Episódios de Modelagem sobre oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica

Heidemann, L. A.; Araujo, I. S.; Veit, E. A.

ISBN 978-85-64948-17-4

Aulas de física geral experimental são frequentemente conduzidas por meio de atividades estruturadas com o intuito de levar os estudantes a redescobrir leis científicas a partir de dados coletados experimentalmente. Desse modo, elas estimulam os alunos a construir uma concepção de que as leis científicas são construídas por meio de generalizações realizadas a partir de um conjunto de observações, o que é profundamente questionado por filósofos da Ciência (Popper, 1982; Feyerabend, 1989).  São comuns ainda atividades em que os estudantes são encorajados a realizar um experimento com o objetivo de “provar” empiricamente uma teoria científica, o que também é um grave equívoco epistemológico.

Distanciando-se dos enfoques epistemológicos que tradicionalmente sustentam as atividades desenvolvidas em aulas experimentais de cursos de graduação em Física, o episódio de modelagem “Pêndulos” foi delineado com o objetivo de incentivar os estudantes a avaliar a adequação de um modelo teórico para representar eventos reais. Nela, os estudantes avaliam o domínio de validade de um modelo teórico construído com base no objeto-modelo de pêndulo simples e na mecânica newtoniana, que denominamos aqui como modelo de pêndulo simples (Halliday, Renick & Walker, 2009, p. 95). Procura-se assim dar oportunidade para que estudantes compreendam que os modelos científicos são representações simplificadas, e não cópias especulares da realidade, como uma parcela significativa deles acredita (Islas & Pesa, 2004; Raviolo et al., 2011).

A discussão inicial do episódio de modelagem começa com um debate sobre eventos da realidade que envolvem pêndulos. Mais especificamente, assim como no guia da atividade, inicia-se debatendo como pêndulos podem ser importantes em relógios, em harmonógrafos, em bolas de destruição, na gravimetria e em pêndulos de Foucault. É previsto que, em seguida, sejam destacadas as relações entre o modelo de pêndulo simples, eventos de laboratório e eventos cotidianos, ressaltando que o modelo de pêndulo simples é uma representação simplificada da realidade. A partir disso, o professor apresenta o problema que será enfrentado pelos estudantes, que envolve a exploração do domínio de validade do modelo de pêndulo simples.

A problematização da atividade é realizada a partir da análise de processos que podem ser melhor compreendidos por meio de estudos sobre pêndulos. Os eventos que ocorrem nesses processos passam por uma simplificação, levando os participantes ao estudo do comportamento de uma bola que oscila suspensa por um fio.

Os slides abaixo norteiam o debate conduzido pelo professor na discussão inicial.

Usando os resultados apresentados em Heidemann, Araujo e Veit (2012), a solução para o problema enfrentado na atividade proposta na discussão final da atividade envolve o uso do software Modellus para simular variações do modelo de pêndulo simples em que diferentes simplificações da realidade são consideradas. Por exemplo, para se avaliar os efeitos das dimensões do corpo suspenso no período de um pêndulo real, é proposto o uso do Modellus para simular um modelo que não considera mais o corpo suspenso pontual, mas sim esférico. Compara-se então os períodos obtidos nessa simulação com predições construídas a partir do modelo de pêndulo simples. Outras simulações são propostas para se avaliar a influência da massa do fio de sustentação de um pêndulo, da força resistiva que age sobre ele, e da sua amplitude de oscilação sobre o seu período. Os slides abaixo norteiam o debate conduzido pelo professor na discussão final.

Feyerabend, P. K. (1989). Contra o Método. Francisco Alves: Rio de Janeiro.

Halliday, D; Resnick, R.; Walker, J. (2009). Fundamentos de Física. Volume 2. Editora LTC: Rio de Janeiro.

Heidemann, L. A.; Araujo, I. S.; Veit, E. A. (2012). Ciclos de Modelagem: uma alternativa para integrar atividades baseadas em simulações computacionais e atividades experimentais no ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 29 (Especial 2).

Islas, S. M.; Pesa, M. A. (2004). Estudio comparativo sobre concepciones de modelo científico detectadas en Física. Ciencia, Docencia y Tecnología, XV (29).

Popper, K. R. (1982). Conjecturas e Refutações. Editora Universidade de Brasília: Brasília.

Raviolo, A.; Aguilar, A.; Ramírez, P.; López, E. (2011). Dos analogías en la enseñanza del concepto de modelo científico: Análisis de las observaciones de clase. Revista Electrónica de Investigación en Educación en Ciencias, 6 (1).

Medina, C.; Velazco, S.; Salinas, J. (2002). Control experimental del modelo de péndulo matemático. Revista Brasileira de Ensino de Física, 24 (2).

Silveira, F. L.; Ostermann, F. (2002). A insustentabilidade da proposta indutivista de "descobrir a lei a partir de resultados experimentais". Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 19 (Especial).

1. •Chumbadas de pesca aproximadamente esféricas (ou objetos similares) com massas e dimensões variadas (massas entre 10 e 300 g e diâmetros entre 0,5 e 5 cm);
   

2. •Fios com densidades e elasticidades variadas (e.g., linhas de pesca, cordões, linhas de custura);
   

3. •Bolas de isopor com diferentes diâmetros e massas;
   

4. •Hastes, mufas e sargentos para fixação dos pêndulos;
   

5. •Cronômetros, photogates, paquímetros e trenas.