SISTEMA MASSA-MOLA: UM ESTUDO DE CASOS USANDO O SOFTWARE ALGODOO

## SISTEMA MASSA-MOLA: UM ESTUDO DE CASOS USANDO O SOFTWARE ALGODOO

Rafael Vitor Terto Ferreira 1 , Erivelton Guimarães Silva 2 , José Erivaldo Oliveira Junior 3 , Manoel Felix Pessoa do Santos 4 , João Eduardo Fernandes Ramos 5

- 1 Universidade Federal de Pernambuco, rafaelterto1999@gmail.com
- 2 Universidade Federal de Pernambuco, erivelton.silva@ufpe.br
- 3 Universidade Federal de Pernambuco, joseerivaldo.oliveirajunior@ufpe.br
- 4 Escola de Referência em Ensino Médio Bezerros/PE, Manoel.pessoa@ufpe.br
- 5 Universidade Federal de Pernambuco, Joao.framos@ufpe.br

Palavras-chave : Algodoo; Instrumentação para o Ensino; Massa-mola.

## Resumo expandido

Nos últimos anos, com as Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDICs) se reinventando, 'é interessante observar como estas tecnologias vêm contribuindo para uma nova relação entre a sociedade e os seus usuários' (ARAUJO & VILAÇA, 2016, p. 17), gerando novas possibilidades de lazer, tarefas profissionais ou educacionais. Junto a isso, a busca por propostas de ensino tem se impulsionado no eixo tecnológico diante da perspectiva de facilitar a abordagem e favorecer uma melhor aprendizagem aos estudantes. Nesse contexto, entendemos que 'a utilização de tecnologias no ensino se torna cada vez mais possível e necessária' (COSSICH NETO; SCHWERZ; FONTES, 2017, p. 1) pela influência que já há em nossas vidas.

Pensando em instruir uma ação capaz de vetar problemas de compreensão dos modelos físicos, este trabalho busca descrever um estudo de caso por observação direta, coletando informações e investigando, a partir da manipulação do sistema proposto no software virtual, como as diferentes situações no experimento podem ser explicadas.

Assim, utilizamos do Software Algodoo 1 (figura 01) para estudar um modelo oscilatório aparentemente complexo, porém aplicando casos particulares como proposta para o entendimento de conceitos básicos no sistema massa-mola.

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

Figura 01: Página de trabalho do Software Algodoo (fonte: Autor).

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A escolha do Algodoo foi propícia, pois, além do acesso gratuito, demonstra grande acessibilidade e dimensão de estudo. Segundo Germano (2016, p. 32),

O software incentiva a criatividade dos usuários de todas as idades e como sua interface é relativamente mais simples comparado com programas que utilizam uma linguagem de programação mais avançada, permite que usuários de vários níveis escolares, consigam desenvolver diferentes funções de acordo com suas limitações e conhecimentos.

Assim, temos como proposta didática analisar um experimento virtual em 4 casos particulares com o objetivo de proporcionar o significado físico quanto aos efeitos observados. O experimento padrão é formado por um sistema massa-mola composto por duas massas presas à parede, desconsideramos a resistência do ar, atrito com o solo e o amortecimento da mola - sua massa. As 2 molas, com constantes elásticas K1 e K2 de mesma intensidade (100 N/m) e tamanho (3.00 m), estão relaxadas. A massa de cada bloco, M1 e M2, é 2,0 kg (figura 02). É possível observar e manipular a simulação ao baixar o arquivo do link 2 e abri-lo, com o Algodoo já instalado.

Figura 02: Modelo com dados iniciais (fonte: Autor)

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A dinâmica desse problema se mostra complexa, pois, além de trabalhar com dois blocos, há a influência que ambos exercem mutuamente. Para que isso não ocorra, podemos estabelecer alguns critérios para possibilitar o estudo ao nível do ensino médio. Espera-se que antes da exposição seja relembrado conceitos básicos de Inércia e Força Elástica.

No primeiro caso, podemos determinar M1&gt;&gt;M2 3 , em seguida deslocar a massa 2 em Δx. Ao reproduzir o experimento, nota-se que somente o bloco de massa M2 se move, pois o bloco de massa M1 aparenta se fixar pela inércia ser muito maior. Juntamente, podemos considerar a força da mola 2, proporcional e inversa nos dois blocos, causando uma aceleração bem superior no Bloco 2.

Figura 03: Configuração do primeiro caso (fonte: Autor)

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Já ao definir M2&gt;&gt;M1 e deslocando o bloco 1 em Δx, encontramos algo parecido, porém o bloco 2 se apresentará inerte. Desta vez, o bloco 1 reage a força das 2 molas iguais e aparentemente conectadas a 'paredes' (corpos fixos), assim as forças se somam e a aceleração máxima dobra em comparação ao caso anterior.

Figura 04: Configuração do segundo caso (fonte: Autor)

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Manipulando K1&gt;&gt;K2, com as massas iguais, ao mover somente o bloco 2 em Δx a consequência é a mesma que o primeiro caso, porém o motivo diverge. Quanto maior é a constante elástica da mola, maior será sua resistência à deformação, logo, como temos uma força por deformação particularmente baixa na mola 2, a deformação na mola 1 é indiferente e a dinâmica não surtirá efeito no bloco 1, assim, formando basicamente um sistema massa-mola comum (mola 2-bloco 2).

Figura 05: Configuração do terceiro caso (fonte: Autor)

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No último caso deixaremos K2&gt;&gt;K1 e, desta vez, os dois blocos terão a mesma variação Δx das posições de equilíbrio deixando a mola 2 relaxada. Encontramos aqui uma oscilação conjunta, pois, quanto maior sua constante elástica, mais a mola será rígida, formando um sistema no qual o único efeito será da primeira mola e que a massa que estamos trabalhando será a soma das duas massas.

Figura 06: Configuração do quarto caso (fonte: Autor)

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Com base na elaboração desta proposta, pode-se perceber que esse modelo é uma das várias formas que o software Algodoo permite elaborar, discutir e compreender fenômenos naturais. Pela versatilidade do programa, é possível elaborar sistemas do simples ao complexo sem muita dificuldade, permitindo-nos plotar

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gráficos 2d automaticamente - podendo escolher as variáveis -, aumentar ou diminuir propriedades físicas do sistema, desde forças dissipativas e gravidade até reflexão e refração para modelos de óptica, que proporciona uma vasta gama de possibilidades.

Ao modelo, propomos utilizar como papel investigativo, para que os estudantes, seguindo os passos com auxílio do professor, idealizem os conteúdos estudados analisando a dinâmica. Além disso, poderíamos utilizar para analisar as concepções prévias dos estudantes ou revisar boa parte dos conceitos da mecânica, para mais, há a possibilidade de iniciar o estudo de oscilações por meio dessa revisão. Com a viabilidade que o Algodoo nos oferece, consideramos que a modelação apresentada permite que diferentes docentes, do ensino básico ou superior, tenham a autonomia em conduzir a atividade da maneira que lhe for apropriada, construindo conhecimento diante de uma percepção lúdica que contribua na aprendizagem.

## Referências

ARAUJO, Elaine V. F; VILAÇA, Márcio L. C. Sociedade conectada: tecnologia, cidadania e infoinclusão. In:\_\_\_\_\_\_(org.). Tecnologia, sociedade e educação na era digital. Duque de Caxias: unigranrio, 2016. p. 17 - 40. Disponivel em: http://www.pgcl.uenf.br/arquivos/tecnologia,sociedadeeeducacaonaeradigital\_01112 0181554.pdf. Acesso em: 08 mar. 2021

COSSICH NETO, M.; SCHEWERZ, R. C.; FONTES, A. S. Algodoo: algumas possibilidades de utilização no ensino de física. In: ANAIS DO ENCONTRO INTERNACIONAL DE PRODUÇÃO CIENTÍFICA , 2017. Anais eletrônicos... Campinas, Galoá, 2017. Disponível em:

&lt;https://proceedings.science/epcc/papers/algodoo%3A-algumas-possibilidades-deutilizacao-no-ensino-de-fisica&gt; Acesso em: 15 jan. 2021.

GERMANO, E. D. T. O software algodoo como material potencialmente significativo para o ensino de física : simulações e mudanças conceituais possíveis. Orientador: Marcos Cesar Danhoni Neves. 2016. 88 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciência e Tecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2016. Disponível em:

http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2490. Acesso em: 15 jan. 2021.

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