Desenvolvimento de um kit experimental com Arduino para o ensino de física moderna no ensino médio

Abstract

A Física Moderna, consolidada na primeira metade do século vinte, ainda apresenta-se como um desafio à compreensão da grande maioria dos indivíduos. Mesmo após mais de um século da produção dos artigos seminais de Einstein, a introdução da Física Moderna no Ensino Médio continua incipiente. Paralelamente à esta realidade, vemos o desenvolvimento tecnológico originado a partir deste conhecimento invadindo a vida das pessoas e inserindo-se nas mais variadas atividades humanas. Inúmeras iniciativas tem sido desenvolvidas no intuito de introduzir conceitos de Física Moderna no ensino de Física. Algumas dessas tentativas tem feito uso de simulações computacionais, outras utilizam-se de pacotes experimentais comerciais em experimentos didáticos porém, tais pacotes estão fora do alcance da maioria das escolas públicas devido ao custo elevado. Visando contornar esta situação e demostrar a realidade da Física Moderna, buscou-se integrar às simulações, um pacote experimental real, de baixo custo, criado para demostrar qualitativamente o efeito fotoelétrico e as propriedades elétricas do plasma. Optou-se pelo uso do microcontrolador Arduino na construção do kit experimental pela facilidade de aquisição aliada à disponibilidade de referências e a ferramenta de desenvolvimento apresentar-se na forma de software livre. O microcontrolador é extremamente versátil e pode facilmente ser reutilizado em outros experimentos de física, diferente de kits comerciais, altamente especializados, que somente servem ao experimento a que foram projetados. Através de uma proposta inovadora e interativa de hardware e software foi possível demonstrar o efeito fotoelétrico e as propriedades elétricas do plasmas aos alunos de uma turma de terceiro ano do ensino médio com boa receptividade.<br>

Abstract : Modern Physics, which was consolidated in the first half of the twentieth century, still presents itself as a challenge to the understanding of most people. Even after more than a century since the production of the seminal articles of Einstein, the introduction of Modern Physics in high school is still in its infancy. Parallel to this reality, we see the technological development originated from this knowledge invading people's lives and being inserted in various human activities. Numerous initiatives have been developed in order to introduce concepts of Modern Physics in physics class. Some of these attempts have made use of computer simulations, others ones used commercial experimental packages in didactic experiments. However, such packages are out of reach of most public schools because of their high cost. In order to avoid this situation and to demonstrate the reality of Modern Physics, it was sought to integrate the simulations, a real experimental package, with low cost and designed to qualitatively demonstrate the photoelectric effect and the electrical properties of the plasma. We have chosen the Arduino microcontroller in the construction of the experimental kit because it is easy to aquire, it has a high availability of references and the development tool is a free software. The microcontroller is extremely versatile and can easily be reused in other physics experiments, differently from others highly specialized commercial kits, which only serve the experiments for which they were designed. Through an innovative and interactive proposal of hardware and software it was possible to demonstrate the photoelectric effect and the electrical properties of plasmas to students in a class of third year high school with good receptivity.