AS CONTRIBUIÇÕES DE UM OBJETO DE APRENDIZAGEM PARA O ENSINO DE CONCEITOS DE ELETROMAGNETISMO NA EDUCAÇÃO BÁSICA

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As atividades realizadas

O OA Movimento de Cargas num Campo Magnético consiste em uma simulação que permite o estudo do comportamento de uma partícula com carga elétrica em movimento numa região onde atua um campo magnético perpendicular à direção de sua velocidade. O OA em questão permite simular a situação em que um lançador dispara partículas carregadas para acertar um alvo, passando por uma região de campo magnético. O lançamento pode ser considerado como sendo realizado sobre uma mesa horizontal e a força resultante sobre a partícula lançada, ao passar pela região de campo magnético, é a força magnética. O resultado da atuação desta força sobre a partícula eletrizada é a trajetória circular observada.

Os principais elementos apresentados pelo OA podem ser identificados na figura 01. Os botões apresentados na simulação permitem que diversos parâmetros possam ser alterados ao se fazer o lançamento: ângulo de lançamento, valor da velocidade e massa da partícula, valor e sinal da carga elétrica da partícula, valor e sentido do campo magnético. Para a partícula em movimento, além da visualização da trajetória, também é possível verificar o valor o raio da trajetória circular bem como o período e a frequência do movimento circular uniforme descrito pela partícula.

[pic 1]

Figura 01: OA Movimento de Cargas num Campo Magnético.

Neste trabalho são analisados os resultados obtidos na realização de uma sequência de quatro atividades nas quais os alunos puderam observar a influência dos seguintes parâmetros na trajetória da partícula em movimento: valor da velocidade, da carga, da massa e a intensidade do campo magnético. Em cada atividade, os alunos realizaram cinco lançamentos variando sempre o mesmo parâmetro entre o valor mínimo e o valor máximo possibilitado pela simulação, enquanto os demais permaneciam constantes. A figura 02 apresenta a ficha referente à atividade na qual os estudantes observaram como a velocidade da partícula influencia sua trajetória na região de atuação do campo magnético.

Figura 02: Exemplo de ficha de atividade.[pic 2]

Após a realização da sequência das quatro atividades que resultaram no preenchimento de fichas semelhantes à ficha apresentada na figura anterior, os alunos responderam duas questões, as quais são apresentadas no quadro 01.

Quadro 01: Questões respondidas pelos alunos após atividades realizadas com o uso do OA.

QUESTÃO 1

Como pode ser observado na simulação, o raio de curvatura da trajetória da partícula lançada no interior do campo magnético sofre mudanças de acordo com as seguintes variáveis: velocidade da partícula (v), valor da carga (q), massa da partícula (m) e intensidade do campo magnético (B). O que podemos concluir a respeito dessa dependência do raio de curvatura da trajetória da partícula lançada no interior do campo magnético em função das variáveis citadas? Como ocorre tal dependência?

QUESTÃO 2

Quando uma partícula é lançada com velocidade perpendicular à direção do campo magnético uniforme, como aconteceu no caso das simulações realizadas, ela irá realizar um movimento circular uniforme. Isso acontece porque a existência do campo magnético determina a ação de uma força magnética sobre a partícula. Considerando a trajetória circular, essa força magnética é a própria força centrípeta:

[pic 3]

Você sabe que quanto maior for o raio de curvatura da trajetória da partícula, menor será a força centrípeta. Sendo assim, de que forma varia a intensidade da força magnética sobre a partícula em função das variáveis analisadas durante a simulação: velocidade da partícula (v), valor da carga (q), massa da partícula (m) e intensidade do campo magnético (B)?

Resultados Obtidos

Na sequência de atividades desenvolvida, os alunos registraram nas fichas recebidas por cada grupo suas observações a respeito das mudanças no raio da trajetória circular da partícula, conforme as mudanças dos parâmetros citados para as simulações realizadas. A questão 1 teve por objetivo fazer com que cada grupo discutisse sobre as observações, chegando a uma conclusão sobre a dependência do raio da curvatura em relação a cada variável investigada. Já a questão 2 exigiu um pouco mais dos alunos, uma vez que foi necessário considerar o modelo matemático que relaciona algumas das variáveis investigadas, no caso, a equação da força centrípeta, para chegar à algumas conclusões a respeito dos conceitos envolvidos na situação física investigada.

Na tabela 01 são apresentados os resultados para a sequência de atividades realizadas e para as questões respondidas por cada grupo, conforme a análise das fichas entregues. Na primeira coluna são identificadas as atividades realizadas e as questões respondidas por cada grupo e, nas colunas seguintes, as quantidades de grupos que chegaram à conclusões corretas ou não quanto às observações feitas e às respostas dadas nas questões finais.

Tabela 01: Análise quantitativa das atividades desenvolvidas[3]

Atividades/Questões

Conclusões corretas

Conclusões parcialmente corretas

Conclusões incorretas

Variação do raio com a velocidade

5

3

0

Variação do raio com a carga

2

1

5

Variação do raio com a intensidade do campo magnético

5

0

2

Variação do raio com a massa

5

0

2

Questão 1

4