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Divulgando ciência através de aviões de papel

Lucas Wilian Gonçalves De Souza, Analice Alves Marques Dos Santos, Leonardo Batista Neto, Matheus Barros, Alessandra Riposati Arantes

Evento
Simpósio Nacional de Ensino de Física ↗ (SNEF)
Edição
XXIII
Ano
2019
Data
28/01/2019
Linha de pesquisa
Formação, Práticas E Desenvolvimento Profissional Docente
Tipo
Pôster

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Texto completo

## Divulgando ciência através de aviões de papel

Lucas Wilian Gonçalves de Souza 1 , Analice Alves Marques dos Santos 2 , Leonardo Batista Neto 3 , Matheus Barros 4 , Alessandra Riposati Arantes 5

- 1 Universidade Federal de Uberlândia/Faculdade de Engenharia Elétrica/ lucasswill@gmail.com
- 2 Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/ analicy\_alves@hotmail.com
- 3 Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/ leo-batista-neto@hotmail.com
- 4 Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/ matheus-barros@outlook.com
- 5 Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/ ale.riposati@gmail.com

## Resumo

A formação inicial de futuros professores requer vivências em diversos espaços educativos. A partir dessa perspectiva, este trabalho buscou investigar o impacto da participação na organização de um estande em um evento de divulgação científica como uma atividade de estágio pode ter na formação de licenciandos. Apresentamos os resultados de uma oficina intitulada 'Por que os aviões voam?', realizada pelos estudantes da disciplina de Estágio Supervisionado I do curso de Física - Licenciatura da UFU. Aviões de papel serviram como objetos motivadores para o entendimento de fenômenos físicos e aspectos históricos sobre o avião e o voo, além de possibilitar interação por parte dos visitantes, já que eles foram de grande importância na construção e lançamento das aeronaves. Do ponto de vista da formação inicial dos licenciandos, a importância do trabalho reside no esforço de pesquisa e nas atividades colaborativas envolvidas na preparação e execução de uma oficina sobre aerodinâmica, um tema pouco trabalhado na educação básica.

Palavras-chave : divulgação científica, aviões de papel, estágio supervisionado.

## Introdução

A formação de professores no Brasil é um tema bastante estudado no meio acadêmico (ANDRÉ, 2010). Desses estudos surge críticas sobre o caráter dicotômico dos cursos de licenciaturas evidenciado na divisão das disciplinas entre as de conteúdo científico e as de conteúdo educacional. Tradicionalmente, dá-se muito valor ao conhecimento científico, ou seja, ao saber, mas pouco valor é dado à prática educacional, ou seja, o saber fazer (CARVALHO, 2001). Nesse sentido, a disciplina de Estágio Supervisionado foi instituída nas licenciaturas como um componente curricular integrador, que faz a ponte entre as disciplinas específicas e as profissionalizantes ao incluir o licenciando na rotina escolar.

- O estágio permite o contato do licenciando com a realidade escolar, evidenciando os desafios, as oportunidades e permitindo uma troca de saberes entre escola e universidade. Possibilita ao licenciando a construção de sua criticidade em relação a formação ao contrapor o que se aprende na sala da universidade com o que é ensinando na sala da escola. Os sucessos, os insucessos, os contratempos, o

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planejamento e os demais acontecimentos inerentes à profissão fomentam o desenvolvimento do olhar crítico do futuro professor sobre a práxis.

- O professor em formação possui imagens formadas sobre a escola decorrentes dos longos anos de vida estudantil, assim, quando chega a escola como professor já tem um imaginário sedimentado de difícil desconstrução (BACCON; ARRUDA, 2010). A construção de algo novo, muitas vezes se dá sobre os escombros de algo velho. O estágio permite a desconstrução do imaginário conservador e reprodutor da escola que o futuro professor conhece, e assim, nos desafios da prática inovadora e reflexiva uma identidade profissional adequada aos tempos modernos é construída (ZIMMERMANN; BERTANI, 2003).

As universidades brasileiras organizam-se de forma distintas para incluir as 400 horas de estágio exigidas por lei. No curso de Física Licenciatura da Universidade Federal de Uberlândia existem três disciplinas de estágio. Na primeira, o estudante observa a prática docente, a gestão escolar e desenvolve um projeto de acordo com a demanda da escola, na segunda participa do desenvolvimento de atividades dentro da escola, em especial na modalidade de Educação de Jovens e Adultos (EJA) e desenvolve atividades de educação em espaços não formais e na ultima leciona. Este trabalho é um relato de experiência de uma atividade de divulgação científica desenvolvida durante o Estágio Supervisionado II, desenvolvida por oito licenciandos. Nesta disciplina os licenciandos i) estudaram qualitativamente e quantitativamente as questões do ENEM e do vestibular da UFU, com o objetivo de refletir sobre as demandas para o currículo da EJA, ii) observaram e lecionaram em um curso do PROEJA e iii) prepararam uma atividade de divulgação científica integrante da Semana Nacional de Ciência e Tecnologia, procurando refletir sobre o papel dos espaços não formais de educação.

Acreditamos que o processo de ensino-aprendizagem de ciências ocorre não somente dentro de uma sala de aula, mas também durante toda a vida. Dessa forma, com o intuito de contribuir com a popularização da ciência (GERMANO e KULESZA, 2007) além dos muros da Escola e da Universidade, os licenciandos prepararam uma oficina intitulada 'Por que os aviões voam?'. O tema foi escolhido em virtude do dia do aviador, que é comemorado em 23 de outubro, dia em que, em 1906, Santos Dumont fez seu primeiro voo com o famoso avião 14 BIS (BARROS, 2003). Sendo assim, procuramos instigar a curiosidade dos participantes para a ciência por meio de um objeto simples, o avião de papel, e junto a isso aproveitamos para discutir conceitos físicos, aspectos históricos e sociais.

## A História e a Ciência dos Aviões

Em 20 de julho de 1873, nasceu Alberto Santos Dumont, em Cabangu, sítio no município de João Ayres, cidade de Palmira (hoje Santos Dumont), Minas Gerais. Uma de suas maiores inspirações foi em 1888 quando, pela primeira vez, viu uma demonstração de um balão de ar quente em uma feira em São Paulo (BARROS, 2003). Segundo Barros (2003), em 1892 Santos Dumont mudou-se para a França, onde começou sua formação técnica em mecânica e eletricidade e anos mais tarde criou seus protótipos de balões. Apesar do sucesso na construção e voo com balões, ele procurava a solução para o problema da dirigibilidade e propulsão. Dumont foi aperfeiçoando seus modelos, fazendo melhorias em relação ao peso, ao tempo, ao alcance e formato.

Em 12 de novembro de 1906, conquistou o Prêmio Archdeacon e o Prêmio Aeroclube da França ao realizar um voo de 220 metros com o avião 14-bis, o qual é

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um marco histórico. O 14-bis é um aeroplano sem auxílio de dispositivos de lançamento, com potência duplicada em relação ao anterior, tendo um motor de 50 cavalos. Há controvérsia em alguns países a respeito da criação do avião, principalmente nos Estados Unidos, onde os irmãos Wright são considerados os inventores. Não obstante, Santos Dumont é altamente respeitado no Brasil. Quando nos deparamos com o avanço tecnológico dos aviões, ficamos fascinados. Muitos se perguntam como é possível que um objeto tão pesado consiga estar tão alto no ar... a explicação para isso vem da física.

É possível explicar como um objeto tão pesado está no céu pelo princípio de Bernoulli, que estabelece que, 'se a velocidade de um fluido aumenta, sua pressão diminui (ANDERSON e EBERHARDT, 2007). Assim, a asa de um avião se sustentaria porque o ar sobre ela flui mais rapidamente, criando uma região de baixa pressão e, consequentemente, uma força resultante apontando para cima'. Mas, através de experimentações, pesquisadores acreditam que há uma falha no princípio de Bernoulli e como alternativa baseia-se nas leis de Newton. A segunda lei de Newton nos diz que deve ter uma força sobre o ar para encurvá-lo e também que uma força de sentido contrário irá surgir sobre a asa. Nesse sistema atuam-se então as forças peso, tração, arraste e de sustentação, cada um com seu papel imprescindível para a explicação do voo (ANDERSON e EBERHARDT, 2007).

## Dirigibilidade e manobras

A capacidade de um avião de realizar manobras pode ser explicada com base nos conceitos de centro de gravidade (CG), eixo de rotação e equilíbrio de forças. Toda a força gravitacional sobre o avião pode ser modelada como concentrada em um único ponto: o centro de gravidade. O avião permanece em equilíbrio enquanto o torque resultante das forças aplicadas sobre ele for nulo. Qualquer desequilíbrio entre os torques aplicados provocará a rotação do avião em torno de um ou mais eixos, como na Figura 01, que passam pelo centro de gravidade. A rotação em relação ao eixo longitudinal é chamada de rolagem, ao longo do eixo normal ocorre a guinada e ao longo do eixo lateral ocorre a arfagem (ANDERSON, 2001).

Figura 1: Eixos e superfícies que determinam as manobras nos aviões. Fonte: adaptado de Silva (2016).

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- O controle destes movimentos é feito através de pequenas seções nas superfícies de sustentação como mostra a Figura 1. Neste contexto, destacaremos as três mais importantes: i) o aileron provoca a rolagem do avião ao desviar o fluxo

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de ar para cima ou para baixo das asas. Assim, quando ele é defletido para cima ocorre a redução da curvatura da asa e consequente redução de sua sustentação. Os dois ailerons são defletidos de forma oposta causando o aumento de sustentação em uma asa e redução na outra, o que potencializa o movimento desejado; ii) O profundador causa a variação da força de sustentação do estabilizador horizontal e, como resultado, o avião sobe ou desce; iii) a guinada é controlada pelo leme localizado no estabilizador vertical. Todas essas estruturas são posicionadas em pontos distantes do eixo de rotação correspondente reduzindo a força necessária (ANDERSON, 2001).

Uma aeronave realiza manobras e acrobacias quando o posicionamento das superfícies de controle é alterado. Da mesma forma, os aviões de papel também são capazes de realizar os movimentos citados e isso é alcançado com a escolha de sua geometria. O tipo de movimento é definido pelas dimensões da asa, posição do centro de gravidade, velocidade e ângulo de lançamento, dentre outros fatores. É importante salientar que a velocidade dos modelos varia durante o voo, uma vez que não possuem propulsão própria; consequentemente, a força de sustentação e o arrasto também não são constantes. Admitindo-se que massa e posição do centro de gravidade são invariantes, conclui-se que, após o lançamento, a trajetória do modelo é definida por sua velocidade (ANDERSON, 2001).

## Contexto da Pesquisa

Esta pesquisa trata-se de um estudo de caso, pois o objetivo é descrever e analisar a oficina 'Por que os aviões voam?' realizada em um único evento de características bem definidas e trabalhar com os conceitos de forma abrangente, definindo a influência do contexto neste grupo. Conforme sugerido por Yin (2001), 'O estudo de caso é a estratégia escolhida ao se examinarem acontecimentos contemporâneos, mas quando não se podem manipular comportamentos relevantes.' (YIN, p.26, 2001). Por se tratar de uma oficina, não era possível prever o comportamento do público e muito menos manipulá-los.

A oficina foi preparada por dois grupos com quatro licenciandos cada. Um grupo ficou responsável por preparar a oficina sobre aviões e outro grupo preparou alguns foguetes para outra atividade realizada no mesmo estande. Ambos os grupos participaram da confecção de aviões para decoração do local e para ser entregue a pessoas que não conseguissem fazer os aviões no momento da atividade que foi realizada durante a Semana Nacional de Ciência e Tecnologia (SNTC).

Em Uberlândia, a SNCT é uma parceria entre o Museu Diversão com Ciência e Arte (DICA), do Instituto de Física da Universidade Federal de Uberlândia (INFIS - UFU) com a Prefeitura Municipal de Uberlândia e o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro (IFTM) - Campus Uberlândia. Um dos principais eventos é o Brincando e Aprendendo, que tem o objetivo de criar um espaço com atividades interativas para que estudantes e a população em geral tenham contato direto com a ciência. Nesta edição, o evento foi realizado no parque municipal onde se encontra o DICA, assim havia muito espaço para o lançamento dos aviõezinhos.

## A Oficina

O trabalho de desenvolvimento da oficina durou cerca de dois meses e teve como eixo norteador o uso da atividade de pesquisa, de modo a contribuir para transformar os licenciandos em professores-educadores-pesquisadores. A escolha

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do material utilizado na oficina foi norteada por critérios como baixo custo e maior interação dos visitantes com a atividade, cumprindo assim com os objetivos do evento e dos estudantes de estágio. Diversas fontes foram consultadas para encontrar os melhores modelos e instruções para sua fabricação (FOLD'N FLY, 2015; THE SQUIRELL, 2016; BLACKBURN, 2008; SAMANDO, 2016). Uma vez coletadas essas informações, diversos tipos de aviões foram fabricados e testados durantes as aulas. Considerando as possíveis discussões relacionadas aos movimentos de cada modelo, foram escolhidos os modelos descritos abaixo:

## O Campeão

Este modelo foi desenvolvido por Ken Blackburn, um engenheiro aeronáutico que manteve o recorde mundial de tempo de voo entre 1999 e 2009 (Figura 2a). O design do avião é tal que as forças envolvidas no voo se balanceiam, permitindo o máximo tempo no ar (na ocasião do recorde, o avião permaneceu 27,6 segundos no ar). Esse avião foi escolhido por ser recordista e necessitar de dobraduras meticulosas para funcionar corretamente, ou seja, foi escolhido para ser um desafio aos participantes da oficina.

## O Esquilo

Este modelo foi escolhido por ser extremamente versátil quanto à adição de estruturas de controle e de direção de lançamento (Figura 2b). Uma das características principais deste modelo é a presença de winglets , que podem ser superiores ou inferiores. Essas estruturas aumentam a estabilidade e eficiência do avião, por reduzir os efeitos negativos dos vórtices que se formam nas pontas das asas (ANDERSON, 2001). Além disso, dobraduras nessas estruturas provocam loops , espirais e um movimento interessante de quedas e retomadas sucessivas.

Quando lançado horizontalmente ou levemente inclinado para cima, o esquilo com winglet superior ascende rapidamente e atinge o ângulo de estol, que é o ângulo entre a asa e o vento relativo (ANDERSON e EBERHARDT, 2007) para o qual o ar perde aderência com a asa. Nessa condição, o avião perde sustentação e cai; na queda, sua velocidade aumenta, o que resulta no incremento da sustentação, de modo que o avião ascende novamente. Esse movimento, que chamaremos de corcova, pois remete à silhueta de um camelo, se repete até a aterrissagem. Quando lançado verticalmente, ele desce em espiral, realizando o movimento de corcova antes de aterrissar. Dobras para baixo na parte traseira das asas induzem movimento de mergulho quando lançado frontalmente. Isso ocorre porque a força de reação do ar ao ser desviado para baixo pela dobradura empurra a parte traseira do avião para cima. Como o CG está localizado na parte dianteira, ele inicia um movimento circular em direção ao chão. Quando a dobradura é invertida, o avião realiza um loop vertical.

## O Exibido

Este é o modelo com dobraduras mais simples, contudo realiza acrobacias muito interessantes (Figura 2c). O exibido com winglets inferiores, lançado horizontalmente, desce em movimento de espiral podendo espiralar em torno do lançador. Ao aterrissar realiza o movimento de corcova. O lançamento vertical resulta em loops e a queda tem trajetória espiralada, que termina em movimento de corcova. Dobraduras para cima na parte de trás das asas estabilizam os loops, permitindo que o avião retorne à mão do lançador. Dobraduras opostas em cada asa

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estabilizam os loops horizontais, permitindo que o modelo retorne ao lançador. Por sua vez, dobraduras para baixo resultam em movimento de mergulho.

## O OVNI

Este modelo foi escolhido porque possui um formato muito distinto dos aviões conhecidos: ele é dobrado de forma que o CG se localize entre a extremidade dianteira e o centro do eixo longitudinal; a área das asas é grande, o que produz sustentação suficiente para permitir acrobacias (Figura 2d). O movimento mais interessante é obtido quando lançado verticalmente o mais alto possível, ao atingir o limite de altura o avião realiza um pequeno loop e começa a planar de cabeça para baixo. Quanto maior a altura, mais mudanças de voo são observadas. Se lançado horizontalmente com baixa velocidade, o avião plana em trajetória curvilínea.

## O Traiçoeiro

Este modelo foi escolhido porque realiza uma trajetória circular vertical ( loop ), que geralmente termina colidindo com o corpo do lançador, causando grande surpresa. Este movimento é alcançado porque o CG está localizado na extremidade dianteira do avião e o ponto imaginário de aplicação da força de sustentação está próximo do centro da asa (Figura 2e). Dessa forma, a tendência do avião é cair em trajetória circular e então planar com o dorso invertido até aterrissagem.

Figura 2: Modelos de aviões escolhidos a) campeão, b) esquilo, c) exibido, d) o OVNI e e) o traiçoeiro.

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## Resultados e discussões

A realização da oficina exigiu dos licenciandos um trabalho de pesquisa e desenvolvimento feito em equipe, tanto dentro da sala de aula como fora dela, o que pode contribuir para formar profissionais mais afeitos à colaboração. A oficina 'Por que os aviões voam?' contou com a participação de duas mil pessoas, ao longo de três dias: quinta-feira e sexta-feira das 8 h às 17 h e no sábado das 8h às 14h. Dentre os visitantes, metade eram estudantes do Ensino Fundamental, os demais foram do Ensino Médio e famílias que levaram seus filhos. Nos dois primeiros dias, o evento contou com a participação dos estudantes de Escolas Municipais e Estaduais de Uberlândia e região.

A chuva no primeiro dia foi um grande contratempo, pois o evento ocorreu em um parque aberto. Apesar das adversidades causadas pelo mau tempo, as crianças não se importaram muito, pois queriam mesmo construir seus próprios aviões e lança-los. Os licenciandos contornaram o problema ao discutir o efeito da humidade sobre a estrutura dos aviões. Além dos licenciandos, a oficina contou com a participação de outros estudantes do curso de Física Licenciatura, como monitores durante o evento que organizavam a visitação dos estande s .

O percurso da visitação na oficina se iniciou pela apresentação dos modelos de aviões, da história da aviação e da ciência envolvida na estrutura das asas, bem

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como das informações a respeito da nomenclatura e das acrobacias que cada objeto realizava quando estava no ar. Na sequência, os visitantes selecionavam os aviões que gostariam de construir seguindo as instruções apresentadas em banner s com auxílio dos monitores do estande. Em seguida, os estudantes eram levados para um espaço aberto, a fim de lançar os aviões. Neste momento, os participantes foram instigados a fazer mudanças nas estruturas das asas, de modo que realizassem acrobacias e trajetórias diferentes com o mesmo modelo de avião. Essa foi a oportunidade de discutir a física das acrobacias com a exploração de uma situação real na qual o participante pôde testar suas hipóteses sobre os efeitos de diferentes dobras nas asas, ângulos, direções e velocidades de lançamentos.

Ao longo da oficina, ficou evidente o interesse tanto das crianças como dos adultos, pois as crianças se preocupavam em construir os aviões de papel e ir soltálos, enquanto os adultos eram mais questionadores com relação ao funcionamento da asa e sobre os diferentes tipos de avião. Vale mencionar que os visitantes, comumente, selecionavam os aviões com maior dificuldade de construção, o que lhes dava uma sensação de empoderamento ao cumprir a tarefa com sucesso. Muitos participantes relataram que a oficina propiciou sua primeira experiência em fazer um avião de papel e que desconheciam a existência de tantas técnicas ligadas às dobraduras.

Considerando a ação envolvida, os resultados da atividade se deram pelo reflexo de todo o trabalho realizado pela equipe e pelo o objetivo de despertar o interesse na ciência, que no caso é o principal objetivo da exposição. A vivência da atividade destaca pontos ainda mais relevantes. Todo o processo de escolha do tema, confecção de aviões e dos banners, preparação do estande e planejamento de horários exigiram de todos os participantes um trabalho colaborativo, algo que não é uma prática comum nos cursos de Física, mas que é essencial para a prática docente. O futuro professor precisará saber se relacionar de forma colaborativa com os demais professores de uma escola para alcançar objetivos comuns. Ademais, é de grande relevância poder vivenciar como expositor em um evento de divulgação cientifica, onde em um futuro não distante estaremos como professores levando nossos estudantes. Foi bastante notável o interesse dos estudantes cujos professores se mostravam também interessados e participativos.

## Considerações finais

Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de uma atividade de divulgação científica elaborada por licenciandos do curso Física Licenciatura como atividade da disciplina Estágio Supervisionado. A Aerodinâmica foi o tema escolhido para ser trabalhado a partir da construção de aviões de papel durante uma oficina intitulada 'Por que os aviões voam?'. Este trabalho evidenciou que impactos formativos importantes podem advir da organização e participação em um estande de evento de divulgação científica. Os licenciandos foram levados a trabalhar de forma colaborativa, a contornar contratempos, a pesquisar e produzir modelos de aviões adequados ao público em geral e que permitissem discussão dos conceitos físicos e propiciassem discussões sobre a relevância da educação em espaços não formais. A recepção positiva do público do evento evidenciou a demanda por atividades de ciências em espaços não formais, que podem desmistificar a ciência como algo difícil e para poucos.

## Agradecimentos

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Agradecemos a Bruno Henrique Silva, Kelvin Barbosa Araújo, Marcio de Sousa Mateus Junior e Suzana Pereira Hessel, que também participaram das atividades de elaboração e realização da oficina. Agradecemos o apoio da FAPEMIG.

## Referências

ANDERSON, D; EBERHARDT, S. Como os aviões voam: uma descrição física do vôo. A Física na Escola , São Paulo, v. 7, n. 2, p.43-51, out. 2006.

ANDERSON JUNIOR, J. D. Fundamentals of Aerodynamics . 3. ed. Boston: McGraw-Hill Higher Education, 2001. 892 p.

ANDRÉ, M. Formação de professores: a constituição de um campo de estudos. Educação , v. 33, n. 3, dez. 2010.

BARROS, H. L. de. S. Dumont: o vôo que mudou a história da aviação. Parcerias Estratégicas , Brasília, v. 0, n. 17, p.303-341, set. 2003.

BACCON, A. L. P.; ARRUDA, S. DE M. Os saberes docentes na formação inicial do professor de física: elaborando sentidos para o estágio supervisionado. Ciência &amp; Educação (Bauru) , v. 16, n. 3, p. 507-524, 2010.

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CARVALHO, A. M. P. DE. A influência das mudanças da legislação na formação dos professores: as 300 horas de estágio supervisionado. Ciência &amp; Educação (Bauru) , v. 7, n. 1, p. 113-122, 2001.

Fold'N Fly: The UFO. 2015. Disponível em: &lt; http://www.foldnfly.com/index.html#/11-1-1-1-1-1-1-2 &gt;. Acesso em: 15 dez. 2016.

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GERMANO, M. G.; KULESZA, W. A. POPULARIZAÇÃO DA CIÊNCIA: UMA REVISÃO CONCEITUAL. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 24, n. 1, p.7-25, abr. 2007.

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YIN, R. K. Estudo de caso: planejamento e métodos ; trad. Daniel Grassi - 2ª ed. Editora Bookman. Porto Alegre, 2001.

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