Eletromagnetismo no Ensino Médio

Introdução

O estudo de onda se faz necessário para acreditar no Modelo Ondulatório da luz e entender determinados fenômenos, como a interferência e difração da luz. Este estudo da onda pode acontecer num curso de Óptica após os alunos terem aprendido o modelo corpuscular da luz.

Esta aula (de síntese) foi apresentada aos alunos e ocorreu na forma de fechamento dos conteúdos, após eles terem trabalhado suas ideias a respeito desse tema em diferentes atividades em sala de aula, tendo como base justamente a apresentação das atividades dos alunos.

O objetivo era apresentar a ideia de onda como propagação de uma perturbação que acontece em diferentes meios elásticos e as características dessa onda, como frequência, período, amplitude, comprimento de onda e a velocidade de propagação num determinado meio. Essa aula teve também como preocupação o rigor da linguagem e mostrar a familiarização dos alunos com esses termos científicos.

Nas atividades dos alunos aparecem as suas concepções, suas explicações pessoias, expressas através de suas falas e na forma de trabalhos escritos, que foram utilizadas para mostrar a evolução do seu conhecimento e mostrar que houve maior proximidade com o conhecimento científico.

A apresentação das idéias dos alunos serve para demonstrar que a ação de aprender não acontece de uma forma passiva e repetitiva a partir das falas do professor, mas de maneira dinâmica, onde o aluno é a figura ativa da sala de aula e o professor serve como mediador de discussões e para acompanhar e encaminhar situações que os obriga a pensar, favorecendo a construção de um verdadeiro conhecimento, autêntico e significativo.

Esse tipo de desenvolvimento das aulas de Física adotado no planejamento, mostra uma alternativa, na tentativa de levar o aluno a aprender com mais interesse e participação. A aula expositiva num certo ponto da sequência possibilita reestruturar e organizar o que foi compreendido. A comunicação e interação com os alunos, neste caso, deve ficar implícita mais na atenção que eles demonstram do que pelas ações explícitas.

Objetivo da aula

- Apresentar qual foi a proposta de trabalho feita para os alunos sobre o estudo de ondas;
- Apresentar quais foram as concepções dos alunos, através de respostas a trabalhos realizados por eles, que contribuíram para a construção do conhecimento sobre as ondas;
- Apresentar as conclusões significativas a que chegamos sobre as características das ondas.

Momentos de destaque da aula síntese

1- COMO E ONDE PODEMOS TER ONDAS?
2- A BOLA SE MOVIMENTA COM A ONDA?
3- COMPARANDO AS FREQUÊNCIAS DAS ONDAS
4- MUDANDO A FREQUÊNCIA DA ONDA O QUE ACONTECE COM A VELOCIDADE DA ONDA?
5- ENXERGANDO A ONDA ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE UM EXERCÍCIO TRADICIONAL

Pensei em aulas importantes em que os conteúdos trabalhados serviram de base para os alunos entenderem a onda.

Descrição de cada momento da aula síntese

1º Momento: Como e onde podemos ter ondas.
Com o objetivo de ir direto ao foco do assunto que pretendia discutir com os alunos, que era a forma de produção de ondas e o meio onde pode ser propagar, ofereci a oportunidade para que eles pensassem e escrevessem sobre isso.

Perguntei: Como e onde podemos ter ondas?
Onde podemos produzir ondas?

Em algumas salas dei tiras de barbantes aos alunos, em outras apenas fiz essas perguntas. Dessa atividade obtive falas interessantes dos estudantes e entendo tê-los motivado a pensar sobre as ondas; serviu-me também para conhecer o que eles pensam, abrindo uma porta para o diálogo entre aluno professor. As seguintes idéias surgiram:

É qualquer onda?
Onda do mar? Onda de vento? Onda eletromagnética?
Tipo a onda da praia?
O que é onda?
Microondas?
Posso falar em onda sonora?
Posso falar em produzir onda sonora?
O que eu preciso para produzir ondas?
Elástica eu preciso bater para produzir essas ondas.
Se eu lavar o meu cabelo ele vai formar ondas.
Temos onda no osciloscópio. A onda do gráfico da tensão e corrente em relação ao tempo.
O vento vai produzir ondas do mar, porque balança um lugar onde tem água e aparece onda.
Associam a onda com a figura da onda do mar.
Os alunos associam a palavra movimento com a produção da onda.
Um aluno falou da antena que produz onda e indicou com a mão em arcos essas ondas.
Um aluno indicou a forma da mola como um tipo de onda.
Tenho onda quando jogo pedra na água, mas são ondas diferentes, do mar, onda sonora e magnética. Eu perguntei nesse caso: Essas ondas têm coisas em comum? O que é?

Reflexão sobre os trabalhos escritos dos alunos:
Colei na lousa todas as atividades dos alunos; eles ficaram em silêncio observando a minha atitude e comentaram sobre a quem pertencia cada trabalho. Comentei as diferentes respostas e as representações de ondas dos alunos.
Discutimos os trabalhos e lhes perguntei se tinham representado ondas, eles afirmaram que sim e então perguntei: O que é onda?

Falaram das ondas do mar e muitos indicaram as ondas com a mão.
Achei interessante apresentar para os alunos o significado da palavra "onda" segundo o dicionário e escrevi na lousa o seguinte:

"Onda- Porção de água do mar, lago ou rio, que se eleva. Grande quantidade ou afluxo de líquido. Grande porção, ondulação. Fis. Perturbação periódica mediante a qual pode haver transporte de energia dum ponto a outro de um material."

Voltei aos trabalhos dos alunos e perguntei se aquilo que fizeram é onda e o porquê.

Tentamos comparar a explicação de onda que aparecia no dicionário com as ideias apresentadas pelos alunos. Nessa explicação do dicionário usamos a palavra "perturbação" no lugar da palavra "energia" para dar um sentido melhor em cima das discussões que fizemos em sala de aula.
Nesse momento tentei mostrar a diferença em dizer "fazer uma onda" e representar uma onda.
Achei interessante destacar que a onda do mar que eles pensam quando falamos de onda é mesmo uma onda (mais complexa) mas segundo o significado físico, precisamos fazer outras considerações, como discutir a propagação da perturbação exercida num meio.

Ainda em relação aos trabalhos escritos dos alunos observei e apresentei para eles, destacando:
1º) Utilizam palavras que fazem parte do vocabulário científico, mas não conhecem seu verdadeiro significado, tais como: propagação, fenômeno, frequência e vibração.
2º) Meios de propagação das ondas. Eles pensam em diferentes meios de propagação de ondas como água, ar, terra e espaço. Falam ainda que temos ondas em todo meio físico, em qualquer ambiente. Os alunos citam como exemplos de ondas na água: tsunami, maremoto; na terra: terremoto; no ar: ondas sonoras.

A esse respeito, perguntei aos alunos: qual o meio que posso oferecer para vocês para produzir uma onda? O que precisamos para produzir uma onda?

Pedi para os alunos pensarem em casa e que fizessem uma pesquisa sobre essas perguntas com objetivo de pensar no meio (material) e na forma de produção das ondas.
Discuti as idéias pesquisadas e ofereci um pedaço de barbante para servir de meio para o aluno produzir uma onda. Os alunos realizaram a atividade em dupla e conseguiram identificar a importância da perturbação na origem (fonte) do meio e "algo" que caminha nesse meio.

FOI SOLICITADO O SEGUINTE AOS ALUNOS:
1- EXPLIQUE O QUE FEZ E COMO PARA PRODUZIR ONDA.
2- USANDO O BARBANTE PRODUZA DIFERENTES ONDAS. O QUE FEZ PARA PRODUZIR DIFERENTES ONDAS? REPRESENTE DUAS ONDAS DIFERENTES QUE CONSEGUIU E IDENTIFIQUE AS DIFERENÇAS. POR QUE APARECEM ESSAS DIFERENÇAS?
3- MARQUE UM PONTO EM CADA ONDA. EXPLIQUE O MOVIMENTO DESSE PONTO QUANDO A ONDA PASSA POR ELE.

Os trabalhos dos alunos mostram as formas diferentes de representação das ondas observadas e construídas por eles. Muitos alunos chamam essa representação de onda de "onda". E a onda do mar aparece muito frequente nesses trabalhos.
Alguns alunos sentiram a necessidade de prender um objeto na extremidade do cordão e deixar caído para produzir a onda.
Discutimos sobre as respostas dos trabalhos dos alunos. Representamos as ondas construídas por eles e tentamos analisar e nomear as diferenças.
Ofereci para os alunos apenas uma mola para produzir ondas. Falamos do movimento que precisamos exercer para produzir a onda, e a propagação dessa perturbação pela corda "meio" e das características das ondas, como amplitude, frequência e comprimento de onda. Tentaram observar o movimento de cada ponto do meio e comparar com o movimento da "fonte".

2º Momento: A bola se movimenta com a onda?
Esse foi um momento, digamos, divertido, pois os alunos leram um exercício que parecia simples sobre uma bola sobre a água onde passa uma onda, e eles precisavam explicar se a bola é levada junto com a onda ou permanece no mesmo lugar. Sem tomar consciência da importância do conteúdo físico em questão, eles apresentaram a concepção espontânea com muita naturalidade e segurança de que a bola vai embora junto com a onda. Demonstraram essa ideia através de caprichosos desenhos e explicações bem feitas, segundo a qual muitas das ondas que representaram continuam sendo a onda do mar e leva o que quer que tenha sobre ela junto com ela, como se estivesse levando para a areia na quebrada da onda.

Estudar uma ciência é muito difícil, já que certas observações vão contra nossas concepções sobre o mundo. Essa situação da bola na onda é um caso que serve como exemplo. É muito difícil convencer o aluno de algo diferente do que ele acredita. Apenas temos chance de consegui-lo quando mostrando para o aluno alguma situação prática. Nesta situação eu apenas falei para convencê-los diferente do que eles pensavam, pois não tinha material disponível que pudesse vivenciar essa constatação da Física - a matéria não se move com a onda.

3º Momento: comparando as freqüências das ondas

Este foi um momento de participação dos alunos em duplas com apresentação da produção de ondas com características diferentes para toda a sala.
A minha idéia foi usar comparações entre duas ondas em molas com frequências diferentes, comprimentos de onda diferentes, amplitude diferentes, períodos diferentes.

Usamos o chão da sala como a base para o estudo.
Primeiramente perguntei aos alunos se tinham ondas naquele ambiente. Os alunos logicamente falaram que sim. Quais ondas existem aqui? Eles disseram ondas sonoras.
Muito bem, sabemos que nesta sala tem ondas, mas não conseguimos enxergar as características dessas ondas, como amplitude, comprimento de onda, frequência e outras coisas. O que precisamos para enxergar essas características das ondas? Falaram cordas, barbante e mola. Foi então que convidei dois alunos (aluno 1 e aluno 2) para produzir as ondas e outros dois seguravam bem levemente na outra extremidade da mola para que não tivesse possibilidade de acontecer onda estacionária.

Inicialmente pedi para que os alunos deixassem apenas a mola esticada no chão, com o objetivo de marcar com giz a posição da mola.
Então perguntei: O que precisamos fazer para produzir ondas?
Pedi então para que o aluno 1 produzir ondas com maior frequência do que o aluno 2.
Pedi para observar bem as ondas produzidas por cada aluno nessa situação.
Pedi para cada aluno representar um momento da onda que produziu. Falei: Imagine que tiraram uma foto da onda, faça essa representação da onda.
Os alunos usaram giz para fazer, cada um, a representação da onda no chão. Nesse momento o referencial da posição da mola parada foi importante.

Perguntei o seguinte aos alunos convidados 1 e 2:
Qual a diferença entre essas representações de onda? Por quê?
Qual o valor do comprimento de onda de cada onda? O que determina o comprimento de onda?
Cada aluno deve indicar no chão a posição da mão quando movimenta a origem da mola (máximo e mínimo em relação à mola parada) para produzir a onda . O que significa essa medida?
Podemos medir um tempo em alguma situação na produção da onda? Quando?
O que é período?
O que é frequência?
Produzam ondas com mesma amplitude e frequências diferentes. Qual a relação com os comprimentos de onda de cada uma dessas ondas?
Produzam ondas com diferentes amplitudes e frequências iguais.

Foi uma aula onde teve muita discussão sobre o conteúdo, das características das ondas e uma participação interessada dos alunos. Eles queriam participar da atividade produzindo as ondas e comentando sobre o que estava sendo solicitado sobre as ondas.
Pensei nessa atividade numa forma de aprendizagem do que já tinha sido discutido com os alunos e numa participação conjunta dos alunos, mas ainda não sabia se eles tinham aprendido o que eu queria.

4º Momento: Mudando a frequência, o que acontece com a velocidade da onda?

Os alunos fizeram uma atividade em dupla onde ofereci uma folha sulfite e dois pedaços de barbante. Meu objetivo era que cada dupla produzisse ondas e pensassem na amplitude e frequências.
Imagine que num tempo de 1 segundo você produza ondas com frequências diferentes e mesma amplitude. Represente essas ondas em sua folha sulfite e responda:
Qual o valor da amplitude em cada situação?
Qual o valor do comprimento de onda em cada representação da onda?
Observando as figuras das ondas que obteve, indique qual a relação entre a freqüência e o comprimento de onda.
Qual é a frequência de cada onda?
Qual é a velocidade de cada onda?
Qual é a relação entre frequência e velocidade? Comente sua resposta.

Os alunos produziram ondas, representaram essas ondas, fizeram medidas, pensaram no significado da freqüência e na relação do comprimento de onda; ainda alguns alunos chegaram a conclusões significativas da velocidade e perceberam que a velocidade encontrada é a mesma com diferentes freqüências. Essa idéia da velocidade foi obtida por poucos alunos, pois a atividade foi longo e muitos alunos não chegaram até esse ponto.

5º MOMENTO: ENXERGANDO A ONDA ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE UM EXERCÍCIO TRADICIONAL

A onda da figura é formada por um vibrador de 3600 rpm.
Determine:
a) O comprimento de onda (?);
b) A amplitude (A);
c) A velocidade de propagação da onda (v).

Passei esse exercício aos alunos e eles fizeram individualmente. Ficaram atentos ao resolvê-lo. Alguns alunos perguntaram o que era RPM, alguns alunos estranharam os eixos apresentados no exercício. Falei para os alunos a expressão da velocidade da onda. Tiveram dúvida quanto à unidade de medida de velocidade. Percebi que foi um exercício tradicional, mas não foi uma novidade, tinham noção do que estava sendo mostrado e do que estava sendo pedido.

Observação

Nessa aula síntese será apresentado um painel em cada um dos cinco momentos da aula , esse painel deve conter trabalhos dos alunos com destaque das principais ideias que foram aproveitadas para o encaminhamento das aulas.
Esses painéis servirão para apresentar as ideias dos alunos e a evolução do seu conhecimento, o que vai demonstrar uma proximidade verdadeira do conhecimento científico.
A apresentação do encaminhamento das ideias serve como demonstração de que a ação de aprender do aluno não acontece de uma forma passiva e repetitiva a partir das falas do professor, mas de maneira dinâmica onde o aluno é a figura ativa da sala de aula e o professor serve como mediador e para encaminhar situações que os obriga a pensar de modo a construir um verdadeiro conhecimento.
Esse tipo de desenvolvimento das aulas mostra uma tentativa de levar o aluno a aprender a Física com mais interesse e participação.