Determinação da Velocidade do Som no Ar - 2024/2025 - PDF

Mestrado em Ensino de Informática DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR Unidade Curricular: Introdução à Investigação em Educação Docente: Vítor Duarte Teodoro Trabalho realizado pelas Estudantes: Gertrudes Coelho n.º 22305720...

Mestrado em Ensino de Informática DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR Unidade Curricular: Introdução à Investigação em Educação Docente: Vítor Duarte Teodoro Trabalho realizado pelas Estudantes: Gertrudes Coelho n.º 22305720 2024/2025  Introdução Este atividade pode ser aplicado em alunos do 3º ciclo e o Secundário, no âmbito de uma atividade num LED (laboratório de educação digital), transdiscilinarizando com uma outra disciplina como por exemplo Fisico Quimica O roteiro desta atividade mostra como se determinar a velocidade do som de modo bem eficiente, em que os alunos se sentam em frente sentados num banco , num lugar silencioso e com a ajuda do cronômetro acústico com o uso de dois telemóveis / smartphones, cada um com o aplicativo (App) Phyphox instalado,, calculam o valor médio da velocidade do som das suas palmas. Esta atividade permite explorar os sensores do telemóvel / smartphone que podem ser utilizados com a aplicação. 1  Desenvolvimento da atividade Inicialmente, deve se feita diagnóstico com os estudantes acerca do movimento retilíneo uniforme e sobre o conceito de velocidade média, com o objetivo de que todos compreenderem a presença desses assuntos, o qual trata de como determinar a velocidade do som no ar utilizando dois equipamentos tecnológicos (telemóvel / Smartphone) com o aplicativo Phyphox instalado.Após essa breve explicação, solicitar aos alunos que baixassem o aplicativo no telemóvel. A partir dessa ferramenta, pode agregar se mais informações da área tecnológica e da física, para que a atividade desenvolvida tenha sentido e seja eficaz no processo de ensino-aprendizagem. Em seguida, devem ser orientados a abrir a ferramenta Cronômetro Acústico. Posteriormente, explica-se qual a função dessa ferramenta e quais os cuidados de calibração que devem ser tomados para o ambiente não interferir na experiência apresentada. Deve ser apresentada relação de materiais envolvidos na atividade e como ela deveria ser realizada. Como mostrado na Figura a seguir, devendo de seguida abrir a ferramenta Cronômetro Acústico, e explicar a função da ferramenta e que cuidados devem ter para calibração sendo que o sítio onde deve ser realizada a experiência não deve ter ruídos para não interferir nos resultados de forma confusa. apresentar a relação de materiais envolvidas na experiência e como ele deverá ser realizada. Como mostrado na, para se realizar a tarefa experimental, bastam dois smartphones com o aplicativo Phyphox instalado em cada um, com a seleção da função Cronômetro Acústico, duas pessoas e um banco.. Cada pessoa fica sentada com seu telemóvel ou smartphone bem próximo a ela, e a ação de bater palmas apenas uma vez servirá de base para a realização da experiência. Quando a pessoa A (mostrada na Figura acima ) produz uma onda sonora, ela aciona de imediato o cronômetro do seu telemóvel.Com um pequeno atraso, mas considerável, pois a velocidade do som é finita, o 2 telemóvel da pessoa B recebe essa perturbação e tem o seu cronômetro acionado também. Por outro lado, quando a pessoa B bater palmas (apenas uma) agora, o seu cronômetro será travado de modo imediato e, após um delay, o cronômetro de celular da pessoa A também travará. Observe a Figura abaixo A diferença entre os instantes finais marcados pelos telemóveis corresponde ao intervalo de tempo no qual o som vai e volta, ou seja percorre uma distância 2d, sendo d a distância entre os telemóveis (e as pessoas). Dessa forma, podemos escrever, pela definição de velocidade escalar média: Como o telemóvel A foi acionado primeiro e travado por último, o instante final (tA) marcado por ele é maior do que o instante final (tb) marcado pelo aparelho B. seguidamente deverá ser entregue uma tabela para cada aluno preencher os mesmos com os resultados adquiridos. ( deve explicar se para todos uma noção sobre erros básicos que podem ocorrer numa experiência e a definição de erro relativo. Os alunos devem ser divididos em duplas para a execução da atividade Alguns cronômetros podem na 1ª experiência dar erro pois alguns telemóveis são mais rápidos 3 que outros mas sendo que a atividade é realizada em duplas faz com que até possam fazer a atividade com os telemóveis uns dos outros fazendo com que a socialização entre os estudantes e a troca de ideias para a realização do experimento e das possíveis falhas. Na tabela a ser preenchida, usando a folha de cálculo deve ter a estrutura abaixo o valor tabelado da velocidade do som no ar a 25º C, que vale, aproximadamente, 346,3 m/s. Esse valor teórico deve ser fornecido para que o aluno determine o erro relativo do valor médio obtido na experiência, que depois dos dados inseridos deve usar a linguagem de programação python. exemplo de tabela a ser utilizada 4 OBJETIVOS Ao final dessa atividade o aluno deverá ser capaz de compreender como é possível determinar a velocidade do som utilizando dois smartphones é um aplicativo adequado. DESENVOLVIMENTO DA ATIVIDADE Os alunos são divididos em grupo de 2 Para a realização desse experiência , bastam dois telemóveis com o aplicativo Phyphox instalado em cada telemóvel , com a seleção da função Cronômetro Acústico,dois alunos e um banco, ou algum objeto que sirva para se sentarem. Cada estudante deverá ficar sentado com o seu telemóvel bem próximo a ele, e a ação de bater palmas apenas uma vez servirá de base para a realização do experimento. Quando o estudante A (mostrado na Figura ) produz uma onda sonora, este aciona de imediato o cronômetro do seu celular. Com um pequeno atraso, mas considerável, pois a velocidade do som é finita, o celular do estudante B recebe essa perturbação e tem o seu cronômetro acionado também. Por outro lado, quando o estudante B bater palmas (apenas uma vez) agora, o seu cronômetro será 5 travado de modo imediato e, após um delay, o cronômetro de celular do aluno A também travará. Observe a Figura abaixo. A diferença entre os instantes finais marcados pelos telemóveis corresponde ao intervalo de tempo no qual o som vai e volta, ou seja percorre uma distância 2d, sendo d a distância entre os os telemóveis (e os alunoss). Dessa forma, podemos escrever, que a velocidade do som é Com o telemóvel A foi acionado primeiro e travado por último, o instante final (tA) marcado por ele é maior do que o instante final (tB) marcado pelo aparelho B. Pode ocorrer que o primeiro barulho produzido para disparar o cronômetro faça com que não haja disparo. Isso ocorre porque o limiar de intensidade sonora do smartphone está maior do que a intensidade do ruído. Para corrigir esse problema, basta diminuir o limiar na janela indicada na Figura. Caso o cronômetro dispare por ruídos muito baixos (aqueles que podem ser interferências externas ao experimento), aumente o limiar dessa função, a distância entre os telemóveis deve ser 6 medida. Depois de feita a medição e os telemóveis estarem devidamente calibrados e testados, a dupla de estudantes deverá fazer 5 medidas dos instantes tA e tB indicados pelos celulares. A tabela 1 deve ser preenchida. Tabela a ser preenchida pelos alunos 7 CÓDIGO EM PYTHON Os alunos devem usar o seguinte código para calcular a velocidade média do som. EXECUÇÃO DO CÓDIGO Os alunos devem executar o código após a inserção dos dados do excel obtido DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Após calcular a velocidade média, os alunos devem discutir os resultados obtidos. Comparar as velocidades calculadas entre diferentes grupos e discutir possíveis fontes de erro. AVALIAÇÃO 8  Avaliar a precisão dos cálculos e a compreensão dos conceitos. Os alunos apresentar um breve relatório sobre a experiência, incluindo a metodologia, resultados e conclusões.. 9 Compreende-se, então, como as atividades experimentais são enriquecedoras para o aluno, uma vez que elas dão um verdadeiro sentido ao mundo abstrato e formal das linguagens. Elas permitem o controle do meio ambiente, a autonomia face aos objetos técnicos, ensinam as técnicas de investigação, possibilitam um olhar crítico sobre os resultados. Assim, o aluno é preparado para poder tomar decisões na investigação e na discussão dos resultados. O aluno só conseguirá questionar o mundo, manipular os modelos e desenvolver os métodos se ele mesmo entrar nessa dinâmica de decisão, de escolha, de inter-relação entre a teoria e o experimento (Seré; Coelho; Nunes, 2003, p. 39).. 10 11