CONCEITUANDO O TORQUE NA AULA DE FÍSICA ATRAVÉS DA ROBÓTICA Adailton Gorzelanski Campanharo / Igor Meneghin Orientador: Ricardo Conde Camillo da Silva Colaborador1: Thiago Queiroz Costa Colaborador2: Adriano José Ortiz INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ - CÂMPUS IVAIPORÃ Rodovia PR466, Gleba Pindaúva, Secção C, Parte 2 - Rural Ivaiporã 86870-000 Ivaiporã PR Resumo O referido trabalho tem por objetivo demonstrar o conceito de torque e de ponto de equilíbrio de um corpo utilizando o robô Lego Mindstorms NTX 2.0, com os procedimentos que o robô vai realizar e assim demonstrar a física aplicada e poder ir conceituando na robótica o conceito de torque e de ponto de equilíbrio de um corpo, com isso através dos procedimentos, analisar o que ocorre, vendo e relacionando o que esta acontecendo no momento em que o torque esta agindo e o comportamento do robô quando for observado a questão do ponto de equilíbrio no mesmo, nas tarefas que o robô for realizar durante as manobras. Vale ressaltar que a programação do robô será realizada através de um software que funcionara com o robô sincronizado por meio de bluetooth, sendo este o aplicativo (NTX REMOTE CONTROL), Para este trabalho foi desenvolvido uma empilhadeira com as peças do lego, assim, quando a empilhadeira andar com os comandos que serão enviados por bluetooth para o robô, Busca com a realização deste trabalho perceber como funciona o torque e qual a função que ele desenvolve no funcionamento do robô e como age o ponto de equilíbrio num corpo material em movimento, quais as suas consequências quando se aplicar certos procedimentos em diferentes condições, que serão impostas no decorrer do trabalho. Palavras Chaves: Robótica, Educação, Física, Torque, Equilíbrio, Empilhadeira. Abstract: This work aims to demonstrate the concept of torque and balance point of a body by using the robot Lego Mindstorms NTX 2.0 with the procedures that the robot will perform and thus demonstrate the applied physics and be able to go conceptualizing robotics concept of torque and balance point of a body with it through the procedures, analyze what happens, seeing and relating what is happening at the time when the torque is acting and the robot's behavior when observed the issue from the point of balance the same, the tasks that the robot is performing during the maneuvers. It is noteworthy that the robot programming is accomplished through software that worked with the synchronized robot via Bluetooth, which is the application (NTX REMOTE CONTROL), for this work was a forklift with lego pieces, so when forklift floor with the commands that will be sent via bluetooth to the robot, Search with this work understand how the torque and which function he develops the operation of the robot and how acts the balance in a body moving material, what consequences when applying certain procedures in different conditions to be imposed in the course of work. Keywords: Robotics, Education, Physics, Torque, Balance, forklift.
INTRODUÇÃO O seguinte trabalho tem o proposito de inserir a robótica no ensino de Física, através do Lego Mindstorms NTX 2.0, com o uso de uma empilhadeira e assim fazer a contextualização de conteúdos que poderão ser observados através das análises feitas por quem for utilizar o robô, além disso, é um material que o aluno vai ter um contato direto, será um mecanismo para se trabalhar conceitos de Física que a maioria dos alunos só tem o contato através de exemplos que estão contidos nos livros didáticos e exemplos que o professor da durante as aulas, tudo muito superficial e nada muito concreto, com esse material eles poderão fazer uma análise mais real dos conteúdos que aprendem. Em especifico o objetivo da empilhadeira é o de trabalhar os conceitos de torque e de equilíbrio de um corpo, com o uso do robô que será programado para efetuar os comandos através de um software que funciona via bluetooth. Esse método utilizado para explicar os respectivos conceitos é válido, pois estará trazendo os alunos para um lado mais tecnológico do ensino, lugar este onde os estudantes se sentem mais à vontade, são mais familiarizados com o celular do que com os livros. O entendimento dos conceitos com materiais concretos será dado de forma mais clara, objetiva, mais próxima da realidade do aluno, buscando sempre por melhorar o processo de ensino-aprendizagem. Em toda e qualquer disciplina é preciso que professores e alunos estejam comprometidos com a melhoria da educação como um todo, buscando por meios que a mesma se promova de forma mais significativa. Os conceitos abordados serão realmente assimilados pelos alunos, se eles forem apresentados numa linguagem que também faça sentido para o aprendiz (Nogueira et al., 2000, p. 518). Essa citação confirma que os alunos quando familiarizados com a disciplina, tendem a fazer as associações e absorvem mais os conteúdos, com o uso do robô durante as aulas, terão um instrumento que irá dar mais suporte para irem adquirindo conhecimentos e além de ajudar os alunos, ajuda o professor também, por que, é um ferramenta que o docente pode fazer uso para que as explicações fiquem mais claras e também mais visíveis, com isso se torna um instrumento que e de grande valor no processo de ensino-aprendizagem. O TRABALHO PROPOSTO A empilhadeira que foi desenvolvida tem o proposito de conceituar a física para que a mesma possa tornar alguns conceitos mais claros de serem vistos e compreendidos, os conteúdos que foram escolhidos foram: torque e ponto de equilíbrio de um corpo. Para dar a noção de torque o robô vai mostrar a capacidade de que o mesmo tem de erguer determinados objetos, que dependendo da massa do objeto maior o torque para efetuar a manobra, que o quanto mais pesado ele for mais torque (maior a força para rodar ou girar objetos), ele vai necessitar, porem, é uma reprodução de uma empilhadeira e ficará claro que por questões de segurança uma empilhadeira tem um limite de capacidade, geralmente uma empilhadeira industrial de médio porte, tem a capacidade de transportar ate 4000 libras. Utilizando no decorrer das manobras que serão efetuadas pela empilhadeira vamos tocar no assunto de equilíbrio de um corpo, que a empilhadeira vai estar em equilíbrio quando as forças atuantes forem nulas, os dois conceitos serão trabalhados em conjunto, no decorrer da programação que a empilhadeira for realizar vamos colocando os pontos que são chaves para a compreensão dos conceitos. Vamos pegar alguns objetos com massas diferentes e verificar ate que ponto a empilhadeira terá a capacidade de transporta-los, quando chegar a um ponto que o robô não conseguir mais levantar os garfos, o torque que o mesmo possui não é suficiente e não conseguira fazer o transporte e acabará por consequência vindo a cair. E o ponto de equilíbrio, que na empilhadeira em si, vai ter vários fatores, por exemplo, a massa que o robô estará transportando, o contrapeso do robô, as manobras e a velocidades delas, assim todos os fatores que interferem nas forças que atuam sobre o robô que o seu equilíbrio vai depender dessas forças serem nulas. Contudo serão feitos diversos testes com objetos de diferentes massas e com diferentes tipos de manobras e analisar o que acontece quando cada massa e cada manobra é realizada, quando podemos observar o torque agindo e o ponto de equilíbrio do robô
MATERIAIS E MÉTODOS Para a elaboração da empilhadeira foi utilizado o kit Lego Mindstorms Education 9797, todos os passos de montagem do referido robô foram elaborados em um manual desenvolvido no programa LEGO Digital Designer 4.3. Para a melhor manipulação da empilhadeira por se trabalhar com alunos que não teriam um tempo de aprender a fazer uma programação por etapas no LEGO MINDSTORMS Education NXT, foi utilizado um software que funciona por meio de bluetooth, que torna a manipulação do robô mais fácil e mais dinâmica, o software via bluetooth foi o Nxt remote control que pode ser baixado no celular. RESULTADOS E DISCUSSÃO O trabalho desenvolvido teve o propósito de contextualizar a física de uma forma que os alunos que forem estudar os conceitos de torque e equilíbrio de um corpo tenham uma noção mais clara e menos abstrata dos conteúdos trabalhados, podendo observar na prática o que acontece, por meio de um material que eles vão poder manipular nas aulas, além de ser um material que se encaixa no contexto em estão acostumados a manipular que esta voltado para a tecnologia, no caso será o uso da empilhadeira construída por meio do kit Lego Mindstorms Education 9797, que funcionara através de um software que será usado por uso do próprio celular onde irá executar as manobras e por meio das manobras feitas e por meio dos diferentes tipos de massas que serão carregados pela empilhadeira, os alunos poderão observar os conceitos que estão sendo trabalhados. Dimensões. Empilhadeira Altura Largura Comprimento Dimensão 33 cm 14 cm 30 cm Figura 1 - Robô Empilhadeira
Figura 2 - Robô Empilhadeira Figura 3 - Robô Empilhadeira CONCLUSÕES Conclui-se que através deste trabalho podemos deixar a física mais fácil de ser compreendida dando uma aplicação pratica, além de torna-la mais familiar ao aluno, dando um instrumento que os jovens estão sempre em sintonia que é a tecnologia. Quando se utiliza de recursos que despertam o interesse no aluno e que habitualmente os discentes não tem contato, causa-se uma enorme entusiasmo e fascínio e a vontade de buscar compreender os ensinamentos é aflorada. Tem-se por objetivo tornar as aulas mais contextualizadas mais próximas do cotidiano do aluno, deixa-las menos complexas, sendo mais compreensíveis e dinâmicas. Todo esse material desenvolvido tem o intuito de instigar o aluno, despertar o interesse no mesmo e se para o aluno é um instrumento que vai ajudá-lo a melhor compreender os conceitos que estão sendo estudados, por consequência, será mais fácil do professor ensinar os mesmos conteúdos para os discentes, porque tudo se torna mais palpável quando se tem acesso a este tipo de material. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NOGUEIRA, J. S.; RINALDI, C.; FERREIRA, J. M.; PAULO, S. R. (2000). Utilização do Computador como Instrumento de Ensino: Uma Perspectiva de Aprendizagem Significativa. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 22, n. 4, p. 517-522. Disponível em: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v22_517.pdf. Acesso em: 28 Jun. 2016. DONOSO, José Pedro; Equilíbrio Estático e Análise de Estruturas Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos IFSC. FCM 208 Física (Arquitetura). FORNAZA, Roseli; WEBBER, Carine G. Robótica educacional aplicada à aprendizagem em física. PAPERT, S. A máquina das crianças: repensando a escola na era da informática. Porto Alegre: Artmed, 2008. 210p. ZILLI, S.R. A Robótica Educacional no ensino fundamental: perspectivas e prática. 2004. 87p. Dissertação (Mestrado em engenharia de produção), UFSC, Florianópolis. http://www.enovuspublicacoes.com.br/pdf/fisica-1.pdf. Acesso em: 06 Jul. 2016.