UMA ANÁLISE COMPARATIVA DO IMPACTO DO EXPERIMENTO DE BAIXO CUSTO EM UM CONTEXTO URBANO E RURAL

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## UMA ANÁLISE COMPARATIVA DO IMPACTO DO EXPERIMENTO DE BAIXO CUSTO EM UM CONTEXTO URBANO E RURAL

Larissa B. Pantoja 1 , João P. A. Ferreira 2 , Alessandra N. Braga 3 , Aline N. Braga 4 , Carlos A. B. da Silva Jr. 5 , Vicente F. P. Aleixo 6

- 1 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Física, larissabarbosaaz09@gmail.com
- 2 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Engenharia de, joao.alves.ferreira@ananindeua.ufpa.br
- 3 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Física, alessandrabg@ufpa.br
- 4 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Física, aline.braga@iemci.ufpa.br
- 5 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Física, cabsjr@ufpa.br
- 6 Universidade Federal do Pará / Campus de Ananindeua / Faculdade de Física, ferrer@ufpa.br

## Resumo

Ensinar física em ambientes urbanos e rurais exige do professor uma abordagem adaptativa e ativa, levando em consideração as realidades cotidianas dos alunos e os diversos fatores que influenciam o aprendizado. As dificuldades enfrentadas, que variam de acordo com o contexto, requerem estratégias pedagógicas específicas para garantir a assimilação eficaz dos conceitos. Sabendo que os princípios da Física, que estudam os fenômenos da natureza, estão presentes nas atividades do dia a dia em ambos os contextos, seja rural ou urbano, o presente trabalho visa desenvolver um roteiro experimental de baixo custo que relaciona o comportamento e as características das ondas estacionárias. A demonstração experimental foi aplicada aos alunos do 3º ano do ensino médio das escolas: (1) E.E.E.F.M. Mario Barbosa, localizada na área urbana de Belém/PA (capital), e (2) E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier, situada em Ipixuna/PA, no interior do estado, a 250 km da capital. A pesquisa foi de natureza descritiva e prática, com a demonstração experimental do 'Gerador de Ondas Estacionárias' seguindo a mesma sequência didática (SD) em ambas as localidades. Os resultados, de caráter qualitativo, indicaram uma assimilação efetiva dos conceitos físicos em ambos os contextos, destacando que a experimentação, quando associada aos conceitos de ondulatória e de artes por meio da música, se torna uma poderosa ferramenta de ensino e aprendizado.

Palavras-chave : Ensino de Física, Ondas Estacionárias e Acústica

## Introdução

O uso de experimentos de baixo custo para ilustrar conceitos de física tem se mostrado altamente eficaz no ambiente educacional. A técnica de criar ondas estacionárias utilizando motores de pequeno porte e barbante, por exemplo, é amplamente discutida

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

na literatura acadêmica como uma estratégia poderosa para ensinar física de forma prática e acessível (Ferreira, 2023).

Andrade et al. (2020) destacam a importância de dispositivos acessíveis que permitem aos alunos interagir diretamente com fenômenos físicos complexos. Esses experimentos não apenas tornam os conceitos abstratos mais compreensíveis, mas também promovem um aprendizado ativo e engajado. Ao manusear os equipamentos e observar diretamente os resultados das suas ações, os alunos se tornam protagonistas do processo de aprendizagem, o que aumenta significativamente sua compreensão e interesse pela disciplina (Nascimento; Uibson, 2021).

Estes dispositivos simples e econômicos, como os motores de pequeno porte e o barbante para criar ondas estacionárias, permitem que os alunos vejam em tempo real como as ondas se formam e se comportam. Essa abordagem prática facilita a internalização dos conceitos de ondas e vibrações, que são fundamentais na física, e prepara os alunos para entenderem tópicos mais avançados de maneira sólida e intuitiva (Guedes, 2015).

Braga e De França Ramos (2015) enfatizam que a construção de dispositivos experimentais simples, como o gerador de ondas estacionárias, pode aumentar significativamente o engajamento dos alunos. Assim, a visualização prática de conceitos abstratos torna a aprendizagem visível, palpável e compreensível, o que é essencial para o entendimento profundo dos princípios físicos.

A simplicidade na montagem e a eficácia do experimento são destacadas como pontos fortes neste trabalho. Esses dispositivos não apenas facilitam o ensino de conceitos complexos, mas também incentivam a participação ativa dos alunos, que se envolvem diretamente na construção e na observação dos fenômenos físicos (Andrade et al , 2020). Essa abordagem prática permite que os alunos vejam como as ondas estacionárias se formam e se comportam, o que solidifica sua compreensão de maneira que métodos teóricos muitas vezes não conseguem alcançar.

Além disso, a acessibilidade desses experimentos torna possível sua implementação em uma variedade de contextos educacionais, independentemente das limitações de recursos locais, garantindo que mais alunos possam se beneficiar de uma educação em física de qualidade.

Mendes Júnior (2020) reforça a relevância de utilizar motores de pequeno porte e componentes eletrônicos simples na montagem de sistemas vibrantes que ilustram claramente os conceitos de ondas estacionárias. Ele destaca que esses sistemas são eficazes para proporcionar uma compreensão visual e prática dos fenômenos físicos envolvidos. Além disso, a importância de garantir conexões elétricas seguras e estáveis durante a montagem desses dispositivos é crucial para evitar falhas durante o experimento e para assegurar que os dados obtidos sejam precisos e confiáveis. A segurança elétrica e a integridade do experimento são fatores essenciais para o sucesso da atividade e obtenção de resultados com fins pedagógico e científico. Esses cuidados garantem que os alunos foquem no aprendizado dos conceitos físicos sem interrupções ou problemas técnicos, tornando o experimento mais eficaz e educativo.

A inovação no uso de sensores e tecnologias digitais para melhorar a precisão e a análise dos experimentos de ondas estacionárias tem ganhado destaque na literatura acadêmica. Moreira (2021) discute a integração de sensores de pressão e câmeras

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de alta velocidade nesses experimentos, permitindo a captura de dados detalhados sobre as ondas geradas.

Esses dispositivos oferecem uma análise mais profunda e precisa das características das ondas estacionárias, como a amplitude, a frequência e os padrões de interferência. A utilização de sensores de pressão possibilita a medição exata das variações nas ondas, enquanto as câmeras de alta velocidade capturam o movimento das ondas em tempo real, proporcionando uma visualização clara e detalhada dos fenômenos.

Essa integração de tecnologias digitais não só aprimora a precisão dos experimentos, mas também promove um entendimento mais robusto e sofisticado dos conceitos de ondas estacionárias. Os dados obtidos através desses dispositivos permitem aos alunos e pesquisadores analisar os fenômenos com maior rigor científico, tornando o aprendizado mais rico e contribuindo para avanços no ensino e pesquisa em física (Barbosa et al , 2020).

O objetivo deste trabalho foi elaborar um roteiro de um experimento de baixo custo chamado de "Gerador de Ondas Estacionárias" para o ensino de física, centrado nos conceitos da ondulatória, e aplicá-lo com alunos da E.E.E.F.M. Mario Barbosa, localizada na Terra Firme, região urbana de Belém/PA e E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier, em Ipixuna/PA, localizada a 250 km da capital Belém/PA. Vale enfatizar que, a maioria dos alunos da E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier residem no campo (zona rural), mas tiveram a oportunidade de confeccionar e realizar a demonstração experimental. No entanto, os alunos da E.E.E.F.M. Mario Barbosa confeccionaram no Laboratório de Física, do Campus de Ananindeua, da Universidade Federal do Pará, e os alunos da E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier confeccionaram em sua referida escola. Esse roteiro, ao ser aplicado em locais distintos, teve como finalidade despertar o interesse dos alunos em realidades e ambientes diferentes na busca incansável pelo conhecimento científico para melhorar a compreensão dos conceitos físicos e promover o engajamento nas disciplinas de física e matemática, tornando o aprendizado mais acessível e significativo. A comparação entre os resultados obtidos nas duas escolas permitiu avaliar como o contexto socioeconômico e geográfico pode influenciar na eficácia do ensino experimental de física. Ao adaptar o ensino para diferentes realidades, o trabalho busca ensinar, informar e inspirar os alunos a enxergarem a Física como uma área acessível e atrativa, independentemente de suas origens.

## Materiais e Métodos

- O "Gerador de Ondas Estacionárias" é uma demonstração experimental que tem como objetivo ilustrar os conceitos de ondulatória de maneira prática e acessível. Esta demonstração experimental tem se mostrado altamente eficaz em ambientes educacionais, principalmente nas aulas de física, ao proporcionar uma demonstração visual e concreta da propagação de ondas (Andrade et al , 2020).

A técnica utiliza motores de pequeno porte e barbante para criar ondas estacionárias, o que torna o conceito abstrato mais tangível para os alunos. Além disso, sua simplicidade torna a demonstração experimental atrativa e viável em diversos contextos, como escolas com poucos recursos. A demonstração experimental possui simples montagem e é particularmente interessante por sua aplicação na acústica,

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possibilitando a conexão entre os conceitos de física e música, o que pode ampliar o interesse e a compreensão dos alunos em ambas as áreas.

Dessa forma os materiais utilizados para a montagem do "Gerador de Ondas Estacionárias" são: dois motores de pequeno porte; fita adesiva; fita isolante; fios de cobre; barbante; 2 pilhas; um suporte conforme representando na Figura 01.

Materiais para demonstração experimental do "Gerador de Ondas Estacionárias".

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Figura 01: Fonte: Próprios Autores.

Os procedimentos para realizar a confecção e demonstração experimental, ver Figura 02:

Figura 02: Demonstração experimental do "Gerador de Ondas Estacionárias".

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Fonte: Próprios Autores.

- 1. Preparação dos Motores: Os motores, comprados em uma loja de eletrônica, foram conectados aos cabos de cobre, garantindo uma ligação segura e estável. O primeiro motor foi ligado de forma que sua saída (+) e entrada (-) fossem conectadas às correspondentes saídas e entradas da pilha. Essa configuração permite que o motor funcione corretamente e gere as vibrações necessárias para a criação das ondas estacionárias.
- 2. Conexão do Barbante: Um pedaço de barbante de aproximadamente 30 cm foi amarrado nas extremidades dos motores. Para evitar que o fio se solte devido à alta velocidade de rotação dos motores, um pequeno pedaço de fita adesiva foi colocado nas extremidades do barbante para manter ele firme e não se desprenda durante a demonstração experimental.
- 3. Montagem do Suporte: Montagem do Suporte: Para construção foi usados pedaços de MDF com comprimento de 40cm x 10cm de largura usados para a base do

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experimento, seguida utilizou-se também dois pedaços de MDF de 18cm x 4cm que foram usados para a construção de dois suportes verticais paralelos, ambos suportes constituíam dois motores cada, possuía também um encaixe entre a base e os suportes que possibilitava mais mobilidade e permitindo ajustes na configuração da demonstração experimental, como mostra a figura 02. Este suporte facilita a modificação das ondas, alterando a tensão do barbante e a distância entre os motores. A mobilidade do suporte é crucial para explorar diferentes modos de vibração e formar ondas estacionárias visíveis.

A aplicação da demonstração experimental foi realizada com alunos do 3º ano do ensino médio em duas localidades distintas. Em ambas as situações, foram organizados grupos de quatro estudantes, quantidade que consideramos ideal para assegurar a participação efetiva de todos na montagem do experimento. No primeiro momento, a demonstração experimental ocorreu no Laboratório de Física do campus de Ananindeua da Universidade Federal do Pará, com alunos da E.E.E.F.M. Mario Barbosa, localizada em Belém/PA. No segundo momento, a atividade foi realizada na E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier, em Ipixuna/PA, a 250 km da capital.

A sequência didática (SD) seguiu o mesmo formato em ambas as localidades. Inicialmente, os conceitos de ondas estacionárias foram explicados, abordando suas características como amplitude, frequência, períodos e modos de vibração. Para facilitar a compreensão dos alunos, foi feito um comparativo com a acústica, utilizando exemplos de instrumentos musicais (como o violão que é um exemplo de ondas estacionarias produzidas em uma corda com as duas extremidades fixas) e músicas regionais, como o "brega raiz" e o 'carimbó'. A escolha de sons regionais no experimento foi feita para que o conteúdo se aproximasse da realidade do aluno (cultura local), contextualizado a Física (Moreira; Romeu, 2019).

Em seguida, foi realizada a montagem do "Gerador de Ondas Estacionárias" na presença dos alunos, demonstrando seu funcionamento e os conceitos envolvidos, ver Figura 3 (a-b). Depois, foi entregue um roteiro detalhado para um grupo de quatro alunos, com as instruções necessárias para que, no dia seguinte, trouxessem seus próprios protótipos montados, dos quais foram replicados em casa. Esse processo permitiu que os alunos aplicassem o conhecimento adquirido de forma prática, promovendo maior engajamento e entendimento dos conceitos físicos abordados.

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Figura 03: Apresentação da demonstração experimental do "Gerador de Ondas Estacionárias" para os alunos da a) E.E.E.F.M. Mario Barbosa - Belém/PA e b) E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier - Ipixuna/PA.

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Fonte: Próprios Autores.

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## Resultados e Discussões

Com os motores ligados e o barbante tensionado, as vibrações geradas pelos motores se propagam ao longo do barbante. Ajustando a frequência dos motores, é possível observar diferentes padrões de ondas estacionárias, o que ilustra claramente os conceitos de nós (pontos de mínima vibração) e ventres (pontos de máxima vibração). A demonstração experimental fornece uma visualização prática do comportamento das ondas em um meio vibrante, permitindo que os alunos compreendam de forma concreta a propagação e interferência das ondas.

Como destacado por Andrade et al. (2020), essa abordagem é uma ferramenta eficaz no ensino de acústica e física das ondas. Ao visualizar diretamente os padrões de ondas estacionárias, os alunos podem fazer conexões entre teoria e prática, o que facilita o entendimento de conceitos como frequência, comprimento de onda e ressonância. A simplicidade do experimento, combinado com sua capacidade de ilustrar fenômenos físicos complexos, o torna ideal para ambientes educacionais, tanto em aulas de física quanto de música.

Pode-se perceber que a demonstração experimental do "Gerador de Ondas Estacionárias" despertou a curiosidade dos alunos de maneira impactante, tanto na E.E.E.F.M. Mario Barbosa, localizada no ambiente urbano, quanto na E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier, situada no contexto rural. O mais notável, entretanto, foi o fato de que, em ambas as localidades, os alunos demonstraram um desempenho semelhante na assimilação dos conceitos apresentados.

Com a demonstração experimental, os alunos se engajavam de forma ativa, descrevendo o funcionamento do "Gerador de Ondas Estacionárias" com seus devidos conceitos físicos, como amplitude, frequência, nós e ventres. O clima descontraído e participativo demonstrou que, independentemente do ambiente ser urbano ou rural, a experimentação se mostra uma ferramenta eficaz para a assimilação dos conhecimentos científicos/físicos. Isso evidencia o poder transformador da prática experimental no ensino de física, promovendo um aprendizado significativo e contextualizado para os alunos, independentemente de suas origens ou realidades locais.

Vale enfatizar que os professores das referidas escolas ficaram responsáveis por testar e avaliar, no dia seguinte, a montagem individual do 'Gerador de Ondas Estacionárias' pelos alunos em suas próprias residências. O aspecto mais satisfatório desse processo foi o relato dos professores sobre a efetividade dos alunos em reproduzir o experimento, demonstrando sua capacidade de aplicar o conhecimento adquirido.

A demonstração experimental, por utilizar materiais simples e acessíveis, permitiu que os alunos adaptassem os componentes conforme a disponibilidade em suas casas. Por exemplo, ao invés de usar barbante, alguns alunos utilizaram fio de nylon, e em vez de bases mais complexas, optaram por arames ou até copos. Essa flexibilidade não só reforça a praticidade e a viabilidade da demonstração experimental em diferentes contextos, mas também evidencia a criatividade e o engajamento dos alunos, que conseguiram encontrar soluções alternativas sem comprometer o entendimento dos conceitos físicos envolvidos.

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## Considerações Finais

Em síntese, os resultados indicaram que a maioria dos alunos conseguiu assimilar os conceitos de ondas mecânicas e sonoras de maneira prática e eficaz. Durante a demonstração experimental do "Gerador de Ondas Estacionárias", os alunos demonstraram grande interesse e engajamento, o que evidenciou o impacto positivo da experimentação no processo de aprendizagem (Sales et al , 2019).

A interação prática proporcionada pela a demonstração experimental permitiu uma visualização clara dos fenômenos físicos, como a propagação de ondas e a formação de nós e ventres. Isso reforçou a teoria aprendida em sala de aula, facilitando a compreensão de conceitos abstratos de maneira mais concreta e acessível. Esse resultado reforça o valor da experimentação como uma ferramenta essencial no ensino de física, promovendo não apenas a compreensão teórica, mas também o envolvimento ativo dos alunos no processo de aprendizado.

- O experimento de baixo custo foi aplicado em duas localidades bastante distintas, urbana e rural, com a participação de alunos do 3º ano do ensino médio. O que se observou em ambas as localidades foi um alto nível de engajamento por parte dos alunos durante as apresentações. Esse engajamento ficou evidente pela ativa participação e pelas perguntas feitas ao longo da demonstração experimental.

A utilização de músicas locais e elementos visuais tornou o aprendizado mais atraente e dinâmico, conectando os conceitos de física com a realidade cultural dos alunos. Além disso, a simplicidade dos materiais e a facilidade de montagem dos experimentos garantiram sua replicabilidade em diversos contextos educacionais, mesmo em situações de limitação de recursos. Isso demonstrou que, com criatividade e materiais acessíveis, é possível proporcionar uma experiência educacional enriquecedora e eficaz em diferentes cenários.

## Agradecimentos

A PROEX/UFPA e PROEG/UFPA pelo aporte financeiro. À direção, professores e alunos do 3° ano da E.E.E.F.M. Mario Barbosa e E.E.E.M. Irmã Agnes Vincquier por toda colaboração fornecida.

## Referências

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