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ISBN 978-85-87837-31-8 Interdisciplinaridade e práticas curriculares envolvendo conceitos físicos e matemáticos Rassiê Tainy de Paula IFSC-ICMC- IQSC ([email protected]) Sofia Rodrigues ICMC ([email protected]) Financiamento/Apoio: PIBID-CAPES Modalidade: Oficina RESUMO Esta oficina propõe uma atividade que pode ser aplicada em 4 h-aula com alunos do 1º ano do ensino médio envolvendo a interdisciplinaridade entre Física e Matemática, por meio de uma atividade experimental que relaciona os conceitos de movimento retilíneo uniforme (MRU), com função afim e média aritmética. Apoiados no experimento os participantes irão determinar a velocidade de um móvel que se desloca com velocidade constante; construir um gráfico de espaço em função do tempo em papel milimetrado e em excel; revisar média aritmética; e, comparar a função afim que resulta na expressão da velocidade com a fórmula ΔV=Δs/Δt.. Com esta oficina espera-se que educadores de matemática e física possam se motivar a trabalhar sequências didáticas que sejam mais dinâmicas, e despertar em seus alunos o desejo de explicar, compreender, intervir, mudar e prever. Palavras-chave: Educação matemática, Interdisciplinaridade, Movimento Retiílineo Uniforme, Função afim

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ISBN 978-85-87837-31-8

Interdisciplinaridade e práticas curriculares envolvendo

conceitos físicos e matemáticos

Rassiê Tainy de Paula – IFSC-ICMC- IQSC

([email protected])

Sofia Rodrigues – ICMC ([email protected])

Financiamento/Apoio: PIBID-CAPES

Modalidade: Oficina

RESUMO

Esta oficina propõe uma atividade que pode ser aplicada em 4 h-aula com alunos do

1º ano do ensino médio envolvendo a interdisciplinaridade entre Física e Matemática,

por meio de uma atividade experimental que relaciona os conceitos de movimento

retilíneo uniforme (MRU), com função afim e média aritmética. Apoiados no

experimento os participantes irão determinar a velocidade de um móvel que se

desloca com velocidade constante; construir um gráfico de espaço em função do

tempo em papel milimetrado e em excel; revisar média aritmética; e, comparar a

função afim que resulta na expressão da velocidade com a fórmula ΔV=Δs/Δt.. Com

esta oficina espera-se que educadores de matemática e física possam se motivar a

trabalhar sequências didáticas que sejam mais dinâmicas, e despertar em seus alunos

o desejo de explicar, compreender, intervir, mudar e prever.

Palavras-chave: Educação matemática, Interdisciplinaridade, Movimento Retiílineo

Uniforme, Função afim

ISBN 978-85-87837-31-8

INTRODUÇÃO

A Matemática e a Física são duas ciências que andam lado a lado.

Há diversas áreas da Física que utilizam o conceito de função para explicar

alguns fenômenos.

No estudo da cinemática (ramo da Física que estuda os movimentos

dos corpos) o uso de funções do primeiro grau ou funções afim é muito comum.

Uma das funções afim usadas na cinemática é a que relaciona a posição (S) de

um móvel em movimento uniforme (movimento com velocidade constante) com

o tempo (t), chamada de função horária do espaço em relação ao tempo.

No movimento uniforme, apenas a posição varia com o tempo,

vejamos agora como podemos calcular a posição de uma determinada

partícula:

Uma partícula com velocidade v ocupa a posição x0 no tempo t0. No

instante t, a partícula ocupa a posição x. Observe a figura:

Partícula deslocando-se com velocidade constante

A velocidade da partícula é calculada pela razão entre a variação

das posições e a variação do tempo.

Sendo:

Δx = x – x0 , ou seja, a variação da posição;

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Δt = t – t0, a variação do tempo.

A partir das igualdades descritas acima, podemos calcular a

velocidade da partícula com a seguinte equação:

A partir dessa equação, podemos encontrar o valor da posição para qualquer

intervalo de tempo em função da velocidade, apenas isolando o valor de x:

x = x0 + v (t – t0)

A função acima é chamada de função horária da posição.

Gráfico do Movimento Uniforme

Apesar da função horária da posição fornecer informações precisas

para descrever o movimento, os gráficos permitem uma melhor visualização da

variação das grandezas envolvidas. Para o MU, podemos obter dois gráficos:

Gráfico da posição em função do tempo

Como a função da posição em função do tempo é do primeiro grau

em t, o seu gráfico será uma reta:

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O gráfico da posição em função do tempo é uma reta

O coeficiente angular da reta é calculado pela divisão entre a

variação dos valores de y e os de x. Aplicando essa regra no gráfico acima,

chegamos à expressão:

Essa equação coincide com a da velocidade citada anteriormente,

assim, podemos concluir que a velocidade é o coeficiente angular do gráfico.

Gráfico da velocidade em função do tempo (v x t)

Como a velocidade é constante, o gráfico será uma reta paralela ao

eixo do tempo:

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O gráfico da velocidade em função do tempo é uma reta paralela ao eixo do tempo

De acordo com esse gráfico, para qualquer intervalo de tempo, o

valor da velocidade será o mesmo.

A partir desse gráfico, é possível calcular o valor da distância

percorrida pela partícula, para isso basta calcular a área do gráfico:

A área do retângulo formada pelo gráfico corresponde ao deslocamento da partícula

Vamos fazer uma comparação entre a expressão acima e a

expressão que define uma função afim.

S = S0 + v.t

y = b + a∙x

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Como Rigonatto (sd) retrata em “Função afim aplicada à cinemática”,

observamos que a sentença Matemática que modela o movimento uniforme é

mesmo uma função afim.

Sobre a Oficina

A oficina proposta envolve a interdisciplinaridade entre Física e

Matemática, por meio de uma atividade experimental que relaciona os

conceitos de movimento retilíneo uniforme (MRU), com função afim e média

aritmética.

Segundo Neto (2011, p.46) “a interdisciplinaridade e compreendida

de forma geral como uma intercomunicação entre as diferentes disciplinas do

curriculo escolar”, por isso, a importância das materias não serem ensinadas

isoladamente, como se não fossem relacionadas e de forma independente.

Sendo assim, os docentes que optam por usar o estudo interdisciplinar

devem apresentar aos seus estudantes o que há em comum entre as

disciplinas de física e matemática dentro do tema abordado.

Ela pode ser oferecida para até 40 participantes numa sala de aula

comum, podendo ou não fazer o uso de um laboratório. Os materiais para o

experimento são fáceis de serem encontrados. Contaremos com o uso de

retroprojetor e notebook para o desenvolvimento da oficina.

O objetivo dessa atividade é aproximar o ensino interdisciplinar e

trabalhar a investigação utilizando recursos digitais. A interdisciplinaridade e

uma união entre o entendimento e interpretação das disciplinas nas suas mais

variadas áreas, além de abranger temáticas em que o aprendizado é ampliado.

A oficina é proposta em formato de um plano de 4 aulas de 50 min a

a ser aplicado com alunos do primeiro ano do ensino médio, de acordo com

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Material de Apoio ao Currículo do Estado de São Paulo de Física e de

Matemática. Os participantes serão orientados sobre a forma que poderiam

trabalhar em sala de aula a metodologia envolvida no trabalho.

Considerações Iniciais

O professor de Física poderá trabalhar o experimento como forma de

finalizar o conceito de movimento retilíneo uniforme, e então, o professor de

Matemática poderá trabalhar os conceitos de média, desvio e função, além da

plotagem do gráfico no excel.

O educador de Física poderia trabalhar com certas indagações com

os alunos, como: "por que é esperado que a gota de água segue trajetória

retilínea e uniforme quando colocada no tubo?", "o fenômeno observado no

experimento se repete se em vez da água tivesse esfera de outro material?" "O

líquido em que se faz a experiência faz diferença?" "É só densidade que está

em jogo?" "O formato da gota faz diferença?" "O contexto tem algo a ver com

movimento em queda livre no ar de gota de água caído das alturas?", a fim de

valorizar o trabalho interdisciplinar e seguir o preconizado pelos PCN

Caso o professor de Matemática esteja trabalhando sozinho com os

alunos, é aconselhável que o aluno já tenha um conhecimento sobre

Movimento Retilíneo Uniforme, e, assim, o professor de Matemática fará

também o experimento com os alunos.

A proposta dessa oficina tem caráter investigativo, porque os alunos

devem investigar e perceber a relação entre a função afim e o movimento

retilíneo uniforme. Contudo, o professor poderá a seu critério, adaptá-la para

uma atividade mais diretiva.

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MATERIAIS E MÉTODO

Objetivos

Determinar a velocidade de um móvel que se desloca com velocidade

constante;

Com os resultados obtidos, construir um gráfico de espaço em função do

tempo em papel milimetrado (ou quadriculado), em excel explorando o conceito

de função afim.

Revisar conteúdo de média aritmética;

Comparar a função afim que resulta na velocidade com a fórmula ΔV=Δs/Δt

.

Desenvolvimento da Oficina

Recordaremos a Definição de movimento uniforme; Função horária

da posição no MU; Gráficos do Movimento Uniforme; Gráfico da posição em

função do tempo; Gráfico da velocidade em função do tempo (v x t)

Realizaremos o Experimento feito por Bisquolo (s.d)

Materiais:

Tubo de vidro ou de material transparente com pelo menos trinta

centímetros de altura. Pode ser uma proveta;

Óleo de soja;

Conta gotas;

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Cronômetro;

Água;

Papel milimetrado ou quadriculado e planilha do excel.

Procedimentos:

O experimento será realizado em grupos de até 4 participantes.

Coloque o óleo de soja no tubo. Não precisa encher até a boca: deixe uma

distância de três a quatro centímetros entre a boca e a superfície do óleo;

Faça, no tubo, marcas separadas por distâncias iguais. Uma boa sugestão

é separá-las de quatro em quatro centímetros. Para um tubo de trinta

centímetros, teremos de cinco a seis marcas. Essas marcas poderão ser feitas

com uma caneta para retroprojetor ou com pequenos pedaços de fita crepe.

Caso utilize uma proveta graduada, não será necessário. Observe a figura:

Figura 1: Exemplo de proveta

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Encha o conta-gotas de água, coloque a ponta dentro do óleo e libere

uma gota de água. Podemos explicar ao aluno que a densidade é uma relação

entre a massa de um corpo e o volume que ele ocupa, então quanto mais

massa o corpo tiver, para um certo volume, a sua densidade maior será.

Portanto, o aluno observará entre a água e o óleo, qual dos dois é mais denso.

Observe que a primeira marca guarda uma distância da superfície do óleo;

portanto, adotaremos o referencial a partir da primeira marca;

Oriente os participantes para limpar o conta-gotas imediatamente depois

que ele for colocado no óleo;

Um participante fica responsável em olhar a marcação, o outro em olhar o

cronômetro. Quando a gota passar pela marca zero, dispare o cronômetro. A

partir desse ponto, toda vez que a gota passar por uma marca, avise ao

parceiro para que este possa anotar o instante registrado. No final façam a

variação do tempo para poder ver de quanto em quanto segundo a gota passou

uma marca;

Repitam mais duas vezes o experimento;

Os resultados podem ser anotados na tabela 1:

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Marcas

Tempo1 (s)

Tempo2 (s) Tempo3 (s) Média dos 3

tempos de

cada

marcação (s)

0 – 1

1 – 2

2 – 3

3 – 4

4 – 5

5 – 6

6 – 7

7 – 8

Tabela 1: Marcação para alunos

Observem que o deslocamento (ΔS) e o mesmo para todos os intervalos entre

as marcas, e que o intervalo de tempo (Δt) e a diferença entre os instantes

registrados em cada marca.

Construam, pelos valores da média, um gráfico do espaço, dado em

marcas, pelo tempo em segundos, em uma folha de papel milimetrado ou

quadriculado. O resultado deverá ser uma reta iniciada do zero. (Obs: gráfico

com valores da média);

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Passem os dados para o excel e construam um gráfico, para certificar-se de

que o gráfico, no papel, está correto;

A partir do gráfico plotado, encontrem a velocidade da partícula pela função

afim;

A partir dos dados de uma das tabelas feitas no início, encontrem a

velocidade, pela equação da velocidade: V = ΔS/Δt;

Justificar, caso dê alguma diferença, o porquê ocorreu;

Solicitar um relatório contendo objetivos do experimento, material,

procedimento, resultados e conclusões;

Com os resultados obtidos na tabela 2, para a velocidade, é possível

construir um gráfico da velocidade em função do tempo para cada intervalo de

tempo;

Se os pontos no gráfico do espaço em função do tempo não estiverem

todos alinhados, ensine os alunos a encontrarem a reta que melhor se ajusta a

esses pontos.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com esta oficina espera-se que educadores de matemática e física

possam se motivar a trabalhar sequências didáticas que sejam mais dinâmicas,

como a deste trabalho que apresenta uma forma de abordar os conceitos de

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medidas de tendência central utilizando a interdisciplinaridade como base de

estudo. De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais

“ e importante enfatizar que a interdisciplinaridade supõe

um eixo integrador, que pode ser o objeto de

conhecimento, um projeto de investigação, um plano de

intervenção. Nesse sentido ela deve partir da necessidade

sentida pelas escolas, professores e alunos de explicar,

compreender, intervir, mudar, prever, algo que desafia

uma disciplina isolada e atrai a atenção de mais de um

olhar, talvez vários. Explicação, compreensão,

intervenção são processos que requerem um

conhecimento que vai além da descrição da realidade,

mobiliza competências cognitivas para deduzir, tirar

inferências ou fazer previsões a partir do fato observado. ”

(BRASIL, 2002, p. 88 e 89).

Os professores poderão ainda, enriquecer seu plano de aulas, propondo, por

exemplo:

A elaboração de um relatório contendo objetivos do experimento, material,

procedimento, resultados e conclusões;

A construção de um gráfico da velocidade em função do tempo para cada

intervalo de tempo, com os resultados obtidos na tabela 2;

A busca pela equação da reta que melhor se ajusta aos pontos, se os

pontos no gráfico do espaço em função do tempo não estiverem todos

alinhados;

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A investigação sobre a causa da mudança na velocidade quando a gota de

água for maior ou menor.

REFERÊNCIAS

Bisquolo, P. A. (s.d.). Experimento Movimento Uniforme. Acesso em 19 de Abril

de 2016, disponível em Educação UOL: http://educacao.uol.com.br/planos-de-

aula/medio/fisica-movimento-uniforme---experimento.htm

Educação, M. d. (2002). Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio.

Brasília, Brasil. Fonte: http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/blegais.pdf

NETO, S.,L. O ensino interdisciplinar fisica em matemática: uma nova

estrategia para minimizar o problema da falta de conhecimentos matemáticos

no desenvolvimento da fisica. 2011. Dissertacao (Mestrado das Ciências na

Educação Básica). Local: Rio de Janeiro, 2011.

Rigonatto, M. (s.d.). Função Afim aplicada na Cinemática. Acesso em 25 de

Abril de 2016, disponível em Mundo Educação:

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/matematica/funcao-afim-aplicada-cinematica.htm

São Paulo, Secretaria da Educação Básica. Material de Apoio ao Currículo do

Estado de São Paulo - Física Ensino Médio. (2014- 2017)..São Paulo:

Coordenadoria de Gestão da Educação Básica(Mimeo), 2014.

São Paulo, Secretaria da Educação Básica. Material de Apoio ao Currículo do

Estado de São Paulo - Matemática Ensino Médio (Vol. II). (2014 - 2017). São

Paulo: Coordenadoria de Gestão da Educação Básica (Mimeo), 2014.