CONCEITOS CIENTÍFICOS, CONSTRUÇÃO E MANIPULAÇÃO DO EXPERIMENTO SOMBRAS COLORIDAS

## CONCEITOS CIENTÍFICOS, CONSTRUÇÃO E MANIPULAÇÃO DO EXPERIMENTO SOMBRAS COLORIDAS

## João Marcus Neres da Silva 1 , Adevailton Bernardo dos Santos 2

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Universidade Federal de Uberlândia, joaom\_fisica@yahoo.com.br

2 Universidade Federal de Uberlândia, adevailton@ufu.br

## Resumo

O ensino de física tem despertado o interesse de pesquisadores devido, entre outros fatores, aos desafios e as dificuldades de aprendizagem enfrentadas por alunos e professores na sala de aula. Esse cenário é refletido nas diversas publicações na área de ensino de física que tentam de alguma forma entender tais desafios e superá-los. Os desafios encontrados no ensino e aprendizagem de física geralmente estão relacionados ao próprio currículo da disciplina, à quantidade de aulas oferecidas semanalmente, ao possível despreparo dos professores, à forma como a disciplina é colocada nos livros didáticos e a motivação dos alunos. Para tentar superar esses desafios, a proposta desse trabalho é fornecer uma estratégia relacionada ao ensino não-formal e que possa ser aplicado ao ensino formal de física. Dessa forma, foi desenvolvido um conjunto de experimentos que serão expostos nas escolas públicas de Janaúba com o objetivo de demonstrar os conceitos de física de forma interativa. Este trabalho trata da construção, dos conceitos físicos abordados e utilização de um dos experimentos que compõem a exposição itinerante de física nas escolas públicas de Janaúba. O experimento construído é denominado Sombras Coloridas e a sua utilização permite observar na pratica diversos conceitos relacionados a ondas eletromagnéticas que compõe os currículos das escolas de educação básica.

Palavras-chave : Ensino de física; Motivação; Experimento.

## Introdução

Existem alguns fatores que têm despertado o interesse de professores e pesquisadores na área da física, como o desenvolvimento da ciência e a formação de um pensamento crítico e com embasamento científico na população. Além desses pode-se dizer que os desafios e as dificuldades relacionadas ao ensino e aprendizagem de física também têm causado certa inquietação. Algumas pesquisas tentam, de alguma forma, entender e superar tais desafios.

As causas das dificuldades encontradas no ensino e aprendizagem de física podem estar relacionadas ao próprio currículo da disciplina, à quantidade de aulas oferecidas semanalmente e ao possível despreparo dos professores (MOREIRA, 2014). Até mesmo à forma como alguns conteúdos são apresentados nos livros didáticos pode refletir negativamente no ensino da física (MELO, 2015). Melo (2015) expõe o fato de que a física foi rotulada como uma disciplina mecânica com foco na resolução de problemas matemáticos, herança deixada pelo ensino das décadas de 60 e 70. Tal prática ainda pode ser percebida em alguns livros e apostilas utilizadas hoje, que não deixam espaço para a discussão dos conceitos e argumentação dos alunos. Além disso, outro fator desafiador é a falta de interesse e entusiasmo por parte dos estudantes (SANTOS, 2009).

Quando se fala sobre ensino e aprendizagem de física é importante, como em qualquer outra atividade humana, entender os motivos que levam o indivíduo a realizar tal atividade. De acordo com Pavão (2008) o estudo de ciências é de grande

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importância para a formação do cidadão, sendo capaz de torná-lo critico podendo tomar decisões e fazer julgamentos relevantes à vida cotidiana.

Uma estratégia possivelmente capaz de despertar o interesse dos alunos e desmistificar a idéia de que o estudo da física é completamente chato e sem finalidade é fazer a 'aproximação' entre os espaços de educação formal e nãoformal.

De forma simplificada pode-se dizer que espaços de educação não formal são todos os espaços diferentes da escola onde pode ocorrer uma ação educativa, como museus, centros de ciências, zoológicos, jardins botânicos, parques, praças, cinemas e outros (JACOBUCCI, 2008)

Vieira (2015) acredita que os recursos metodológicos utilizados em espaços de educação não formal podem ajudar a dar sentido a conteúdos específicos de algumas disciplinas estudadas na escola.

Devido ao problema de desinteresse e desmotivação dos estudantes quanto ao estudo da física, este trabalho propõe a criação de uma atividade que possa auxiliar no processo de ensino e aprendizagem. O trabalho refere-se ao ensino nãoformal de ciências, pois fará uso da exposição de experimentos o que não está relacionado diretamente com as regras de ensino propostas no ambiente escolar.

Este trabalho consiste na confecção de um experimento denominado Sombras Coloridas, que compõe uma caixa de experimentos de Física, juntamente com um catálogo de informações a respeito da montagem, conceitos físicos envolvidos, funcionamento e manipulação dos mesmos. Com esses experimentos serão realizadas atividades itinerantes nas escolas e outros ambientes da cidade de Janaúba, como praças e espaços culturais, servindo também como uma forma de divulgação da ciência para qualquer público.

## Descrição do trabalho desenvolvido

O experimento que foi construído é denominado Sombras Coloridas, conforme mostrado na Figura 1. A forma como foi construído e a explicação dos conceitos de física envolvidos neste experimento são descritas detalhadamente a seguir.

Figura 1: Experimento Sombras coloridas - Fonte: Próprio autor

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## Construção do experimento

Para construir o experimento Sombras Coloridas devem ser usados os materiais do Quadro 1.

Quadro 1: Materiais utilizados para a confecção do experimento Sombras Coloridas

Além dos materiais descritos no Quadro 1, foi utilizado também cola de madeira e fios para instalação elétrica.

- A madeira MDF utilizada na construção pode ser adquirida a partir de retalhos sobressalentes em uma marcenaria e reutilizada. Desta forma o custo da madeira pode ser bem menor que o das peças novas.

Construção da base:

- o A base do experimento é feita na madeira de 70 cm x 50 cm;
- o Instalar os pezinhos de mesa nos quatro cantos, a mais ou menos 2 cm das bordas;
- o Fazer os furos para que os interruptores sejam embutidos, igualmente espaçados com 18 cm entre eles, e a uma distância de 4 cm da extremidade;
- o Logo a frente dos interruptores devem ser instalados os spots para as lâmpadas (lembre de fazer os furos para que os fios dos spots sigam para a parte inferior da base);
- o Faça a instalação elétrica dos fios, associados em paralelo, pois o experimento precisa de apenas uma plug de tomada. Cada lâmpada deve ser ligada separadamente pelo seu próprio interruptor;
- o Com algumas tiras finas de madeira, faça uma proteção simples para a instalação elétrica na parte inferior da base;
- o Encaixe as lâmpadas nos spots.

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## Construção do anteparo

Na construção do anteparo, deve ser usada a madeira de 50 cm x 50 cm, e é importante que esta seja da cor branca para que possa refletir de forma mais fiel a luz que incidir sobre ela. Sua construção é bastante simples.

- o As madeiras menores, de 5 cm x 25 cm, devem ser coladas e parafusados firmemente, paralelamente nas bordas do anteparo de forma a mantê-lo de pé.
- o O anteparo deve ser encaixado na extremidade da base à frente das lâmpadas.

## Funcionamento e manipulação

Sobre a base do experimento deve ser colocado um objeto para formar as sombras no anteparo. O objeto pode ser de qualquer tipo, contanto que suas dimensões sejam comparáveis as do restante do experimento. Sugere-se que seja utilizado material cilíndrico com 6 cm de espessura (diâmetro), e este deve estar livre para ser colocado em várias posições sobre a base.

As posições das lâmpadas podem ser alternadas e estas ligadas individualmente, duas por vez ou as três ao mesmo tempo. Quando apenas uma das lâmpadas é ligada surge uma sombra preta no anteparo. Ao ligar mais de uma lâmpada pode-se perceber que serão formadas mais de uma sombra e que estas se tornam coloridas.

No caso do experimento mostrado na Figura 1, a montagem foi feita colocando a lâmpada vermelha na posição central, a lâmpada azul à direita e a verde à esquerda, para um referencial posicionado atrás das lâmpadas e de frente ao anteparo, e o objeto que intercepta a luz foi colocado logo à frente da lâmpada vermelha.

Desta forma quando apenas a luz vermelha é acionada forma-se uma sombra escura ao centro do anteparo e todo o resto fica vermelho. De forma semelhante, ao acender apenas a luz azul ou a verde, nas laterais serão formadas sombras escuras e todo o resto do anteparo refletirá a cor da lâmpada que incidir sobre ele.

Quando duas lâmpadas forem ligadas juntas, as sombras formadas serão coloridas. Por exemplo, ao acionar as lâmpadas azul e vermelha, no centro do anteparo onde a luz vermelha não incide será formada uma espécie de sombra azul pois naquela região haverá incidência apenas desta cor. Ao lado esquerdo da sombra azul será formada a sombra vermelha, pois apenas esta cor estará incidindo sobre aquele local. O restante do anteparo estará refletindo a cor que é a superposição do vermelho e do azul, o que é chamada de magenta ou lilás.

- O mesmo fenômeno ocorrerá ao acionar juntas as lâmpadas vermelha e verde. Duas sombras com as cores das lâmpadas serão formadas, e o restante do anteparo refletirá a cor amarela (superposição do vermelho e do verde). Quando forem ligadas as lâmpadas verde e azul as duas sombras também terão essas cores e o restante do anteparo terá a cor ciano, muito parecido com verde-água, resultado da mistura das luzes verde e azul

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Ao acionar as três lâmpadas juntas tem-se o resultado obtido na Figura 1. No centro, onde não há incidência do vermelho haverá a cor ciano, do lado direito haverá a cor magenta e o lado esquerdo ficará o amarelo. O restante do anteparo refletira a cor branca.

Em todos os casos apresentados acima, em torno das sombras coloridas, será formada uma região de penumbra, como se fosse uma reflexão embaçada.

Algumas precauções devem ser tomadas ao manipular o experimento. Como os spots são articulados pode ser que os alunos ou visitantes que estiverem utilizando queiram movimentá-los. Desta forma o professor ou monitor que estiver acompanhando a manipulação do experimento deve prestar bastante atenção para que não aja danificação do mesmo.

Outra precaução importante deve tomada ao fazer a montagem do experimento. Sugere-se, ao transportar para as escolas ou qualquer outro local onde este for utilizado, que as lâmpadas sejam retiradas e colocadas novamente quando apenas for usado, e isto também deve ser feito com bastante cuidado. Alem disso é importante observar a tensão elétrica da tomada onde o experimento estará sendo ligado, seguindo as especificações das lâmpadas adquiridas.

## Conceitos envolvidos

No funcionamento desse experimento diversos conceitos estão envolvidos. Dentre eles é possível citar: luzes monocromáticas e policromáticas, cores primárias, superposição de ondas eletromagnéticas, sombra, penumbra e Princípio da propagação retilínea da luz.

As lâmpadas utilizadas no experimento são de LED (Light Emitting Diode), diodo emissor de luz. Citando Nogueira (2017) podemos dizer, de forma simplificada, que o diodo é um elemento de circuitos elétricos, feito de material semicondutor que permite que a corrente elétrica prossiga em apenas uma direção e que energia em forma de fótons de luz seja liberada.

As ondas eletromagnéticas que podem ser percebidas pelo olho humano possuem comprimentos de ondas que estão entre 400 nm e 700 nm aproximadamente (MELCHIADES e BOSCHI, 1999). Cada lâmpada de LED utilizada no experimento emite freqüências em uma faixa estreita, com seus picos de emissão muito próximos das frequências das cores observadas (NOGUEIRA, 2017). No caso desse experimento os picos de emissão de cada lâmpada é azul, verde e vermelho, que são também cores primárias. Desta forma, a luz emitida por cada lâmpada é monocromática.

Quando as luzes atingirem o anteparo branco suas cores serão refletidas. De acordo com Melchiades e Boschi (1999), a cor de um objeto não é característica absoluta deste, a percepção das cores depende também da fonte emissora de luz e da percepção do indivíduo, isto é, seus aspectos psicológicos e fisiológicos. O olho humano possui receptores sensíveis as cores vermelha, verde e azul. As outras cores percebidas são combinações dessas três cores básicas (MELCHIADES e BOSCHI, 1999).

Como os raios luminosos propagam-se de forma retilínea, como mostrado na Figura 2, na região do anteparo posicionada logo atrás do objeto interceptador não haverá incidência da luz emitida por uma determinada lâmpada. Desta forma

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nessa posição do anteparo ocorrerá a formação de uma sombra. Porém, como as fontes luminosas utilizadas no experimento são extensas e não puntiformes, em torno das sombras poderá ser percebida a formação da penumbra.

A penumbra é a região parcialmente iluminada, onde alguns raios de luz provenientes da fonte atingem o anteparo, justamente pelo fato da fonte possuir dimensões comparáveis às do anteparo. A formação da sombra e da penumbra pode ser visto na Figura 2.

Figura 2: formação de sombra e penumbra - Fonte: Próprio autor

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## Resultados obtidos

O experimento sombras coloridas encontra-se construído, e espera-se que a utilização deste nas escolas e demonstração em outros ambientes tenham impactos positivos auxiliando o professor no ensino, e sobre o processo de aprendizagem dos alunos nos assuntos referentes a ondas e mais especificamente ondas eletromagnéticas.

É possível que a utilização do experimento possa suprir a falta de demonstrações que deveriam ser feitos em laboratórios funcionais nas escolas, podendo ser manipulado no ambiente da sala de aula. Além disso, a demonstração do experimento pode servir como fator motivador para os estudantes, por permitir que estes interajam e percebam na prática a aplicação dos conceitos que estão sendo trabalhados em sala de aula.

Espera-se ainda que o manual feito para a construção do experimento possa auxiliar outros professores em suas práticas de ensino. Os processos de construção do experimento são simples e portanto podem ser facilmente replicáveis. Outro fator importante na construção desse experimento é o aproveitamento de alguns materiais reutilizados e outros de baixo custo, tornando-a ainda mais acessível.

## Considerações

Este trabalho trata da construção do experimento Sombras Coloridas. O experimento tem por objetivo abordar de forma prática os conceitos que são aprendidos em sala de aula. Além disso, é apresentado de forma detalhada as etapas realizadas para construção, utilização, manipulação e os conceitos de física envolvidos do experimento.

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A utilização desse experimento está relacionado às estratégias de ensino não formal e espera-se que sua aplicação cause um impacto positivo quando for complementado ao ensino formal. O uso do experimento apresentado no trabalho pode colaborar com a motivação de alunos que se encontram desinteressados pois, por muitos vezes são apresentados aos conceitos de física apenas através dos livros didáticos e discursos dos professores.

A análise do impacto da utilização desse experimento no ensino e aprendizagem de física será realizada como trabalhos futuros a partir da aplicação e avaliação de sequências didáticas. Além disso, o experimento fará parte de uma exposição itinerante nas escolas públicas de Janaúba e será feito uma avaliação qualitativa através de questionários e entrevistas.

## Referências

JACOBUCCI, Daniela Franco Carvalho. Contribuições dos espaços não-formais de educação para a formação da cultura científica. Em extensão , v. 7, n. 1, 2008.

MELO, Marcos Gervânio de Azevedo; CAMPOS, Joanise Silva; DOS SANTOS ALMEIDA, Wanderlan. Dificuldades enfrentadas por professores de Ciências para ensinar Física no Ensino Fundamental. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia , v. 8, n. 4, 2015.

MELCHIADES, Fábio G.; BOSCHI, Anselmo O. Cores e tonalidades em revestimentos cerâmicos. Cerâmica Industrial , v. 4, n. 1-6, p. 11-18, 1999.

MOREIRA, Marco Antônio. Grandes desafios para o ensino da física na educação contemporânea. Porto Alegre, RS , 2014.

NOGUEIRA, Fernando José. Controladores de LEDS para iluminação pública com elevado fator de potência comutados no dobro da frequência da rede elétrica. 2017.

PAVÃO, Antonio Carlos. Ensinar ciências fazendo ciência. Quanta , 2008.

SANTOS, Adevailton Bernardo. A física no Ensino Médio: motivação e cidadania. Em Extensão , v. 8, n. 1, 2009.

VIEIRA, Graice Quelli; PEREIRA, Larissa Paiva; DE MATOS, Wellington Rodrigues. Avaliação de espaços não formais de educação para o ensino de ciências: estudo de caso do museu Ciência e Vida, Duque de Caxias, RJ. Almanaque multidisciplinar de pesquisa , v. 1, n. 2, 2015.

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