MODELO EXPERIMENTAL COM ARDUINO PARA UTILIZAÇÃO COMO RECURSO DIDÁTICO NO ENSINO DE CINEMÁTICA

## MODELO EXPERIMENTAL COM ARDUINO PARA UTILIZAÇÃO COMO RECURSO DIDÁTICO NO ENSINO DE CINEMÁTICA

Sandro Figueiredo 1 , Eloísa Guerra 2 , Cassio Santos 3

- 1 Instituto Federal do Amapá/Campus Santana, sandro.figueiredo@ifap.edu.br
- 2 Instituto Federal do Amapá/Campus Santana, eloisabelemg@gmail.com
- 3 Instituto Federal do Amapá/Campus Macapá, cassio.santos@ifap.edu.br

Palavras-chave : Ensino de Física; Arduino; Cinemática

## Resumo expandido

A Física é, geralmente, introduzida no primeiro ano do ensino médio com a Cinemática como o primeiro tópico abordado. No entanto, essa etapa pode ser desafiadora para os estudantes devido aos aspectos matemáticos que eles ainda não dominam. Além disso, a abordagem tradicional da Cinemática é passiva, com foco em listas de exercícios para memorização e resolução de problemas abstratos, o que resulta em um desafio no ensino da Física, conforme observado por Monteiro et al. (2022) e por Diogo e Gobara (2007).

Embora a matemática seja importante na descrição dos fenômenos físicos, não deve ser o único recurso utilizado. A experimentação desempenha um papel fundamental para que os estudantes compreendam os conceitos de forma concreta, pois a visualização traz aspectos abstratos para o mundo real. Coutinho et al (2021) explicam que o uso de tecnologias e a experimentação são essenciais no processo de ensino e aprendizagem, pois permitem que os estudantes manipulem e modifiquem as condições dos fenômenos, explorem possibilidades e descubram variáveis que não seriam acessíveis apenas com a manipulação de equações, assim o aprendizado torna-se significativo. Moreira (2000) defende que a Física requer experimentos para facilitar a visualização dos fenômenos pelos alunos.

Diante das informações mencionadas anteriormente e com o objetivo de abordar os temas Velocidade Média, Movimento Retilíneo Uniforme (MRU) e Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV) no ensino da Cinemática, este trabalho buscou desenvolver um modelo experimental didático por meio do uso da placa eletrônica Arduino. Esses conteúdos foram selecionados devido à necessidade de habilidades matemáticas por parte dos estudantes e à dificuldade de realizar experimentos em sala de aula, como por exemplo, o uso de cronômetros convencionais para medir o tempo de deslocamento de um objeto. A fase de elaboração e testes de funcionamento do protótipo experimental foi concluída e espera-se que ele seja aplicado nas turmas de primeiro ano do Ensino Médio no Instituto Federal do Amapá (IFAP) - Campus Santana que ingressarão em 2024.

A elaboração do modelo experimental consistiu, inicialmente, na produção de um cronômetro digital com diodos lasers e sensores LDR. A Figura 01 mostra a versão de teste do cronômetro, programado no Arduino com base em um projeto similar na plataforma "Brincando com Ideias". Os testes confirmaram o

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funcionamento correto dos sensores e a capacidade do programa de fornecer o tempo de deslocamento do objeto entre eles. Com a finalidade de tornar o modelo experimental mais didático, optou-se por utilizar carrinhos em miniatura para se deslocarem entre os sensores.

Figura 01: Teste de funcionamento dos sensores e da medida do tempo. Fonte: os autores.

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Para o movimento dos carrinhos, foram desenhadas pistas no software de modelagem 3D SketchUp e impressas no Laboratório Maker do IFAP - Campus Santana. Na Figura 02 é mostrado o modelo da pista utilizada, a qual contém pequenos orifícios espaçados por uma distância de 10 cm, nos quais os diodos lasers e os sensores LDR são posicionados. Os orifícios estão distribuídos ao longo do modelo para permitir que os estudantes manipulem os sensores e ajustem as distâncias dos deslocamentos, onde o tempo será medido.

Uma vez que se conhece a distância percorrida pelo carrinho entre os sensores e ao obter o tempo de movimento fornecido pela programação do Arduino, o estudante pode determinar a velocidade média do carrinho. A pista em questão possui uma extremidade elevada de onde o carrinho é abandonado a partir do repouso e inicia o deslocamento em razão da ação da gravidade. Esse mecanismo foi adotado para evitar que sejam feitos lançamentos manuais como 'empurrões', dada a dificuldade em se manter um padrão de velocidade inicial.

Figura 02: Modelo experimental finalizado. Fonte: os autores.

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Após a introdução do conceito de velocidade média por meio do modelo didático deste trabalho, os estudantes poderão compreender, também, o sentido de velocidade instantânea e distinguí-la de velocidade média . Com as definições anteriores bem embasadas, torna-se menos árduo explicar MRU e MRUV. Em suma,

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a percepção do estudante ganhará apoio de elementos visuais e manipuláveis, o que permite a assimilação de noções conceituais e suas correlações com o cotidiano.

Inicialmente, o tempo de deslocamento entre os sensores era exibido apenas no monitor serial da IDE do Arduino, e havia a necessidade do uso de um computador. Para solucionar essa questão, foi instalado um visor LCD, como demonstrado na Figura 02 . A case para acomodar o visor foi projetada e impressa em 3D no Laboratório Maker do IFAP - Campus Santana.

Com o objetivo de proporcionar um ambiente mais didático para o modelo experimental, foram adicionadas representações de pessoas, árvores e uma reta como o eixo X do sistema de coordenadas. Essa ambientação pode permitir que os estudantes compreendam de forma tangível noções como sistema de referência, origem do sistema de coordenadas, relatividade do movimento e posição de um objeto.

Apesar de ter sido projetado como um recurso didático para abordar os temas iniciais de Cinemática, este projeto possui potencial de expansão para incluir outros conteúdos, como queda livre e lançamento oblíquo. Pequenas adaptações, como o uso de suportes verticais para os sensores, podem ser confeccionadas no laboratório Maker do campus. Além disso, é possível associar o modelo a softwares de análise de movimentos, como o Tracker , que permite obter gráficos e equações de forma intuitiva a partir de vídeos de objetos em movimento. Dessa forma, percebe-se um amplo potencial didático para este trabalho.

## Referências

BRINCANDO COM IDEIAS. 1ª Mini-Aula do Projeto com Arduino, YouTube . 11 jan. 2022. Disponível em: &lt;https://youtu.be/oGadJ6yk0Es&gt;. Acesso em: 30 fev. 2023.

BRINCANDO COM IDEIAS. 2ª Mini-aula Medidor de Velocidade com programação Arduino, YouTube . 15 jan. 2022. Disponível em: &lt;https://youtu.be/1-Jj2bhsDbE&gt;. Acesso em 30 fev. 2023.

COUTINHO, A. L.; MONTEIRO, J. A.; COSTA, D. F.; SALES, G. L. 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.

DIOGO, R. C.; GOBARA, S. T. Sociedade, educação e ensino de física no Brasil: do Brasil Colônia ao fim da Era Vargas. Proceedings from Simpósio Nacional de Ensino de Física , 2007.

MONTEIRO, J. A.; VILHENA, M. F.; SILVA, F. H. S.; LUCENA, I. C. R.; COUTINHO, A. L. Arduino no Ensino de Física: uma Revisão Sistemática de Literatura de 2011 a 2021. Revista de Educação em Ciências e Matemática . v.18, n. 40, 2022. p. 177-190.

MOREIRA, M. A. Ensino de Física no Brasil: retrospectiva e perspectivas. Revista brasileira de ensino de física . São Paulo. Vol. 22, n. 1 (mar. 2000), p. 94-99, 2000.

SKETCHUP. SketchUp Make 2021. Boulder, CO: Trimble Navigation Limited , 2021.

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