CONCEITOS FÍSICOS NA MOBILIDADE URBANA: ENSINO DE ESTÁTICA DO CORPO EXTENSO

## CONCEITOS FÍSICOS NA MOBILIDADE URBANA: ENSINO DE ESTÁTICA DO CORPO EXTENSO

## *Angelo Araújo de Carvalho 1 , Sidnei Percia da Penha 2

- 1 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Programa de Mestrado de Ensino de Física/Instituto de Física/CE Stella Matutina, professorangelocarvalho@gmail.com
- 2 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Colégio de Aplicação da UFRJ, sidnei.percia@uol.com.br

## Resumo

Neste artigo apresentamos o recorte de uma sequencia didática, desenvolvida no Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Física da UFRJ sobre a temática equilíbrio do corpo extenso, com enfoque em CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade). A sequência de atividades investigativas propostas busca uma mudança cultural na prática escolar, utilizando-se de atividades práticas experimentais para promover a Alfabetização Científica e Tecnológica dos estudantes. O tema motivador é uma problemática social de acessibilidade, nesse contexto, os estudantes são inseridos como projetistas de empresas fictícias em uma disputa de licitação para produção de cadeiras de rodas elétricas para um programa social do Governo Federal. Os conceitos sobre equilíbrio do corpo extenso surgem como desdobramento das investigações que são elaboradas pelos estudantes para realização do projeto e construção dos protótipos das cadeiras de rodas elétrica. As resoluções dos problemas propostos promovem a participação dos estudantes, propiciando o diálogo e a construção de conhecimentos, muitas vezes de forma lúdica. Neste nosso recorte abordamos temas como a diferença entre equilíbrio do ponto material e corpo extenso, centro de gravidade e a relevância de parâmetros como massa e distância para o equilíbrio de corpos.

Palavras-chave : Ensino por investigação, CTS, estática do corpo extenso

## Introdução

Neste trabalho apresentamos um recorte de nossas pesquisas em andamento no Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Física da UFRJ no qual abordamos temáticas relacionadas a inserção de dispositivos tecnológicos em salas de aula com o objetivo de promover a Alfabetização Científica e Tecnológica de nossos estudantes (BORGES, 2002; AZEVEDO, 2004; CARVALHO, 2013). Assim, elaboramos uma sequência didática com enfoque em CTS (CiênciaTecnologia-Sociedade), que utiliza o contexto de acessibilidade de cadeirantes para abordagem de conceitos de estática do corpo extenso através de atividades investigativas. Os estudantes são inseridos em um contexto social e argumentativo, no qual participam ativamente das atividades no ensino de estática, com o professor atuando como mediador.

## Ciência, Tecnologia e Sociedade - CTS

O ensino de ciências com enfoque em CTS é orientado para o aluno, em oposição à orientação cientificista do ensino de ciências tradicional. Assim é possível desenvolver a alfabetização científica e tecnológica dos cidadãos contemporâneos, possibilitando construir conhecimentos, habilidades e valores necessários para tomada de decisões sobre questões sociais. (AIKENHEAD, 1994).

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Destaca-se, portanto, entre os objetivos, o desenvolvimento de valores. Esses valores estão vinculados aos interesses coletivos, como os de solidariedade, de fraternidade, de consciência do compromisso social, de reciprocidade, de respeito ao próximo e de generosidade (MORTIMER, 2002).

A temática da atividade deste trabalho tem o intuito que os estudantes percebam a necessidade de compreensão da ciência e tecnologia através de um problema social que são as rampas de acessibilidade. Isso, para que os mesmos possam opinar e tomar decisões no âmbito social. Os conceitos de estática do corpo extenso são primordiais na utilização de cadeiras de rodas, bem como o dimensionamento das rampas de acesso. O estudo de conceitos da física tem importância para o aluno quando o mesmo participa da construção do conhecimento e vê relevância na sua formação cidadã, como é mencionado no PCN + :

E esse sentido emerge na medida em que o conhecimento de Física deixa de constituir-se em um objetivo em si mesmo, mas passa a ser compreendido como um instrumento para a compreensão do mundo. Não se trata de apresentar ao jovem a Física para que ele simplesmente seja informado de sua existência, mas para que esse conhecimento transformese em uma ferramenta a mais em suas formas de pensar e agir. (PCN + , 2002)

- O tema traz um dos problemas sociais comuns na sociedade, à acessibilidade e inclusão dos deficientes físicos. A preocupação com a inclusão é notória hoje em dia, pois segundo o IBGE (CENSO, 2010) quase 24% da população se autodeclara ter alguma deficiência pesquisada.

De acordo com dados preliminares do Censo de 2010, o Brasil possui 45.623.910 de pessoas que apresentam , pelo menos, uma das deficiências pesquisadas, o que representa 23,92% do total da população. Testes preliminares realizados em 2006 introduziram modificações nos questionários que permitiram captar com maior precisão as características das pessoas com deficiência. (CENSO, 2010)

Para elaboração de nossa sequencia didática seguimos as recomendações propostas por Aikenhead (1994), conforme o esquema a seguir:

Figura 01 -Uma sequência para o ensino de ciências CTS (AIKENHEAD, 1994)

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Para Aikenhead (1994), uma abordagem CTS se inicia com uma problematização ou tema de cunho mais social (sociedade), passando pela parte técnica e pela ciência. Esse movimento tende a aumentar as habilidades e competências dos estudantes, para conseguirem compreender melhor a técnica e possibilitarem melhores decisões nas questões sociais.

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## Ensino por investigação

O papel das atividades investigativas na construção do conhecimento científico é primordial, sendo necessário realizar diferentes atividades problematizadoras, questionadoras e de diálogo. (AZEVEDO, 2004). O professor precisa propor temas do dia a dia, deixando os alunos pensarem sobre os problemas apresentados.

As atividades práticas são essenciais no ensino de física como atividade investigativa, porém, nem sempre são atividades experimentais, podendo ser de papel e lápis. Nas atividades experimentais podemos classificá-las conforme a tabela a seguir, proposta por Borges (2000)

Tabela 1 - Extremos entre laboratório tradicional e atividades investigativas Borges (2002, p.304)

As aulas devem ser bem planejadas para que os estudantes compreendam o problema (CARVALHO, 2013) e consigam executar de forma livre e autônoma. Tendo o professor um papel primordial no momento da atividade, pois a sua forma de interação com os seus alunos ao falar de conteúdos científicos terá grande relevância na capacidade dos estudantes participarem ativamente das tarefas.

## Desenvolvimento da atividade

O projeto desenvolvido consiste em mostrar um problema social de acessibilidade a partir da reportagem 1 . Por conseguinte, é exposto uma problematização fictícia, ampla e contextualizada na qual os estudantes atuarão como projetistas de empresas que participarão de uma licitação, feita pelo governo federal, para construção de cadeiras de rodas elétricas e que serão distribuídas em um programa social. Nesse contexto o professor envolve os estudantes em uma narrativa dialógica na qual procura estabelecer/destacar as questões sociais, técnicas e científicas envolvidas nesta questão. Nesta etapa serão abordados/problematizadas questões relacionadas: a)as necessidades individuais e especificações técnicas da nossa legislação; b)os conceitos físicos que darão suporte ao projeto e c)os equipamentos eletrônicos e mecânicos para sua

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construção. Assim serão necessários a abordagem de vários conceitos físicos tais como: Equilíbrio, velocidade, eletricidade, força, potência, custo, material a ser usado, dimensões da cadeira, dentre outros. A figura 02 mostra a página da reportagem e uma foto do vídeo.

Figura 02 -Texto e foto do vídeo da reportagem motivadora

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Inicialmente os grupos receberão o texto mostrado na figura 03.

Figura 03 -Texto entregue as grupos com a proposta

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Para o desenvolvimento deste projeto será necessário o desenvolvimento de várias etapas de investigação na qual serão abordados conceitos físicos de equilíbrio do corpo extenso, centro de gravidade, momento de força, potencia e transmissão de movimento circular através de polias e engrenagens. Resgatando conhecimentos em: a) Leis de Newton b) força resultante c) soma vetorial. Por conseguinte, dá-se a construção dos protótipos das cadeiras de rodas, permitindo a estabilidade do movimento da cadeira no plano ou mesmo em uma rampa. A construção das cadeiras de rodas é parte final de um produto de dissertação de

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mestrado, dentro um do projeto de pesquisa maior, chamado de 'Oficina de Robótica' que vem sendo desenvolvido por pesquisadores e estudantes do LaDEF 2 , desde 2016.

Ao iniciar o estudo sobre estática do corpo rígido, uma sugestão é o professor levantar algumas questões sobre os conceitos de estática, como algumas diferenças entre equilíbrio do ponto material e corpo extenso, como exemplificamos na figura 04.

Figura 04 -Texto de sugestão para o professor na lousa

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O foco dessa atividade não é aprofundar os conceitos relacionados ao equilíbrio do corpo extenso. Nosso objetivo é que os estudantes compreendam a diferença entre equilíbrio do ponto material e equilíbrio do corpo extenso. Estas atividades promovem a Alfabetização Científica e levam os estudantes a terem autonomia em suas atividades, já que os mesmos serão autores de seus projetos na elaboração dos protótipos das cadeiras de rodas.

## Atividade 1 - Brincando de Equilibrista

Com a turma já dividida em grupos de quatro estudantes, cada grupo terá que tentar equilibrar um dos seguintes objetos, sendo todos na horizontal: moeda, prato (plástico duro), caderno capa dura e vassoura.

Mas antes que cada um tente equilibrar o objeto selecionado, o estudante deverá marcar com uma caneta hidrocor o ponto no qual ele acha que conseguirá o equilíbrio. Após marcar o ponto, o aluno tentará equilibrar o objeto e depois observará a tarefa sendo realizada por seus colegas com outros objetos. Após todos terminarem será solicitado que cada estudante explique para seus colegas de grupo as suas dificuldades e o porquê de sua escolha. Finalizado eles trocam de objetos e tentam agora equilibrar o objeto que estava com o amigo. É sugerido que cada estudante tenha uma caneta hidrocor (de cores diferentes). Cada estudante deverá tentar equilibrar pelo menos dois objetos. Quando todos os grupos terminarem, sugerimos que o professor organize os estudantes em um grande círculo, na qual todos possam ver e escutar o professor e os demais colegas de classe.

Buscando estabelecer uma narrativa dialógica com os resultados e dificuldades dos estudantes o professor poderá questionar se realmente existe um ponto possível de equilibrar cada um dos objetos. Deseja-se que apareçam falas explicitando ideias sobre a facilidade de equilibrar uma moeda e um caderno que possuem o centro de gravidade no centro geométrico do corpo, e a dificuldade de equilibrar a vassoura, possivelmente o objeto mais difícil de equilibrar.

Na sequência da aula o professor poderá conceituar centro de gravidade (CG) de figuras regulares, fornendo alguns exemplos como na figura 05:

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Figura 05 -Sugestões de figuras para o professor expor na lousa

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## Atividade 2 - Encontrar o centro de gravidade

Cabe ao professor explicar para todos uma das maneiras de encontrar o centro de gravidade de um cabo de vassoura, basta colocar o cabo apoiado nos dois dedos indicadores das mãos, conforme a figura 06:

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Figura 06 -Experimento feito pelo professor e pelo aluno

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Ir mexendo um dedo de cada vez para o centro do objeto, sem que o cabo caia, até que ambos estejam juntos, encontrando o assim o CG. Após solicitar que cada voluntário faça o mesmo com uma vassoura à frente do seu grupo, conforme a figura 06.

Logo que os grupos encontrarem o CG das suas respectivas vassouras, o professor poderá questionar os estudantes 'Se cortar a vassoura exatamente no CG dela o que cada lado terá de diferente ou de igualdade?'. Abre-se para debates e questionamentos sobre os dois pedaços da vassoura. É provável que os estudantes falem que o peso de cada lado é o mesmo, sendo um conceito errado, já que depende das distâncias entre o CG de cada pedaço e o ponto de apoio. Na sequencia o professor poderá cortará uma das vassouras no CG e medir a massa com uma balança mostrando que os pesos são diferentes. Recomendamos que o corte seja de apenas uma vassoura, por economia de material (figura 07)

Figura 07 -Possíveis pontos escolhidos e o CG

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## Atividade 2 - Simulando a vassoura

Ao término das medidas dos pesos dos dois pedaços da vassoura, será proposto que cada grupo de estudantes trabalhe com o simulador do PHET 3 , conforme a figura 08. Nesta atividade será solicitado aos grupos que façam um equilíbrio semelhante ao da vassoura quando foi equilibrada. Destaca que aos

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estudantes devem considerar apenas as massas colocadas, em vermelho, e desconsiderar a massa da prancha, em marrom. Essa etapa pode ser feita em um laboratório de informática, ou com computadores na própria sala.

Figura 08 -Simulador Balançando do site PHET

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## Considerações finais

Com essa sequência de atividade investigativa os estudantes compreendem que somente o equilíbrio das forças é insuficiente para o equilíbrio de corpos extensos, sendo necessária a percepção que as massas e as distâncias dos CG de cada parte ao apoio são relevantes para o equilíbrio do corpo extenso e que o produto dos dois parâmetros é que possibilita o equilíbrio, através do torque. Como dissemos, este artigo é um recorte de um projeto de pesquisa mais amplo, denominado 'Oficina de Robótica' de pesquisadores do LaDEF. No prosseguimento da sequência didática da dissertação os grupos de projetistas confeccionarão protótipos de cadeiras de rodas elétricas a partir de peças mecânicas construídas com barras e chapas metálicas com várias opções de furos para fixação com parafusos e porcas - alguns exemplos de peças mecânicas estão representadas na figura 09. Deseja-se que ao final da produção das cadeiras pelos grupos os estudantes percebam a importância da ciência em um mundo inclusivo e social.

Figura 09 -Peças mecânicas para montagem da estrutura dos protótipos

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## Referências

AIKENHEAD, Glen. What is STS science teaching. STS education: International perspectives on reform , p. 47-59, 1994.

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BORGES, A. T. (2002). Novos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Vol. 19, no. 3.

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