AUTOMATIZAÇÃO DO EXPERIMENTO MASSA-MOLA VERTICAL UTILIZANDO ARDUINO

## AUTOMATIZAÇÃO DO EXPERIMENTO MASSA-MOLA VERTICAL UTILIZANDO ARDUINO

## Leonardo Guimarães Barbosa 1 , Marcio Vinicius Corrallo 2

1 GPITEF - Grupo de Pesquisa em Inovação Tecnológica para o Ensino de Física, Graduando em licenciatura em Física, Instituto Federal de São Paulo - Campus São Paulo, leodejandira@gmail.com

- 2 GPITEF - Grupo de Pesquisa em Inovação Tecnológica para o Ensino de Física, Instituto Federal de São Paulo - Campus São Paulo, Diretoria de Ciências e Matemática/subárea - Física, corrallo@ifsp.edu.br

Palavras-chave : Experimentação; Arduino; Ensino de Física.

## Introdução

É consenso que as atividades práticas experimentais podem contribuir com o desenvolvimento de habilidades e mecanismos científicos, aproximando a realidade escolar às demandas da ciência. Entretanto, não é incomum a condução dessas práticas sob modelos rígidos e descontextualizados, ou seja, restringindo o grau de liberdade e, possivelmente, a motivação dos estudantes. Nesta conjuntura, a incorporação de elementos tecnológicos, em laboratórios didáticos de física, pode propiciar novas vertentes de compreensão, maximizando a quantidade de dados coletados, aumentando o tempo voltado à análise e elevando a qualidade das informações (HAAG; ARAUJO; VEIT, 2005, p. 70). Ademais, Barbosa e Corrallo (2020, p. 2) esclarecem que

[...] a própria característica intrínseca da evolução tecnológica traz em si uma possibilidade bastante animadora, que possa integrar as atividades práticas experimentais com estratégias pedagógicas ativas e ser, ao mesmo tempo, acessível economicamente e adequada sob a perspectiva didático-pedagógica.

No entanto, não basta apenas esperar que essa integração seja suficiente para alavancar o processo de ensino e aprendizagem. É necessário estabelecer uma relação planejada, possibilitando momentos de maior envolvimento, com a valorização de iniciativas dos estudantes na concretude de propostas experimentais, bem como o levantamento e testes de hipóteses. A partir disso, pode-se propiciar então uma reformulação do conhecimento, de modo a incentivar o estudante a assumir um papel mais ativo, relacionando e reestruturando o seu conhecimento (SILVA; CORRALLO, 2019, p. 2). Haag, Araujo e Veit (2005, p. 70) lembram que:

É preciso desmistificar o processo de aquisição automática de dados, permitindo que o aluno manipule os sensores, que faça medidas manuais, para observar o efeito de variações de grandezas físicas sobre os sensores, que trabalhe com sistemas de detecção, que explore softwares para, somente então, operar sistemas automáticos de aquisição de dados.

Evidencia-se então a necessidade de estruturar uma relação amigável entre os métodos pedagógicos experimentais e os recursos tecnológicos, de forma a possibilitar sua apropriação, bem como seus possíveis benefícios associados, tendo em vista que a acessibilidade aos recursos voltados a prototipagem permite a aderência desse ferramental ao estudo laboratorial de ciências (KUBÍNOVÁ, ŠLÉGR, 2015). Portanto, é razoável acreditar que a adoção e incorporação de sensores e placas de prototipagem, como é o caso do Arduino, podem ser uma estratégia

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plausível e adequada à automatização de coleta de dados em laboratório didático de física. Por exemplo, pode-se citar propostas envolvendo molas e determinação de grandezas relacionadas, como é o caso do trabalho de (JUNIOR; CAVALCANTE; RODRIGUES, 2013), o qual sugere a automatização de um oscilador amortecido e também o trabalho de (ÇOBAN; ÇOBAN, 2020), que apresenta a automatização do processo de determinação da constante da mola para o estudo da Lei de Hooke.

Estando em consonância com as ferramentas que ampliam o grau liberdade na condução das atividades práticas experimentais, optou-se pela automatização do experimento massa-mola vertical com o sensor ultrassônico HC-SR04 1 e a placa de prototipagem Arduino, além do desenvolvimento de uma interface de controle amigável e flexível.

## Materiais e Métodos

O processo de automatização consistiu na utilização do sensor ultrassônico HCSR-04 juntamente com uma placa de prototipagem Arduino, para a coleta de dados de um oscilador massa-mola vertical, conforme a figura 01. A placa de prototipagem Arduino possui código simples e, mesmo sendo previamente embargado, há a possibilidade de programação ativa do sensor, pelo estudante, desde que siga os padrões de saída de dados. Essa característica possibilita o uso de várias configurações para o experimento, como a utilização de molas associadas.

Figura 01: Experimento montado.

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Fonte: Os autores.

O trato de dados fica então a cargo do software previamente programado em Python, que por meio de uma interface de controle, permite ao usuário direcionar suas ações entre: a coleta e exibição de dados apenas; a importação dos dados para planilha nativa ao Microsoft Excel; ou cálculo e apresentação gráfica das energias envolvidas (potencial gravitacional, cinética, potencial elástica e mecânica). A figura 02 exemplifica o layout da interface de controle. Tanto o código fonte quanto o download do arquivo executável estão disponíveis em nossas referências.

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Figura 02: GUI - Interface.

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Fonte: Os autores.

A possibilidade de exportação para arquivo nativo ao Microsoft Excel permite usufruir do sensor ultrassônico na coleta de dados, orientando o trato das informações e a análise dos modelos matemáticos, conforme as necessidades do usuário. A figura 03 demonstra um gráfico plotado via Microsoft Excel com os dados exportados por meio da interface.

Gráfico plotado utilizando o Microsoft Excel.

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Figura 03 : Fonte: Os autores.

## Considerações

Os recursos envolvidos na automatização buscam corroborar com o pensamento computacional, integrando-o ao ensino de física. A possibilidade de programar o sensor, mesmo que opcional, possibilita uma inserção leve aos conceitos

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computacionais. Dá mesma forma, almeja-se aproximar a experimentação aplicada pedagogicamente ao padrão científico, agregando aparato tecnológico e análise de dados, mas acolhendo de forma amigável os estudantes e os professores. A partir disso, espera-se facilitar a apropriação desse ferramental, integrando beneficamente métodos pedagógicos inovadores. Cabe ainda mencionar que a implementação do experimento massa-mola vertical, com a coleta automatizada de dados, trouxe grande aceitação e motivação relatada por estudantes universitários, em regência administrada pelo segundo autor.

## Referências

BARBOSA, L. G.; CORRALLO, M. V. UMA PROPOSTA DE USO DO ARDUINO PARA AUTOMATIZAR A COLETA DE DADOS DO EXPERIMENTO MASSA-MOLA. V Congresso Internacional de Educação e Tecnologias / Encontro de Pesquisadores em Educação a Distância - CIET:EnPED, 2020, São Carlos, SP. Anais... São Carlos, SP. 2020. Disponível em:

https://cietenped.ufscar.br/submissao/index.php/2020/issue/archive. Accesso em: 16 mar 2021.

ÇOBAN, A.; ÇOBAN, N. Determining of the spring constant using Arduino. Physics Education , v. 55, n. 6, p. 065028, 2020.

JUNIOR, J. N. A., CAVALCANTE, M. A., RODRIGUES, T. T. T. OSCILADOR AMORTECIDO EM INTERFACE COM ARDUINO. XX Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF, 2013, São Paulo, SP. Anais... São Paulo, SP. 2013.

HAAG, R. ; ARAUJO, I. S. ; VEIT, E. A. Por que e como introduzir a aquisição automática de dados no laboratório didático de Física? Física na Escola , v. 6, n. 1, 2005.

KUBÍNOVÁ, Š.; ŠLÉGR, J. ChemDuino: Adapting Arduino for Low-Cost Chemical Measurements in Lecture and Laboratory. Journal of Chemical Education , v. 92, n. 10, p.1751-1753, 2015.

SILVA, I. R. S.; CORRALLO, M. V. AUTOMATIZAÇÃO DO EXPERIMENTO PÊNDULO SIMPLES PARA AULAS DE FÍSICA. IV Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus São Paulo - IV EICPOG, 2019, São Paulo, SP. Anais... São Paulo, SP, 2019.

Disponível em: https://drive.google.com/file/d/1YueqDi-

HUMYTa7ykrctOZM23QlOSLfPY/view. Acesso em: 06 mar 2021.

SONARMHS. GitHub. Disponível em:

https://github.com/leodejandira/sonarMHS. Acesso em: 06 mar 2021.

SONAR EXECUTÁVEL. Google Drive. Disponível em:

https://drive.google.com/drive/folders/1bHRQHvQ6JthfEmAmR7U5wPlPvTXcfZCr? usp=sharing. Acesso em: 11 mar 2021.

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