PROPOSTAS DE ATIVIDADE PEDAGÓGICA PARA ENSINAR PONTES DE WHEATSTONE UTILIZANDO LABORATÓRIO REAL E VIRTUAL

## PROPOSTAS DE ATIVIDADE PEDAGÓGICA PARA ENSINAR PONTES DE WHEATSTONE UTILIZANDO LABORATÓRIO REAL E VIRTUAL

## Joaquim Augusto Nogueira Neto 1 , Robson Costa de Castro 2

1 Colégio Pedro II/Departamento de Física, joaquim.nogueira@gmail.com Colégio Pedro II/PROFEPT/Departamento de Física, robsonfiscp2@gmail.com

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Palavras-chave : Ponte de Wheatstone; Simulador Online PhET; Laboratórios reais.

## Resumo expandido

Quando nos deparamos com o ensino de Física, algumas reflexões são importantes para entender o seu contexto como disciplina fundamental no campo das Ciências da Natureza. A Física estuda os fenômenos naturais e utiliza uma linguagem matemática simples ou complexa dependendo do estudo a ser realizado. Refletindo sobre essas afirmações, fica o seguinte questionamento: 'Como tornar o processo de ensino e aprendizagem em Física menos abstrato e mais contextualizado com o cotidiano dos discentes?'

Atualmente, várias ferramentas pedagógicas têm sido utilizadas para atenuar esse distanciamento existente entre os conteúdos de Física apresentados em sala de aula e as suas respectivas aplicações no dia a dia dos alunos. Como exemplo dessas ferramentas, podemos destacar a utilização de vídeos educativos, visitas pedagógicas, laboratórios reais e virtuais etc. Dentre elas, ressaltamos na presente pesquisa a importância dos laboratórios no processo de ensino e aprendizagem em Física. A introdução dos laboratórios nas aulas de Física apresenta-se como uma relevante estratégia didática segundo vários autores (SILVA e LEAL, 2017; SILVA e DUARTE, 2018; ISQUIERDO e BERGHAUSER, 2017). De acordo com Silva e Leal (2017), a implementação de laboratórios didáticos de Física, tendo como base a construção de equipamentos e a realização de um conjunto de experimentos qualitativos e quantitativos, utilizando materiais recicláveis e/ou de baixo custo, pode se tornar uma excelente oportunidade pedagógica e de grande incentivo ao desenvolvimento científico nas escolas públicas de ensino médio.

Com o avanço da tecnologia e consequentemente com o aumento da acessibilidade à internet, os laboratórios virtuais passam a se configurar como uma significativa estratégia pedagógica que, de forma complementar aos laboratórios reais, pode se tornar um potencial recurso didático importante para auxiliar o processo de ensino e aprendizagem em Física. Uma ferramenta que ganhou notoriedade nesse campo foi o PhET. Trata-se de um programa idealizado pelo físico Carl Wieman (Prêmio Nobel de Física em 2001) e desenvolvido pela Universidade do Colorado que disponibiliza simulações virtuais num portal online, que podem ser utilizadas no próprio sítio ou baixadas gratuitamente por alunos, professores ou mesmo curiosos (VITAL e MENEZES, 2019).

Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi desenvolver uma atividade pedagógica para auxiliar o ensino de um circuito utilizado para medir o valor de uma

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

resistência desconhecida (GALTER; NEWTON, HELOU, 2007). Trata-se da Ponte de Wheatstone, que pode ser observada na figura 01 a seguir.

Figura 01: Circuito esquemático da Ponte de Wheatstone entre os pontos P e Q.

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No circuito, as resistências R2 e R3 são conhecidas e R1 é um resistor variável. A intenção desse circuito é variar o valor de R1 de tal modo que a corrente elétrica 'i' que atravessa o resistor 'R' seja nula. Nessa condição, dizemos que a ponte está equilibrada e torna-se possível a determinação do valor de R4.

Para i=0, temos:

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Logo, a queda de potencial entre os pontos AP e AQ e entre os pontos PB e PQ deverão ser iguais.

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Ao dividirmos uma equação pela outra, eliminamos as correntes elétricas e encontramos a equação que permite determinarmos o valor de RX em função das demais resistências do circuito.

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É fácil notar que podemos estender esse resultado para as potências dissipadas pelos resistores uma vez que:

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Percebemos que, quando a Ponte de Wheatstone encontra-se em equilíbrio, os produtos das resistências e das potências opostas devem ser iguais.

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Para o desenvolvimento do laboratório virtual, utilizamos uma simulação específica do PhET: 'Kit para montar um circuito DC' (Figura 02). Essa simulação permite montar vários circuitos, de acordo com a necessidade do professor ou com o espírito de investigação dos alunos para estudo dos fenômenos relacionados à eletrodinâmica. Assim, com os recursos disponíveis, modelamos a ideia básica da Ponte de Wheatstone, na qual foi utilizado um conjunto de lâmpadas reais e um circuito alimentado por tensão de 127 Volts (Figura 03). A simulação foi realizada usando diferentes valores para os resistores (R1, R2, R3 e R4) e foi observado que, conforme o produto entre os valores nominais dos resistores 'opostos' no circuito se aproxima, o brilho da lâmpada bem como a d.d.p. na Ponte de Wheatstone diminui até zerar no momento em que o referido produto se iguala.

Figura 02: Tela inicial do simulador PhET: Kit para montar um circuito DC.

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Figura 03: Ponte de Wheatstone na lâmpada de 10,0Ω.

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Na tabela 01, apresentada abaixo, serão mostrados os valores das resistências e as respectivas tensões no voltímetro conectado à lâmpada que estava colocada na ponte.

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Tabela 01: Valores das resistências e da tensão na ponte.

A figura 04, apresentada abaixo, representa a ponte de Wheatstone usada como laboratório real. Para o desenvolvimento dessa atividade foram utilizados bocais, fios, multímetro e lâmpadas: 15W, 25W, 40W e de 70 W. Dessa forma, usando um multímetro associado à ponte de Wheatstone, foi possível verificar que quanto mais próximo é o resultado entre o produto das potências opostas pela ponte, menor será a d.d.p. indicada pelo voltímetro nesse trecho.

Figura 04: Ponte de Wheatstone representada pela lâmpada L.

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Assim, na tabela 02 apresentada abaixo serão mostrados os valores das potências das lâmpadas e as respectivas tensões no voltímetro conectado à lâmpada que estava colocada na ponte.

Tabela 02: Valores das potências das lâmpadas e da tensão na ponte.

Conforme observamos nas tabelas 01 e 02, os valores da tensão na ponte vão diminuindo à medida que os respectivos produtos das resistências ou das potências opostas vão se igualando até zerar, momento em que a ponte de Wheatstone encontra-se em equilíbrio.

Acreditamos que as ferramentas pedagógicas desenvolvidas neste estudo podem facilitar a aprendizagem de Ponte de Wheatstone, pois o conteúdo que

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muitas vezes é trabalhado de forma abstrata, passa a ser visualizado de modo mais concreto. Além disso, como essas ferramentas são de fácil montagem, elas podem ser desdobradas em vários circuitos elétricos para auxiliar os docentes na transmissão dos conteúdos de eletrodinâmica.

## Referências

GUALTER, José Biscuola; NEWTON, Villas Bôas; HELOU, Ricardo Doca. Tópicos de Física 3: Eletricidade, Física Moderna e Análise Dimensional. 17ª Edição reformulada. São Paulo: Editora Saraiva, p. 159, 2007.

ISQUIERDO, Emerson Fernandes, BERGHAUSER, Neron Alipio Cortes. O uso do laboratório de física e a sua eficácia para o processo de ensino-aprendizagem. Revista eletrônica Cientifica inovação e Tecnologia . Medianeira, v. 8. n. 15, e5185, 2017.

SILVA, Wallyn Vieira; DUARTE, Madileide de Oliveira. Ensino de Física e atividades experimentais em sala de aula: algumas considerações. Congresso Internacional e Educação e Tecnologias. 2018.

SILVA, José Carlos Xavier, LEAL, Carlos Eduardo dos Santos. Proposta de laboratório de física de baixo custo para escolas da rede pública de ensino médio. Revista Brasileira de Ensino de Física , vol. 39, nº 1, e1401, 2017.

VIDAL, Natalia Ferreira; MENEZES, Paulo Henrique Dias. Laboratório real x laboratório virtual: possibilidades e limitações destes recursos em uma atividade investigativa para o ensino de eletrodinâmica. A Física na Escola , v. 17, n. 2, 2019.

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