65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 2. Ensino de Física

Ponte de Wheatstone: Uma prática real e virtual.

Rebeca Maria Batalha de Melo - Depto. Física – PET-Física - UFRRJ Bruno Randal de Oliveira - Depto. Física – PET-Física - UFRRJ Frederico Alan de Oliveira Cruz - Prof. Dr./Tutor - Depto. Física – PET-Física – UFRRJ

INTRODUÇÃO:

O estudo do movimento de cargas, que podemos chamar de “transporte mecânico” dos portadores de carga, é um dos principais pontos apresentados dentro dos fenômenos elétricos nas turmas de Ensino Médio. De forma simples, podemos dizer que o movimento dessas cargas através de um dispositivo elétrico (ou por um fio) é devido a uma diferença de potencial (ddp) entre as suas extremidades ou terminais. Esse movimento é inversamente proporcional a resistência do dispositivo ou do material, que é definida como resistência elétrica. Apesar de ter uma importância tecnológica, o estudo dos componentes mais importantes nos circuitos elétricos ocorre de forma apenas teórica e sem nenhuma visualização experimental do fenômeno. No caso de alguns circuitos mais complexos, como o caso da “Ponte de Wheatstone” composta por quatro resistores submetidos a uma fonte elétrica, muito dos princípios envolvidos passam despercebidos e são trabalhadas apenas as operações matemáticas para resolução do problema, isto é, a física do problema passar a ter um papel secundário dentro da discussão.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Discutir os princípios envolvidos no funcionamento de uma “Ponte de Weatstone” e suas propriedades elétricas em materiais resistivos, através de atividades experimentais reais e virtuais, como proposta pedagógica que facilite o processo de ensino aprendizagem.

MÉTODOS:

O trabalho constitui-se por uma atividade experimental para construir uma “Ponte de Wheatstone”, que se caracteriza em ser um dispositivo utilizado, para determinação da tensão mecânica, composto por quatro resistências. Nesse circuito, um dos resistores varia sua resistência em função da compressão sobre ele e os outros três resistores possuem valores conhecidos e fixos. As etapas de montagem foram as seguintes: (1) inicialmente foi realizada uma atividade experimental utilizando uma matriz de contato (protoboard), três potenciômetros que foram fixados com valores iguais a R1 = 70 Ω, R2 = 80 Ω, R3 = 90 Ω e um quarto que funcionou como o resistor a ser variado, conforme o comum esquema de montagem encontrado nos livros didáticos do Ensino Médio. No qual os resistores R1 e R2 em série entre si e R3 e Rx dispostos em série. Uma fonte com valor fixado em 19,5 V foi utilizada para produzir a diferença de potencial no circuito; (2) Após a montagem, a resistência do potenciômetro foi sendo ajustada até que fosse medida uma diferença de potencial nula entre R1 e R2 e entre R3 e a quarta resistência; (3) Posteriormente a mesma situação foi montada virtualmente utilizando o applet “Kit de Construção de Circuito (AC+DC)”, repetindo os mesmos procedimentos apresentados nas etapas (1) e (2).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Na montagem experimental virtual, utilizando o applet “Kit de Construção de Circuito (AC+DC)”, foi reproduzido o esquema da ponte de Wheatstone comum nos livros, considerando os valores dos resistores já mencionados, e obtivemos o valor de Rx, igual a 102,76 Ω. Para o mesmo circuito montado na matriz de contatos o valor medido para Rx, nas condições de equilíbrio, foi igual a 97,9 Ω. Fazendo uma análise do desvio entre os valores medidos nos experimentos real e virtual, considerando que o resultado numérico da montagem do applet como referência ou valor teórico, encontramos um desvio percentual igual a 4,73%. Esse valor pode ser considerado satisfatório, visto que para uma atividade em turmas de Ensino Médio eles não seriam tão discrepantes. Esse desvio pode ser utilizado pelo professor para discutir a influência dos instrumentos de medida e a resistência interna da fonte nos resultados encontrados, podendo ser trabalhados junto ao alunos.

CONCLUSÕES:

Foi observado que a utilização do applets como ferramenta didática pode contribuir, positivamente, na fase de motivação do experimento, treinando de forma lúdica os alunos para procedimento experimentais. Outro ponto importante é que eles podem permitir uma nova forma de abordagem para alguns temas, tratando conceitos físicos de forma mais interessante. Devido à vivência e o contato considerável dos jovens atualmente com a tecnologia, em particular com o computador, existe uma grande possibilidade do experimento virtual ser uma aprendizagem praticamente espontânea em momentos diferentes da sala de aula. É importante ressaltar que o experimento virtual não substitui de qualquer forma os métodos tradicionais, ou seja, ele não representa a solução definitiva para a abordagem dos problemas físicos. A proposta oferece ao estudante uma autonomia de rever um fenômeno a partir das suas próprias concepções e vivências, trazendo a possibilidade do erro e do acerto sem trazer riscos aos aparelhos utilizados ou mesmo ao aluno.

Palavras-chave: Applets, Eletricidade, Ponte de Wheatstone.