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A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 2. Ensino de Física
LANÇADOR DE PROJÉTEIS: A TERMODINÂMICA NUMA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR.
Marcelo Eduardo Fonseca Teixeira  1
Eugenio Maria de França Ramos  1
Guilherme Blasi Cruz  2
(1. Depto de Educação - UNESP Rio Claro; 2. Faculdade de Engenharia Química – Departamento de Processos Químicos – UNICAMP )
INTRODUÇÃO:
A termodinâmica, termoquímica e o estudo do lançamento de projéteis são assuntos comumente tratados de forma independente, no Ensino Médio, pelas disciplinas de Física e Química, como conseqüência os estudantes e professores apresentam grande dificuldade em relacioná-los. Neste trabalho discutimos que algumas situações – tais como lançamento de foguetes e disparos de armas – podem proporcionar situações em que esses assuntos sejam tratados concomitantemente, discutindo conceitos essenciais de física e química de uma forma acessível a alunos deste nível de escolaridade e até mesmo da graduação. O lançador termodinâmico de projéteis (LTP), que será ilustrado durante a apresentação do painel, é um protótipo experimental e didático construído com materiais de baixo custo que permite ilustrar a transformação da energia entre diferentes modalidades, desde a forma química até a mecânica cinética e potencial. O projétil é feito de um simples tubo de plástico de filme de 35 mm. Para o seu lançamento o mesmo é preenchido com um pequeno volume de combustível pulverizado na presença de ar. Após carregado com combustível é acionada uma faísca - tendo como origem um ignitor piezelétrico (obtido a partir de simples isqueiros industrializados) – e com isso observa-se a explosão em que parte da energia se transfere para o lançamento do projétil, devido ao posicionamento adequado deste em uma base lançadora.
METODOLOGIA:
O protótipo didático e seu estudo trazem em si oportunidades para o ensino de conceitos de química, física e formação, inter-relacionados em discussão de disciplinas nas quais termoquímica e termodinâmica encontram-se presentes. Com o LTP é possível estudar princípios básicos dos processos termodinâmicos, sua fundamentação na construção das máquinas térmicas, bem como o processo histórico da evolução conceitual associado ao desenvolvimento tecnológico. Didaticamente o trabalho se desenvolve por meio de oficinas. Inicialmente apresenta-se aos aprendizes uma demonstração de funcionamento do LTP, cujo lançamento balístico do projétil (compreendendo a trajetória em forma de parábola) e estampido da combustão costumam provocar bastante euforia e interesse. Após esta etapa oferecesse aos sujeitos a oportunidade de manusear o protótipo, fazendo alguns lançamentos, e, por fim, a discussão teórica, a construção de um protótipo e medidas experimentais. A montagem do dispositivo é feita com a utilização de um kit. Nesta fase os aprendizes enfrentam as dificuldades inerentes ao processo de construção e elaboração das necessidades para o perfeito funcionamento do protótipo. Uma vez tendo cada equipe seu protótipo, segue-se a medida dos lançamentos, através das quais, após tabulação serão comparadas com a previsão original teórica, permitindo o cálculo final do rendimento do protótipo.
RESULTADOS:
O trabalho com o LTP já foi desenvolvido em vários níveis do processo educacional, dos quais cabe destacar: · durante o XV Simpósio Nacional de Ensino de Física, com trinta professores do ensino médio e superior. · para estudantes dos próprios autores, no Ensino Médio (desde sua primeira apresentação em 2003 até o corrente ano, com cerca de 250 alunos por ano) e no Ensino Superior (na disciplina de Prática de Ensino de um curso de Licenciatura, com a participação de 20 integrantes, no ano de 2004). Os resultados de aprendizagem variam de acordo com o nível em que se é aplicado a atividade, embora tenhamos observado que o envolvimento didático, euforia e encantamento sejam semelhantes em todas as faixas etárias estudadas. No caso de alunos do ensino médio a dificuldade apresentada para o cálculo dos valores teóricos requer do professor uma presença mais marcante. No entanto após a realização do experimento, nota-se que os conceitos primários estão bem assentados em função da discussão qualitativa que segue a atividade experimental. No caso de alunos do ensino superior e professores de Educação Básica a discussão posterior ganha um caráter importante de formação e de aprofundamento das questões de ensino envolvendo a temática termodinâmica. E, com isso, a atividade acaba por alcançar objetivos mais amplos que o simples cálculo de se rendimento termodinâmico, discutindo a formação para lidar com esses conceitos e as possibilidades experimentais didáticas.
CONCLUSÕES:
Em todos os níveis de ensino estudados percebe-se grande dificuldade inicial dos aprendizes em lidar com conceitos e cálculos termodinâmicos. A atividade experimental e a oficina de construção do Lançador Termodinâmico de Projéteis mostraram-se capazes de, a partir de materiais de baixo custo, aprofundar os conceitos elementares de termodinâmica, como também oferecer oportunidades de resgatar inter-relações entre disciplinas que normalmente apresentam essa temática de maneira estanque e compartimentalizada. Na discussão teórica os aprendizes aproximam-se dos conceitos de termoquímica e termodinâmica, tais como nomenclatura de compostos orgânicos, equacionamento de uma reação de combustão, entalpia de formação das substâncias, variação de entalpia no processo de queima do combustível, cálculo de reagente em excesso, transformação de unidades, determinação de área e volume de estruturas geométricas, transformações de unidades de grandezas (densidade, massa molar, teor alcoólico, volume molar dos gases), transformação entre modalidades de energia (particularmente a equivalência mecânica da energia térmica) e determinação de sua eficácia. A ludicidade do LTP e sua simplicidade de construção mostraram-se elementos essenciais para o trabalho didático com a Termodinâmica. Os resultados didáticos do uso do LTP mostraram-se bastante promissores em termos de formação básica bem como no aprofundamento de estudos teóricos de alunos de nível superior e professores em formação continuada.
 
Palavras-chave: Instrumentação para o Ensino de Física; Instrumentação para o Ensino de Química; Termodinâmica e interdisciplinaridade.
Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006