EXPERIMENTO AUTOMÁTICO DO COEFICIENTE DE ATRITO ESTÁTICO COMO FERRAMENTA DIDÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA

## EXPERIMENTO AUTOMÁTICO DO COEFICIENTE DE ATRITO ESTÁTICO COMO FERRAMENTA DIDÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA

## Deymes Aguiar 1 , Lucas Izídio 2 , Noemy Carvalho 3

1 IFPI Campus Parnaíba, deymes@ifpi.edu.br

- 2 IFPI Campus Parnaíba, lucasizidio@ifpi.edu.br

3 IFPI Campus Parnaíba, noemyalves8@gmail.com

Palavras-chave

: Atrito; Ensino; Experimento

## Resumo expandido

- O uso de experimentos no ensino de Física sempre foi um ponto de grande relevância para discussões no processo de ensino e aprendizagem, propor meios de mostrar na prática os assuntos vistos em sala de aula é o desejo de alunos e professores que procuram levar para as escolas uma disciplina menos abstrata, mais prática e que possibilite um aprendizado empírico, proporcionando assim uma aprendizagem significativa e mais útil até para o cotidiano do discente [1]. Para o educador e escritor brasileiro Paulo Freire, ' Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua própria produção ou a sua construção .'[2], ou seja, infere-se que proporcionar as ferramentas adequadas e construir uma orientação baseada na troca de ideias é uma vertente educacional que pode possibilitar um aprendizado mais autônomo e eficaz, que desperte um maior interesse por parte dos alunos, diferente do que vem sendo utilizado atualmente na maioria das escolas brasileiras. Muitas escolas não possuem laboratório de Física, logo, em grande parte das vezes os alunos se encontram desprovidos de práticas experimentais. Um dos principais fatores que contribui para esse descaso educacional é a falta de financiamento para aquisição de materiais, e instrumentos experimentais para ensino de Física.
- O uso de ferramentas tecnológicas Open Source como o Arduino proporcionou uma democratização das tecnologias digitais, tornando-as mais acessíveis para alunos e professores. Essa democratização abrange desde facilidade de uso, manuseio, liberdade criativa, até o baixo custo dos materiais como sensores, atuadores, entre outros. A tecnologia é uma ferramenta de suma importância para a jornada educacional, ela visa facilitar e contribuir para o êxito dos alunos e professores durante essa caminhada em busca de conhecimento [3, 4].
- O presente trabalho demonstra o desenvolvimento e os testes de um experimento automático de baixo custo para determinação do coeficiente de atrito estático. Para essa experiência utiliza-se um instrumento feito em uma impressora 3D, composto por sensores e atuadores interligados a um microcontrolador Arduino. O experimento foi inicialmente projetado em uma modelagem 3D onde seu objetivo é que através da inclinação de uma rampa automatizada com um servo motor e um

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

sensor de refletância, seja possível determinar o ângulo máximo para que um objeto comece a deslizar. Com o valor do ângulo de inclinação, enviando os dados para o Arduino é possível determinar o coeficiente de atrito estático entre a superfície da rampa e do objeto, a partir do cálculo da tangente do ângulo de inclinação da rampa, informando o valor na tela LCD.

A figura 01 abaixo mostra o esquema elétrico da montagem do experimento.

Figura 01: Montagem do circuito.

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Através deste experimento foi possível demonstrar na prática os conceitos físicos relacionados ao conteúdo de atrito estático, como por exemplo o que ocorre de acordo com a diferença dos tipos de superfície de contato em que o objeto se encontra, além da relação entre o ângulo de inclinação e o coeficiente de atrito estático máximo e a independência da massa e peso do objeto na aferição do coeficiente de atrito estático máximo. A figura 2 mostra o experimento impresso com a programação e o circuito.

Figura 02: Experimento de coeficiente de atrito estático

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De acordo com [5] a força de atrito máxima 𝐹 𝑒 para que ocorra o movimento de um objeto é diretamente proporcional à força normal entre as superfícies de contato, conforme a equação (1).

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O coeficiente de atrito estático depende de características da superfície de contato, não dependendo da área de contato.

Para ser possível realizar a análise e a coleta de dados, foi desenvolvido uma rampa automática que determina o valor máximo do ângulo em que o objeto sai de seu estado de repouso. O servo motor é responsável por subir a rampa até que o objeto entre em movimento. Quando isso acontece, o servo motor deixa de aumentar o ângulo de inclinação da rampa, pois um sensor de presença não mais detecta o objeto, automaticamente desligando e informando o ângulo da inclinação. O Arduino recebe estas informações e revela o coeficiente de atrito estático máximo do objeto com a superfície da rampa que corresponde à tangente do ângulo.

Para fazer o teste de diferentes superfícies sobre a rampa foi utilizado uma pequena caixa impressa em 3D com um orifício para que fosse possível adicionar moedas para poder variar o peso com a mesma superfície de contato. A figura 03 mostra o bloco impresso com moedas inseridas.

Figura 03: Bloco com moedas inseridas.

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Foi possível verificar a independência da área sobre a determinação do coeficiente de atrito estático. Para isso, foi utilizado um objeto em forma de paralelepípedo que possui áreas com dimensões distintas, é possível observar através da mudança de área que os valores ficaram próximos da margem de erro do experimento. Cada posição do bloco sobre a rampa foi feita 5 (cinco) medidas e tirado a média aritmética, sendo mostradas nas tabelas 01 e 02 a superfície maior (base do paralelepípedo) e da lateral do bloco feito com a impressora 3D.

Tabela 01: Medidas de diferentes massas - área da base

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Tabela 02: Medidas de diferentes massas - área lateral

- O experimento mostrou-se um instrumento didático bastante interessante para abordar nas práticas os conceitos de Física sobre o atrito estático, foi observado que o experimento possui uma margem de erro nas medidas, possivelmente ocasionado que a superfície do material impresso em 3D não ser uniforme, nas medidas houve uma variação de 1 grau para mais ou para menos no ângulo de inclinação, porém, esses erros não compromete a aplicação experimental desse material desenvolvido.

## Referências

[1] DOMÍNGUEZ, Manuel et al. Mejorando una práctica del laboratorio docente de Física mediante el uso de Arduino y de sensores de bajo coste.

[2] FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia : saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz e Terra, 2004

- [3] JÚNIOR, Antônio de Lisboa Coutinho et al. Uma proposta experimental de

eletricidade com o uso da placa de prototipagem Arduino para o ensino de física. Research, Society and Development , v. 10, n. 2, p. e11110212302-

e11110212302, 2021.

- [4] MARTINS, Nathan Rabelo; CORDEIRO, Ricardo; DE OLIVEIRA LOUREIRO, Marcos Paulo. UM PROGRAMA EM PYTHON PARA EXPERIMENTOS DE FÍSICA AUTOMATIZADOS COM O ARDUINO.

[5] NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1) . Editora Blucher, 2013.

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