estudo da expansão térmica em sélidos

LABORATÓRIO VIRTUAL DE FÍSICA: ESTUDO DA EXPANSÃO TÉRMICA EM
SÓLIDOS
A. Moro, R. Macedo, M. Assunção
Universidade Federal de São Paulo/ Departamento de Ciências Exatas e da Terra, Rua Artur Ridel, 275,
Jd Eldorado, Diadema, CEP 09972-270, [email protected]
Resumo- O Laboratório Virtual de Física (LVF) é um projeto da UNIFESP Diadema para que os professores
do ensino público possam motivar e complementar suas aulas de Ciências e de Física no Ensino
Fundamental e Médio. Os temas inseridos no LVF estão relacionados com Cinemática e Dinâmica,
Hidrostática e Hidrodinâmica, Termodinâmica, Eletricidade e Magnetismo. Neste trabalho, os dados
experimentais do experimento intitulado “Estudo de Expansão Térmica em Sólidos” foram analisados e
foram obtidos valores para o coeficiente de dilatação com erros menores que 10%. Os dados foram obtidos
a partir de medidas realizadas no Laboratório Didático de Física da UNIFESP Diadema. A seleção dos
dados é feita levando em consideração a distribuição normal dos dados. Os programas do sistema
Windows são empregados para a análise estatística dos dados. No final da análise são produzidos os textos
que farão parte do portal LVF.
Palavras-chave: Laboratório Virtual de Física, Ensino à Distância, Expansão Térmica
Área do Conhecimento: Física
Introdução
reais onde as evidências dos conceitos físicos
poderão ser quantificadas.
A idéia principal do Laboratório Virtual de
Física (LVF) está na utilização de novas
tecnologias para favorecer e promover a interação
dos alunos e professores no aprendizado dos
conteúdos de Física abordados em sala de aula no
Ensino Médio e Fundamental. Segundo Moran et
al. (2000), o ensino em ambiente virtual focaliza o
papel do professor como mediador, utilizando as
novas tecnologias de forma participativa e
trabalhando com projetos colaborativos. As
estratégias para o encaminhamento de discussões
e apresentação de resultados podem fomentar
novas metodologias fazendo uso de um ambiente
dinâmico e com os objetivos bem definidos.
A caracteristica central deste trabalho é o
envolvimento dos alunos de graduação em
atividades didáticas que proporcionam o contato
com a realidade dos currículos escolares
praticados na rede pública. O aproveitamento
sistemático dos dados experimentais demonstra a
importância deste trabalho no contexto de ensino
de Ciência.
O LVF pretende motivar o uso do ambiente
virtual
como
metodologia
de
ensinoaprendizagem. Os experimentos previstos para
compor a Base de Dados do LVF estão de acordo
com os currículos das escolas públicas. São eles:
Cinemática
e
Dinâmica,
Hidrostática
e
Hidrodinâmica, Termodinâmica e Eletricidade e
Magnetismo. O LVF pretende interagir com os
professores e alunos do Ensino Médio e
Fundamental da rede pública, principalmente na
região de Diadema onde já esta sendo divulgado.
O experimento de Expansão Térmica em
Sólidos determina o coeficiente de expansão
térmica para dois materiais, cobre e latão. Neste
experimento a relação ∆L L0 = α ∆θ ( L0 é o
A Física é uma das ciências que encontra
muita dificuldade de atrair os alunos devido à
resistência na assimilação e compreensão dos
fenômenos estudados. Essa resistência está
associada à linguagem matemática empregada
para descrever e quantificar esses fenômenos, a
necessidade de abstrair para encontrar soluções e
principalmente de pensar a partir dos conceitos
empregando uma metodologia. Essa seqüência de
fatores demonstra que a posição do professor
como sendo o detentor do conhecimento diante do
processo ensino/aprendizagem é equivocada.
Num ambiente virtual, o conteúdo e a
comunicação interativa entre os alunos e
professores favorecem e promovem a apropriação
do conhecimento. No caso, do LVF, os conteúdos
poderão ser descritos e analisados com dados
comprimento da barra, ∆θ é a variação da
temperatura e α é o coeficiente de dilatação
linear) é verificada graficamente.
XIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
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Metodologia
entrada e saída, e da variação do comprimento
para a barra de 500mm de cobre e latão.
Os dados obtidos no Laboratório Didático de
Física da UNIFESP Diadema (turmas de 2007 e
2008) forão digitados e analisados seguindo o
roteiro experimental (ASSUNÇÃO et al.). O
conjunto destes dados são histogramados e
comparados com a distribuição normal. Os dados
que não estão de acordo com essa distribuição
são descartados do conjunto. A análise envolve os
conceitos básicos de estatística (TIPLER, 2006). O
novo conjunto é analisado conforme a orientação
do roteiro experimental Após esta etapa são
eleborados os textos didáticos que fará parte do
portal do LVF. Os textos são caracterizados pela
linguagem objetiva e apropriada para o ambiente
virtual.
Resultados
Este estudo tem como objetivo determinar o
coeficiente de dilatação térmica linear de sólidos.
Para isto foram empregadas barras de cobre e
latão de comprimento conhecido. Para verificara
relação ∆L L0 = α ∆θ ( L0 é o comprimento da
Figura 2: Histogramas e curvas gaussianas
normalizadas dos dados de temperatura inicial,
entrada e saída, e da variação do comprimento
para a barra de 400mm de cobre e latão.
barra, ∆θ é a variação da temperatura e α é o
coeficiente de dilatação linear) foram realizadas
medidas da temperatura inicial e final. A variação
do comprimento era lida diretamente no medidor
acoplado no equipamento. A partir do gráfico de
∆L L0 x∆θ pode ser determinado o coeficiente
de dilatação linear. As medidas da variação do
comprimento e temperaturas finais foram medidas
repetidas vezes. As figuras 1 a 4 mostram os
histogramas e as curvas gaussianas normalizadas
para a comparação com os dados experimentais
para os comprimentos das barras medidos.
Figura 1: Histogramas e curvas gaussianas
normalizadas dos dados de temperatura inicial,
Figura 3: Histogramas e curvas gaussianas
normalizadas dos dados de temperatura inicial,
entrada e saída, e da variação do comprimento
para a barra de 350mm de cobre e latão.
Figura 4: Histogramas e curvas gaussianas
normalizadas dos dados de temperatura inicial,
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entrada e saída, e da variação do comprimento
para a barra de 300mm de cobre e latão.
Na Tabela 2 são apresentados os valores
médios dos dados experimentais e suas
respectivas incertezas.
Tabela 2: Valores experimentais médios para o
estudo da expansão térmica em Sólidos
Conclusão
Os resultados obtidos para o experimento
intitulado “Estudo de Expansão Térmica em
Sólidos” são satisfatórios para compor a Base de
Dados do LVF. Os coeficientes de dilatação linear
apresentam erros menores que 10%. O conjunto
de dados analisados para este experimento foi
tomado pelos alunos de graduação dos cursos de
Ciências Exatas da UNIFESP Diadema, ou seja, o
resultado é surpreendente considerando que o
conjunto de dados é bastante sensível a medida
da temperatura final da barra.
A continuidade deste projeto prevê a produção
do vídeo deste experimento. A visualização do
procedimento experiemental poderá motivar e
facilitar o entendimento do conceito abordado em
Termodinâmica no ambiente digital.
Referências
Discussão
A Figura 5 mostra o comportamento linear da
variação do comprimento da barra em relação à
variação da temperatura. O coeficiente angular da
reta ajustada corresponde ao produto do
comprimento inicial da barra e do coeficiente de
dilatação linear.
(A
- MORAN, J, MASETTO, M, BEHRENS, M. Novas
Tecnologias e mediação pedagógica, São Paulo,
Papirus Editora, 2000.
- ASSUNÇÃO, M et al. Roteiros Experimentais do
Laboratório de Física da UNIFESP
- TIPLER, P., Física – Mecânica, Oscilações e
Ondas, Termodinâmica. Vol 1. 5ª Ed. 2006
(B
∆
∆
L o∆
L o∆
Figura 5: Comportamento da variação do
comprimento em função do produto Lo∆θ para o
(A) cobre e (B) Latâo.
Os coeficientes dilatação linear foram comparados
3
com os valores da literatura .
Tabela 3: Valores obtidos experimentalmente,
valores da literatura, e seus respectivos erros para
o cobre e o latão.
Valores
Experimentais
Literatura
Erro
-5
1,65mm/ºC
21%
-5
1,87mm/ºC
7%
Cobre
2x10 mm/ºC
Latão
2x10 mm/ºC
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