EXPLORANDO MATERIAIS EXPERIMENTAIS ANTIGOS EM UM LABORATÓRIO DE FÍSICA DE UMA ESCOLA DE EDUCAÇÃO BÁSICA: O AREÔMETRO DE NICHOLSON

## EXPLORANDO MATERIAIS EXPERIMENTAIS ANTIGOS EM UM LABORATÓRIO DE FÍSICA DE UMA ESCOLA DE EDUCAÇÃO BÁSICA: O AREÔMETRO DE NICHOLSON

Natan Trovó Lino , Eugenio Maria de França Ramos , Bernadete Benetti 1 2 3

- 1 UNESP Campus Rio Claro / Licenciatura em Física e LaPEMID CEAPLA, natan\_trovo@hotmail.com
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- UNESP Campus Rio Claro / Instituto de Biociências e LaPEMID CEAPLA, eugenior@rc.unesp.br 3 UNESP Campus Rio Claro / Instituto de Biociências, bbenetti@rc.unesp.br

## Resumo

Relatamos neste trabalho parte de um estudo sobre materiais didáticos experimentais para o Ensino de Física, tendo como locus o laboratório de uma escola da Educação Básica localizada no município de Rio Claro (SP). O intuito da pesquisa foi, além do estudo do laboratório didático de Física, o levantamento dos materiais encontrados e sua caracterização. Para o levantamento e registro dos materiais existentes no laboratório da escola, foi realizada uma pesquisa qualitativa e exploratória. Neste trabalho temos como objetivo destacar a identificação de experimentos não usuais, como o Areômetro de Nicholson, seja no currículo contemporâneo do Ensino Médio ou até mesmo na formação de professores. O laboratório didático, bem como a identificação de uma significativa variedade de equipamentos, desvela que o ensino com materiais experimentais já foi uma alternativa didática utilizada por docentes que atuaram nesta escola, tendo diferentes organizações didáticas, desde demonstrações (materiais com apenas um exemplar) até atividades de laboratório didático com grupos de alunos (materiais com cerca de 10 a 20 exemplares). O estado de conservação dos materiais evidencia seu uso pouco uso nas atividades de ensino, desvelando preferências de conteúdos e aspectos da experimentação didática na História do Ensino de Física no nível médio.

Palavras-chave : Experimentos didáticos; Ensino de Física; Areômetro de Nicholson.

## Introdução

É senso comum entre pesquisadores e educadores que atividades experimentais são importantes para o processo de ensino e aprendizagem, sobretudo quando falamos em Ensino de Ciências e, particularmente, em Ensino de Física (GASPAR, 2014; RABONI, 2002). As atividades experimentais também despertam grande interesse de professores como possibilidade didática. Muitos docentes acreditam que apenas o uso de experimentos pode tornar as aulas mais agradáveis e facilitar os processos de aprendizagem, uma vez que sua utilização aproximaria o aluno diretamente dos fenômenos (BENETTI, 2015).

Contudo, quando docentes são questionados a respeito das causas de não utilizarem atividades experimentais em suas aulas, apontam como uma das principais deficiências a falta de material e de equipamentos (GASPAR, 2014), que parece uma justificativa plausível à primeira vista, entretanto não representa adequadamente o que observamos em nosso estudo e atividades aqui relatadas.

No laboratório estudado encontramos uma quantidade significativa de materiais experimentais, em variados estados de conservação, muitos dos quais empilhados de maneira desorganizada e sujos com pó e ferrugem. Com o

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desenvolvimento do trabalho e a limpeza dos materiais foi possível constatar que uma quantidade significativa deles permanece em bom estado de funcionamento, ainda adequados para utilizar em atividades de Ensino de Física.

Descrevemos aqui uns dos materiais encontrados que nos chamaram a atenção por não serem usuais nas atividades de ensino contemporâneas, como o Areômetro de Nicholson.

## Objetivos

O objetivo do presente trabalho é discutir um dos equipamentos encontrados em nosso estudo (o areômetro de Nicholson), para o qual apresentamos a variedade encontrada no laboratório e algumas questões técnicas que envolvem sua utilização.

## Local de realização

As atividades e o estudo aqui relatados foram desenvolvidas no laboratório didático de Física de uma escola de Ensino Médio situada na cidade de Rio Claro, interior do estado de São Paulo (Brasil), a 170 km da capital do estado, com população de cerca de 203 mil habitantes. A escola escolhida possui um importante histórico de colaboração com a formação de professores, cooperando com a Universidade em projetos, como o subprojeto PIBID Física da Universidade Estadual i Paulista (UNESP, no campus de Rio Claro), ou ainda em atividades de estágio supervisionado de estudantes de diferentes Licenciaturas, inclusive a de Física.

- O prédio atual dessa escola começou a ser construído em meados de 1945 e foi oficialmente inaugurado em 8 de outubro de 1949, tendo ainda em sua estrutura atual os laboratórios para as disciplinas científicas (Física, Química e Biologia). A situação do laboratório de Física nos chamou a atenção como um foco de trabalho para um estudo dos materiais encontrados - possibilidade prontamente aceita pela direção da escola.

## Os materiais experimentais e o espaço

Com apoio da direção da escola, iniciamos em abril de 2016 um processo de limpeza e identificação de materiais, e a tentativa de recuperação do laboratório como espaço didático para a disciplina de Física, como uma das tarefas do projeto de Iniciação à Docência. Mesmo com o encerramento do PIBID Física, em março de 2018, continuamos o trabalho de organização de dados e materiais, mantendo a colaboração com a escola até os dias de hoje.

- O espaço do laboratório em si é bastante impressionante, compreendendo uma sala para o trabalho de estudantes, com 83 m , e uma sala menor, anexa, para 2 guarda e preparação de materiais, com 22 m . O acesso mais sistemático e 2 frequente dos bolsistas em tal laboratório provocou surpresas positivas (devido ao espaço amplo e à quantidade de materiais), e negativas (devido ao estado em que se encontravam os materiais e a aparente falta de utilização dos equipamentos e de tais espaços).

Com respeito aos materiais, o trabalho foi desenvolvido em diferentes etapas e frentes. Inicialmente concentramo-nos na limpeza, numeração dos materiais e registros fotográficos, quando possível, com uma escala de referência em centímetros, sem ainda nos preocuparmos em separar os materiais nas diferentes

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áreas da Física. Depois de limpos, os materiais foram numerados para elaboração de um catálogo inicial e embalados em sacos plásticos para evitar a poeira. Posteriormente foram organizados nas estantes e nos armários disponibilizados pela direção da escola, na sala de preparação anexa ao laboratório didático e na sala do laboratório.

Embora a maioria dos materiais estivesse bastante empoeirada, após a limpeza, foi possível, em uma primeira verificação, perceber que alguns deles estavam deteriorados (apresentando cupins, fungos, peças quebradas ou incompletas, sujeira e ferrugem), mas alguns pareciam novos e intactos. Aprimorando os primeiros registros identificamos os materiais segundo seu estado de funcionamento e em qual área da Física poderiam ser relacionados. No caso de materiais danificados, consideramos três diferentes níveis: parcialmente danificados (com pequenos reparos necessários), danificados com necessidade de grandes reparos ou irrecuperáveis.

Ao analisar os materiais encontrados, identificamos aparatos de diferentes áreas da Física - tais como mecânica, óptica, termodinâmica e eletromagnetismo -, com diversas quantidades e variações, sendo que muitos deles ainda estavam em funcionamento. Tais registros ensejaram outros trabalhos que estamos desenvolvendo como uma pesquisa mais sistematizada. Elaboramos uma planilha no formato de inventário para uma identificação mais detalhada a partir das fotos, indicando, quando puderam ser reconhecidos, o nome dos materiais, uma breve descrição, novo número de identificação, a perspectiva da foto, o estado de preservação do material - em funcionamento ou danificados -, em qual área da Física poderiam ser relacionados e material bibliográfico com indicação de seu modo de funcionamento.

Alguns dos materiais identificados possuem vários exemplares, como carrinhos de madeira e roldanas para experimentos de mecânica. Outros apresentam apenas um exemplar, como um higrômetro. Além disso, foram encontrados alguns poucos experimentos construídos, como: uma panela de pressão, um chuveiro elétrico e alguns eletroscópios.

A variedade nas quantidades de um mesmo protótipo experimental evidencia a possibilidade de aulas com diferentes organizações, como (a) a atuação direta dos estudantes (possivelmente em grupo), (b) em outros casos aulas demonstrativas e (c) a realização de projetos, associadas a diferentes abordagens didáticas para o ensino com experimentos, como o laboratório tradicional, o laboratório de cátedra e o laboratório de projetos (FERREIRA, 1978; ANDRADE, 2010).

## Materiais desconhecidos (misteriosos) para o Ensino de Física atual

No trabalho de seleção e identificação dos materiais nos deparamos com uma variedade notável de um aparato bastante incomum, a princípio desconhecido por nós, indicado nas fotos 1 a 3.

Em outra frente de trabalho, no acervo da biblioteca da Universidade, buscamos referenciais teóricos para tentar obter informações sobre as aplicações e o funcionamento dos materiais, pesquisando livro a livro da área de Física. No caso do areômetro tivemos alguns resultados promissores, ao localizá-lo na edição de 1953 do livro 'Física: 1º Livro - Ciclo Colegial', do autor Aníbal Freitas. Dessa forma

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pudemos identificar o aparato como o Areômetro de Nicholson , utilizado para determinar a densidade de sólidos (foto 4).

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Fotos 1, 2 e 3: O areômetro em 3 versões diferentes encontradas, sem que ainda soubéssemos do que se tratava. (Fonte: os autores)

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Foto 4: Fac-simile do livro de Freitas (1953) que descreve brevemente o funcionamento do Areômetro de Nicholson

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Posteriormente, com essa informação, localizamos outras fontes como alguns sites dedicados aos registros de materiais experimentais antigos, como o Museo del Ies Canarias Cabrera Pinto (2018), da Espanha, e o Museo Virtuale di Fisica (2018), da Itália. Em tais sites encontramos descrições deste aparato em livros datados, sobretudo, em meados do século XIX e início do século XX. É o caso de obras localizadas no site do Museo del Ies Canarias Cabrera Pinto (2018) Tratado elementar sobre física (GANOT, 1862), Elementos de Física e Química (PICATOSTE, 1889), Tratado de física elementar (VALLADARES, 1900,) e Catalogue méthodique: Physique (1910) -, evidenciando que a presença de areômetros no laboratório estudado poderia ter como referência essa abordagem de conteúdo nos laboratórios didático do século XIX, referência que se perdeu com influência de outros projetos americanos e europeus das décadas de 1960 e 1970.

Pelo que estudamos até o momento, o aparato presta-se a obter a gravidade específica (ou densidade relativa) de materiais que não são solúveis no líquido onde ele for mergulhado - devendo, o líquido, estar dentro de uma coluna, tal como uma proveta (ver foto 4).

Para realizar o experimento (GANOT, 1862, apud Museo del Ies Canarias Cabrera Pinto, 2018), deve-se inicialmente introduzir o areômetro em um reservatório com água e encontrar o peso que é necessário colocar no prato do areômetro para calibrá-lo, ou seja, que uma marcação existente no areômetro na

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haste superior que liga o prato ao cilindro (ver foto 5 item (b)) atinja o nível da água, pois, quando vazio, ele fica com grande parte emersa da água (como se vê na ilustração da foto 4).

Foto 5: Areômetro de Nicholson, composto por: (a) prato na parte superior; uma haste com (b) índice que indica o ponto de afloramento (marcação); um (c) cilindro oco; e uma (d) cesta na parte inferior (que deve ficar submersa). (Fonte: os autores)

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Suponhamos que, ao mergulhar o areômetro em água, o peso para calibrálo que se coloca no prato superior seja correspondente a uma massa de 160 gramas. Em seguida deve-se colocar a amostra do material M a ser testado (por exemplo, um sólido não solúvel em água, como uma moeda de bronze), com uma massa menor que a do peso necessário para calibrar o instrumento. É preciso, então, adicionar pesos no prato até que a marcação da haste do areômetro atinja o nível da água novamente (equilíbrio). Se tivesse que ser adicionado um peso de massa 60 g, a massa do fragmento em estudo seria a diferença entre 160 e 60, ou seja, 100 g ( M1 ). Determinado o peso do corpo em estudo ao ar livre, é necessário procurar um volume igual de água. Para isto, repete-se o procedimento colocandose o mesmo fragmento M na cesta da parte inferior do areômetro, que ficará imersa na água. Embora a massa do instrumento não tenha mudado, devido ao empuxo ascendente que atua sobre a amostra imersa na água, a flutuação do medidor será diferente do que a que foi obtida com a amostra no prato quando imersa no ar consequência direta do princípio de Arquimedes. A perda aparente de peso envolvendo a amostra do material será quantificada pela adição de um número de pesos no prato para que a marcação na haste do areômetro atinja, novamente, o nível da água, agora com a amostra imersa, obtendo-se assim uma medida M2 . A relação entre M1 e M2 será a gravidade específica do corpo M . Assim com duas medidas e uma divisão, obtém-se a densidade relativa.

Se a substância cujo peso específico procurado for menor que da água, ela tenderá a flutuar e não permaneceria no prato inferior (cesta) quando houver a imersão. Para tanto, o problema é resolvido com uma pequena malha de arame móvel com a função de conter a amostra dentro da cesta que fica submersa. Ademais, o restante do procedimento é idêntico ao que acabamos de descrever.

Segundo Valladares (1900, apud Museo del Ies Canarias Cabrera Pinto, 2018) a importância de determinar a densidade dos materiais com um aparato como este se dá, por exemplo, na mineralogia, por se tratar de um objeto portátil que serve de balança e pode fornecer a densidade de minérios e demais corpos encontrados nas atividades de mineração, possibilitando sua identificação e caracterização.

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Como no caso do areômetro, nos deparamos com outros aparatos experimentais que não conseguimos ainda identificar, indicando experimentos e conteúdos não usuais atualmente para o Ensino de Física no nível médio da Educação Básica.

Tal como o Areômetro de Nicholson, outros objetos experimentais foram encontrados e se encontram em excelente estado de conservação e aparentemente sem uso, como um kit de hidrostática ou exemplares de esferômetros.

## Experimentos não usuais que vão sendo esquecidos e podem se perder

O livro de Freitas (1953), utilizado para subsidiar nosso trabalho, descreve estar de acordo com os programas oficiais da época: portarias nº 966, de 2 de outubro de 1951, e nº 1045, de 14 de dezembro de 1951, do Ministério da Educação e Saúde. Ou seja, representa o currículo do nível Colegial daquele tempo (correspondente ao atual Ensino Médio) e pode ser um dos fatores que explicam a existência de tais materiais no laboratório da escola, visto que a aquisição dos materiais deve ter sofrido influência direta dos conteúdos previstos pelos programas da época.

As portarias nº 1.045 (de 14 de dezembro de 1951) e nº 966 (de 2 de outubro de 1951), previam que assuntos como '[...] densidade e peso específico; massa específica da água, determinação do volume de um corpo insolúvel; determinação da densidade dos corpos sólidos e líquidos, areômetros [...]', integravam os planos de desenvolvimento dos programas mínimos de ensino secundário e respectivas instruções metodológicas (BRASIL, 1952).

Entretanto, com o passar dos anos essa parte foi desaparecendo dos livros didáticos de Física. Analisando, por exemplo, um livro didático contemporâneo ('Física: Mecânica, 1º ano', BONJORNO, 2016), os conteúdos de mecânica dos fluidos, se resumem apenas a uma sucinta explicação de massa específica e densidade e ao cálculo matemático dessas grandezas, sem referência a experimentos, havendo maior enfoque em corpos sólidos. Ou seja, deixaram de tratar de maneira experimental conteúdos como peso específico, densidade relativa e areômetros - presentes no livro de Freitas (1953).

A densidade é trazida dessa forma (sucinta e objetiva) já desde a vinda do Physical Science Study Commitee (PSSC) ao Brasil, em 1963, com sua tradução para o português pela Editora Universidade de Brasília. Devido à influência de projetos como o PSSC, grandes mudanças aconteceram na forma de ensinar Física, alterando abordagens e o foco de determinados conteúdos correntes na época em que foram implementados.

No Currículo do Estado de São Paulo (2011), a densidade sequer aparece nos Conteúdos ou nas habilidades de Física do Ensino Médio. Ela passou a ser abordada nas aulas de Ciências, no 9º ano do Ensino Fundamental, e nas aulas de Química do 1º ano do Ensino Médio, mostrando perda de relevância desses conteúdos no Ensino de Física.

De maneira geral, alguns assuntos, como hidrostática e até mesmo alavancas, estão cada vez menos presentes nos livros didáticos publicados atualmente. Além disso, encontram-se igualmente ausentes na formação de professores no Ensino Superior já há algumas décadas.

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Tais fatores possivelmente implicaram em nossa dificuldade de reconhecimento do Areômetro de Nicholson e de alguns outros materiais do laboratório.

## Considerações Finais

Ao estudar materiais experimentais em um laboratório didático com pouco uso, em uma escola de Educação Básica, constatamos que ao longo do tempo alguns experimentos, como o Areômetro de Nicholson, mencionado no presente trabalho, foram caindo em desuso. Tal situação evidencia a 'alteração do conteúdo ensinável', como consequência de um redirecionamento curricular, focalizando outros assuntos. Isso possivelmente implicou também no abandono destes experimentos como práticas de laboratório para o Ensino de Física.

O laboratório didático passou a ser visto apenas de maneira funcional, e não mais como um ambiente para cultivar a cultura científica. O que não for de uso no momento, ou seja, sem funcionalidade curricular ou conceitual, acaba por virar 'lixo didático' para as gerações seguintes.

Este cenário poderá se repetir em muitos outros laboratórios didáticos que estejam operando hoje em dia, basta que seus materiais percam a utilidade perante os novos currículos.

- A situação do laboratório didático na escola estudada, bem como a variedade de materiais e a presença de alguns experimentos construídos, desvelam que o ensino com materiais experimentais já foi uma alternativa didática utilizada por docentes que atuaram nesta escola. As condições em que foram encontrados o espaço e os materiais, entretanto, evidenciam uma mudança de atitude diante de tal possibilidade educativa.

Analisando a situação do laboratório didático de Física e de seus materiais, observamos que as razões fundamentais mencionadas por professores (GASPAR, 2014) para a não utilização de laboratórios escolares com atividades experimentais não foram observadas na escola estudada, uma vez que constatamos: (a) a existência de materiais didáticos experimentais em condições de uso; e (b) espaço físico onde as atividades podem ser desenvolvidas ou até mesmo o deslocamento de materiais para a sala de aula comum, onde as atividades podem ocorrer.

Consideramos que as deficiências apontadas pelos professores no trabalho de Gaspar (2014), embora plausíveis à primeira vista, podem apenas ocultar outros motivos da não execução de atividades práticas. Especulamos como possibilidades: (a) o despreparo do professor, decorrente da ausência de uma formação docente específica para o uso de experimentos como instrumentos didáticos e (b) que tal tipo de aula não se enquadra no trabalho didático usualmente aceito para o Ensino de Física, como o modelo de aulas essencialmente expositivas.

A experiência aqui relatada evidencia, também, que o trabalho de pesquisa exploratória mesmo em locais em desuso - como o estado inicial do laboratório estudado - pode oferecer contribuições desafiadoras para entender a problemática da metodologia de Ensino de Física e aspectos da História do Ensino de Física.

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## Referências

ANDRADE, J. A. N. Contribuições formativas do laboratório didático de Física sob o enfoque das racionalidades . 2010. Dissertação de Mestrado - Faculdade de Ciências, UNESP, Bauru, 2010.

AREÓMETRO DE NICHOLSON . Museo del Ies Canarias Cabrera Pinto. Disponível em: &lt;http://www.museocabrerapinto.es/blascabrera/museo-virtual/fisica-defluidos/areometro-de-nicholson&gt;. Acesso em: 15 jul. 2018.

AREOMETRO DI NICHOLSON . Modalità di funzionamento. Museo Virtuale di Fisica. Disponível em: &lt;http://museo.liceofoscarini.it/virtuale/nicholsonfunz.html&gt;. Acesso em: 15 jul. 2018.

BENETTI, B. Ensino de Ciências nos Anos Iniciais da Educação Básica - Possíveis Contribuições da Experimentação in Miguel, J. C. e Reis, M. (org) Formação docente : perspectivas teóricas e práticas pedagógicas - Marília: Oficina Universitária; São Paulo: Cultura Acadêmica, 2015.

BONJORNO, J. R. FÍSICA : Mecânica, 1º ano. 3ª ed. São Paulo: Editora FTD, 2016.

BRASIL. Portaria nº 1.045, de 14 de dezembro de 1951. Expede os planos de desenvolvimento dos programas mínimos de ensino secundário e respectivas instruções metodológicas . Diário Oficial [dos Estados Unidos do Brasil], Brasília, DF, 22 fev. 1952. Seção I, p. 65-84.

FERREIRA, N. C. Proposta de laboratório para a escola brasileira - um ensaio sobre a instrumentação no ensino médio de física. 1978. Dissertação de Mestrado - USP: São Paulo, 1978.

FREITAS, A. Curso de física : 4ª série - mecânica, barologia, termologia. 3ª ed. São Paulo: Edições Melhoramentos, 1953.

GASPAR, A. Atividades experimentais no ensino de Física : Uma nova visão baseada na teoria de Vigotski. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2014.

PHYSICAL SCIENCE STUDY COMMITTEE. Física : Parte I. Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1963.

RABONI, P. C. A. Atividades práticas de ciências naturais na formação de professores para as séries iniciais . Tese (Doutorado em Educação) - Faculdade de Educação, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 2002.

SÃO PAULO (SP). Secretaria da Educação. Currículo do Estado de São Paulo : Ciências da Natureza e suas Tecnologias. São Paulo, 2011.

## Agradecimentos

Ao apoio do LaPEMID CEAPLA IGCE - UNESP Campus de Rio Claro.

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