Física das tempestades

Física das tempestades

(Parte 1 de 5)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

CURSO DE LICENIATURA EM FÍSICA

LETICIA DE OLIVEIRA SANTOS

A FÍSICA DAS TEMPESTADES: UMA PROPOSTA DIDÁTICA

FORTALEZA - CE

2017

LETICIA DE OLIVEIRA SANTOS

A FÍSICA DAS TEMPESTADES: UMA PROPOSTA DIDÁTICA

Monografia apresentada ao Curso de Licenciatura em Física do Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Licenciada em Física.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Antônio Araújo Silva

FORTALEZA - CE

2017

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação

Universidade Federal do Ceará

Biblioteca Universitária

Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

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S236f Santos, Leticia de Oliveira.

A FÍSICA DAS TEMPESTADES: UMA PROPOSTA DIDÁTICA / Leticia de Oliveira Santos. – 2017.

62 f. : il. color.

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, , Fortaleza, 2017.

Orientação: Prof. Dr. Marcos Antônio Araújo Silva.

1. Ensino de física. I. Título.

CDD .

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LETICIA DE OLIVEIRA SANTOS

A FÍSICA DAS TEMPESTADES: UMA PROPOSTA DIDÁTICA

Monografia apresentada ao Curso de Licenciatura em Física do Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Licenciada em Física.

Aprovada em: ___/___/______.

BANCA EXAMINADORA

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Prof. Dr. Marcos Antônio Araújo Silva. (Orientador)

Universidade Federal do Ceará (UFC)

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Prof. Dr. Daniel Brito de Freitas

Universidade Federal do Ceará (UFC)

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Prof. Dr. Andrey Chaves

Universidade Federal do Ceará (UFC)

Dedico este trabalho aos meus pais e aos professores que muito colaboraram para sua realização.

AGRADECIMENTOS

À minha família, pelo suporte e estímulo constantes.

A todos os meus professores da graduação, que foram fundamentais durante o meu processo de formação.

Ao Prof. Dr. Marcos Antônio Araújo Silva, pela orientação.

Aos meus colegas do curso, pelas reflexões, sugestões recebidas e pelos momentos de alegria e sofrimento que compartilhamos durante esse percurso.

À FUNCAP e ao CNPQ, pelo apoio financeiro com a manutenção das bolsas de iniciação científica que tive durante a graduação.

À CAPES, pela oportunidade de participar do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência – PIBID.

Na vida, nada deve ser temido, apenas compreendido.

- Marie Curie

RESUMO

Há muito se fala sobre a contextualização dos conceitos físicos ensinados em sala de aula como forma de romper com as tradicionais definições dogmáticas e possibilitar a construção do conhecimento físico de forma “concreta”. Este trabalho traz uma proposta do ensino dos conceitos de eletricidade de forma contextualizada, à luz da Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel. O objetivo é mostrar ao aluno a Física presente nas tempestades de raios, já que é um fenômeno bem comum aqui no Brasil, o país que mais registra ocorrência de raios por ano no mundo e, consequentemente, conta com um grande número de acidentes, dos quais parte poderia ser evitada caso a população tivesse conhecimento de como agir diante de uma tempestade de raios. O guia didático elaborado neste trabalho contempla diversos materiais didáticos para serem usados pelos professores na elaboração de seus planos de aulas. Essas aulas propostas devem ter como foco a participação dos alunos, levantamento de concepções prévias dos estudantes e o uso de experimentos interativos que demonstrem, de maneira similar, o que ocorre nas nuvens durante uma tempestade. Propõe-se que sejam feitas analogias durante todo o processo de construção do conhecimento, isto é, explicando como se dá o carregamento da nuvem, por indução e eletrização por atrito, como a nuvem carregada induz carga no solo abaixo dela e gera uma diferença de potencial e por que é rompida a resistência do ar, gerando a descarga elétrica, ou seja, o raio. Experimentos como o Gerador de Van de Graaff, a Garrafa de Leiden ou/e um Eletroscópio podem ser utilizados de maneira a auxiliar na compreensão e concretização dos conceitos. Também são mostrados alguns recursos tecnológicos que podem auxiliar o professor nesse processo, como simulações computacionais. Com isso, os aprendizes conseguem fazer descobertas e entender o significado do que estão aprendendo. Além disso, propõe-se que o professor converse com os alunos sobre os principais mitos e medidas de proteção contra raios. Esse trabalho aponta que é possível preparar aulas baseadas em fenômenos dentro da realidade dos alunos. Essas aulas possibilitam uma melhor fixação dos conceitos e permitem a compreensão de fenômenos naturais, capacitando o aluno à reconhecer como as experiências do seu cotidiano podem ser refletidas à luz do conhecimento físico, e o prepara a saber agir corretamente em situações de risco durante tempestades, além de proporcionar uma educação cidadã por serem fundamentas em uma metodologia que busca levar o aluno à construção do conhecimento, despertando seu espírito crítico. Ademais, o tema em questão abre uma porta para interdisciplinaridade, possibilitando interação com a química, tratando de reações químicas na atmosfera, biologia, pode-se falar do efeito dos raios nos seres vivos e a influência das florestas na atmosfera planetária, geografia, se tratando da climatologia e até com outras áreas da Física, como termodinâmica, mecânica e óptica.

Palavras-chave: Ensino de Física. Aprendizagem Significativa. Eletricidade.

ABSTRACT

It has been a long time since we started to discuss the contextualization of the physical concepts taught in classrooms as a way to break with traditional dogmatic definitions and change the learning process of physical knowledge in a concrete way. This research presents a proposal for teaching concepts of electricity in a contextualized way, in light of Ausubel’s significant learning theory. The main goal is teach the physics on lightning storms, since it is part of our daily reality. Brazil registers a high number of lightning strikes per year and consequently has a large number of accidents. Most of these accidents could be prevented if the population has the knowledge of how to act when facing a lightning storm. The didactic guide elaborated in this work contemplates diverse didactic materials to be used by the teachers in the elaboration of their courses. These proposed classes should focus on students participation, using surveys which show students' prior conceptions, and the use of interactive experiments to demonstrate, in a similar way, what happens in clouds during a storm. It is proposed that analogies be made throughout the learning process. These analogies should explain how cloud charging occurs by induction and frictional electrification, how the charged cloud induces charge on the ground beneath it and generates a difference of potential and why the electrical resistance in the air is broken, which generates the electrical discharge, resulting into a lightning strike. Experiments such as the Van de Graaff Generator, the Leyden Jar and an electroscope may be used to assist in the understanding and substantiation of the concepts. Also technological resources like computational simulations can assist the teachers in this process. With this, students can explore and understand the meaning of what they are learning. In order to influence the students it is recommended that the teacher converses with the student about the main myths and measures of protection against lightning. This research commits to preparing classes based on phenomena which is part of the students life. The classes will allow a better fixation of the concept and the understanding of the natural phenomena, which will enable the students to recognize and prepare them for acting in risky situations during storms. As the research is based on a methodology that seeks to improve the learning process, it also provides a new way of education, awakening the critical spirit within students. In addition, this research opens a door for interdisciplinarity, allowing interaction with multiple other disciplines like chemistry, biology, geography and other areas of physics such as thermodynamics, mechanics and optics.

Keywords: Physics Teaching. Significant Learning. Electricity.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – O ciclo da água...................................................................................................... 20

Figura 2 – Imagem do satélite GOES sobre a América do Sul............................................... 21

Figura 3 – Esquema do capacitor panetário de Lorde Kelvin................................................. 22

Figura 4 – Crescimento de gotas por meio dos processos de condensação e coalescência.... 24

Figura 5 – Grupos de nuvens classificados segundo à altitude e forma................................. 25

Figura 6 – Mapa estatístico com os dias de trovoadas por ano na América do Sul................ 28

Figura 7 - Estágios de evolução da cumulonimbus: a) fase cúmulos, b) fase madura e c) fase de dissipação............................................................................................................................ 31

Figura 8- Esquema de uma Supercélula.................................................................................. 31

Figura 9 - Esquema de uma Multicélula................................................................................. 32

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