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Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Educação
Ana Claudia Cossini Martins
Explorando recursos audiovisuais e simuladores computacionais no ensino de Eletromagnetismo
Campinas, 2011
Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Educação
Ana Claudia Cossini Martins
Explorando recursos audiovisuais e simuladores computacionais no ensino de Eletromagnetismo
Trabalho de Conclusão de Curso de Especialização para professores de Física - RedeFor, elaborado por Ana Claudia Cossini Martins,sob orientação de Francisco Clovis de Sousa Junior
Campinas, 2011
Resumo
O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia para que
o ensino de Física, em especial alguns conceitos de eletromagnetismo, se torne
mais atrativo e significativo para os alunos.
Com base nesta premissa, realizou-se uma proposta de ensinar esses
conceitos por meio da utilização de recursos audiovisuais e informática.
Para o desenvolvimento dessa proposta, foi sugerida a investigação de
diversos trechos de um filme, que faz parte do acervo das escolas públicas do
Estado de São Paulo, bem como o desenvolvimento de atividades utilizando
simulações computacionais.
Palavras-chave: Ensino de Física, Eletromagnetismo, Vídeos, Simulações.
Sumário
1- Introdução .............................................................................................................. 1
2 - O vídeo como recurso didático pedagógico no ensino da Física ................... 3
3 - Explorando as cenas do filme Rebobine, Por Favor ......................................... 5
3.1 Sinopse do filme..................................................................................................5
3.2 Possibilidades de trabalho com o filme .............................................................. 5
4 - O uso do Simulador no processo de ensino-aprendizagem .......................... 11
4.1 - Simulando Campos Elétricos ......................................................................... 13
Atividade 1 – Observando as linhas do campo elétrico ...................................... 14
Atividade 2 – Calculando o campo elétrico uniforme ......................................... 15
4.2 - Simulando Campos Magnéticos .................................................................... 16
Atividade 1 – Ímã em Barra .............................................................................. 17
Atividade 2 – Eletroímã .................................................................................... 18
5 - Conclusão ........................................................................................................... 20
6 - Referências Bibliográficas ................................................................................ 21
1
1- Introdução
O ensino de Física tem sido realizado frequentemente mediante a
apresentação de conceitos, leis e fórmulas desarticulados, distantes da realidade
dos alunos e professores, levando-os a um vazio de significados. Privilegia a teoria e
a abstração, enfatiza a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando
a linguagem matemática que essas fórmulas representam de seu significado físico
efetivo.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN e PCN+) foram elaborados com
o intuito de oferecer aos docentes os subsídios para a implementação da reforma
proposta pela Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB)Lei 9.394/96,
destacando como eixos norteadores da construção do conhecimento a
interdisciplinaridade e a contextualização, e oferecendo um rol de competências e
habilidades a serem trabalhadas em cada área do conhecimento e disciplina. [1]
O Currículo do Estado de São Paulo propõe que:
O conhecimento científico desenvolvido na escola média deve estar voltado para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com os instrumentos para compreender a realidade, intervir nela e dela participar. O mundo de hoje, diferente daquele de algumas décadas atrás, e muito diferente daquele do início do século passado, é fruto das mútuas influências entre a ciência, a tecnologia e a sociedade. (Proposta Curricular do Estado de São Paulo, Física, Ensino Médio).[2]
Atualmente, a metodologia utilizada no ensino de Física leva os alunos a ter
dificuldades na aprendizagem e grande desinteresse pela área.
Novas formas de ensinar conceitos físicos é uma necessidade para que os
alunos sintam prazer em aprendê-los, utilizá-los e proporcionar um conhecimento
contextualizado, devendo-se buscar competências que possibilitem a independência
de ação e aprendizagem futura para a vida de cada jovem.
2
Os recursos tecnológicos podem auxiliar os professores a incitar, favorecer e
orientar situações de ensino, com o intuito de facilitar o aprendizado do aluno, tendo
em vista a importância de ensinar a Física de forma dinâmica e contextualizada.
Têm o potencial de propiciar aos estudantes atividades relevantes e motivadoras,
que os desafiem a utilizar suas habilidades cognitivas para construir modelos que
deem sentido à suas experiências, envolvendoseu cotidiano e o mundo do trabalho.
O uso de recursos de filmes e simuladores como ferramentas para o ensino
de Física pode tornar certos conceitos bem mais claros e atrativos.
Neste trabalho, objetivou-se planejar e desenvolver uma sequência didática
de atividades de ensino baseadas na utilização de um filme, que servirá como ponto
de partida para tratar situações que evidenciam as possíveis relações entre corrente
elétrica, magnetismo e seus efeitos sobre o organismo humano. O trabalho está
embasado também na estratégia de simulação computacional, abordando conceitos
de Campo Elétrico e Campo Magnético.
O filme aqui proposto faz parte de uma coleção de vídeos do programa
Cultura é Currículo, em específico do projeto O Cinema vai à Escola, da Secretaria
de Estado da Educação de São Paulo, e a simulação baseia-se nos equipamentos
desenvolvidos pelo projeto de Tecnologia no Ensino de Física (PhET) [3] da
Universidade do Colorado, estando disponível gratuitamente para download e
execução on-line.
3
2- O vídeo como recurso didático pedagógico no ensino de Física
Uma educação inovadora está apoiada em eixos orientadores que promovam
um conhecimento contextualizado e integrado ao cotidiano do aluno, pois é
imprescindível considerar o seu mundo vivencial, sua realidade próxima ou distante,
os objetos e fenômenos com que efetivamente lida ou os problemas e indagações
que movam sua curiosidade. [4]
Nas últimas duas décadas, o uso de recursos tecnológicos na Educação tem
experimentado enorme avanço em termos de potencial e de diversidade de uso.
As tecnologias, em especial o uso de filmes nas aulas de Física como recurso
didático pedagógico, são uma excelente estratégia, pois permitem que o professor
promova inquietações ao agir como provocador na busca de novos procedimentos,
novos olhares, sentimentos, ideias, no intuito de incentivar o interesse dos alunos
em um tema a ser estudado.
José Manuel Moran contribuiu objetivamente para uma reflexão sobre a
utilização do vídeo (filmes) no processo educativo:
“O vídeo ajuda a um professor, atrai os alunos, mas não modifica substancialmente a relação pedagógica. Aproxima a sala de aula do cotidiano, das linguagens de aprendizagem e comunicação da sociedade urbana, e também introduz novas questões no processo educacional.”
(José Manuel Moran, 1994) [4]
Com este recurso, é possível realizar análises de cenas que esboçam a
Física de maneira correta e muitas vezes incorreta. Desta forma, o professor torna-
se o protagonista,pois auxilia os alunos a esclarecer certos conceitos errados
apresentados nos filmes ao desenvolver uma análise crítica sobre tais conceitos.
O vídeo também pode servir para confirmar uma teoria, uma síntese ou um
olhar bastante específico sobre algum tema que já está sendo trabalhado. É o vídeo
que ilustra, amplia e exemplifica, abrindo novas perspectivas de interpretação,
possibilitando, assim, que o tema seja avaliado com mais profundidade.
4
O filme é um recurso tecnológico de grande potencial para uso na educação,
podendo servir de apoio ao desenvolvimento de competências e habilidades, bem
como à aquisição de conhecimentos específicos de forma articulada com a
investigação e compreensão da Física. Trata-se de um recurso que possibilita aos
alunos traduzir imagens/cenas/episódios em conceitos físicos já aprendidos, ou que
ainda venham a ser desenvolvidos.
Nesse contexto, o trabalho com o uso de filmes pode ser bastante instigante e
produtivo, tanto por seus resultados de cunho investigativo histórico, quanto para
propiciar a divulgação dos avanços da ciência.
Contudo, suas contribuições para o processo de ensino-aprendizagem
possibilitam o “desenvolvimento nos alunos, de um crescente interesse pela
realização de projetos e atividades de investigação e exploração como parte
fundamental de sua aprendizagem”. (PCN, 1988, p. 44).
Ao utilizar diversas fontes de informação,o professor também renova sua
metodologia de ensino, articulando novos saberes, proporcionando oportunidades
para a formação de uma cultura científica efetiva, o que permite aos alunos
interpretar fatos, fenômenos e processos naturais, bem como reconhecer a
importância do uso da tecnologia e as mudanças que ocorrem.
Por fim, essa estratégia permite formas de representar e também sistematizar
um novo conhecimento, e contribuir para explicitar e avigorar relações do
conhecimento científico com outras formas de expressão do saber.
5
3 - Explorando as cenas do filme Rebobine, Por Favor
3.1 Sinopse do filme
O filme Rebobine, Por Favor, dirigido por Michel Gondry, produzido no ano de
2008, é do gênero comédia, na qual o ator principal Jerry, interpretado por Jack
Black, decide sabotar a usina elétrica da cidade onde mora, pois está convicto de
que está provocando um aquecimento no seu cérebro.
A tentativa de invasão da usina não é bem-sucedida, fazendo com que Jerry
leve um grande choque. A partir do choque, ele fica magnetizado e, ao entrar em
uma locadora onde seu amigo trabalha, sem querer, desmagnetiza todas as fitas de
VHS do local.
Desesperados com o acontecido, Jerry e seu amigo decidem recriar as
produções cinematográficas que estavam disponíveis para locação.
3.2 Possibilidades de trabalho com o filme
Ao analisarmos um filme, devemos partir da premissa de que é possível
transformar a experiência sociocultural do cinema em uma experiência aliada ao
conhecimento e à aprendizagem. [5]
A seguir, são sugeridas algumas indagações, cujo objetivo é problematizar o
desenvolvimento do tema eletricidade e eletromagnetismo, levantando concepções
prévias, bem como promovendo o conflito cognitivo dos alunos, que ocorrerá
naturalmente durante a apresentação e desenvolvimento da atividade.
Nas primeiras cenas do filme, Jerry comenta que as micro-ondas estão
afetando seu cérebro.
Especificamente no trecho correspondente aos 6min30s a 7min10sdo filme,
o amigo de Jerry aparece usando uma “tigela metálica” como capacete, e,
6
posteriormente, o próprio Jerry, ao se sentar em seu trailer, também usa esse
capacete em forma de tela metálica, que segundo ele é para protegê-los das micro-
ondas, que estariam sendo emitidas pelos transformadores da subestação, próxima
ao trailer onde mora.
Os primeiros questionamentos que podem ser feitos são:
• O que é um transformador de eletricidade?
• Seria possível um transformador ou a subestação produzir micro-ondas
capazes de afetar o cérebro dos personagens ou alterar suas
personalidades?
• O papel alumínio que aparece na cabeceira da cama de Jerry tem
alguma relação com a preocupação com as micro-ondas emitidas pelo
transformador?
Encontramos, nas redes elétricas, transformadores que servem para
elevar/baixar/manter a tensão elétrica. Em muitos locais, há subestações que
englobam um conjunto de transformadores.
Na saída de uma central elétrica, um transformador eleva a diferença de
potencial antes de lançar a energia elétrica na rede de alta tensão (220 kV a 380
kV), que a transportará a grandes distâncias. Perto dos locais de utilização, a tensão
é reduzida, primeiramente nas estações de transformação e depois nas cabines de
transformação, até atingir os valores de 220 V a 110 V, que chegam às residências.
Tais equipamentos funcionam com eletricidade em ciclos alternados e
produzem ondas eletromagnéticas com intensidade maior que a fiação em geral.
Pela segunda Lei de Ohm, a resistência elétrica é inversamente proporcional
à seção transversal do fio utilizado. Para reduzir a resistência, podemos utilizar
cabos de grande seção. No entanto, não podemos ultrapassar certo limite, pois as
7
linhas elétricas aéreas pesariam muito e, para sustentá-las, precisaríamos de postes
muito resistentes.
As micro-ondas são um tipo particular de ondas eletromagnéticas, com
frequência entre 0,3 GHz e 300 GHz, e o seu comprimento de onda está
compreendido entre 10-1 m e 10-3m, ou seja, entre 10 cm e 1mm. Como conseguem
atravessar a ionosfera, são usadas na comunicação com os satélites. Na Terra,são
utilizadas para comunicações telefônicas a longa distância.
No trecho seguinte do filme (15min56s a 16min30s), Jerry recebe uma
grande descarga elétrica, levando um choque, e pode-se observar que o objeto que
ele movimenta (gancho) não entra em contato direto com o transformador.
• Seria possível receber uma descarga elétrica, sem que haja o contato
físico entre os corpos?
• Uma pessoa pode permanecer viva, após receber uma descarga
elétrica com tal intensidade?
• O gancho (ou o movimento do gancho) que ele segura nas mãos pode
ter alguma relação com a descarga elétrica que recebeu?
• O que causa um choque elétrico no corpo humano – a corrente ou a
tensão?
• O que representa o clarão ao redor do personagem, quando ele está
sendo energizado?
As descargas elétricas podem ocorrer com ou sem o contato direto entre os
corpos. Ao se tocar um corpo eletrizado, como a cúpula de um Van der Graaff
previamente eletrizado, há contato físico direto, e sentimos a descarga elétrica em
nosso corpo (sensação do “choque”).
8
Um raio, um tipo particular e intenso de descarga elétrica, acontece sem
contato físico entre a nuvem (corpo carregado) e a Terra (corpo efetivamente
neutro).
Os efeitos danosos do choque são o resultado da passagem da corrente
elétrica através do corpo. Da Lei de Ohm, vemos que essa corrente depende da
voltagem aplicada e também da resistência do corpo humano.
A resistência de um corpo depende de suas condições e varia de cerca de
100 Ω, se estiver molhado com água salgada, até cerca de 500.000 Ω, se a pele
estiver muito seca.
No filme, observa-se também que, quando Jerry está energizado, é criado um
campo elétrico à sua volta, o qual pode ser definido como uma força por unidade de
carga e considerado uma espécie de “aura” circundando objetos eletrizados, ou seja,
um “armazém” de energia elétrica. O campo elétrico decresce como um campo
gravitacional, de acordo com a Lei do Inverso do Quadrado da Distância. Entre
placas paralelas carregadas contrariamente, o campo elétrico é uniforme. [6]
Na sequência do filme, Jerry passa a apresentar um comportamento muito
estranho, atraindo diversos materiais e principalmente destruindo a informação nas
fitas Magnéticas VHS da locadora.
• O que poderia explicar este comportamento de Jerry?
• Seria possível um corpo que não apresenta efeitos magnéticos passar
a tê-los depois de ser submetido à ação elétrica?
• Qual a relação entre o comportamento do personagem e a descarga
elétrica ocorrida?
• Como as informações contidas nas fitas VHS poderiam ser apagas ao
serem tocadas por Jerry?
9
Embora haja uma boa dose de ficção, existem situações físicas nas quais um
corpo passa a apresentar efeitos magnéticos depois de serem submetidos à ação de
uma corrente elétrica. Um prego, sobre o qual se enrola um fio percorrido por
corrente elétrica, pode começar a apresentar efeitos Magnéticos, funcionando como
um eletroímã1, e atrair uma agulha ou desviar a agulha de uma bússola, por
exemplo.
Os gravadores magnéticos também empregam um pequeno eletroímã, que
registra sons e imagens (videocassetes), sobre uma fita de plástico recoberta de
partículas de óxido metálico.
A gravação consiste em criar sobre a fita uma tradução magnética do som ou
da imagem. Isso é feito modificando-se a orientação das partículas magnetizadas.
O cabeçote de gravação é um eletroímã cujo núcleo, em forma de anel
cilíndrico, apresenta fenda longitudinal. Ao mesmo tempo em que a fita desliza em
frente à fenda, circula na bobina uma corrente, que é uma tradução elétrica do som
ou da imagem que se quer gravar. Esta corrente produz na fenda um intenso campo
magnético, que modifica a orientação das partículas metálicas na fita. O som e a
imagem ficam, portanto, traduzidos numa ordem de diferentes estados de
magnetização dispostos sequencialmente ao longo da fita.
A desmagnetização de uma fita VHS pode resultar de um campo magnético
aplicado externamente a ela, mudando sua orientação de partículas. O mesmo pode
ser produzido por um detector de metal manual, utilizado nos aeroportos para
checagem de segurança.
1 É um dispositivo no qual se utiliza uma corrente elétrica para gerar um campo magnético.
10
Não se espera que os estudantes sejam capazes de fornecer respostas
definitivas, cientificamente corretas, aos questionamentos, mas que eles se
sensibilizem por estes aspectos do filme e passem a refletir sobre eles.
Nos próximos capítulos, são propostas atividades com a utilização
desimulações computacionais, visando a desenvolver nos alunos a capacidade de
investigação Física e, com isso,contribuir para uma compreensão efetiva das
questões discutidas acima.
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4 - O uso do Simulador no processo de ensino-aprendizagem
Do ponto de vista educacional, uma das deficiências clássicas do sistema de
ensino tradicional tem sido a dificuldade de prover as necessidades individuais dos
alunos. Este tem se mostrado um obstáculo central para o desenvolvimento de uma
educação efetiva, desde os tempos em que a demanda por um ensino universal
levou à formação de currículos bem estruturados, grandes escolas e salas de aulas.
A discussão sobre competências e os conhecimentos a serem promovidos no
ensino da Física não podem ocorrer dissociados da discussão sobre as estratégias
de ensino-aprendizagem a serem utilizadas em sala de aula, na medida em que são
essas mesmas estratégias que expressam, de forma bem mais concreta, o que se
deseja promover. As mudanças esperadas para o Ensino Médio se concretizam à
medida que as aulas deixem de ser apenas de “quadro negro e giz”. [7]
Na atualidade, a Informática tem aplicação muito diversificada no ensino da
Física, sendo utilizada em medições, gráficos, avaliações, apresentações,
modelagens, animações e simulações.
“É inegável que a escola precisa acompanhar a evolução tecnológica e tirar o máximo de proveito dos benefícios que esta é capaz de proporcionar.” (PCN+, Brasil-2002, p.88). [1]
Simulações computacionais vão além das simples animações. Elas englobam
uma vasta classe de tecnologias, do vídeo à realidade virtual, que podem ser
classificadas em certas categorias gerais, baseadas fundamentalmente no grau de
interatividade entre o aprendiz e o computador. Tal interatividade consiste no fato de
que o programa é capaz de fornecer não apenas uma animação isolada de um
fenômeno em causa, mas uma vasta gama de animações alternativas, selecionadas
por meio do input2 de parâmetros pelo estudante.
2 O termo input está relacionado às informações fornecidas pelos alunos durante a exploração dos simuladores.
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As simulações podem ser vistas como representações ou modelagens de
objetos específicos, reais ou imaginários, de sistemas ou fenômenos.
Com os simuladores, os estudantes podem ficar centrados no objetivo real do
problema, tornando mais eficiente a assimilação dos conteúdos propostos em cada
atividade. Além disso, seu uso permite o estudo de situações que, na experiência
original, seriam difíceis ou até impossíveis de seremreproduzidas pelos estudantes,
admitindo desta forma uma melhor compreensão dos fenômenos, bem como um
maior aprofundamento em seu entendimento.
De acordo com Santos, Santos e Fraga (2002), quando os estudantes se
deparam com o ensino e a aprendizagem de certos conceitos da Física,
principalmente os relacionados com a Eletricidade e o eletromagnetismo, como
cargas elétricas e ondas eletromagnéticas, bem como os conceitos de campos
elétricos e magnéticos, os consideram como elementos complicados e difíceis de
serem visualizados. Isso ocorre porque, na maioria das vezes, tais conceitos são
apresentados aos alunos apenas na forma de teoria e dematematização de
fórmulas.
“Com o avanço tecnológico computacional, os usos de métodos de aprendizado tradicionais tornam-se ineficientes e inadequados. A demanda por uma solução moderna e eficaz leva-nos ao conceito de software educacional. O desenvolvimento de um sistema que crie um ambiente no qual o usuário seja capaz de modelar, visualizar e interagir com a simulação proposta baseada em experimentos da Física real poderia ser considerado como uma solução para suprir esta demanda. Tal sistema seria uma ferramenta complementar para o estudo da Física, desde que através dele seja possível a realização de experimentos “virtuais" com a finalidade de esclarecer e reforçar o conhecimento teórico da Física, no nosso caso a teoria Eletromagnética.” (SANTOS, SANTOS e FRAGA, 2002, p.186 e 187). [8]
Diante das possibilidades que admitem o uso de simulações no ensino e
aprendizagem de certos conceitos básicos da Física, são propostas, nos próximos
13
capítulos, algumas atividades utilizando os simuladores desenvolvidos pelo projeto
de Tecnologia no Ensino de Física (PhET) da Universidade do Colorado.
Os simuladores estão disponíveis para download, estando disponível a versão
em Português.
4.1 - Simulando Campos Elétricos
A problematização inicial deve ser baseada no trecho do filme em que Jerry,
ao movimentar um objeto metálico, leva um choque, e à sua volta surge um clarão.
Este clarão pode ser entendido como uma ruptura dielétrica, ou seja, quando
o módulo do campo elétrico no ar excede certo valor crítico, o ar sofre uma ruptura
dielétrica, processo no qual o campo arranca elétrons de átomos do ar.
Com isso, o ar se torna um condutor de corrente elétrica, já que os elétrons
arrancados são postos em movimento pelo campo. Ao se moverem, esses elétrons
colidem com outros átomos do ar, fazendo com que emitam luz e que possamos ver
o caminho por ela percorrido. [9]
Partindo desse enfoque, o professor deverá ilustrar os conceitos
fundamentais de campo elétrico, que pode ser entendido como um campo de forças
provocado pela ação de cargas elétricas.
Para aprofundar a discussão, o professor poderá utilizar um simulador para
discutir alguns conceitos de campo elétrico.
Com o Simulador Capacitor sugerido nas atividades seguintes, os alunos
poderão observar um campo elétrico uniforme, que pode ser medido na região entre
duas placas paralelas eletrizadas com cargas iguais e de sinais opostos através de
um capacitor.
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Um capacitor é um dispositivo constituído por duas placas paralelas e
condutoras, eletrizadas com cargas de sinais opostos. Entre as placas, o campo
elétrico é uniforme, ou seja, é o mesmo em todos os pontos.
A energia armazenada em um capacitor provém do trabalho 𝜏𝜏 realizado para
carregá-lo. A energia está armazenada no campo elétrico que se cria entre suas
placas, quando submetidas a uma diferença de potencial elétrico.
Atividade 1 – Observando as linhas do campo elétrico
Com esta atividade, os alunos poderão observar o comportamento das linhas
do campo elétrico, quando um capacitor é submetido a uma tensão, bem como a
variação das linhas do campo elétrico, quando a distância ou a área das placas for
alterada.
Figura 1- Linhas do Campo Elétrico
• Marque a caixa de seleção “Linhas de Campo Elétrico” e varie a tensão da
bateria para 1,5 V. O que representam as setas entre as placas do capacitor?
• Varie a distância entre as placas. O que acontece com as linhas do campo
elétrico?
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• O que se pode concluir quando aumentamos ou diminuímos a distância entre
as placas?
Após os questionamentos e levantamentos prévios dos alunos, o professor
poderá esclarecer que um campo elétrico é observado na região entre as duas
placas paralelas eletrizadas com cargas iguais e sinais opostos, e observar que o
comprimento e a largura das placas devem ser muito maiores do que a distância
entre elas. Quando a distância é ampliada, as linhas também aumentam, ocorrendo
o inverso, quando a distância entre as placas é diminuída.
Atividade 2 – Calculando o campo elétrico uniforme
Esta atividade tem o propósito de evidenciar a relação entre campo elétrico,
distância e tensão.
Figura 2- Valor do Campo Elétrico
• Utilizando os valores da distância e tensão que são mostrados no simulador,
defina o valor do campo elétrico.
• Verifique o valor do campo elétrico. Para isso, marque a caixa de seleção
“Detector de Campo elétrico”, e desloque sua haste até as linhas do campo
entre as placas.
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O valor do campo elétrico pode ser calculado a partir da relação 𝐸𝐸.𝑑𝑑 = 𝑈𝑈, que
pode ser descrita relacionando-se as expressões entre potencial elétrico 𝑉𝑉 = 𝜏𝜏𝑞𝑞
(1) e campo elétrico puntiforme 𝐸𝐸 = 𝐹𝐹𝑞𝑞 (2).
Considerando que 𝐹𝐹 e 𝐸𝐸 tenham módulos constantes, as expressões (1) e (2)
se relacionam, a fim de obter uma relação entre a diferença de potencial elétrico e a
distância entre as placas da seguinte forma:
𝑉𝑉 = 𝜏𝜏𝑞𝑞
= 𝐹𝐹.𝑑𝑑𝑞𝑞
=𝑞𝑞.𝐸𝐸.𝑑𝑑𝑞𝑞
𝑉𝑉 = 𝐸𝐸.𝑑𝑑
A unidade de medida da grandeza campo elétrico no Sistema Internacional
(SI) é o Newton por Coulomb (N/C), e a unidade de medida da diferença de
potencial elétrico é o Volt (V). Analisando a expressão anterior, notamos que
podemos medir o campo elétrico também na unidade Volt por metro (V/m)3.[10]
4.2 - Simulando Campos Magnéticos
O professor poderá iniciar a atividade com uma explanação sobre o trecho do
filme no qual Jerry se aproxima da TV e a imagem sofre alterações.
Pelo fato de estar magnetizado, ao se aproximar da TV, ele interfere na
deflexão do feixe de elétrons, fazendo-o incidir no lugar errado.
Isso acontece porque a tela desta TV é um Tubo de Raios Catódicos (TRC) e
utiliza feixe de elétrons que varre a tela, incidindo sobre determinados pontos desta
para composição da imagem. Esse feixe é acelerado em direção à tela da TV por
3 Esta é a unidade utilizada pelo detector de Campo Elétrico do Simulador.
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uma tensão de aproximadamente 15.000 V, sendo direcionado por eletroímãs para
atingir o ponto exato na tela.
Para fazermos uma analogia ao filme e principalmente à problemática em
questão,propõe-se o uso do Simulador deÍmãs e Eletroímãs, pois, através deste
simulador, é possível prever a direção do campo magnético em diferentes pontos ao
redor de um ímã em barra ou de um eletroímã, bem como verificar o valor do campo
magnético ao variar o número de espiras.
Atividade 1 – Ímã em Barra
Utilizando a simulação mostrada na figura abaixo, aproxime o ímã da bússola
em várias posições ao longo do plano.
Figura 3- Ímã e Bússola
• O que representam as pequenas agulhas ao redor do ímã?
• O que acontece com a agulha da bússola, quando o ímã é movimentado ao
seu redor?
• Marque a caixa de seleção “planeta Terra”. Como são mostradas as
polaridades do ímã? Por que aparece dessa forma?
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O espaço que circunda o ímã contém um campo magnético, cuja forma é
revelada pela direção das setas que se alinham com as linhas do campo magnético
e se espalham a partir dos polos, retornando pelo outro.
O sentido do campo no exterior do ímã é do polo norte para o sul, e,onde as
linhas se encontram mais aglomeradas, o campo é mais intenso.
Ao se aproximar do ímã, a agulha da bússola sofrerá a influência deste e
deixará de indicar o Polo Norte geográfico da Terra. A deflexão da agulha da
bússola indica que há uma força trocada entre ela e o ímã. Em outras palavras,
podemos dizer que, no espaço que circunda o ímã, se estabelece um campo
magnético e que a agulha sofre uma interação decorrente deste campo.[10]
O que determina o alinhamento da agulha é o fato de a Terra ser considerada
um imenso ímã. Como polos magnéticos de mesmo nome se repelem, concluímos
que o norte da agulha da bússola aponta para o lado oposto, ou seja, para o polo sul
magnético da Terra, que está próximo do Polo Norte geográfico. Assim, a bússola
não aponta exatamente para os polos geográficos, mas sim para os polos
magnéticos da Terra. Esta diferença entre o Polo Norte geográfico e o Sul
geográfico é chamada de declinação magnética e varia de acordo com a latitude
local.
Atividade 2 – Eletroímã
Agora utilize a simulação da aba seguinte “Eletroímã”, conforme mostra a
figura abaixo.
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Figura 4- Valor do Campo Magnético
• Marque a caixa de seleção “Mostrar medidor de campo” e posicione-o em
cima das quatro espiras. Anote o valor do vetor campo magnético 𝐵𝐵 .
• Altere a quantidade de espiras e anote os valores do vetor campo magnético
𝐵𝐵 de acordo com o número de espiras (de uma a quatroespiras). O que
acontece com o valor do campo magnético quando alteramos o número de
espiras?
• Altere a tensão da pilha e observe o valor do campo magnético. Que
diferença a voltagem faz na intensidade do campo magnético do eletroímã?
Neste momento, o professor poderá introduzir os conceitos da Lei de Oersted
e da Lei de Ampère, e também conceituar como se pode determinar o campo
magnético no interior de uma bobina ou solenoide, utilizando a fórmula 𝐵𝐵 = 𝜇𝜇0.𝑁𝑁. 𝑖𝑖,
onde 𝜇𝜇0 é a constante de permeabilidade no vácuo e seu valor é 𝜇𝜇0 = 4𝜋𝜋. 10−7𝑇𝑇. 𝑚𝑚𝐴𝐴
,
𝑁𝑁 é o número de espiras e 𝑖𝑖 é o valor da corrente. Deve-se notar que, em uma
bobina, cada uma das espiras gera um campo magnético 𝐵𝐵 , em seucentro. Como
são 𝑁𝑁 espiras, obtemos a intensidade do campo magnético da bobina multiplicando
pelo número de espiras.
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Portanto, alterando o número de espiras, também será alterado o valor4 do
campo magnético. Do mesmo modo, ao alterarmos a tensão, sua corrente também
será alterada e o campo terá novamente um valor diferente.
5- Conclusão
O desenvolvimento das atividades aqui sugeridas tem implicações
importantes e significativas sobre o processo de ensino-aprendizagem. A aula em si
adquire uma dinâmica muito diferente da tradicional aula expositiva, abrindo a
participação realmente ativa por parte dos alunos, pois eles podem se manifestar e
discutir suas ideias por meiodas cenas observadas e analisadas, bem como
visualizar as interações dos campos elétricos e magnéticos por meio dos
simuladores.
Os procedimentos adotados para as atividades propõem uma metodologia de
ensino que possa ser utilizada nas escolas de Ensino Médio como facilitadora do
ensino da Física, abrindo a possibilidade para que os alunos potencializem o
aprendizado de conceitos bastante abstratos.
4 Observar que a grandeza utilizada para representar o valor do vetor campo magnético do simulador é em Gauss (1G = 10-4 T).
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6 - Referências Bibliográficas
[1] CLEBSCH, A. B., MORS, P. M. Explorando Recursos Simples de Informática e Audiovisuais: Uma Experiência no Ensino de Fluidos. Rev. Bras. Ens. Física, 26, n. 4, p. 323-333 (2004). [2] Proposta Curricular do Estado de São Paulo. Ensino Médio. Física. [3] PhET - Projeto da Universidade do Colorado (EUA), disponível em http://phet.colorado.edu/pt_BR/ - Acesso em 05/10/2011. [4] MORAN, José Manuel. O vídeo em sala de aula. Artigo publicado na revista Comunicação & Educação. São Paulo, ECA-Ed. Moderna, [2]: 27 a 35, jan./abr. de 1995 [5] Caderno de cinema do professor: dois / Secretaria da Educação, Fundação para o Desenvolvimento da Educação; organização, DevanilTozzi... [e outros]. - São Paulo FDE, 2009. [6] HEWITT, Paul. Física Conceitual. São Paulo: Bookman, 2002. [7] MEDEIROS, Alexandre; MEDEIROS, Cleide Farias. Possibilidades e Limitações das Simulações Computacionais no Ensino de Física. Pp. 46-57, in: STUDART, Nelson; OLIVIERI, C. A.; VEIT, E.; ZYLBERSZTAJN, A. (orgs.). Física – Ensino Médio. Coleção Explorando o Ensino, vol. 7. Brasília: Ministério da Educação, Secretaria de Educação Básica, 2005. (ISBN 85-98171-18-2) [8] SANTOS, A. V. dos; SANTOS, S. R. dos e FRAGA, L. M. Sistema de realidadevirtual para simulação e visualização de cargas pontuais discretas e seucampo elétrico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 24, n. 2, (p. 185-195). São Paulo: 2002 [9] HALLIDAY, D.; RESNICK, R. W. Fundamentos de Física – Eletromagnetismo. 6ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2003. v. 3. [10] SANT’ANNA, Blaidi, et al. Conexões com a Física. SãoPaulo, Editora Moderna,2010.