See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/283488277 PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES: DO TREINAMENTO VIRTUAL A EXECUÇÃO EXPERIMENTAL Principle of Archimedes: The Virtual Training for Experimental Execution Article · October 2015 CITATIONS READS 6 559 6 authors, including: Pedro Malafaia Frederico Cruz Federal Rural University of Rio de Janeiro Federal Rural University of Rio de Janeiro 90 PUBLICATIONS 449 CITATIONS 73 PUBLICATIONS 82 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Desenvolvimento e Aplicações de Tics no Ensino de Física. View project All content following this page was uploaded by Pedro Malafaia on 04 November 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. SEE PROFILE Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES: DO TREINAMENTO VIRTUAL A EXECUÇÃO EXPERIMENTAL Principle of Archimedes: The Virtual Training for Experimental Execution Thaís Frutuoso MARTINS1 Fernanda Lima RODRIGUES2 Pedro Antônio Muniz MALAFAIA3 Frederico Alan de Oliveira CRUZ4 RESUMO Uma grande dificuldade dos alunos em entender os princípios físicos apresentados a eles, independente do nível escolar, é conseguir construir mentalmente o fenômeno estudado e as relações matemáticas que permitem realizar as medidas quantitativas inerentes a elas. Uma possibilidade de criar um ambiente favorável para a compreensão dos conceitos físicos pode ser realizada pela utilização dos applets, que são aplicativos em linguagem Java que podem ser operados em qualquer computador. Nesse trabalho, apresentamos uma possibilidade de utilização de um applet, como elemento de treinamento para a determinação da densidade de um pedaço de osso bovino. Os procedimentos realizados na atividade virtual e posteriormente aplicados na atividade experimental permitiram determinar a densidade do material real, mostrando que uma vez estabelecido o procedimento na atividade virtual ela pode, em certo nível, servir de etapa fundamental e motivadora para a realização do experimento real. Palavras chave: applet, atividade experimental, física ABSTRACT A major difficulty of the students in understanding the physical principles presented to them, regardless of grade level, is to mentally construct the phenomenon studied and the mathematical relationships that allow you to perform the quantitative measures in connection therewith. A possibility of creating a favorable environment for the understanding of physical concepts can be realized by use of applets, which are applications in Java that can be operated on any computer. In this paper, we present a possible use of the use of an applet, such as training element for determining the density of a piece of bovine bone. The procedures performed in virtual activity and then applied to the experimental activity allowed to determine the density of the real material, showing that once established the procedure in the virtual activity it can, at a certain level, serve as the fundamental and motivating step for the realization of real experimental activity. Keywords: applet, experimental activity, physical 1 Discente do Curso de Licenciatura em Física/Bolsista do PET–Física, Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro. Discente do Curso de Licenciatura em Física/Bolsista do PET–Física, Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro. 3 Professor do Departamento de Zootecnia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. 4 Professor do Departamento de Física/Tutor PET-Física, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. 2 Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 199 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 1. INTRODUÇÃO A maior dificuldade dos alunos em entender os princípios físicos apresentados a eles, independente do nível de escolarização, é construir mentalmente a imagem do que muitas vezes é apresentado em aulas meramente expositivas. Isso ocorre devido à falta de laboratórios em muitas escolas públicas brasileiras e/ou tempo disponível para a preparação de uma atividade ilustrativa (SANTOS & CASTILHO, 2010). No entanto, mesmo que não existam problemas como os mencionados acima, muitas vezes o conteúdo abordado pelo professor em sala de aula é pouco aproveitado pelos alunos, visto que eles não percebem as possíveis aplicações no cotidiano daquele conteúdo. Um exemplo disso é o chamado princípio de Arquimedes, que diz que todo corpo imerso em um fluido sofre ação de uma força cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo (Empuxo), tal que o volume do fluido deslocado é o volume que caberia dentro da parte imersa no fluido (HALLYDAY, 2008). Sendo que a densidade do material submerso, pode ser obtido diretamente da expressão: (1) No caso dos cursos ligados à área de saúde humana e animal, por exemplo, a avaliação da densidade óssea é fundamental para estimar a concentração de cálcio e fósforo existente neles e assim diagnosticar a osteoporose e outras doenças ósseas em humanos e animais. A osteoporose é considerada uma enfermidade osteopênica quantitativa, na qual ocorre uma perda de material ósseo por unidade de volume. A consequência é o enfraquecimento generalizado dos ossos, que podem se deformar ou fraturarem-se espontaneamente quando submetidos a traumas que seriam suportáveis por ossos sadios (PEREIRA & CARDOSO, 2010). O método mais usado, atualmente, para mensurar a densidade óssea de humanos, assim também como em animais, é a Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA) e o RX digital (CIEP, 2015). Esses métodos possuem grande eficiência, porém, são caros e não permitem que seja realizada a medida da densidade óssea de animais de grande porte, como bovinos e equinos no local de criação deles. Assim, o método de determinação da densidade pelo principio de Arquimedes é uma alternativa rápida e de custo reduzido, que em muitos casos fornece um resultado confiável para estudar o que ocorre nos ossos dos animais de grande porte. No entanto, apesar de sua importância prática, além da observação diária pelos alunos de objetos boiando em líquidos, ou percebem que os corpos parecem mais leves quando mergulhados em um líquido do que no ar (DARROZ & PÉREZ, 2011) o entendimento sobre o fenômeno do empuxo é quase sempre relacionado a um conjunto de equações que fornecem um resultado, que na maioria das vezes não faz sentido algum para o aluno. Uma forma de contribuir para o processo de ensino desse, e outros conceitos, uma vez que a prática de laboratório seja de difícil realização, é a utilização de atividades experimentais virtuais que aliadas a uma atividade real simples podem produzir grandes efeitos didáticos. Essas atividades experimentais virtuais, muitas disponíveis gratuitamente na rede mundial de computadores (internet), são programadas em linguagem JAVA (applet), que podem ser executadas, com seu referido “plugin”, nos navegadores (Web Browser) sem que o computador esteja conectado a internet (off-line). Este programa permite simular muitas das ações que ocorreriam num laboratório convencional (FELIX et al, 2013). A grande vantagem é que ele, dependendo da complexidade do experimento, permite demonstrar aos alunos fenômenos que muitas vezes estão fora de alcance, sejam pelas limitações já mencionadas, ou por oferecerem riscos em sua realização. Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 200 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 Além do que já foi mencionado anteriormente, a utilização do applet pode ter outro papel importante na etapa de introdução dos conhecimentos apresentados nas atividades experimentais. Ele pode preencher uma lacuna importante relacionada à falta de habilidade ou treinamento do aluno para realizar a tarefa proposta, criando um ambiente onde essa etapa pode ser construída, mas também pode permitir a reprodução da atividade realizada em laboratório em um momento posterior. Figura 1. Applet sendo usado em dois momentos possíveis, antes e depois do experimento realizado. 2. METODOLOGIA A atividade aqui apresentada foi realizada com intuito de propor uma forma de abordagem de conceitos importantes que sejam compreendidos de forma contextualizada, tornando a aprendizagem simples e significativa. Ela foi dividida em duas etapas: a primeira, realizada virtualmente, caracterizou-se pela determinação da densidade de um bloco presente em um applet; na segunda, utilizou-se um pequeno pedaço de ossos animal, e, a partir de um conjunto de passos necessários, realizou-se atividade experimental real. 2.1 METODOLOGIA VIRTUAL Na primeira etapa da nossa atividade, utilizamos o applet denominado “Flutuabilidade” que permite a determinação direta do peso aparente e empuxo sofrido por um objeto sólido qualquer ao ser colocado em um tanque onde existe um líquido (PHET, 2015). Figura 2. Applet utilizado na atividade (PHET, 2015). O applet possui duas abas no canto superior esquerdo, onde identificados como “Intro” e “Parque da Flutuabilidade”, que podem ser selecionados dependendo do interesse da atividade. Escolhendo-se a aba “Intro”, Figura 2, é possível perceber a presença de dois blocos e duas balanças, sendo que uma delas está localizada dentro do tanque, cheio de um líquido que pode ser óleo ou água, e a outra fora do tanque. Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 201 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 Figura 3. Detalhamento das abas do applet utilizado na atividade (PHET, 2015). A atividade proposta aqui pretende determinar a densidade do bloco menor, de cor avermelhada, definindo uma metodologia que será utilizada para a realização da atividade experimental real. Como a massa do bloco já está definida pelo programa, inicialmente anotou-se o volume ocupado pelo líquido inserido no tanque e posteriormente o bloco foi colocado em cima da balança localizada dentro do tanque, então anotou-se o novo volume do líquido. Figura 4. Volume do líquido ocupado pelo líquido, sem e com o bloco no interior do tanque (PHET, 2015). Finalmente, de posse dos valores, determinamos a densidade do bloco escolhido utilizando a equação (1) e por fim buscamos informações tabeladas em livros ou na internet para se identificar o material apresentado na simulação. 2.2 METODOLOGIA EXPERIMENTAL Para a segunda etapa, como já dito, foram utilizados ossos de dois animais: um bovino e um caprino, com o objetivo de determinar suas densidades. Figura 4. Amostra do osso bovino utilizadas no experimento. Os procedimentos realizados em nosso experimento foram os seguintes: (a) inicialmente as massas dos dois pedaços foram obtidas com o auxílio de uma balança digital, (b) em seguida, em um béquer, com 25 mL de volume, foram adicionados 10,0 mL de água mineral; (c) em seguida, com uma caneta “marca texto”, foi marcada, na parte exterior do béquer, a altura da água; Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 202 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 Figura 5. Marcação da altura da água dentro do béquer. (d) Em seguida o pedaço de osso bovino foi colocado no interior do béquer e após alguns segundos, para que o sistema entre em equilíbrio, foi realizada uma nova marcação da nova altura da água; Figura 6. Marcação da altura da água dentro do béquer com o osso presente no seu interior. (e) Realizou-se então a medida, utilizando um paquímetro, da área interna do béquer e da diferença de altura da água; Figura 7. Detalhamento, no paquímetro, da medida realizada no béquer. (f) De posse desses valores, foi determinado o valor do volume deslocado pela inserção do pedaço de osso; (g) Com os valores da massa e do volume deslocado estimou-se, utilizando a equação (1), o valor da densidade. 3. RESULTADOS Na determinação da densidade do bloco, utilizado na atividade motivadora via applet, nos forneceu o seguinte conjunto de dados: • Massa do bloco: 5,0 kg; • Volume do líquido no tanque sem o bloco: 100,00 L; • Volume do líquido no tanque com o bloco: 102,50 L. Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 203 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 O volume deslocado pela introdução do bloco no tanque foi de 2,50 L, que utilizando a equação (1), fornece uma densidade de 2,0 kg/L. O valor obtido pôde ser conferido na aba parque de flutuabilidade, que, segundo o applet, o material é classificado como “tijolo”. Para a atividade experimental, o resultado esperado para a densidade do osso bobino estaria entre 2,0 g/cm3 e 2,1 g/cm3 para um animal sadio, no entanto a amostra utilizada era de uma animal que apresentava perda óssea por descalcificação, portanto espera-se um valor menor que o intervalo apresentado (AERSSENS et al, 1998). Os resultados obtidos na atividade experimental foram os seguintes: • Massa do osso bovino: 16,44 ± 0,05 g; • Volume do líquido no béquer vazio: 10,0 mL • Volume do líquido no béquer: 18,886 ± 0,005 mL Nessa atividade o volume deslocado foi de 8,886 ± 0,005 mL, que permitiu, com auxílio da equação (1), determinar a densidade de 1,85 ± 0,01 g/cm³, valor esperado dentro das condições do osso. 4. CONCLUSÕES Consideramos que o applet pode ser utilizado como recurso de treinamento e apresentação dos conteúdos científicos a serem desenvolvidos nas atividades experimentais, bem como auxiliar na exposição do conteúdo em diversos níveis de ensino. A escolha de um material orgânico para o experimento mostrou-se interessante, pois indica aos alunos a possibilidade da aplicabilidade dos conceitos estudados nos diferentes campos do conhecimento, além de ser uma proposta metodológica interessante para se incluir nos laboratórios dos cursos ligados a ciências agrárias de forma geral, criando um ambiente favorável a aprendizagem dos conceitos fundamentais na formação dos profissionais dessas áreas. 5. FINANCIAMENTO O presente trabalho foi realizado com apoio do Programa de Educação Tutorial – PET, do MEC Ministério da Educação – Brasil. 6. AGRADECIMENTOS Agradecemos também ao aluno Vinícius C. de Souza, mestrando em Zootecnia pela UNESP – Jaboticabal, por ter cedido à amostra utilizada nessa atividade, e ao professor Francisco Antônio Lopes Laudares, pelas sugestões na escrita desse trabalho. 7. REFERÊNCIAS AERSSENS, J.; BOONEN, S.; LOWET, G.; DEQUEKER, J. Interspecies Differences in Bone Composition, Density, and Quality: Potential Implications for in Vivo Bone Research*. Endocrinology. v. 139, n. 2; p. 663-670, 1998. CIEP - Centro em Integrado de Educação Profissional. Apostila de Densitometria Óssea, Disponível em: http://goo.gl/s0yZ4H, Acesso em: 01 abr. 2015. DARROZ, L. M.; PÉREZ, C. A. S. Princípio de Arquimedes: uma abordagem experimental Física na Escola, v. 12, n. 2, p. 28-31, 2011. Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 204 Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636 FELIX, J. S.; MELO, R. M. B.; CRUZ, F. A. O. ; LAUDARES, F. A. L. Experimentando em Física: praticando no real e no virtual. In: XX Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2013, São Paulo. ATAS: XX Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2013. HALLYDAY, David; Fundamentos da Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica; 8. Ed; 2008. PEREIRA, W. L. A.; CARDOSO, E. C. Osteoporose em bubalinos em relação à idade, à condição clínica animal e ao estado físico-químico ósseo e do cobre hepático. Brazilian Journal of Veterinary Research and Animal Science, v.47, n.2, p.159-167, 2010. PHET. Flutabilidade. Disponível em: https://goo.gl/DpI4w6, Acesso em 10 mar. 2015. SANTOS, J. F.; CASTILHO, W. S. O laboratório de Física nas escolas publicas de ensino médio de Palmas – Tocantins. In: Anais Eletrônicos - 1ª Jornada De Iniciação Científica e Extensão do IFTO, 2010. Vivências. Vol. 11, N.21: p.199-205, Outubro/2015 View publication stats 205
