SISYPHUS 7,2 5 otherarticles2 Thiago Caetano · experimentos: “Acústica” e “Hidrostática”, duas áreas contempladas com menos frequência entre os trabalhos com propostas

L A B O R A T Ó R I O R EMO T O D E F Í S I C A : UMA MON T A G EM P A R A O S

E X P E R I M E N T O S D E A C Ú S T I C A E H I D R O S T Á T I C A

TH I AGO COS TA CA E TANO [email protected]|UniversidadeFederaldeItajubá,Brasil

R E S U M O

Asatividadesexperimentaisdesempenhamumpapeldefundamentalimportâncianoensinodeciênciaseestasdeveriamserutilizadasdemaneirafrequenteemsaladeaula.Todavia,diversassãoaspesquisasqueapontaminúmeros desafios à utilização dessas atividades na escola básica, muitas delas relacionadas a questõesestruturais. Pensando isso, iniciou-se há alguns anos a construção de um laboratório didático localizado noInstitutodeFísicaeQuímicadaUniversidadeFederaldeItajubá-Brasil,cujoacervoéconstituídototalmenteporexperimentosquepodemsercontroladosàdistânciaatravésdaInternet.Nestetrabalhoapresentamosumconjunto experimental desenvolvido para este laboratório e que pode ser utilizado na realização de doisexperimentos: “Acústica” e “Hidrostática”, duas áreas que apresentam amplo potencial de investigação noensino da Física. Cada experimento é discutido separadamente abordando seus aspectos conceituais einstrumentais.Paracadacasoéfeitoumensaioexperimentaleosresultadosobtidossãoapresentadosparademonstrarcomoépossívelobterdadosdequalidadeapartirdoconjuntoemquestão.Asrespectivasinterfacesdosusuáriossãoapresentadasesuasprincipaisfunçõessãoexplicadasnestetrabalho.

P A L A V R A S - C H A V E

atividadesexperimentais;laboratórioremoto;ensinodefísica;experimentação;ensinodeciências.

S ISYPHUS

JOURNAL OF EDUCAT ION

VOLUME 7 , I S SUE 02 , 2019, PP .92-118

DOI:https://doi.org/10.25749/ s i s . 17540

LABORATÓRIOREMOTODEFÍSICA... 93

P H Y S I C S R EMO T E L A B O R A T O R Y : A K I T F O R A C O U S T I C A N D

H Y D R O S T A T I C E X P E R I M E N T S

TH I AGO COS TA CA E TANO [email protected]|UniversidadeFederaldeItajubá,Brazil

A B S T R A C T

Experimentalactivitiesplayakeyrole inscienceeducationandshouldbeusedmoreoften intheclassroom.However,thereareseveralresearchesthatpointoutnumerouschallengesforusingthoseactivitiesinschool,manyof themrelated tostructural issues.Taking this intoaccount, theconstructionofadidactic laboratorylocatedatPhysicsandChemistry Institute,FederalUniversityof Itajubá–Brazil,hasbeguna fewyearsago,whosecollectionconsistsentirelyofexperimentsthatcanberemotelycontrolledthroughtheInternet.Inthisworkwe present an experimental set developed for this laboratorymeant to be used in two experiments:"Acoustics"and"Hydrostatic",twoareasthatpresentagreatresearchpotentialinthePhysicsteaching.Eachexperiment is discussed separately addressing its conceptual and instrumental aspects. For each case anexperimentaltestismadeandtheresultsobtainedarepresentedtodemonstratehowitispossibletoobtainqualitydatafromthesetinquestion.Theuserinterfacesarepresentedandtheirmainfunctionsareexplainedinthiswork.

K E Y W O R D S

experimentalactivities;remotelaboratory;physicsteaching;experimentation;scienceteaching.

S ISYPHUS

JOURNAL OF EDUCAT ION

VOLUME 7 , I S SUE 02 , 2019, PP .92-118

DOI:https://doi.org/10.25749/ s i s . 17540

94 THIAGOCOSTACAETANO

Otherarticles

LaboratórioRemotodeFísica:UmaMontagemParaosExperimentosdeAcústicaeHidrostáticaThiagoCostaCaetano

INTRODUÇÃO

Quando o assunto é o uso de experimentação no ensino de ciências, existem algunspontosqueestãopresentesnaspesquisasdaáreademaneira recorrente,entreeles,aquelequeserefereaopapelqueasatividadesexperimentaispossuemnoprocessodeensino e as suas contribuições para a aprendizagem (Araújo& Abib, 2003; Arruda&Laburú,1998;Binsfeld&Auth,2011;Borges,2002;Delizoicov&Angotti,1994;Giordan,1999;Hodson, 1996;PinhoAlves, 2000; Sandoval&Cudmani, 1992; Seré,Coelho,&Nunes, 2003). Parece haver um consenso de que essas atividades têm caráterimprescindível no ensino, desde que sejam planejadas de forma adequada e sejamdevidamente fundamentadas pedagógica e epistemologicamente. As atividadesexperimentaisapresentamumgrandepotencialparafamiliarizarosestudantescomosmétodos da ciência, levar ao desenvolvimento do raciocínio lógico, facilitar acompreensãodeconceitosabstratos,estabelecerrelaçõesentreoconteúdodasaulasteóricaseasevidênciasexperimentais,entremuitosoutros.

Referindo-seàFísicademodoparticular,apesardoclaropotencialqueasatividadesexperimentaispossuem,ofatoéquenagrandemaioriadasvezesensina-sesegundoosmoldesdeumcursonumérico,abarrotadodefórmulasedediscussõesmatemáticasquelevamosestudantesa lidaremmais comproblemasnuméricosquecomosconceitospropriamente, semqualquerexperimentaçãoemabsoluto.Entreosprincipais fatoresapontadospelosprofessorescomojustificativaparaessecomportamentorecalcitrante,osmaisfrequentesestãorelacionadosàfaltadetempo,àestruturadaescola,aonúmeroelevadodealunosporturma,àremuneraçãoeasuaprópriaformaçãoinicial(Andrade&Massabni,2011;Kanbach,Laburú,&Silva,2005;Moreira&Axt,1991;Pena&RibeiroFilho,2009;Ramos&Rosa,2008;Zancul,2008;Zanon&Uhmann,2013),aqualsereveladeficientenesseaspecto.Oprofessorparecenãoterdomíniodelaboratórioesente-seinseguroquantoaoseupapelequantoaopapelqueaprópriaatividadepossui.

Diversas propostas de alguma forma relacionadas ao uso de atividadesexperimentaisvêmsendoapresentadasnasúltimasdécadasetêmconstituídoalgumasalternativas para os obstáculos e as dificuldades mencionadas. A título de exemplo,alguns trabalhos comoos apresentados por Bender, Sbardelotto eMagno (2004), deSouzaetal.(2011),Duarte(2012),SilvaeAssis(2012)eJesuseSasaki(2014),propõematividades que combinam materiais baratos, programas gratuitos e o uso docomputador, oferecendo assim uma possibilidade de contornar algumas dificuldadesadvindasdaescassezdematerialedeestrutura,vistoqueparaasatividadespropostasnãoénecessárianenhumaestruturalaboratorialsofisticada.NostrabalhosdeMedeiroseBezerraFilho(2000),Santos,PiassieFerreira(2004)eOstermanneRicci (2005)são


abordadas questões concernentes à formação de professores e são apresentadostambémrelatosdeatividadescomcontribuiçõesdiretasparaessaárea.

Mais recentemente, em um contexto de inúmeros avanços tecnológicos, algunstrabalhostêmchamadoaatençãoparaumapossibilidadeinteressante:ofereceracessoaexperimentosreaisatravésdaInternet(Aueretal.,2018;Canu&Duque,2015;Fidalgoetal.,2013;GOLC,2012;Lopes,2007;Oliveiraetal.,2009;Orduñaetal.,2018;Silvaetal., 2013; Zutin, 2018). São os chamados laboratórios remotos, ou laboratórios comacessoremotoaosexperimentos,ouainda,WebLabs.

Aterminologiaaindanãoestábemestabelecidapoissetratadeumrecursobastanterecenteedeusoaindamuitorestrito,e,portanto,alvodemuitasdiscussões.Defato,amaioriadoslaboratóriosassimintituladossão,naverdade,websitescontendoconjuntosde simulações, programas, ambientes colaborativos com ferramentas computacionaisintegradas,entreoutrascoisasdemesmanatureza.Nessescasosnãoháexperimentosreais que possam sermanipulados e observados à distância. Parece haver, portanto,espaço para sugerir uma convenção quanto aos termos empregados: o termolaboratórios virtuais será utilizado para se referir a esses objetos constituídosessencialmenteporprogramasdecomputadorerealidadevirtual,eotermolaboratórioremoto será empregado para se referir a laboratórios com experimentos reais quepodemsercontroladosremotamente.

O Laboratório Remoto de Física da Universidade Fedreal de Itajubá, ousimplesmentelabremoto,comoseráchamadonestetrabalho,éumdesseslaboratóriosecontématualmenteexperimentosdidáticosdeFísica1quepodemsermanipuladosàdistância e observados em tempo real com auxílio da comunicação via Internet. Seudesenvolvimento teve início no ano de 2012,mas seu crescimentomais significativopassouaocorrerapenasapartirde2015comainauguraçãodasnovasinstalaçõesdoInstitutodeFísicaeQuímica– IFQ.Excetoporalgumimpedimentodeordemtécnica,comomanutençãode rotina, os experimentosdo laboratóriopodem ser acessados aqualquer momento e de forma totalmente gratuita. Mais informações relativas aoprojeto do labremoto estão disponíveis através do websitehttps://labremoto.unifei.edu.br. Sugere-se ao leitor principalmente a leitura de seção“Apresentação”.

O focodeste trabalhoéapresentarumconjuntoexperimentalque foi construídoparaintegraroacervodestelaboratório,apartirdoqualépossívelarealizaçãodedoisexperimentos: “Acústica” e “Hidrostática”, duas áreas contempladas com menosfrequênciaentreostrabalhoscompropostasdeatividadesexperimentais(Azevedoetal.,2009)oumesmodidático-teóricas.Aapresentaçãodoconjuntoemsiéfeitaaquideformabastantesucinta,fornecendoapenasosdetalhesdesuaconstruçãoconsideradosrelevantes para que o leitor desenvolva uma noção operacional dos experimentos etambém para que seja possível algum tipo de avaliação sobre a confiabilidade e aprecisãodosdadosquesepodeobter.Nasequênciasãoapresentadososprocedimentosexperimentaisparacadaumdoscasos.Asconsideraçõesfeitasabordamquestõestantode cunho conceitual quanto instrumental. As interfaces do usuário são apresentadastambém,maisespecificamente,ospainéisdecontroledasinterfaces,considerando-sequeosdemaiselementosqueascompõemsãobastantesimpleseautoexplicativos.

1 Existeumagrandeprobabilidadedequeolaboratórioseconvertaemumlaboratórioremotodeciênciasnospróximosanos.


O LABORATÓR IO REMOTO : E STRUTURA , FUNC IONAMENTO E

POTENC IAL IDADES

Naquiloqueserefereàestruturadolaboratório,oservidorcentraleosexperimentosdisponíveisatualmenteestãosituadosnasdependênciasdoInstitutodeFísicaeQuímicadaUniversidadeFederaldeItajubá.Aformacomoseuscomponentesestãoorganizadosé mostrada esquematicamente na Figura 1. A seguir damos uma noção do seufuncionamento.

Figura1.EsquemadaestruturadolaboratórioremotodeFísica.

ConformeaFigura1,aoacessarowebsitedo laboratório,ocliente (representadonodiagramapela letraA) seconectaaoservidorcentral, representadopela letraB.Essecomputadoré responsávelpelowebsite,pelo sistemaquegerenciaosagendamentosparaousodosexperimentosepelobancodedadosdolaboratório.

ApáginaéfornecidaaoclientepeloservidorBeéconstituídadediversaslinguagens,algumas executadas no servidor (server side script) e outras na máquina do própriocliente (clientesidescript).Antesmesmodapáginaserexibida,oservidorexecutaoscódigos em PHP (Hypertext Preprocessor) e algumas requisições que precisa fazer aobancodedadosemlinguagemMySQL.ApósessaetapaapáginaestáprontaparaserenviadaaocomputadordoclientecontendoHTML(Hypertextmark-uplanguage),CSS(CascadeStyleSheet)eJavascript,quesãoresponsáveispelolayoutepelasaçõesqueirãoocorrernapáginaenquantoessaestivernocomputadordocliente.

Quando um experimento é selecionado através do site, o computador central(servidorB)enviaaoclienteapáginacorrespondente,aqualrealizaautomaticamenteaconexãocomoservidordoexperimentoescolhido(qualquerumdoscomputadoresnaregiãoCdaFigura1).OscomputadoresnaregiãoCexecutamprogramasescritosem Python que possuem duas grandes funções: a) obter a imagem das câmeras,codificá-lasetransmiti-lasaocliente.Issoéchamadostreamingdevídeoeéfeitodeforma direta. Ou seja, os dados das câmeras não passam pelo servidor central; b)conectar-se com o microcontrolador do experimento através de uma porta USB(representadopelaletraDnodiagrama,normalmenteumchipdafamíliaATMega,omesmo utilizado nas placas Arduino), permitindo que o cliente envie e recebacomandosatravésdainterfacedoexperimento.


UmdosaspectosmaisinteressantesasernotadonaregiãoCdodiagramaéofatodequeoscomputadorese,portanto,tambémosexperimentos,nãonecessitamestarno mesmo local. Repare que o computador F é um servidor dedicado a umexperimento,masnãoestánomesmolocalondeestãoosoutrostrêsservidoresdamesmaregiãododiagrama.EnquantoessestrêsúltimossecomunicamcomoservidorBpormeiodaintranet(redeinterna),ocomputadorFsecomunicaatravésdaInternet(worldwideweb),exatamentedomesmomodoqueocliente.Quandoaconexãocomo experimento ocorre, há o que chamamos de by-pass e o cliente passa a estarconectadodiretamentecomocomputadorFsemointermédiodenenhumoutro.Essaestrutura tornapossívelqueumexperimento seja construídoemqualquer lugardomundoeintegradoaoacervodolaboratórioremoto,bastandoapenasqueoendereçoIP(InternetProtocolAddress)docomputadorligadoaoexperimentosejainformadoàadministraçãodoservidorcentralB.

OutroaspectoquechamaaatençãoéquenemtodososdispositivosnaregiãoCsãocomputadoresdostiposDesktopouNotebook.Defato,apalavracomputadorespossuiaquiumsignificadomuitomaisabrangente.NodiagramadaFigura1,porexemplo,émostrado uma Raspberry Pi 2 , um minicomputador. A utilização dessa variedade dedispositivosépossívelpoisalinguagemquefoiempregadanessesservidores,Python,éumalinguagemmultiplataformas,umdosfatoresqueforamlevadosemconsideraçãonomomentodasuaescolha,alémdofatodequesetratadeumalinguagembastanteversátilegratuita.

O último elemento do diagrama, omicrocontrolador (representado pela letra D)gerencia todas as ações no experimento automatizado e também possui um códigoembutidoemsiqueempregaalinguagemC++.Aoreceberumainstruçãodoclientepormeio da interface, o microcontrolador interpreta essa instrução e coordena a açãocorrespondente.Estapodeseromovimentodeummotordepasso,deumservomotor,aleituradeumsensor,oacionamentodeumrelé,etc.Paraaexecuçãodasações,noentanto, são necessários componentes adicionais, como relés e amplificadores depotência,motivopeloqualnormalmenteénecessárioodesenvolvimentodeumcircuitoeletrônicoespecíficoparacadaexperimento.

Os experimentos do laboratório podem ser acessados gratuitamente a qualquermomentoenãoénecessáriorealizarnenhumtipodecadastro.Osacessosintempestivosestãolimitadosasessõesdecincominutos,entretanto,comoautilizaçãodesterecursoemsaladeaulasegueumalogísticadiferenciada,querequerplanejamentoantecipadoe acesso reservado em momentos determinados, owebsite oferece um sistema degestão através do qual os usuários podem realizar o agendamento para o uso dosexperimentos.Deacordocomostermosdeusodolaboratório3,paraautilizaçãodesterecursoemparticularénecessárioqueousuáriopossuaumcadastro,tambémgratuito.Ao fazê-lo, aopção “Meusagendamentos” se tornadisponívelnomenuprincipaleousuáriopodeacompanharohistóricocontendotodososagendamentosquejárealizou.

Conformeofuncionamentodolaboratório,suaestruturaegestão,percebe-sequeumdosseuspotenciaismaisnotáveisserefereàoptimizaçãodautilizaçãodosrecursos,equipamentose insumos.Aampliaçãodoacesso,queocorrecomauxílioda Internet,contribuipara reduziro tempoemqueosequipamentospermanecemociosose tempotencialparaelevaronúmerodeusuáriosdolaboratório.Talpotencialdeve-seaofato2 Ver:https://www.raspberrypi.org/3 Ver:http://labremoto.unifei.edu.br/termos


de que algumas barreiras deixam de existir, como a distância entre o usuário e olaboratórioecertasrestriçõesdeacesso,comoéocasodamaioriadasinstituiçõesdeensino em que apenas estudantes matriculados em determinados cursos possuemacessocontroladoaolaboratório,normalmenteduranteoshoráriosdasaulasesemprenoshoráriosdeexpedientedainstituição.

ComoosexperimentosdolaboratórioremotosãoautomatizadoseoacessoocorreviaInternet,nãoénecessárioquehajaumapessoapresentenolaboratórioparaprestarassistênciadurantetodootempo.Tambémnãoéprecisoqueolaboratóriopermaneçaabertoaopúblico.Épossível,portanto,quequalquerequipamentodolaboratóriosejautilizadoaqualquermomentododiaoudanoite,emqualquerdiadasemana,apartirde qualquer local com conexão à Internet. É óbvio, contudo, que dois usuários nãopodemcontrolaromesmoexperimentosimultaneamenteeporissoowebsiterealizaagestãodosacessos.Aotentaracessarumexperimentoquejáestásendoutilizadoporoutra pessoa, o usuário recebe umamensagem informando-o que o experimento seencontraocupadoequantotemporestaparaotérminodasessãoatual.

Aindatratandodaspotencialidadesdolaboratórioremoto,agoradeumpontodevistamaisglobal,aFigura2ilustradequeformapodeocorrerousocompartilhadodeequipamentosdistribuídosemdiversoslaboratórioslocalizadosemquaisquerlugaresdomundo,conferindoaolaboratórioremotoumricoacervodeexperimentos.

Figura2.Esquemailustrativoparaumarededelaboratóriosintegrantesdeumúnicograndelaboratórioremoto.

NenhumdoslaboratóriosconvencionaismostradosnaFigura2possuitantosexperimentosquantoolaboratórioremotoidealizadonafigura.Todososexperimentos,deE1atéE9,fariampartedeseuacervoealgumasrepetiçõesocorreriam,comonocasodosexperimentosE4eE9. Isso é considerado algo bom, pois, no caso de um desses experimentos estar sendoutilizadoporumusuário,haveriaumsegundodisponívelequepoderiaserutilizadosemquefossenecessárioaguardarotérminodasessãoparaoprimeiro.

Finalmente,nãosepodedeixardemencionarofatodequealgunsexperimentoscaros e/ou perigosos, poderiam se tornar acessíveis ao público sem que houvessecompromissoàsuasegurançaesemimpactofinanceiroparaosmesmos.Paradarum


simplesexemplo,oexperimentodenominado“Trilhodear”émuitocomumemcursossuperiores,naspráticasdeFísica,especialmentenaáreadeMecânica,eéutilizadoparaestudos relacionados ao deslocamento retilíneo de um corpo sem atrito. Para asinstituições escolares de nível básico, no entanto, a aquisição e manutenção de umexperimento como esse não é algo tão trivial, pois são equipamentos relativamentecaros.Osvalorestornam-seaindamaisproibitivosparaalgumasoutrasáreas,comoéocaso da Física Moderna e Contemporânea, onde são utilizados o interferômetro deMichelsoneoexperimentodeFranck-Hertz,porexemplo.

PRESSUPOSTOS EDUCAC IONA IS DO LABORATÓR IO

Aimportânciaqueasatividadesexperimentaispossuemnaaprendizagemdeconteúdosde ciências constitui o principal pressuposto do desenvolvimento das atividadesexperimentaiscontroladasremotamente.Comomencionadoanteriormente,aopiniãodeque tais atividades são essenciais no ensino é dominante. ParaRosito (2003), taisatividades favorecem a interação entre professor e aluno, proporcionando umplanejamento conjunto e o uso de estratégias de ensino que podem levar àmelhorcompreensãodosprocessosdaciência.

As atividades experimentais constituem uma via para garantir que os aspectosapontadosporHodson(1994,citadoemRosito,2003)estejampresentesnoensinodeciências, quais sejam estes: a aprendizagem de Ciências, a aprendizagem sobre anatureza das ciências e aprendizagem sobre a prática das ciências. Tais aspectosconcordamcomosprincípiosqueforamelencadosporMoraes(1993),osquaisdevemconstituirumguiaàelaboraçãodecurrículosparaoensinodeciências.Oautordestacaque o ensino nessa área deve ser interdisciplinar, voltado para questões cotidianos,envolvendo conteúdos e problemas na relação das ciências com a tecnologia esociedade,devepromoveraautonomiaeocrescimentopessoaldoaluno,entreoutros.Segundo Barberá e Valdés (1996) as atividades experimentais podem contribuir paradesenvolver o raciocínio prático do indivíduo, familiarizá-lo com o instrumentaltecnológicoefazercomquedesenvolvacompetênciastécnicas.

Entretanto, tomando-se como objetivos todos os pontos que foram indicadosanteriormente e que são almejados pelo ensino de ciências (aprendizagem sobreciências, sobre seus métodos, sua natureza, ensino interdisciplinar, que promovaautonomiadoaluno,etc.),econsiderandoaindaqueasatividadesexperimentaissejamumcaminhoparaisso,hádeseconsiderarumacomponentedesumaimportânciaparaque o ensino seja bem-sucedido: um planejamento adequado para o uso de taisatividades, em que o seu papel seja bem compreendido e sejam claras as suaspotencialidadeselimitações,oucorre-seoriscodequeousodolaboratórionãopassedemaisumaestratégiadeensinofrustrada(Villani,2003).

Borges(2002)apontaqueacrençadequeosestudantesaprendemmelhoratravésdamanipulaçãodiretadosobjetostrata-sedeumasimplificaçãogrosseira.Oimportante“não é a manipulação de objetos e artefatos concretos, e sim o envolvimentocomprometido com a busca de respostas/soluções bem articuladas para as questõescolocadas,ematividadesquepodemserpuramentedepensamento”(Borges,2002,p.


275).Nessesentido,ousodolaboratóriotidocomotradicional(Ferreira,1985;Moreira& Levandowski, 1983; Pinho Alves, 2000) tem sido desaconselhado devido ao papelpassivo do aluno no processo de ensino-aprendizagem. Ao contrário, uma boaaprendizagem tem como pressuposto uma participação ativa domesmo, demodo apermitirqueo indivíduoconstrua seupróprioconhecimento (Brooks&Brooks,1999;Harper&Hedberg,1997;Mintzes,Wandersee,&Novak,2000;Novak&Gowin,1999).Chegamosassimaosegundopressupostoeducacionalportrásdolaboratórioremoto:osexperimentoseas ferramentasdesenvolvidasnãodevem impor restriçõesao tipodemetodologiaquepodeserempregada.Defato,osexperimentosdolaboratóriosão,deumaformageral,experimentosmaiselaborados,quepermitemqueousuárioconcebao procedimento com vistas à coleta de dados, tomando-se como ponto de partidadeterminadomodeloteórico,certashipóteses.A ideiaéqueosexperimentospossamserúteisemprocessosinvestigativos,situaçõesproblematizadoras,quepermitamqueosusuáriostrabalhemcomdadosreais.Elesdevemsercapazesdefazerprevisõessobreo comportamento do sistema, saber que variáveis controlar, explicar os resultadosobservadoseidentificarasfontesdoserros.Essaéaconcepçãoquepermeiaoprojetodo laboratório remoto e explica, por exemplo, o porquêdeos usuáriosmuitas vezesprecisarem realizar leituras de instrumentos demedidas reais através da imagem decâmerasaoinvésdereceberemessasinformaçõesdiretamentenainterface,obtidaspormeioseletrônicos.

Diversas pesquisas têmmostrado que, apesar da sua reconhecida importância epotencialcontribuiçõesaoensino,asatividadesexperimentaisnãotêmsidoutilizadasnassalasdeaulapordiversasrazões,como,porexemplo:faltadeestruturalaboratorial,faltademateriais,deficiêncianaformaçãodocente,turmasexcessivamentegrandesecarga horária reduzida da disciplina (Borges, 2002; Kanbach, Laburú, & Silva, 2005;Laburú,Barros,&Kanbach,2007;Moreira&Axt,1991;Pena&RibeiroFilho,2009;Ramos& Rosa, 2008; Zancul, 2008). Como alternativa às dificuldades relacionadas maisespecificamenteàfaltademateriaisedeestruturalaboratorial,muitaspropostasvêmsendo feitas nas quais o computador assume umpapel central, fornecendo acesso asimulações, por exemplo (Amaral, Ávila, & Tarouco, 2012; Dias, Pinheiro, & Barroso,2002;Leal,Fernandes,&Leal,2009;Silva,2012).ConformeapontamMacêdo,Dickmane Andrade (2012), embora tais recursos contribuam para que o processo deaprendizagem se torne mais efetivo quando devidamente incorporados à práticadocente,éprecisoreconhecerque

umaanimaçãonãoé,jamais,umacópiafieldoreal.Todaanimação,todasimulaçãoestábaseada em uma modelagem do real. Se essa modelagem não estiver clara paraprofessores e educandos, se os limites de validade do modelo não forem tornadosexplícitos,osdanospotenciaisquepodemsercausadosportaissimulaçõessãoenormes.Taisdanostornar-se-ãoaindamaioresseomodelocontivererrosgrosseiros.(Medeiros&Medeiros,2002,p.81)

Eesseaspectoqueestápresentenassimulações,nasanimaçõesdeumaformageral,noschamaaatençãoparaumfatoimportante,qualseja:


as modernas técnicas computacionais têm tornado as representações visuais esimulaçõescomputacionaisfáceiseverdadeiramenteespetaculares.Aomesmotempo,contudo, elas têm criado uma tendência perigosa de uso exagerado de animações esimulaçõesconsiderando-ascomoalternativasaosexperimentosreais,comosetivessemomesmostatusepistemológicoeeducacional.(Medeiros&Medeiros,2002,p.80)

Oterceiropressupostodolaboratórioéconstruído,portanto,apartirdedoispontosqueestão,decertaforma,correlacionados:aexperimentaçãoremotacomoumaalternativaàs dificuldades que os docentes enfrentam na implementação de atividadesexperimentaisnoensinodeciênciaseaexperimentaçãoremotacomoumaformaderealizar experimentos reais. Com relação ao primeiro ponto é necessário umesclarecimento adicional, todavia. A experimentação remota só se tornaráverdadeiramente uma alternativa a tais dificuldades se, para além do acesso aosequipamentosdo laboratório, tambémexistiralgumtipode formação,depreparaçãopara o uso. É por essa razão que iniciativas no âmbito da formação continuada dosprofessores, especificamentenoque se refere à utilizaçãode experimentos remotos,fazem parte do projeto do laboratório remoto e devem ser abordadas em trabalhosposteriores.Osegundopontopodeparecer,àprimeiravista,umainferêncialógicadoprimeiro, mas não se trata disso e sim de uma condição de contorno aplicável aoprimeiro.Significaqueaalternativaquesebuscaencontrar,noâmbitodestetrabalho,éparaarealizaçãodeatividadesexperimentaiscomexperimentosreaisenãoqualqueralternativa.

Alguns aspectos se tornarão mais claros ao leitor nas seções seguintes, onde édescritaaconstruçãodeumconjuntoexperimentalparaolaboratório.

DESCR IÇÃO SUC INTA DO CONJUNTO EXPER IMENTAL

A Figura 3 contém um esquema do conjunto utilizado para ambos os experimentos,“Acústica”e “Hidrostática”.Ocorpoconsisteemumtubodevidro transparente comaproximadamenteummetrodecomprimentoe40mmdediâmetro.Naextremidadeinferiordotubofoiconstruídoumsistemaqueincluiumaválvulasolenoide(itemBdafigura)controladaeletronicamente,aqualregulaofluxodesaídadaágua,eumacâmarabarométrica(itemAdafigura),nointeriordaqualfoicolocadoumsensorBMP0854.AáguaélevadaatéointeriordotuboFatravésdamangueiraDapartirdoreservatórioEpormeio de uma bomba hidráulica que fica submersa. Algumas fotografias de áreasespecíficasdoesquemáticoforamutilizadasnaFigura3paramostraroaspectorealdoexperimento. Mais fotografias podem ser encontradas no endereçohttp://labremoto.unifei.edu.br/galeria.

4 Ver:https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/General/BST-BMP085-DS000-05.pdf


Figura3.Esquemademontagemdosexperimentos“Acústica”e“Hidrostática”.

Essetipodesensorfornecemedidastantodepressãoquantodetemperaturaenãofoiprojetadoparatrabalharsubmerso.Poressarazão,oprojetoeaconstruçãodacâmarabarométricaoferecemcertograudedificuldade.Excetoporumaaberturanasuaparteinferior,acâmaraprecisaestarhermeticamentefechadaparaquesejapossívelmediroaumentodapressãoprovocadapelacolunad´águanotubo.Apressãoemseuinteriortambémimpedequeoníveldaáguaseeleveosuficienteparaalcançarosensor.Comoprecauçãoadicional,aextremidade inferiordacâmaraévedadacomumamembranaimpermeávelqueimpedequeaevaporaçãonasuperfíciedolíquidosecondensesobreosensor,danificando-ocomotempo.Amembranaécolocadadetalmaneiraquesuaelasticidadenãointerfiranasmedidas.

Uma alternativa ao uso do BMP085 seria o sensor MS5803 5 que pode trabalharsubmersoeeliminaria, portanto, anecessidadedeumacâmarabarométrica,porém, seucustoéconsideravelmentemaiselevadoe,poressarazão,nãofoiempregadonesseprojeto.

NaextremidadesuperiordotuboéacopladoocomponentemostradonaFigura4,projetadoespecificamenteparaesseconjuntoexperimentaleproduzidocomauxíliodeuma impressora 3D. Sua função é auxiliar no posicionamento adequado de trêselementosdoconjunto:amangueiraparaaentradadeáguanotubo,oalto-falante(itemCdaFigura3)eosensordeintensidadesonoraKY038.Osdoisúltimossãoutilizadosnoexperimento denominado “Acústica”, apresentado com detalhes mais adiante nestetrabalho.Porora,éobastanteesclarecermosqueoprincipalpropósitodocomponente

5 Ver:https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Weather/ms5803_14ba.pdf


em questão é possibilitar a entrada de água no sistema sem introduzir qualquerobstáculonomeioemqueaondasonoraproduzidapeloalto-falanteirásepropagar.

NaFigura4,amangueiraéinseridanaaberturaindicadapelaletraA,osensordeintensidadesonoraéposicionadonoorifícioBenaaberturaCéacopladooalto-falante.

Figura4.Componenteacopladoàextremidadesuperiordotuboparaposicionaramangueira,oalto-falanteeosensordeintensidadesonora.

OprojetoCAD(ComputerAssistedDesign)docomponente,bemcomoasuaversãoparautilizaçãoemimpressoras3D,podemserbaixadosgratuitamenteatravésdoendereçohttp://labremoto.unifei.edu.br/materiais.

Oreservatório,itemEdaFigura3,podeserqualquerrecipientegrandeosuficienteparacomportarovolumedelíquidonecessárioparaencherotubo,aproximadamente1.25litros,maisovolumenecessárioparamanterabombahidráulicasubmersa.Nesseprojeto foi utilizado um balde com volume aproximado de 20 litros. A abertura foiprotegidacomfilmeplásticotransparenteparapreservarosistemalivredeimpurezaspormaistempo.Oacúmulodepartículasnaáguapodereduziravazãoatravésdaválvulasolenoide,alémdereduziraeficiênciadofuncionamentodabomba.Poressasrazõesosistematodoprecisapassarporumalimpezadetemposemtempos.

Éclaroqueaoperaçãodetodososcomponentesmencionadosesuainterfacecomo computador dependem de um circuito eletrônico que foi desenvolvido para esseconjunto.Contudo,adescriçãotécnicadessecircuitocontendodetalhesdoseuprojeto,construçãoefuncionamentoultrapassamoescopodestetrabalho,jáqueessesaspectosnão têmparticipação sejana concepção,planejamentoounaexecuçãodeatividadesdidáticasenvolvendooconjunto.

O EXPER IMENTO “H IDROSTÁT ICA”

Oexperimentointitulado“Hidrostática”éumdosexperimentosquepodemserrealizadoscomo conjuntoexperimental descritoneste trabalhoeébastante simples, consistindobasicamenteemcoletarmedidasdepressãoemfunçãodaalturadacolunad´águanotubo.


Comomencionadoanteriormente,asmedidasdepressãosãocalculadasapartirdosdadosfornecidospelosensordentrodacâmarabarométricaeaalturadacolunad´águadeveserlidapelousuáriodiretamentenaescalacomauxíliodeumacâmeramóvelqueacompanhaoníveldaáguanotubo,conformemostraaFigura5.Evidentemente,aalturadacolunad´água poderia ser obtida a partir dos dados fornecidos pelo sensor e informadadiretamente na interface do usuário, porém, isso seria contrário aos pressupostospedagógicos do laboratório remoto6, segundo os quais a leitura e a interpretação dosdados, bem como o planejamento e a execução de procedimentos experimentais, sãohabilidadesquedevemserdesenvolvidaspelosusuários.

Figura5.Imagemdotuboparcialmentecheio,comaescalamétricaposicionadaatrásdeleparaaleituradaalturadacolunad´águacomauxíliodeumacâmeramóvel.

Apartirdosdadoscoletadosecomauxíliodeumgráficoépossíveldeduzirarelação

! − !# ∝ & Eq.1

emqueP é a pressãoemumponto fixo localizadonabaseda colunad´água,P0 é apressão atmosférica no laboratório eH, a altura da coluna d´água no tubo. Pode-sereescreveramesmaequaçãointroduzindo-seumaconstantedeproporcionalidadequerepresenta o produto de ' , a densidade da água, pelo valor de g, a aceleraçãogravitacionalnolocal.Oresultadoéaexpressão

! − !# = ')& Eq.2

bastanteconhecidaatravésdoslivrosdidáticos.Notequeadensidadedaáguaéadotadacomo uma constante e isso é recomendável, do ponto de vista didático, quando oexperimento forutilizadoentreestudantesdaeducaçãobásica.Seautilizaçãoocorrecomumpúblicodoensinosuperior,poroutro lado, torna-sepropícioexploraralgunsoutros aspectos, entre eles a relação existente entre a densidade da água e a

6 Ver:http://labremoto.unifei.edu.br/apresentacao


temperaturat,aqual tambémé fornecidapelosensornacâmarabarométrica.Nessecaso,aEq.2assumiriaaseguinteforma:

! − !# = '(+))& Eq.3

CombasenosdadosfornecidosporLide(1991)obtém-sequeadensidadedaáguanointervalo entre 15 e 30 graus Celsius, compatível com a amplitude térmica anual dacidade de Itajubá,MinasGerais - Brasil, onde fica o laboratório, obedece a função aseguir,emquetéatemperaturaemgrausCelsius:

'/(kg ∙ m23) = −0.0055(+/°C)9 + 0.0157(+/°C) + 1000.1 Eq.4

A análise dessa expressão leva rapidamente à conclusão de que a variação datemperaturaéumefeitoquepodeserdesprezadonoexperimento.Esseresultadopodeser explorado pelo professor dependendo de seus objetivos pedagógicos. UmapossibilidadeseriaproporqueosestudantesobtenhamaEq.4apartirdosdados.

ÉútilesclarecermosaquialgunsaspectosrelacionadosaocálculodapressãocombasenosdadosfornecidospelosensorBMP085.Deve-seteratençãoaofatodequeaalturada colunad´águamedidapelousuáriodiretamentenaescalanão correspondeàquelaqueprovocaoaumentodepressãonacâmarabarométrica.ObserveaFigura6.

Figura6.Esquemailustrativoparademonstraroprincípioutilizadoparaocálculodapressãoemumpontofixolocalizadonabasedacolunad´água.

Àesquerdatem-seumesquemadoarranjoexperimentalnoinstanteemqueoníveldaáguaatingeopontoQ,localizadonomesmoníveldaaberturanaparteinferiordacâmarabarométrica. Considere por um instante que a câmara não seja vedada por umamembranaemsuaparteinferior.Nessecaso,noinstanteemqueaáguaatingeopontoQacâmaraéseladaeapressãonoseuinteriorcorrespondeàpressãoatmosférica,aqualnosreferiremosporP0.ApressãonacâmaraaumentaconformeaalturaHdacolunad´águanotubofazendocomqueoaremseuinteriorsecomprimaeoníveldaáguasuba


umaquantidade∆ℎ,consequentemente.Apressãomedidapelosensoremcadainstanteé,portanto,apressãoemumpontoRlocalizadonasuperfíciedaáguadentrodacâmara.Observa-sequeo sensorBMP085nãoestá localizadoexatamentenopontoR,masapressãomedidaporelepodeserconsiderada,comboaaproximação,comoapressãonesseponto,vistoqueoefeitodacolunadearabaixodosensorpodeserdesprezado.Adeterminaçãodoníveldaáguadentrodacâmaranãopodeserfeitadiretamente,poisacâmaraéopaca.Énecessário,pois,obtê-laindiretamente.

Considerando que todo o processo seja isotérmico, ao menos de maneiraaproximada,oprodutodapressãopelovolumedoardentrodacâmaradevepermanecerconstante,fornecendoaexpressão

!?@A = !#@# Eq.5

ondePSéapressãomedidaparaovolume(dear)VScorrespondente.AgrandezaVoéovolumeintrínsecodacâmara.Oformatocilíndricodamesmapermitequeaexpressãosejaescritaconvenientementedaseguinteforma:

!?ℎA = !#ℎ# Eq.6

ApressãonopontoQéasomadapressãomedidapelosensor,dadacomrelaçãoaopontoR,oqueincluiapressãoatmosférica,maisapressãoprovocadapelacolunad´águadealtura∆ℎ.Algebricamente:

!B = !A + ')∆ℎ

!B = !C + ')(ℎ# − ℎA)

SubstituindohSapartirdaEq.6,obtém-se

!B = !C + ')ℎ#(1 −DEDF) Eq.7

ParasermaisexatoénecessáriolevaremconsideraçãonaEq.7queadensidadedaáguavariacomatemperatura(Eq.4).

Os valores de T e PS são fornecidos pelo sensor na câmara barométrica e g é aaceleraçãogravitacionalnolocal,cujovaloradotadofoi9.780m ∙ s29.Nota-sequeostermosenvolvendoatemperaturafornecemvaloresrelativamentepequenos,aomenosquando se considera o intervalo correspondente à amplitude térmica no local dolaboratório. De fato, não é possível perceber diferenças significativas através de umgráfico,comoosquesãomostradosnaFigura7.

Nosgráficos,alinhapretacontínuarepresentaafunçãoH(I) = I,parafacilitaraanálise do desvio. A linha vermelha tracejada representa a pressão calculadaconsiderando-seatemperaturade20°Ceg=9.780m ∙ s29.Outrastemperaturasforamconsideradasenãohouvediferençaperceptível,porissoosresultadosnãosãoexibidosno gráfico.O gráfico inferiormostra uma região domesmo gráfico para uma análisemelhordosdetalhes.


Figura7.GráficosdapressãocalculadaatravésdaEq.8emfunçãodapressãofornecidapelosensorBMP085.

AFigura7forneceumaideiadecomoapressãomedidapelosensordiferedapressãonopontoQemfunçãodaalturadacolunad´águanotubo.Paravalorespróximosàpressãoatmosféricanolaboratório(e.g.92240Pa)(Stull,2017),nãohádiferençaalguma.Jáográficoinferiormostraqueháumdesviodeaproximadamente130Paquandoapressãosetornadaordemde1020hPa.

INTERFACE DO EXPER IMENTO “H IDROSTÁT ICA”

O experimento pode ser observado e controlado em tempo real por meio de suainterfaceon-line.Trata-sedeumrecursogratuitodisponível24horaspordia,7diasporsemana.Paraacessá-lonãoénecessáriocadastro,apenasonomeeoe-mail,parafins


acadêmicos. Fica o leitor convidado a navegar pelo website 7 do laboratório paraconhecerosexperimentosdisponíveis,bemcomooprojetodeumaformageral.Aofazê-lo, poderá notar que existem algumas características comuns entre as interfaces dousuário.Entreosprincipaiselementosqueascompõemcitam-seopaineldevídeoeopaineldecontrole.Aquiserãodispensadososcomentárioseexplicaçõescomrespeitoaopaineldevídeo,algoqueésuficientementeautoexplicativoesemespecificidades.Considera-seobastantequeo leitor acesseumdosexperimentospara compreendersuas funcionalidades e características. O painel de controle, por outro lado, possuifunçõesespecíficaspara cadaexperimentoe,poressa razão, alguns comentários sãorelevantes.

A Figura 8 mostra o painel de controle da interface on-line do experimento“Hidrostática”, que integra linguagens e técnicas de programação voltadas paraweb,como HTML, PHP, MySQL, Javascript, CSS, Ajax e Python; conforme foi mencionadoanteriormente.

Figura8.Paineldecontroledainterfacedoexperimento“Hidrostática”disponívelemhttp://labremoto.unifei.edu.br

Napartesuperiorhádoisbotõesdotiposwitch, como interruptores,umparaabrirefecharaválvulasolenoideeoutroparaoacionamentodabombahidráulica.Épormeiodestesdoiscontrolesqueousuáriopodealteraroníveldaáguadentrodotubo.Aválvulapossuiumtemporizadorqueafechaautomaticamenteumminutoapóstersidoaberta,tempo médio necessário para esvaziar o tubo. Analogamente, a bomba possui umtemporizador que a desliga automaticamente após 25 segundos de funcionamento,tempomédioparaencherotubo.Essessãomecanismosdeproteçãodoexperimento.

Nalinhaimediatamenteabaixohádoisbotõesretangulares:MedirpressãoeMediratemperatura.OprimeirorealizacemmedidasdepressãocomosensorBMP085comum intervalode1milissegundoentrecadauma.Amédiaéobtidaeapressão finalécalculada através da Eq. 8. Comomencionado anteriormente, essa pressão refere-sesempreaomesmopontoQnabasedacolunad´água.Osegundobotãoutilizaomesmosensorparadeterminaratemperaturanointeriordacâmara.Essainformaçãopodeser

7 Ver:http://labremoto.unifei.edu.br


útildependendodaabordagemescolhidapeloprofessor.As informaçõesnuméricaserespectivasunidadessãoexibidasnoprópriopaineldecontrole,comopodeservistonaFigura8.

Na parte inferior há um painel com sinais luminosos que são utilizados paratransmitiralgumainformaçãoparaousuáriodemaneiraclaraeintuitiva,normalmenterelacionada aos equipamentos utilizados no experimento. A título de exemplo, essessinais luminosos são frequentemente empregados para informar quando umequipamento está ligado ou não. Trata-se de um elemento presente nos painéis decontroledetodososexperimentosdolaboratório.

7 . O EXPER IMENTO “ACÚST ICA”

Nestaseçãoésupostoqueoleitorestejafamiliarizadocomofenômenodepropagaçãodeondassonorasemumtubo,comofenômenoderessonânciaecomosconceitosbásicosenvolvidosnoestudodaondulatória,emespecialoconceitodemodosnormaisdevibraçãoeassoluçõesparaaequaçãodeonda(Beranek,1993;Coulson,1977;Young,2008).

Umadasprincipaisabordagenspossíveisparaoexperimento“Acústica”éaquelaemque o estudante procura determinar a velocidade de propagação do som no ar. Noexperimento,oalto-falanteacopladonaextremidadesuperiordotuboproduzumaondasonora com frequência de 500 Hz, valor escolhido levando-se em consideraçãoprincipalmentedoisfatores.Primeiro,aaproximaçãodequeafrentedeondaéplana.ConformeBeranek (1993), para que essa aproximação seja válida é necessário que arazãoentreocomprimentodeondaeodiâmetrodotubonoqualelasepropagasejasuperioraumfatorseis.Adotandoovalordavelocidadedepropagaçãodosomnoarcomo340m ∙ s2J,tem-secomoresultadoumcomprimentodeondacercadedezessetevezesmaiorqueodiâmetrodotubo,satisfazendo,portanto,essacondição.

O segundo fator é o comprimento do tubo. Para frequências menores, logocomprimentos de onda maiores, existiriam poucos modos normais de vibração quepoderiam ser detectados. Isso diminuiria a confiabilidade dos resultados dadeterminação do comprimento de onda e, por conseguinte, da determinação davelocidadedepropagaçãodosomnoar.ConfiraográficomostradonaFigura10.Quantomaispontoshouver,melhoraprecisãodoscoeficientesdoajuste.

Conformea Figura9, osmodosnormaisde vibraçãoocorremparadeterminadasalturas da coluna d´água. Em um tubo fechado, esses modos correspondem aosharmônicosdeordemímpar(Young,2008,p.156),osquaisocorremparacomprimentosmúltiplosinteirosdemeiocomprimentodeonda(λ/2).NaFigura9sãomostradosostrêsprimeirosmodosnormaisdevibraçãodoexperimento.


Figura9.Trêsprimeirosmodosnormaisdevibraçãonoexperimento“Acústica”.Afiguranãoestáemescala.

Aondasonoraproduzidapeloalto-falanteagecomoumaforçapropulsoraoscilantesobreo sistema. Por construção, sua frequência é equivalente àqueladosmodosnormais devibração e observa-se, como consequência, que o sistema entra em ressonância e aintensidadedosomaumentasemprequeummodonormaldevibraçãoocorre.UmsensordeintensidadesonoraKY038,devidamentecalibradoeinseridonoorifícioBindicadonaFigura 4, logo abaixo do alto-falante, é capaz de detectar essa variação e acusá-la nainterfacedousuário.ComauxíliodaescalamostradanaFigura5,adimensãolongitudinaldoespaçoemqueaondasepropagapodeserdeterminadaeosdadossãoempregadosnadeterminaçãodavelocidadedepropagaçãodosom,comoémostradonaFigura10.

Figura10.Posiçõesmedidasparaostrêsprimeirosmodosnormaisdevibraçãoutilizandoumaondasonoracomfrequênciade500Hz.


Paraa construçãodográfico foram realizadasdiversasmedidasdasposiçõesdosmodosnormaisdevibração.Éimportantequesefaçaumaanálisedoconjuntodedadosbuscandoidentificarvalorescomerrosgrosseirospois,comosetratadeumexperimentoreal e não de uma simulação, esses erros podem ocorrer, assim como em qualquerexperimento. Na verdade, todo o cuidado que se tem com um experimento nolaboratório com relação às fontes de erros deve-se ter nesse caso. Após analisar aamostra em questão e eliminar valores discrepantes usando a variância do conjuntocomocritério,restaram15medidas.AsmédiassãomostradasnográficodaFigura10easbarrasdeerrosadotadascorrespondematrêsvezesovalordodesviopadrãodecadaamostrapós-análise.

Oajustemostradoébaseadonoqui-quadrado(Larson&Farber,2004;Pressetal.,2007; Walpole et al., 2009) e foi considerada uma função linear passandoobrigatoriamentepelaorigem.Segundoarelação

K = L9M Eq.9

ocoeficienteangulardoajustecorrespondeameiocomprimentodeonda.Avelocidadedosoméobtidamultiplicando-seλpelafrequênciadafonte.Oresultadoé

N/(m ∙ s2J) = 335.9 ± 1.8 Eq.10

O resultado é próximo dos valores apresentados na literatura (Beranek, 1993;Everest,2001;Nussenzveig,2002;Young,2008).Durantearealizaçãodacoletadedados,atemperaturanolaboratórioerade18.0℃,medidapelosensornacâmarabarométrica, e não houve variação significativa entre o início e o término doprocedimento. A partir dos dados disponíveis na literatura, infere-se que avelocidadedosomnoarédaordemde342m ∙ s2Jparaessatemperatura.Odesviorelativoentreoresultadoapresentadoeessevaloréde1.8%apenas,consideradosatisfatóriodeacordocomosobjetivosdoexperimento.

INTERFACE DO EXPER IMENTO “ACÚST ICA”

Opaineldecontroledoexperimentoserátratadonestaseção.Assimcomonocasodoexperimento“Hidrostática”,oscomentáriossobreosdemaiselementosdainterfacesãoconsideradosprescindíveis.


Figura11.Paineldecontroledainterfacedoexperimento“Acústica”.

NapartesuperiordopainelmostradonaFigura11encontram-setrêsswitches,algunsdelescom funções idênticas àquelas que foram apresentadas no caso do experimento“Hidrostática”.Oswitchàesquerdaabreoufechaaválvulasolenoideeodocentroligaoudesligaabombahidráulica.Essesdoiscontrolespermitemregularaentradaousaídadeáguadentrodotubo.Ostemporizadoresempregadosnoexperimento“Hidrostática”tambémseaplicamaquiparaproteçãodoexperimento.Oswitchàdireitaligaoudesligaoalto-falante.Infelizmenteosomnãoétransmitidoaousuáriovisandotornarotráfegodedadospelaredemaiseconômico.Espera-se,comisso,otimizarasdemaisfunções,comoatransmissãodovídeocomqualidadeecombaixalatência.Sinaisluminosossãoempregadosparamanterousuárioàpardoqueacontecenolaboratório,namedidadopossível.

Abaixo desses controles, na região intermediária do painel, há três botõesretangulares. O botão Detectar harmônico, à esquerda, é o principal controle desseexperimento.Aopressioná-lo,algumasaçõessãoexecutadassimultaneamente:i)oalto-falanteéligadoeorespectivoswitchmudadeposiçãoparaindicaraaçãoqueacabadeocorrer;ii)aválvulasolenoideéabertaeoníveldaáguacomeçaadiminuireiii)osensorde intensidade sonora inicia o procedimento de detecção dos modos normais devibração. Quando o nível da água atinge o ponto em que há a ocorrência de umharmônico,osensorde intensidadesonorarealizaadetecçãoeoprogramaordenaofechamentodaválvulasolenoideetambémdesligaoalto-falante.Ousuáriopode,então,realizar a medida da posição do nível da água. Pressionando novamente o botão, oprocedimentoérepetidoapartirdoúltimoharmônico.Obviamentequeotuboprecisaestarcheioparaadetecçãodostrêsmodosnormaisdevibraçãoe,casooníveldaáguaestejamuitobaixo,obotãoDetectarharmôniconãoteráefeitoalgum.

O botãoMedir temperatura fornece a temperatura na câmara barométrica. Deformaaproximada,pode-seconsiderarquetodoosistemaestáemequilíbriotérmico,vistoqueasvariaçõesdetemperaturaambienteocorremdeformalenta.Tambémnãohánenhumafontesignificativadecalorpróximaaoexperimento.Oúltimobotão,Obterdistância, forneceumaestimativadadistânciaentre a fonte sonorae a superfíciedaágua.O cálculo é baseado na pressãomedida pelo sensor BMP085 e trata-se de um


recursoopcional,nemsempredisponívelnopainel.Comoditoanteriormente,aideiaéqueousuáriorealizeasmedidasdeposiçãodiretamentenaescaladoexperimentoporquestõespedagógicas.Osdemaiselementosnãosãonenhumanovidade:ummostradordigital para exibir os resultados numéricos e um painel com sinais luminosos, cujasfunçõessãoasmesmasapresentadasparaocasodoexperimento“Hidrostática”.

CONS IDERAÇÕES F INA I S

Oprincipalfocodestetrabalhofoiapresentaredescreverdoisexperimentosquepodemser realizados a partir de um mesmo conjunto experimental construído para oLaboratórioRemotodeFísica8daUniversidadeFederaldeItajubá.Enfatiza-seumavezmaisquetodososexperimentosdesselaboratóriopodemsercontroladosremotamenteatravésdaInterneteobservadosemtemporeal,dediversosângulosemalgunscasos.Sejaemumcomputadorouemumdispositivoportátil9,qualquerpessoacomconexãoàInternet,emqualquerinstante,emqualquerlocaldoplaneta,poderealizaroacessoeutilizarosexperimentos!

Existeminúmeraspossibilidadesparaautilizaçãodeumexperimentoconformeaconcepçãopedagógicae a abordagemdidática. Paraosexperimentosdescritosnestetrabalho, bemcomopara asmontagensdisponíveis no laboratório remoto, de formageral, o nível de dificuldade da proposta pode variar desde simples verificações atéatividades investigativas elaboradas, parao públicoda educaçãobásica oudo ensinosuperior,oumesmoparaopúbliconãoescolar.Ficaàcargodoprofessoraconstruçãodeumplanejamentoquelhepareçamaisapropriadodeacordocomoseucontextoeseusobjetivos.

Os aspectos físico-teóricos e metodológicos tratados neste trabalho não têm apretensãodeapontarnenhumaabordagememespecífico.Oprincipalmotivopeloqualtaisaspectosforamapresentadosfoidaraoleitorinformaçõessuficientesarespeitodosexperimentos,doscuidadostomadosemsuaconstruçãoedosprocedimentosseguidoscomrelaçãoaosinstrumentosdecoletadedados,buscandodemonstrarcomoépossívelobterbonsresultadosetambémdarumaideiadoquãoricaspodemserasdiscussõesteóricas em torno de uma atividade prática com o aparato descrito neste trabalho.Evidentementequepropostasdeatividadesenvolvendoessesexperimentoseaplicaçõesdessasatividadesemdiferentescontextosescolaresserãoencaminhadasemtrabalhosposteriores.

Independentementedecomoaspropostassejamelaboradaséprecisosempreestaratentoaalgunsprincípios,nomeadamenteo fatodequeasatividadesexperimentaispodemauxiliarnacompreensãodosprocessosdaciênciaeconstituemumaviaparaqueos seguintes aspectos estejam presentes no ensino: a aprendizagem sobre ciências,aprendizagemsobreanaturezadaciência,sobreosseusmétodos.Nessesentidodeve-serecomendarqueoensaioexperimentalquefoiapresentadoaquinãoconstituaum

8 Ver:http://labremoto.unifei.edu.br9 Ver:Nota-sequeosistemaapresentaboaperformancemesmoemdispositivosmóveis,contudo,umaboaconexãocomaInternet é recomendável. Nos casos de conexões 3G, os resultados podem variar dependendo da operadora de telefonia.Recomenda-seautilizaçãodeconexão4G.


guia para o professor, mas sim que o mesmo seja uma construção dos própriosestudantes no bojo de um processo investigativo devidamente contextualizado emediadopelodocente.

Nota-sequeamontagemexperimentaldescritanestetrabalhonãoimpõeousequersugere uma sequência de procedimentos a ser seguida. Essa característica vai aoencontro dos pressupostos educacionais do laboratório, pois torna propício que odocente desenvolva um trabalho onde se promova a autonomia dos estudantes namedidaemqueestesbuscamconcebereplanejarosprocedimentosexperimentaiscomvistasàcoletadedados.Umoutroaspectopresentenosexperimentosquemereceserdestacado uma vez mais é o fato de que as medidas são fornecidas através deinstrumentos reais que devem ser lidos pelos estudantes. Isso contribui para queaumentem seu conhecimento sobre os equipamentos, conheçam e aperfeiçoem atécnica envolvidana leitura ena coletadedados edesenvolvamumanoção sobreotratamentodeerrosenvolvidosemqualquerprocessodemedida.

Para aqueles que julgarem interessante, há espaço para o compartilhamento depropostas de atividades práticas envolvendo os experimentos do laboratório remotoatravésdoseuwebsite,ondeépossívelobtermaisinformaçõessobreoassuntoesobrecomo proceder. Ressalta-se que essas propostas não precisam estar baseadasexclusivamentenosexperimentosdolaboratório(masdevemincluí-los).Pelocontrário,consonante aos pressupostos pedagógicos que alicerçam o seu desenvolvimento,preconiza-seautilizaçãodoacervoarticuladaàsmaisdiversastecnologiaseducacionaisdisponíveis, explorando-se todo um universo de estratégias didáticas e a pluralidademetodológica.

R EFERÊNC IAS

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*Received:March25,2019

Revisedversion:May17,2019

Accepted:May20,2019

Publishedonline:June29,2019

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