua execução mostra se eficaz na aprendizagem de ondas eletromagnéticas, espectro eletromagnético e, portanto propõe se a realização da atividade onde a partir dos valores encontrados foi possível realizar uma comparação com o valor atualmente aceito que é de 299. 792.458 m/s competem aos professores do ensino médio utilizar uma metodologia capaz de explorar a curiosidade dos alunos,recomenda se que o estudante tenha algum conhecimento prévio de interferência, ondas estacionárias e o funcionamento de um aparelho de microondas facilitando o que David Ausubel chama de aprendizagem significativa.

Palavras- chave : Evolução; Experimentos; Luz; aprendizagem significativa.

## 1. Introdução

A iniciação científica é o principal estimulante para aproximar o estudante da Ciência, pois a prática experimental induz a uma variedade de possibilidades de aprendizagem, nas ORIENTAÇÕES CURRICULARES PARA O ENSINO MÉDIO, um dos tópicos discute que deve se buscar proporcionar aos alunos a aquisição de elementos de compreensão e/ou manuseio de aparatos tecnológicos, de máquinas e dos processos de produção industrial e outras atividades profissionais. [1]

Grande parte dos alunos da educação básica provavelmente desconhecem experimentos para a medição da velocidade da luz, o experimento utilizando um forno de Microondas mostra se uma boa opção para se determinar a velocidade da luz, visto que há uma deficiência de experimentos desse tipo.

Em relação à velocidade da luz, alguns a consideravam infinita enquanto outros a diziam ser finita. Depois de algum tempo e muitos trabalhos, principalmente os de Olaus Roemer (1644-1710), Armand Hypolitte Louis Fizeau (1819-1896) e Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868), verificouse que a velocidade da luz é muito grande, porém finita.( (Simpósio

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Nacional do Ensino de Física. XVIII. 2005, Rio de Janeiro, Einstein - uma luz sobre a luz: USP. 2005).

Em livros de nível médio ou superior, é mínima a quantidade de discussões sobre experimentos que foram alcançados no decorrer da história para a determinação da velocidade da luz, a realização das primeiras práticas experimentais eram rudimentares devido à ausência de equipamentos sofisticados, limitados pela tecnologia da época, o que explica a diferença entre os valores encontrados para o que é aceito atualmente. Com a evolução tecnológica, os experimentos foram se aprimorando, muitos com um elevado grau de sofisticação, pois utilizam Foto Detector, Osciloscópios, ou seja, atividades que podem ser realizadas em universidades, mas para o experimento utilizando o forno de microondas sua aplicação na educação básica atende as necessidades justamente pela viabilidade dos materiais utilizados.

- O tema velocidade da luz discutido no artigo serve de embasamento para que educador inicie o estudo de ondas eletromagnéticas através da execução prática de um experimento para a educação básica, onde é utilizado um forno de Microondas, experimento simples em que sua realização necessita de um baixo custo financeiro, proporcionado que as atividades possam ser realizadas no ambiente escolar e que a observação prática possa comprovar os resultados que Maxwell apresentou em seu trabalho em 1862 onde ele escreveu:

'A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos eletromagnéticos dos Srs. Kohlrasch e Weber, concorda tão exatamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a inferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que à a causa dos fenômenos elétricos e magnéticos'. Ou seja, a luz é uma onda eletromagnética!(Nussenzveig, Herch Moysés, Curso de Física Básica Vol. 3 p.271).

- A importância das Ondas eletromagnéticas é indiscutível na sociedade contemporânea e o modo de apresentar esse conteúdo ao estudante necessita de aulas que propiciam o caminho paralelo entre teoria e prática, a pedagogia tradicional presente acaba tolhendo o discente no processo de desenvolvimento cognitivo, o que na concepção pedagógica dificulta o processo ensinoaprendizagem.

## 2. Metodologia

Para dar início ao trabalho é essencial a introdução na literatura sugerindo experimentos que determinem a velocidade da luz no vácuo e sua relação com ondas eletromagnéticas, ao longo do ensino médio essa metodologia de ensino pode ser inserida na introdução do conteúdo de óptica, visto que a discussão sobre a natureza da luz praticamente não existe, uma segunda possibilidade seria o estudo de ondas eletromagnéticas o que de acordo com a teoria de Ausubel serviria de subsunçor para as novas informações apresentadas no experimento utilizando o forno de microondas, desse modo fica a critério do professor estabelecer a explanação do conteúdo de maneira conjunta entre teórica e prática, procurando aplicar modelos pedagógicos que criem uma satisfação no aprender visto que a

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atividade experimental reforça a aprendizagem de muitos conteúdos onde pode-se destacar alguns que são mostrados na tabela 01.

Tabela 01: Assuntos que podem ser abordados durante o experimento

## Assuntos relacionados ao Experimento do Microondas

- 1. Ondas Estacionárias
- 2. Espectro Eletromagnético
- 3. Velocidade da Onda
- 4. Frequência
- 5. Ondas Eletromagnéticas

Para a aplicação do projeto nas salas de aula, será organizado um roteiro apresentando a prática experimental e relacionando os materiais utilizados a realidade do aluno. Este roteiro será distribuído aos alunos e professores durante as aulas teóricas e de laboratório com o objetivo de fazer os estudantes conhecerem diferentes meios de se medir a velocidade da luz: alguns simples, como usando um material comestível pastoso (purê de batatas) em um aparelho de microondas, no que dizer respeito os aspectos teóricos, os estudantes aprenderiam com a iniciação científica, assuntos citados na tabela 01.

## 3. A aprendizagem significativa de David Ausubel

O termo potencialmente significativo utilizado no título desse artigo é atribuído com a intenção de justificar o estudo de ondas eletromagnéticas através de uma atividade prática o que segundo a teoria de Ausubel, o material a ser aprendido seja relacionável à estrutura cognitiva do aprendiz, de maneira não arbitrária e não literal. A teoria de aprendizagem de David Ausubel apresenta três tipos de aprendizagem significativa: representacional, de conceitos e proposicional (MOREIRA, Teorias de Aprendizagem p.165). Destaca se aqui nesse trabalho, a aprendizagem significativa proposicional, onde:

A tarefa não é aprender significativamente o que palavras isoladas ou combinadas representam, mas, sim, aprender o significado das idéias em forma de proposição. De um modo geral as palavras combinadas em uma sentença para constituir uma proposição representam conceitos.(MOREIRA, Teorias de Aprendizagem p. 165).

Para Ausubel os organizadores prévios facilitam a aprendizagem significativa, pois eles são estratégicos, pois manipulam a estrutura cognitiva servindo de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o que ele deve saber para que o objeto a ser estudado possa ser assimilado de maneira significativa pelo estudante.

A aprendizagem significativa proposicional pode ser atribuída na atividade onde o aluno aprende ou reforça determinados conceitos, lembrando que nessa aprendizagem não há a necessidade de aprender conceitos, mas fortalecer idéias e formas que compõem a suposição.[4]

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## O experimento do Microondas

Atualmente sabemos que houve uma popularização do forno de microondas. O propósito desse experimento consiste na utilização desses fornos para medir a velocidade da luz. Na verdade medimos o comprimento de onda da radiação do forno para dessa forma encontrarmos o valor da velocidade dessa onda eletromagnética. Utilizaremos o forno de modo que no seu interior, o alimento não fique em rotação.

Utilizou se uma travessa de vidro pirex e nela foi posta uma camada de 2 centímetros de Purê de batatas e em seguida colocado em um forno de microondas, após determinado tempo, começam a aparecer bolhas no purê de batatas, essas bolhas surgem onde o calor é mais intenso. Quando essas bolhas estiverem bem visíveis, desligue o forno microondas, retire o prato com o purê e meça a distância entre os centros das mesmas, o valor encontrado deve dar um número próximo de 6 a 8 centímetros. Esse valor corresponde á metade do comprimento de onda λ da radiação de microondas do forno. O valor da freqüência da microonda do forno em geral está escrito atrás do forno ou embaixo dele. Se não, deve estar no Manual de Instruções, um valor usual é 2.450 megahertz.

Para determinarmos à velocidade da onda eletromagnética basta utilizar os valores da freqüência e do comprimento de onda e substituir na equação da velocidade de uma onda onde:

## c = λ .f

A freqüência indica quantos desses máximos passam por unidade de tempo. Podemos determinar a velocidade da onda (c), pois ela é o produto da frequência f pelo comprimento de onda λ , Se você utilizar a frequência em Hertz e o comprimento de onda em centímetros, a velocidade será dada em centímetros por segundo, mas na execução do experimento optou se as unidades do Sistema Internacional de Unidades.

Fazendo a medida cuidadosamente, encontrou se valores próximos do encontrado na literatura, a distância entre dois máximos consecutivos, mostrado nos pontos A e B de uma onda estacionária corresponde à metade do comprimento de onda como mostrado na figura 1.[3]

FIGURA 01: Representação de ondas eletromagnéticas nas paredes laterais do interior do forno de Microondas.

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Para esse experimento utilizou-se purê de batatas, posto em um prato de vidro desses usado em casa e em seguida colocado no forno de microondas, veja na figura 02 uma comparação do purê antes e depois de ter sido colocado no forno.

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FIGURA 02 -Purê de Batatas antes de ir ao forno á esquerda e depois de ir ao forno de Microondas à direita.

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Observe na figura 02 que há o surgimento de bolhas, que são formadas devido ao intenso calor nos pontos A e B da figura 01, desta forma foi realizada a medida da distância do centro de cada uma das bolhas, como se trata de uma onda estacionária, tem se meio comprimento de onda logo é necessário que se faça uma multiplicação por dois, foi feita uma média aritmética com os valores encontrados. Na tabela 02 temos os resultados desses comprimentos de onda e o valor da freqüência dessas microondas.

Tabela 02 - Comprimento de Onda, Freqüência e velocidade da luz encontrada no experimento do forno de Microondas.

O valor da frequência apresentado na tabela 02 é dado no manual de instruções do forno de microondas como é mostrado na figura 03, um recorte de parte desse manual, com algumas informações técnicas do equipamento.

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Figura 03 -Dados Técnicos do Forno de Microondas.

Dispondo do valor da frequência e do comprimento de onda, encontrou-se um valor próximo ao da velocidade da luz. É fundamental ensinar ao estudante que no espectro eletromagnético são identificados por nomes familiares e que a microonda é prima da luz visível: só não vemos microondas porque nossos olhos não são sensíveis a elas. Mas, como toda onda eletromagnética, tem a mesma velocidade da luz que queremos medir, o que é afirmado no trecho a seguir:

Não existem lacunas no espectro eletromagnético; além disso, todas as ondas eletromagnéticas, não importa onde se situem no espectro, se propagam no espaço livre (vácuo) com a mesma velocidade c.(Halliday, Resnick, Jearl Walker. Fundamentos da Física volume 4 p. 3).

## 4. Considerações Finais

Em livros de ensino médio, é evidente a deficiência de tópicos relacionados com a Velocidade da luz e no decorrer do trabalho expomos de que forma o tema pode ser trabalhado em sala de aula (através de experimentos). Como foi mostrado para se chegar ao valor atualmente aceito como a medida da velocidade da luz, foi realizada uma prática experimental sem muita tecnologia envolvida e com materiais presentes no cotidiano do aluno. Uma constante tão importante como a velocidade da luz deve ser tratada com mais aprofundamento pelos professores e pelos livros didáticos, mas é claro que tudo isso se torne é necessário, uma série de ações podem ser tomadas a fim de possibilitar uma aproximação do estudante com a disciplina de Física.

O experimento sugerido neste trabalho é de fácil entendimento tanto para alunos quanto para os professores. A necessidade de transformação deve ser iniciada a partir do momento que as autoridades competentes coloquem a educação com uma de suas prioridades para que desta forma com recursos bem administrados sejam construídas ou reformadas as escolas e assim ofereçam uma estrutura para que o professor possa realizar as práticas experimentais abordando a relevância do assunto para a realidade do aluno, No atual momento o que acontece em muitas salas de aula é o ensino tradicional onde o professor trabalha ondas

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eletromagnéticas sem a realização de atividades prática e consequentemente sem a comprovação de que sua velocidade é de aproximadamente 300.000 Km/s.

Desta forma tudo é muito vago, deixando a entender que tudo se deu através de um 'passe de mágica'. Esta idéia generalizada de que 'ciência' é coisa difícil ou mágica é que deve ser combatida. Ao se tornar rotina a realização de práticas experimentais o aluno passa a ter uma curiosidade maior pela disciplina, levando-o naturalmente ao aprofundamento do conhecimento sobre o assunto.

Atualmente o valor para a velocidade da luz no vácuo de acordo com o 'The National Institute of Standards and Technology' (NIST), a partir da utilização de lasers é de 299.792,458 km/s com incerteza de 0,003 km/s. Tanto o metro como o segundo, são unidades derivadas desta medida da velocidade da luz. (Simpósio Nacional do Ensino de Física. XVIII. 2005, Rio de Janeiro, Einstein - uma luz sobre a luz: USP. 2005).

Os professores da educação básica na utilização dos laboratórios ou criando condições que possibilitam atividades experimentais criam condições favoráveis para a discussão, fortalecimento e a reflexão o que torna o aprender menos mecânico e mais abrangente no aspecto social.

## Agradecimentos

Quero agradecer a organização do XXII Simpósio Nacional de Ensino de Física, pela oportunidade em divulgar o trabalho em um grande evento.

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## Referências Bibliográficas

- [1] BRASIL, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias . Brasília: MEC, SEMTEC, 2002.

[2] RESNICK, R. HALLIDAY, D., WALKER, J. Fundamentos da Física - Volume 4. Livros Técnicos e Científicos Editora, 4a edição, RJ.(2009).

- comercial, Stauffer,
- [3] Medida da velocidade da luz com microondas http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/onda3.htm, segundo Robert H. Jr., The Physics Teacher , Abril de 1997, página 231.
- [4] MOREIRA, M. A . Teorias de Aprendizagem ;São Paulo: Editora E.P.U, 2015
- [5] Simpósio Nacional do Ensino de Física. XVIII. 2005, Rio de Janeiro, Einstein uma luz sobre a luz: USP. 2005.

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