Tecnologia cotidiana, materiais de baixo custo e o Ensino de Física

## TECNOLOGIA COTIDIANA, MATERIAIS DE BAIXO CUSTO E O ENSINO DE FÍSICA

## Defferson Rodrigues Martins das Neves 1 , Thaís Cyrino de Mello Forato 2 , Rui Manoel de Bastos Vieira 3

- 1 Universidade Federal de São Paulo/Departamento de Ciências Exatas e da Terra/defferson.rodrigues@unifesp.br
- 2 Universidade Federal de São Paulo/Departamento de Ciências Exatas e da Terra/thais.unifesp@gmail.com

## Resumo

Esta pesquisa tem como principal objetivo propor alternativas para a inserção da tecnologia cotidiana no Ensino de Física, uma recomendação frequente em documentos e pesquisas que tratam do assunto. Tendo a experimentação com materiais de baixo custo como foco, catalogamos uma série de componentes eletrônicos (resistor, LED, LDR, termistor, transformadores, motores de corrente contínua e de passo e indutores entre outros) partes e peças (barras, chapas e placas de diferentes metais, molas, porcas e parafusos) de equipamentos eletroeletrônicos que podem ser utilizados em experimentos para o Ensino de Física. A seleção dos equipamentos foi realizada com base na familiaridade de alunos e professores, na facilidade de desmontagem, o tipo de ferramenta necessário para a desmontagem e na existência de materiais passíveis de serem reutilizados em experimentos. Indicamos ainda, uma série de experimentos que podem ser realizados com os materiais reaproveitados, além dos riscos e cuidados relacionados a desmontagem dos equipamentos.

Palavras-chave : Ensino de Física, experimento de baixo custo, eletrônica, sensores e reaproveitamento de materiais.

## Introdução

Um dos desafios atuais das pesquisas em Ensino de Física é tornar essa modalidade de ensino mais atraente e próxima da realidade dos alunos. Nesse intuito, um caminho frequentemente apontado na literatura é relacionar a Física com a tecnologia atual, principalmente aquela do cotidiano dos alunos (BRASIL, 2002; SÃO PAULO, 2014). Alguns documentos, inclusive, ressaltam a importância de que os alunos conheçam os aparelhos que usam diariamente e os componentes eletrônicos que os compõem, além de sugerir também desmontá-los para entender seu princípio de funcionamento (BRASIL, 2002).

Conforme alguns autores ressaltam, essa abordagem tende a facilitar a compreensão da ciência presente nos equipamentos tecnológicos e o conhecimento aprendido nas aulas de Física.

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a ciência para todos justifica-se parcialmente na medida em que se consiga fazer com que os alunos e futuros cidadãos sejam capazes de aplicar parte de sua aprendizagem escolar para entender não somente os fenômenos naturais que os cercam, mas também os projetos tecnológicos gerados pela ciência, que têm, muitas vezes, consequências sociais relevantes (POZO e CRESPO, 1998, p. 67).

Componentes eletrônicos simples (resistores, LED, diodos, transformadores, capacitores, motores de corrente contínua e outros), sensores de uso geral (LDR, de temperatura, de infravermelho, de efeito Hall, piezoelétrico, de som, entre outros) e as plataformas de computação física, como o Arduino por exemplo, podem ser categorizados, sob muitos aspectos, como materiais de baixo custo e fácil acesso. E os experimentos que fazem uso desses materiais herdam muitas de suas características: i) possibilitam a manipulação e o controle do experimento pelos alunos; ii) demandam pouco tempo para sua execução durante a aula; iii) desenvolvem capacidades construtivas e inventivas em alunos e professores; iv) permitem adaptar experimentos que só poderiam ser realizados com um equipamento específico (SANTOS, PIASSI & FERREIRA, 2004); e, v) possibilitam que mais material seja disponibilizado aos alunos, contribuindo para que mais estudantes tenham a oportunidade de manipulá-los.

A utilização desses materiais pode ainda ser justificada pelo argumento de que

esta alternativa é importante não somente por seu baixo custo, mas principalmente por eliminar equipamentos sofisticados que acabam se caracterizando como caixas-pretas . O contato do aluno com o equipamento de modo que ele compreenda o processo de construção e a utilização deste equipamento é um importante elemento motivador e desmistificador no desenvolvimento das atividades experimentais (ROSA, 2003, p. 25, grifo no texto).

Porém, também são comuns algumas críticas sobre o experimento de baixo custo, por exemplo, de que esse tipo de experimento permitiria apenas avaliar qualitativamente os fenômenos físicos estudados (QUIRINO & LAVARDA, 2001). Componentes eletrônicos simples, sensores e plataformas de computação física possuem grande potencial para suprir essa e outras demandas da prática experimental no Ensino de Ciências. Além do custo relativamente baixo, são facilmente encontrados nos grandes centros nacionais e no comércio eletrônico de varejo, além de permitirem desenvolver experimentos com a possibilidade de mensurar com precisão e sensibilidade diversas grandezas físicas, tais como: diferença de potencial elétrico, corrente elétrica, frequência, distância, temperatura, pressão atmosférica, campo magnético, intensidade sonora, velocidade, aceleração da gravidade, fluxo de líquidos ou gases etc. Além da possibilidade de detectar infravermelho, ultrassom, ondas eletromagnéticas e campo elétrico, entre outros.

## Descrição do trabalho desenvolvido

A utilização de equipamentos eletroeletrônicos como facilitadores da aprendizagem de conceitos de Física é um recurso frequentemente utilizado na

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aplicação do laboratório didático. Dentre as teorias de aprendizagem envolvidas, podemos citar a da mediação do conhecimento pelo instrumento ou pelo signo, em uma perspectiva interacionista e histórico-cultural (VIGOTSKI, 2007; 2009).

A forma mais comum de utilização dessa abordagem didática é por meio da comparação, relacionando os conceitos ou fenômenos observados no experimento com o funcionamento de determinado equipamento eletroeletrônico familiar aos alunos (VALADARES E MOREIRA, 2004; ERTHAL E GASPAR, 2006). Mai, Balzaretti e Schmidt (2008) e Cavalcante, Rodrigues e Bueno (2013) se valem de estratégias mais complexas, como os experimentos que fazem uso do próprio equipamento eletroeletrônico como laboratório didático. E uma terceira possibilidade é a utilização de partes, peças ou componentes de equipamentos eletroeletrônicos para desenvolver outros aparatos experimentais. Essa é uma modalidade experimental relativamente mais complexa que as anteriores, podemos apontar como exemplos, os trabalhos de Gaspar (2014) e Magno, Andrade e Araújo (2010).

As peças e componentes utilizados nos citados experimentos são comumente retirados de equipamentos danificados ou obsoletos. O reaproveitamento de equipamentos fora de uso possui também um forte apelo socioambiental. Ao reutilizar tais equipamentos, evita-se que muitos deles sejam incorretamente armazenados ou descartados, possibilitando inclusive uma abordagem que englobe aspectos da Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente.

A desmontagem de equipamentos eletroeletrônicos tem ainda o potencial para desenvolver habilidade manipulativas em professores e alunos, uma outra deficiência comumente apontada na literatura de referência como limitadora da prática experimental (GASPAR, 2014).

Assim, considerando seu relevante potencial educacional, elaboramos um catálogo relacionando partes, peças e componentes eletrônicos de equipamentos eletroeletrônicos, que podem ser reutilizados em experimentos para o Ensino de Ciências e Física.

A seleção dos itens catalogados teve por base: a facilidade de acesso ao tipo de equipamento, sua presença no cotidiano de alunos e professores, o grau de dificuldade para a sua desmontagem e a possibilidade de utilizá-los nos experimentos relatados em literatura de referência (SÃO PAULO, 2014; DIEZ ARRIBAS, 1996; BONADIMAN, 2005; BAGNATO, 2008; SILVER, 2009; MATEUS, 2010; VALADARES, 2012; PERUZZO, 2012; 2013; GASPAR, 2014; KRAFTMAKHER, 2015), que apresenta uma série de experimentos para o Ensino de Física, com diferentes níveis de complexidade. Cada item do catálogo apresenta o equipamento desmontado, os riscos potenciais durante sua desmontagem, as partes, peças e componentes reaproveitados, e a citação de um exemplo de experimento que pode ser implementado, incluindo a referência bibliográfica.

A origem dos equipamentos desmontados foi diversificada, aproximadamente 60% dos equipamentos desmontados foram apanhados em coletores de lixo eletrônico de edifícios, 20% foram adquiridos em comércio de materiais usados a preços modestos e 20% foram recebidos como doações de colaboradores do projeto.

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Alguns riscos à integridade física das pessoas são comuns a muitas formas de desmontagens, incluindo aquelas envolvendo equipamentos eletroeletrônicos. O principal risco durante a desmontagem desses equipamentos é o choque elétrico. Por esse motivo, um cuidado básico e essencial antes de desmontar qualquer equipamento eletroeletrônico, é que o mesmo esteja desconectado da tomada de fornecimento de energia da rede elétrica, e as pilhas e baterias sejam retiradas do equipamento. Mesmo sendo alimentados por pilhas e baterias, existem equipamentos que podem gerar tensões da ordem de centenas de volts (máquinas fotográficas) até quilovolts (TV portátil com tubo de raios catódicos). Outros riscos potenciais são: ferimento das mãos, ferimento dos olhos e o risco biológico (de contaminação). Para reduzi-los recomendamos sempre trabalhar com o equipamento sobre uma base firme, limpá-los antes de iniciar a desmontagem, usar luvas, óculos de segurança, nunca levar objetos em desmontagem à boca e sempre lavar as mãos ao terminar o serviço.

## Resultados obtidos

No quadro abaixo seguem alguns exemplos de equipamentos catalogados (o catálogo original possui 30 itens). As ferramentas necessárias para a desmontagem do equipamento e retirada das partes e peças foram: chave de fenda e philips; alicates universal, de bico e de corte, todos de seis polegadas; chaves allen de 4 e 5 mm; chave torx números 15 e 20; chaves fixas (ou chave de boca) de tamanhos entre 10 e 17 mm e um ferro de solda de 30 ou 40 watts.

Quadro 1 - catálogo de partes, peças e componentes que podem ser reaproveitados, de equipamentos eletroeletrônicos danificados ou obsoletos, para a realização de experimentos voltados ao Ensino de Física.

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Aparelho de Fax.

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Motores de passo, alto falante de alta impedância, alto falante de baixa impedância, microfone de eletreto, fusível, chave de fim de curso e engrenagens.

Televisão de tubo de falante, raios catódicos.

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de

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água

Filtro refrigerado.Aspirador de pó.

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Componentes eletrônicos diversos (resistores, capaci tores, diodos, LED, etc), alto tubo de raios catódicos, bobinas e fios.

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Termostato, componentes eletrônicos diversos (reles, resistores e capacitores) e peças de latão.

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Motor de corrente contínua, chave, fios e parafusos.

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- i) experimento sobre o funcionamento do telefone; e ii) experimento sobre a produção e detecção de pulsos eletromagnéticos.
- i) Gaspar (2014); e ii) Eberhardt, Giovannini e Catelli (2012).
- i) experimento sobre carga e descarga de capacitores; e ii) experimento sobre o efeito de um campo magnético sobre um feixe de elétrons.
- i e ii) Silver (2009).
- i) estudo do termostato a gás.
- i) Bonadiman (2005).
- i) experimento sobre túnel de vento.
- i) Valadares (2012).

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Prancha alisamento cabelos.

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de

de Dois termostatos de segurança, elementos de aquecimento (resistores de fio), placas de alumínio e parafusos.

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Impressora matricial.

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Aparelho de DVD e controle remoto.

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Dois motores de passo, dois experimentos fusíveis, componentes elétricos. eletrônicos diversos (resistores, capacitores, i) diodos), hastes e metálicos.

- i) experimento sobre circulação de massas de ar; e ii) sobre transferência de energia interna.
- i) Mateus, Reis e Paula (2009); e ii) Mateus (2010).
- i) experimentos sobre condutividade elétrica e tipos de substâncias; ii) condução térmica; iii) estudo do funcionamento do fusível; e iv) sobre circuitos
- bobinas, transformadores e Bonadiman (2005) e Peruzzo eixos (2012); Gaspar (2014); e iv) Cruz e Filho (2009); ii) São Paulo (2014).

Fototransistor e diodo emissor de infravermelho.

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## Considerações finais

Inúmeros são os equipamentos que podem chegar às mãos de professores e alunos para serem desmontados e terem suas partes reutilizadas. A partir da amostra de catálogo apresentada nesse trabalho, pode-se inferir quais materiais têm potencial para utilização em experimentos de Física. Ainda assim, conhecer diferentes experimentos, por meio da literatura disponível, apresentada neste trabalho, favorece o reconhecimento e a avaliação de materiais que podem ser utilizados ou adaptados para um projeto específicos.

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- i) estudo do espectro eletromagnético; e ii) medidas de intervalo de tempo.
- i) Peruzzo (2013); e ii) Luiz, Souza e Domingues (2016).

Além dos experimentos, a robótica educacional também pode se beneficiar com o reaproveitamento de materiais, tais como: motores, eixos, placas, barras, engrenagens e polias. E o estudo do funcionamento desses componentes também pode contribuir para o aprendizado de conceitos de Física.

## Referências

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