ISSN 2176-1396
SEQUÊNCIA DIDÁTICA SOBRE O PÊNDULO SIMPLES COMO
ORGANIZADOR PRÉVIO DOS SABERES DA ONDULATÓRIA,
ESTRUTURADA SEGUNDO OS MOMENTOS PEDAGÓGICOS DE
DELIZOICOV
Hideraldo Corbolin Guedes1 - UTFPR
Julio Cesar Muchenski2 - UTFPR
Grupo de Trabalho - Didática: Teorias, Metodologias e Práticas
Agência Financiadora: não contou com financiamento
Resumo
Conceitos de ondulatória, em geral, são ensinados para os estudantes do Ensino Médio
através do uso de desenhos de ondas transversais no quadro de giz, dificultando a visualização
de todo o movimento existente na propagação de uma onda. Além disso, as ondas
longitudinais são quase que abandonadas por completo, devido à dificuldade de representação
delas através de uma figura. Dentro deste quadro, ensinar os conceitos de período, frequência
e comprimento de onda significativamente, não é uma tarefa trivial. Desta forma, o objetivo
deste trabalho é oferecer uma proposta de sequência didática fazendo uso do laboratório
didático, simuladores PHET e editor de áudio, ancorados pela abordagem temática de Freire
(1987), sistematizada através dos três momentos pedagógicos por Delizoicov, Angotti e
Pernambuco (2002), e da aprendizagem significativa de Ausubel, Novak e Hanesian (1980).
A sequência didática parte de atividades com movimentos oscilatórios, utilizando o pêndulo
simples, que serviriam de organizadores prévios para o entendimento de período, frequência e
comprimento de onda, conceitos esses característicos da ondulatória. A partir disso,
pressupondo haver subsunçores relevantes sobre o tema no cognitivo dos estudantes,
passaríamos para a abordagem do material pedagógico relativo às ondas mecânicas em molas
e o som. A sequência didática foi estruturada conforme os momentos pedagógicos, quais
sejam: Problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento.
Na construção fez-se uso de materiais de baixo custo e de simuladores disponíveis de forma
gratuita na internet, podendo ser implementada até nas escolas que não possuem o espaço
físico próprio para o laboratório didático.
1 Mestre em Ensino de Física: Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Curitiba. Professor QPM do
Colégio Estadual do Paraná (CEP). E-mail: [email protected]. 2 Mestre em Educação, Ciência e Tecnologia pela UTFPR. Doutorando do programa PPGECT pela UTFPR.
Professor do Colégio Estadual do Paraná. E-mail: [email protected].
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Palavras-chave: Oscilações. Ondulatória. Organizadores prévios. Momentos pedagógicos.
Sequência didática.
Introdução
Nos currículos de física para o Ensino Médio (EM) é inserido o tema “ondulatória”,
que exige dos estudantes para a sua abordagem, terem alguma representação dos saberes da
física período e frequência. Com a intenção de manipular esses saberes associados com a
ondulatória, foi escolhido o laboratório didático de multimodalidade representacional
indicado por Laburú e Silva (2011), organizado com uma sequência didática (SD)
fundamentada nos três momentos pedagógicos organizados por Delizoicov, Angotti e
Pernambuco (2002), destacando a abordagem temática de Freire (1987) e a aprendizagem
significativa de Ausubel, Novak e Hanesian (1980). A SD foi composta de guia instrucional
de laboratório, apresentação em slides dos contextos e problematizações e aparatos
experimentais montados para manipulação dos saberes.
O estudo da ondulatória ressaltado nas Diretrizes Curriculares do Paraná (DCE/PR)
deverá ter início pelas ondas mecânicas, pois são passíveis de serem percebidos com maior
visibilidade no cotidiano. Apesar de concordarmos com a recomendação exposta na DCE/PR,
entendemos que mesmo para ondas mecânicas, como por exemplo, o som ou ondas
unidimensionais em molas ou cordas, pode existir um obstáculo epistemológico oriundo da
não existência de uma correspondência óbvia entre o modelo matemático e o fenômeno de
ondulatória.
Sendo assim, propomos uma série de atividades como organizadores prévios no
sentido de visualizar as oscilações em um pêndulo simples, objetivando criar subsunções
necessários para o entendimento do período, frequência. Inclusive, fazendo uso do laboratório
didático (LD) que foi composto de um aparato experimental de baixo custo e de fácil
montagem, gerador de áudio, instrumentos musicais, diapasão com caixas de ressonância e
simuladores do PHET3. Destacando que a proposta foi pautada com uma racionalidade da
utilização do LD estruturado primeiramente com uma problematização, seguido da
manipulação dos saberes período e frequência em diferentes experimentos de representação e
3 PHET - fundado em 2002 pelo Prêmio Nobel Carl Wieman, o projeto PhET Simulações Interativas da
Universidade de Colorado Boulder cria simulações interativas gratuitas de matemática e ciências. Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/. Acesso em 24/04/2017.
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colocados para serem investigados e, por fim a aplicação desses saberes em outros contextos
problematizados.
Faz-se uma correspondência entre o vai e vem do movimento de um pêndulo e a
oscilação das partículas de um meio, na tentativa de mostrar similaridade entre o movimento
de uma tábua abaixo do pêndulo e a distância percorrida pela energia durante uma oscilação
do material através do qual se propaga uma onda mecânica, procurando criar um
conhecimento prévio para o entendimento de comprimento de onda no movimento
ondulatório.
Estruturação Temática e a Aprendizagem Significativa
Entendendo que educar pressupõe diálogo entre as partes envolvidas no ato de trocar
conhecimentos para o desenvolvimento das capacidades intelectuais e morais dos indivíduos,
buscamos fazer uma intervenção pedagógica a partir daquilo na qual se possa estabelecer uma
troca de ideias na busca de solução de problematizações. Essas questões devem levar à
reflexão e discussão entre todos os participantes para que no final se encontre uma resposta
razoável para a inquirição inicial. Esta concepção que leva a uma prática libertadora vem de
encontro à dialogicidade preconizado por Freire (1987) com relação à escolha dos conteúdos
programáticos na educação.
Assim, buscamos estabelecer um organizador prévio ao estudo de ondulatória, cuja
finalidade seria apresentar em detalhes e de maneira diferente aquela ideia que compõe o
material a ser discutido, indicando de modo preciso as diferenças entre conceitos similares
que possam levar a conflitos cognitivos (GUEDES, 2015), bem como estabelecer uma ponte
de diálogo sobre o que se quer aprender. Ainda, temos o entendimento de que “os
organizadores são apresentados num nível de abstração mais elevado, maior generalidade e
inclusividade do que o novo material a ser aprendido” (AUSUBEL, NOVAK e
HANNESIAN, 1980, p.143). Dentro desta perspectiva de valor da abstração, da generalidade,
da inclusividade e da dialogicidade, escolhemos como organizador prévio para o ensino de
ondas mecânicas o estudo das oscilações, mais precisamente, o estudo do pêndulo simples.
A reflexão teórica do conjunto de circunstâncias que se estabelece num determinado
momento faz-se necessária como ponto de partida para uma intervenção didático-pedagógica
bem-sucedida. Porém, somente o referencial teórico desprovido de informações
metodológicas do processo de desenvolvimento da proposta didática em sala de aula, tende a
se tornar vazia e ineficiente na visão do docente que tem por objetivo ensinar Física de forma
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a ultrapassar os limites rígidos impostos pelo sistema educacional vigente, como por exemplo,
a inflexibilidade existente no uso contínuo do livro didático. A convicção de que o ensino de
ciências deve ser realizado não importando se haverá continuidade por parte do aluno nos
estudos ou não, impõe a responsabilidade do educador em ensinar de forma tal que o
conhecimento científico modifique ideias de senso comum do passado, tornando-as
cientificamente aceitas no presente e transformadora do futuro.
Portanto, “Os fatos científicos são condicionados e explicados sócio historicamente.
Interdependentes, formam um continuum em que as experiências do presente estão ligadas às
do passado e estes se ligarão às do futuro” (DELIZOICOV, D. et al, 2002, p.57), provocando
um alargamento do senso comum dos estudantes conforme destacado por Paty (2003), em que
os estudantes se utilizem dos saberes da física para compreensão dos problemas que
envolvem ciência, que exercitem a comunicação com especialistas em ciência e como
negociadores em questões que envolvam a ciência e a tecnologia. O propósito desta missão
seria a de contribuir com um ensino de física com significação, mesmo para aqueles
estudantes que não se dedicarão as carreiras com aderência e com a necessidade dos saberes
da física, de tal forma a proporcionar para todos os estudantes as condições para que se
tornem negociadores em assuntos científicos, tornando-os proficientes em termos de
compreensão conceitual e formal consistente, enquanto componente cultural e para uma
possível continuidade acadêmica em nível superior.
Escolheu-se Delizoicov (2009), que com seus três momentos pedagógicos metodizou a
“interação não neutra entre o sujeito e objeto”, (DELIZOICOV, 2009, p. 183). O primeiro
momento, o da problematização, entende-se que é possível que os estudantes tomem para si
problemas da ciência da natureza, pois muitos dos fenômenos abordados podem fazer parte
dos contextos vivenciados pelos estudantes e que procuram explicar segundo o senso comum.
O segundo momento, o da organização do conhecimento com a manipulação dos saberes da
física construindo de forma inteligível, em alto grau de abstração, generalidade e
inclusividade desses saberes, permitindo que os estudantes adquiram alguma especialização
em interpretar os fenômenos com a utilização da linguagem físico matemática e muitas vezes
com uma proposta experimental, tudo para aumentar o realismo científico de tipos da física.
E, por fim, o terceiro momento, da aplicação do conhecimento, em que os estudantes com o
senso comum alargado através do aperfeiçoamento epistemológico das suas representações a
respeito dos fenômenos modelados e das entidades científicas utilizadas para as suas
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explicações, tornam-se capazes de explicar questões relacionadas com questões envolvendo
ciência, tecnologia e sociedade.
Diante do quadro exposto anteriormente, vislumbra-se uma abordagem temática no
sentido Freiriano, onde os temas geradores ou temáticos significativos podem dividir-se em
outras proposições de estudo, que por sua vez, também podem levar a novas ideias de
trabalho a serem debatidas (FREIRE, 1987). Por outro lado, o desenvolvimento em sala de
aula deverá ser caracterizado pela interação entre conhecimentos prévios já existentes no
cognitivo do aluno e conhecimentos novos, produzindo uma modificação ou estabilização no
cognitivo do educando (AUSUBEL, NOVAK e HANESIAN, 1980).
Pressupondo que o conhecimento prévio seja algum saber em que o estudante esteja
familiarizado, o tema gerador deve propiciar discussões que coloquem em evidência esses
conhecimentos prévios para dar início ao desenvolvimento da sequência didática. Portanto,
uma abordagem que contemple a investigação temática de Freire (1987) e a teoria cognitivista
da Aprendizagem Significativa de Ausubel, Novak e Hannesian (1980) para a proposição de
uma intervenção pedagógica no ensino de ondulatória, se faz oportuna. Neste sentido,
entende-se que a dinâmica dos três momentos pedagógicos organizado por Delizoicov,
Angotti e Pernambuco (2002) pode ser o modelo metodológico necessário para realizar o
trâmite entre a investigação temática Freireana e o espaço cognitivista Ausubeliano. Dentro
desse aspecto, objetivamos criar condições para que os alunos ultrapassem, no sentido de
Gehlen, Maldaner e Delizoicov (2012), da consciência real efetiva para a consciência máxima
possível.
Assim, buscando a transição da consciência real efetiva, que é o resultado dos muitos
obstáculos e desvios aos quais os indivíduos estão submetidos devidos a diferentes fatores que
os levam a adquirirem conhecimentos através da prática (GOLDMANN, 1969), para a
consciência máxima possível na qual “o conhecimento se encontra no duplo plano do sujeito
que conhece e o objeto estudado, pois até os comportamentos exteriores são comportamentos
de seres conscientes que julgam e escolhem, com maior ou menor liberdade, sua maneira de
agir”(GOLDMANN, 1969, p.51), coloca-se a proposta da sequência didática destacando
passo a passo a ocorrência dos três momentos pedagógicos.
A Sequência didática foi desenvolvida com o LD, no qual os saberes período e
frequência foram manipulados em diferentes contextos e diferentes aparelhos experimentais,
para que os estudantes fossem provocados a construir diferentes representações dos saberes
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científicos, alinhando-se com a proposta de cunho cognitivo, na concepção de que o LD pode
também ser um espaço de aprendizagem com significação dos saberes da física, além da
aprendizagem dos procedimentos experimentais. Ressaltando que as atividades foram
equilibradas em termos do teórico e do empírico, em uma perspectiva de aperfeiçoamento dos
perfis epistemológicos que os estudantes possuíam a respeito de frequência e do período.
Esse aperfeiçoamento foi cadenciado no LD através da utilização da linguagem físico
matemática com as primeiras geometrizações das relações de proporcionalidade entre
frequência e período, preenchimento de tabelas, avançando para a construção de gráficos,
linearização de curva e a interpretação do coeficiente angular da reta. Um caminho que
permite aos estudantes avançar de um realismo ingênuo e empirismo claro como representam
esses conceitos, para um realismo científico, alicerçado de uma racionalidade que enriquece a
forma como representam os saberes e como os aplicam em outros contextos problematizados.
Problematização Inicial
Na decisão da escolha das questões leva-se em consideração o fato de que elas
devem estar vinculadas aos conteúdos a serem desenvolvidos na unidade de ensino
(MUENCHEN e DELIZOICOV, 2014) e que provoquem discussões e desconforto pelo não
saber. Estes pensamentos ficam ilustrados por Silva (2004) na reflexão de que a dinâmica
problematizadora tanto resgata os conhecimentos prévios, quanto deixa claro quais os
limites que essas concepções influenciam na compreensão e na atuação social de forma
crítica.
Neste sentido, idealizou-se a problematização inicial para o estudo de oscilações,
precursor da ondulatória, em dois momentos. Quais sejam:
1) Queda da ponte de Tacoma, localizada sobre o estreito de Tacoma, Washington, Estados
Unidos.
Adaptando o trabalho de Silva (2004) para a realidade dessa intervenção pedagógica,
foi elaborado o Tabela 1 onde fica explicitado os aspectos que estabelecem os momentos
pedagógicos para a problematização “queda da ponte de Tacoma”. Diferentes modelos
procuram explicar a queda da ponte de Tacoma. Optou-se por analisar o evento de
ressonância entre a frequência de vibração da brisa e a frequência natural de oscilação da
ponte.
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Tabela 1: Programação – Física – 3ºano EM – Queda da ponte de Tacoma
Temas Organização Metodológica
1: Modelo que explica a
queda pelo evento de
ressonância entre frequência
de vibração da brisa com a
frequência de vibração da
ponte.
Professor - Contexto histórico e social
- Mostra de vídeo dos momentos anteriores à
queda
ER Será que o efeito de ressonância poderia
produzir tamanha destruição?
OC - Frequência
- Ressonância
AC - Extrapolando para outros fenômenos de
ressonância.
2: Modelo de explicação do
funcionamento do sistema
auditivo através do processo
de ressonância entre
tímpano e som
Professor - Os elementos constituintes do ouvido
- O processo de captação e decodificação do
som.
ER Os mesmos conceitos poderiam explicar como
funciona o processo de audição?
OC - Frequência
- Ressonância
AC - Extrapolando para o funcionamento do
ouvido humano
3: Modelo de explicação de
como o ser humano
distingue um som do outro
Professor - Mostra de aplicativo PHET simulando a
intensidade e altura do som
- Mostra de aplicativo que reproduz
visualmente a forma das ondas sonoras de um
diapasão, violão e uma sanfona didática
ER Os conceitos ajudam a entender as qualidades
fisiológicas do som?
OC - Altura
- Intensidade
- Timbre
AC Aplicação da frequência, amplitude e forma
de onda na análise do som e na música.
4: Modelo de explicação do
Nível sonoro através da
potência do som por área
Professor - Explicação da energia que o som carrega e
os perigos de exposição constante a sons
intensos
ER Quanto tempo é saudável para a audição ficar
exposta a altos níveis sonoros?
OC - Intensidade sonora
- Nível Sonoro
AC Entendimento da poluição sonora como
exposição a níveis sonoros excessivos
Momentos pedagógicos: ER= Estudo da Realidade; OC=Organização do Conhecimento; AC=
Aplicação do Conhecimento
Fonte: Conteúdo organizado pelos autores
2) Desafio “brincando com balanços”
Da mesma forma que o a problematização “queda da ponte de Tacoma”, foi compilado
na Tabela 2, os momentos pedagógicos organizados para a problematização “brincando com
balanços”.
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Tabela 2: Programação – Física – 3º ano EM – Brincando com balanços
Temas Organização metodológica
1: Modelo da
dependência do
movimento
oscilatório do
pêndulo com o seu
comprimento
Professor Orienta os alunos para a leitura do
texto “Desafio: brincando com
balanços” e pede que se discuta em
grupo e responda as questões propostas
de acordo com as suas concepções
prévias.
RE Será que é importante o tamanho das
correntes no movimento de vai e vem
dos balanços?
OC - Período
- Frequência
2: Modelo da
independência do
movimento
oscilatório do
pêndulo com a sua
massa
RE E se vocês sentarem no banco do
balanço e repetissem o experimento,
sem utilizar o artifício de balançar as
pernas, será que o peso de vocês
influenciaria no movimento do balanço
em relação aos tempos de oscilações?
OC - Período
- Frequência
3: Modelo da
dependência do
movimento
oscilatório do
pêndulo com o
campo
gravitacional.
RE Imaginem que colocássemos o
conjunto de balanços dentro de um
foguete e fôssemos para a Lua realizar
a experiência. O que aconteceria? Os
balanços oscilariam mais rápidos, mais
devagar ou não modificariam o tempo
de oscilações?
OC - Período
- Frequência
- Aceleração da gravidade
1, 2 e 3 AC - Determinação da aceleração da
gravidade local
- Relógio de pêndulo
Momentos pedagógicos: ER= Estudo da Realidade; OC=Organização do Conhecimento;
AC= Aplicação do Conhecimento
Fonte: Conteúdo organizado pelos autores
Organização do conhecimento
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Seguindo a instrução indicativa que “do ponto de vista metodológico, para o
desenvolvimento desse momento, o professor é aconselhado a utilizar as mais diversas
atividades” (MUNCHEN e DELIZOICOV, 2014, p.624), elaborou-se no LD experimentos
com o olhar voltado para a compreensão dos conceitos de período e frequência em oscilações
de cinco (05) pêndulos simples e, experimentos buscando entender oscilações no movimento
ondulatório unidimensional em molas e no som.
Movimento oscilatório no pêndulo simples
O aparato experimental indicado na Figura 1, mostra o esquema montado para os
cinco (05) pêndulos onde, cada pêndulo é posto a oscilar primeiramente com uma massa de
10g (suporte vazio) e posteriormente com uma de 110g (suporte com massa aferida),
objetivando verificar também se as grandezas físicas de período e frequência dependem ou
não do comprimento do pêndulo, da massa e da aceleração da gravidade.
Figura 1: Esquema de montagem de vários pêndulos simples
Fonte: Os autores
O professor contribui explicando o que seria uma oscilação e a dificuldade
encontrada em medir o tempo utilizado para realizar esta oscilação, fazendo uso do
cronômetro de um aparelho celular. Então, sugere-se a medida do tempo de dez (10)
oscilações em vez de uma (01) e, em seguida, calcula-se através de proporcionalidade direta
o tempo para uma (01) oscilação. Também, contribui discutindo o problema de erros de
medida devido, como por exemplo, ao instrumento utilizado, ao julgamento do observador,
às variações no comprimento do pêndulo, etc., bem como as possíveis formas de minimizar
a influência ou os próprios erros.
Após a definição das grandezas período (T) como sendo o tempo para o pêndulo
realizar uma oscilação e, frequência (f) como sendo o número de oscilações realizadas na
unidade do tempo, a experimentação passa a ser realizada e os dados coletados são
utilizados para completar um quadro contido no relatório dos alunos, onde fica explicitado
as medidas do comprimento do pêndulo e as tomadas de tempo.
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Em seguida, faz-se a análise dos resultados obtidos e volta-se às questões da
problematização inicial (desafio: brincando com balanços), respondendo-as de acordo com o
que foi apreendido na experimentação, já fazendo a aplicação do conhecimento como
recomenda Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2002). Contudo, não há possibilidade da
visualização da dependência das oscilações com a aceleração da gravidade através de uma
experimentação. Então, a solução encontrada para a abordar essa discussão, foi a construção
do gráfico a partir dos dados obtidos e compilados em um quadro explicitado no guia
instrucional de laboratório, encontrando uma reta. Pressupondo que os alunos possuem
subsunçores adquiridos nas aulas de física no LD do 1º ano e nas aulas de matemática sobre
gráficos, faz-se uso do cálculo do coeficiente angular dessa reta. Ainda, fazendo uma análise
dimensional da razão – comprimento do pêndulo por quadrado do período – fica claro que o
coeficiente angular dessa reta tem a dimensão de aceleração. Consegue-se assim, determinar
uma fração da aceleração da gravidade.
Observando o movimento oscilatório em função do tempo
Monta-se o aparato experimental mostrado na Figura 2, que é composto de um
recipiente contendo um líquido colorido dentro (na verdade detergente). Abaixo do
recipiente que é colocado para oscilar, move-se um anteparo (uma tábua) com velocidade
constante. À medida que o anteparo se move e o pêndulo oscila, o líquido colorido é solto
através de um orifício, deixando marcado na tábua as posições ocupadas pelo pêndulo
durante suas oscilações ao longo do tempo (Figura 2).
Figura 2: Aparato experimental e posições ocupadas pelo pêndulo em oscilação
Fonte: Os autores Através dessas marcações pode-se determinar a velocidade média da tábua, anotando
a distância entre duas “cristas” e o tempo que a tábua leva para ir de uma “crista” a outra.
Observa-se que esse tempo coincide com o período de oscilação do pêndulo. Este
experimento tem por objetivo estabelecer o que Ausubel, Novak e Hanesian (1980)
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chamaram de pontes cognitivas a fim de criar subsunçores no sentido de facilitar o
entendimento do comprimento de onda e a velocidade de propagação de uma onda. Além
disso, pode-se visualizar que ao se plotar um gráfico Amplitude versus tempo, obtém-se uma
senóide ou uma cossenóide, dependendo da posição de onde se começa a contar o tempo.
Neste momento, é aconselhável, durante alguns minutos fazer uma retomada da
trigonometria estudada em matemática na segunda série, a fim de ilustrar a necessidade do
entendimento do modelo matemático para descrever os modelos imaginados na ciência,
mais especificamente aqui, a Física.
Aplicando o conhecimento
Após a aplicação do organizador prévio, onde foi enfatizado os pontos de período e
frequência, omitindo outras questões (como por exemplo, força restauradora e energia) que,
a nosso ver, nesse momento, não se faz necessária para o entendimento do material de
aprendizagem, iniciou-se o estudo de ondas mecânicas.
Observando ondas em molas
O Professor coma ajuda de um estudante mostra para a turma, fazendo o uso de uma
mola do tipo “slink” (Figura 3), explica o que seria pulso e, após uma sequência de pulsos
emitidos de forma constante, o que seria onda. Fazendo uso de uma marca feita na mola,
mostra-se que as partículas do meio oscilam de forma semelhante à oscilação do pêndulo
simples num movimento de vai e vem. Portanto, o período e a frequência de uma onda nada
mais são do que o período e frequência de oscilação das partículas do meio onde ela se
propaga.
Figura 3: Onda em uma mola e Professor utilizando a mola “slink” com alunos
Fonte: Os autores
Também, faz-se uso do aparato experimental pêndulo simples e anteparo em
movimento para verificar que algo se movimenta através do meio, a qual identificamos
como sendo energia. Fazendo uma comparação entre as duas situações, verifica-se a
existência de uma similaridade entre o movimento da tábua e o movimento da energia
através do meio. Deve-se chamar a atenção de que na situação do pêndulo, a figura
registrada no anteparo, não é uma onda. Mas, durante um período de oscilação pode-se
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verificar a formação de duas “cristas”. De forma similar, no espaço de tempo de um período
executado pelas partículas do meio, a energia percorre a distância de uma “crista” a outra
adjacente. Essa distância recebe o nome de comprimento de onda. Aproveita-se o momento
de formação de ondas na mola, para explicitar outras propriedades das ondas, como por
exemplo, a reflexão com extremidade fixa e livre, a refração e a interferência construtiva e
destrutiva.
Complementam-se as explicações sobre ondas unidimensionais, fazendo uso do
simulador PHET (ondas em cordas) para mostrarmos novamente os elementos de uma onda,
inclusive, fazendo distinção entre uma onda periódica e estacionária (Figura 4).
Figura 4: Simulador PHET para o caso de ondas periódicas e ondas estacionárias
Fonte: PHET- Interactive simulations. https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics
Analisando o som
Ao se mostrar ondas mecânicas nas molas “slink”, classificou-se as ondas quanto a direção
de propagação como ondas transversais ou longitudinais. As molas permitem visualizar
regiões de compressão e de expansão que caracterizam as ondas longitudinais e, nesse
momento, explica-se que o grande exemplo desse tipo de onda mecânica é o som. Com isso,
dá-se prosseguimento ao estudo do som, fazendo uso de um outro simulador PHET (Som) -
Figura 5 - no qual é variado a frequência objetivando diferenciar sons altos de sons baixos,
identificando a qualidade fisiológica denominada de Altura do som. Em seguida, mantém-se
a frequência constante, variando a amplitude, passando caracterizar a qualidade fisiológica
denominada de Intensidade do som.
Figura 5: Simulador PHET para o som
Fonte: PHET- Interactive simulations. https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/physics
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A qualidade fisiológica Timbre, passa a ser analisada através de um editor de áudio
onde é obtido uma representação da forma de onda a partir de fontes sonoras, mostrada na
Figura 6. Utilizamos para análise, um diapasão cuja frequência de vibração é 294Hz (nota
ré), um violão (o qual tocamos a quarta corda para obtermos a mesma frequência de
vibração do diapasão) e uma gaita de oito baixos (também tocando a nota ré).
Figura 6: Editor de áudio utilizado para mostra a forma de onda de uma fonte sonora
Fonte: Free áudio editor 2017. http://downloads.tomsguide.com/Free-Audio-Editor,0301-31032.html
A Figura 7 mostra as ondas obtidas no simulador e, por comparação fica claro que a
frequência é a mesma, mas a forma das ondas são características do instrumento tocado, isto
é, do timbre da fonte sonora.
Figura 7: Comparação entre ondas de fontes diferentes obtidas pelo editor de áudio
Fonte: Os autores
Para terminar, mostra-se a ressonância através de dois diapasões de mesma
frequência e, como um passa a vibrar sem tocá-lo, a partir do tinir do outro. Com isso, volta-
se à problematização inicial da “ponte de Tacoma” para fazer uso do modelo da ressonância
na explicação do colapso da ponte.
Inferimos com a proposta trabalhada que houve a contribuição na formação dos
estudantes na Alfabetização Científica e Tecnológica (ACT) no sentido em que Fourez
(1994) traz como um dos objetivos gerais do que ele chama de negociação: “isto significa
que a ACT deve possibilitar a incorporação de saberes que forneçam ao indivíduo a
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capacidade de negociar suas decisões diante de situações naturais e/ou sociais”.
(PINHEIRO, 2002, p. 2). Característica de um perfil negociador do estudante incorporado
com o tempo com certa cultura de investigador, adquirindo autonomia na compreensão e
representação de determinados conhecimentos não necessitando de especialistas. Outra
característica é a de comunicação: compreendendo e fazendo-se entender com interlocutores
especialistas ou não, utilizando de um discurso com teor técnico e científico, e por fim
dominando os contextos de sua vivência que envolvam questões da ondulatória. “Pois
conhecer implica tanto em poder, quanto em responsabilidade diante das situações”.
(PINHEIRO, 2002, p. 2).
Considerações finais
As atividades teóricas e experimentais fazendo uso dos momentos pedagógicos,
planejadas para serem aplicadas num período de cinco aulas com turmas de terceiros, podem
ser um caminho para introduzir a ondulatória de forma a despertar sentimentos de
curiosidade e de desconforto, o que pode dar início a uma motivação ao aprendizado. O Uso
dos pêndulos para abordar o assunto de oscilações, articulando a problematização inicial e as
atividades experimentais podem despertar interesses difíceis de produzir em aulas de
tradição expositivas.
Isto ficou claro ao verificarmos que o organizador prévio “pêndulo simples” obteve
resultados significativos no entendimento dos conceitos de período e frequência, conceitos
esses amplamente utilizados na ondulatória. Além disso, os estudantes confirmaram suas
falas iniciais com relação à dependência do período de oscilação com o comprimento do
pêndulo e, ainda, em menor grau, com a aceleração da gravidade. Também, houve surpresa
ao se verificar que a massa não interfere no período, contrapondo os argumentos de senso
comum iniciais.
A ideia de deixar marcada a trajetória do pêndulo em uma tábua em movimento
surtiu o efeito desejado, pois ao conceituarmos o comprimento de onda posteriormente,
houve referências dos alunos à figura obtida, indicando uma consulta a subsunçor adquirido
durante essa prática.
Em nossa avaliação da SD, percebemos que é possível, em um trabalho futuro,
melhorar a visualização da dependência das oscilações de um pêndulo com o campo
gravitacional, quem sabe, acrescentando algum tipo de simulador, já que experimentalmente
não se pode variar o campo gravitacional. Portanto, as atividades desenvolvidas como
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organizador prévio, em geral, fez com que a compreensão da ondulatória fosse facilitada,
pois os estudantes passaram a ter concepções prévias de cunho científico para o
entendimento das oscilações em uma onda na medida em que aperfeiçoarem as
representações dos saberes período e frequência.
Ainda, as atividades com molas, os simuladores e a atividade do som, permitiram
outras discussões diferentes daquelas objetivadas inicialmente para a SD, como por
exemplo, a luz como onda transversal, a ressonância como modelo para explicar as cores, o
nível sonoro, etc.
Finalmente, deve-se ressaltar o papel importante que as teorias de aprendizagem,
articuladas através dos momentos pedagógicos, tiveram na confecção dessa unidade de
aprendizagem. Também, o valor inestimável que o trabalho inter-relacionado com outras
áreas do conhecimento possui, pois isto retira o olhar fragmentado que existe no ensino da
disciplina de física.
REFERÊNCIAS
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