O ensino de Física na formação de profissionais da área de Ciências Aeronáuticas

## O ENSINO DE FÍSICA NA FORMAÇÃO DE PROFISSIONAIS DA ÁREA DE CIÊNCIAS AERONÁUTICAS THE LEARN OF PHYSICS IN THE FORMATION OF PROFESSIONALS OF THE AREA OF AERONAUTICAL SCIENCES

* Neusa M. P. Battaglini , Thiago C. Sobral , Carlos A. F. Pintão , 1 2 3 Momotaro Imaizumi 4 , Paulo de Freitas , Edson Ki. Y. Mitsuya 5 6

- 1 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho'(Unesp) - Campus de Bauru/ Faculdade de Ciências/ Departamento de Física, neusapb@fc.unesp.br
- 2 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho'(Unesp) - Campus de Bauru/ Faculdade de Ciências/ Departamento de Física, neusapb@fc.unesp.br
- 3 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho'(Unesp) - Campus de Bauru/ Faculdade de Ciências/ Departamento de Física, fonzar@fc.unesp.br

Palavras-chave:

ensino, física, aeronáutica

## Justificativa e objetivos

O ensino de Física faz parte do plano de estudos do curso de Ciências Aeronáuticas e tem como objetivo apresentar aos futuros profissionais princípios e conceitos da Física que lhes permitam a compreensão dos fenômenos envolvidos na sua área de atuação. As disciplinas teóricas e experimentais abrangem as áreas: Mecânica, Acústica, Termologia, Eletricidade e Óptica. Essas disciplinas revêem áreas da Física já desenvolvidas no ensino médio, mas requerem temas específicos e que sejam integrados à formação desses profissionais. Por exemplo, para sua compreensão do fenômeno de "flutter", que pode contribuir para provocar acidentes mortais, necessita-se do conhecimento do fenômeno da ressonância.

Este estudo, desenvolvido em conjunto com docentes do curso de Ciências Aeronáuticas, teve como objetivo elaborar material didático abordando conteúdos específicos dessa área a partir de situações reais que envolvam conhecimentos de Física.

## Marco teórico

A manobra de um avião, como o lançamento de carga em pleno vôo tem como conseqüência uma variação na distribuição de sua massa que mudará o valor de sua inércia de rotação, assim como seu centro de gravidade. O momento de inércia e a variação do centro de gravidade influenciam diretamente no cálculo do coeficiente de sustentação do avião. O fenômeno denominado de 'flutter' em aviões ou planadores é um caso particular que pode ser estudado analisando o comportamento do sistema mecânico massa-mola-amortecedor. (Homa,1999)

As atividades experimentais segundo Ferreira (1990) podem ser abordadas de diversas maneiras. No Laboratório Tradicional, o professor oferece aos alunos um roteiro com etapas a serem seguidas e tem como objetivo o desenvolvimento de habilidades para o manuseio de equipamentos, obtenção e análise de dados para verificação de leis ou fenômenos direcionando a uma conclusão específica.

## Metodologia e Análise da pesquisa

Inicialmente foram realizados encontros com os docentes que ministram as disciplinas específicas do curso para identificar os conceitos de Física necessários às atividades dos pilotos de aeronaves. A partir da análise dos planos de ensino e das discussões com os docentes do curso foi proposto que os conteúdos das disciplinas de Física fossem desenvolvidos em sala de aula com resolução de problemas e em atividades experimentais específicos da área.

Para as atividades experimentais foram elaborados textos e roteiros de experimentos. Foram realizadas duas atividades experimentais. A primeira atividade determinou-se a medida do momento de inércia, utilizando-se um pêndulo bifilar como calculado por Chay (2008) para a compreensão da estabilidade da aeronave. O pêndulo bifilar é constituído por uma barra homogênea suspensa por dois fios de mesmo comprimento e eqüidistantes do centro de gravidade da barra. Quando a barra gira de um pequeno ângulo o pêndulo efetua um movimento harmônico de período:

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onde:

J é o momento de inércia do sistema a ser determinado, kg/m 2 ,

T é período e oscilação, s ,

M é a massa do sistema,

R é a distancia entre os fios e

L é o comprimento dos fio.

Foi montado um pêndulo bifilar e os dados do período de oscilação foram obtidos girando o sistema de um pequeno ângulo e marcando o tempo para 5 oscilações. Usando a Equação 1 calculou-se o momento de inércia. Nesta atividade desenvolveu-se o conceito de momento de inércia, característica que descreve como a massa está distribuída ao redor do eixo de rotação e indica a resistência que o corpo oferece às mudanças no movimento de rotação em torno de um eixo (Sears, 2003).

Na segunda atividade foi analisado o comportamento de um sistema mecânico massa - mola - amortecedor para explicar o fenômeno de "flutter". O sistema mecânico foi colocado para vibrar segurando com a mão uma das

extremidades da mola e movimentando-a para cima e para baixo. Após algum tempo a amplitude de vibração diminuiu devido à ação do atrito, isto é a vibração foi amortecida. Para manter o sistema vibrando continuou balançando a mão. Aumentando gradualmente a freqüência do balanço da mão a amplitude do movimento do sistema foi aumentada gradativamente até um valor máximo. Nesse instante atingiu-se a ressonância. Nesse experimento, verificou-se que variando a freqüência da oscilação externa, atinge-se uma situação, chamada de ressonância, em que as oscilações do sistema são ampliadas ao máximo (Sears, 2004). Este comportamento natural de um sistema é geral e como exemplo temos o "flutter" em aviões ou planadores que é um caso particular do fenômeno vibratório geral.

## Conclusões

A abordagem desses conceitos físicos em situações que serão encontradas pelos alunos como profissionais em exercícios pode contribuir significativamente no processo ensino-aprendizagem. Há melhor compreensão dos fenômenos reais o que ajudará na decisão para evitar acidentes dentro de suas atividades.

## Referências

CHAY. P. Y . Moment of inertia measurement for propulsion. Disponível em &lt;http://www.aem.umn.edu/~uav/repository/export/miprop.pdf&gt;. Acesso em 05 set. 2008.

FERREIRA, N. C . Proposta de Laboratório para a Escola Brasileira : Ensaio sobre a Instrumentação no Ensino Médio da Física. Edição Preliminar - IFUSP. P 143-156. 1990

SEARS E ZEMASKY . Física I - Mecânica - 10ª Edição. São Paulo: Addison Wesley, 2003

SEARS E ZEMASKY . Física II - Termodinâmica e Ondas - 10ª Edição. São Paulo: Addison Wesley, 2003.

HOMA, JORGE M . - aerodinâmica e Teoria de Vôo. São Paulo: Asa e Dições e Artes Gráficas Ltda. 1999.