Este documento apresenta um projeto de ensino sobre mecânica clássica utilizando a plataforma Arduino. O objetivo é trazer o pensamento científico para os alunos de forma qualitativa e concretizar conceitos não só matematicamente. Serão abordados conceitos básicos de eletrônica, programação no Arduino e leis de Newton para explicar um experimento sobre um objeto aparentemente flutuante.

1. O Arduino Como Ferramenta De Estudos da Mecˆanica
Cl´assica
Introdu¸c˜ao
Muita das vezes, n´os deparamos com cer-
tos fenˆomenos f´ısicos que nos intrigam. “Como
isso ´e poss´ıvel? Por que uma pessoa de fora
n˜ao vˆe o mesmo que eu vejo de dentro?” Es-
sas s˜ao algumas quest˜oes que permeiam a cabe¸ca
das maiorias dos alunos, quando encontrados em
quest˜oes de cinem´atica ou dinˆamica de corpos,
de fato existem certos casos nos quais at´e mes-
mos n´os professores nos questionamos “Nossa,
que coisa ‘imposs´ıvel’...” Isso decorre, pois mui-
tas das vezes olhamos apenas o lado quantitativo
e estat´ıstico da coisa, esquecendo que a f´ısica na
verdade ´e pra nos levarmos a pensar e n˜ao re-
solver contas malucas. A realiza¸c˜ao deste pro-
jeto conta com uma turma de 30 alunos, com
um prazo previsto de 10 tempos de aula, para a
conclus˜ao do projeto.
Justificativa
Para que n˜ao fiquemos somente presos `as
aulas rotineiras, ´e extremamente importante o
melhor conv´ıvio com os alunos, pelo qual pode-
mos obter atrav´es de um projeto de ensino, pois
al´em de, ao problematizar algo, contribuiremos
pra melhor forma¸c˜ao deste, ou destes alunos.
Os alunos problematizaram um experimento de
“reality show cient´ıfico” (Mythbusters) sobre
um suposto objeto que parecia estar flutuando
em um curto per´ıodo de tempo, tentando de
forma quantitativa expressar o que ocorrera.
O experimento ´e relatado da seguinte forma:
Um carro com uma velocidade constante,
dispara um proj´etil (bola) na dire¸c˜ao oposta `a
do movimento, num instante de tempo foi cons-
tatado atrav´es da cˆamera, que capturava todo o
experimento, um acontecimento um tanto como
estranho, a bola parece flutuar numa mesma
dire¸c˜ao donde foi disparada. Mas, porque isso
acontece?
Obejetivos
Objetivos Gerais
Numa vis˜ao geral, o principal objetivo
´e trazer o pensamento cient´ıfico para dentro do
cotidiano dos alunos, fazendo com que sempre
se questionem, mas numa quest˜ao qualitativa,
a fim de desenvolve-la e concretiza-la n˜ao s´o
matematicamente, mas ficar atento tamb´em com
a quest˜ao de aceitar como verdade absoluta. In-
troduzir aos alunos a plataforma Arduino e en-
sinar princ´ıpios de programa¸c˜ao.
Objetivos espec´ıficos
Numa vis˜ao mais filtrada, mais es-
pec´ıfica, seguiremos a levantar discuss˜oes para
relatar de forma cient´ıfica o que ocasionou tal
surpresa ao ver que o experimento em primeira
instˆancia parece ser imposs´ıvel, juntamente com
a utiliza¸c˜ao do Arduino iremos contribuir para
maior compreens˜ao dos alunos, visto que em seus
ambientes culturais a tecnologia ´e sempre pre-
sente e influencia na vis˜ao de mundo do mesmo.
Conte´udos
Uma breve introdu¸c˜ao a eletrˆonica e aos
componentes que utilizaremos para o nosso ex-
perimento, dando destaque ao Arduino, abor-
dado os seguintes t´opicos:
• Introdu¸c˜ao a Eletrˆonica B´asica:
A eletrˆonica est´a fundamentada sobre os
conceitos de tens˜ao, corrente e resistˆencia. Po-
demos entender como tens˜ao a energia potencial
armazenada em uma pilha ou bateria que fluir´a
quando um circuito for fechado entre os polos
de maior e menor potencial (sentido convencio-
nal). Como analogia podemos pensar na ´agua
armazenada em dois recipientes conectados por
um cano. A ´agua fluir´a do recipiente com maior
quantidade de ´agua para o menor.
• Linguagem de Programa¸c˜ao:
O Arduino ´e uma plataforma de hard-
ware open source, projetada sobre o microcon-
trolador Atmel AVR, apresenta uma linguagem
de programa¸c˜ao similar a C/C++, permitindo
a elabora¸c˜ao de projetos com um conhecimento
m´ınimo (ou nenhum) de eletrˆonica. Foi cri-
ado com o objetivo de fornecer uma plataforma
de f´acil prototipa¸c˜ao de projetos interativos,
unindo software e hardware, caracter´ısticas da
Computa¸c˜ao F´ısica.
1

2. Figura 1: Arduino UNO
O Arduino UNO apresenta 13 pinos que
podem ser utilizados como entradas ou sa´ıdas
digitais (pinos 1 a 13), sendo que os pinos 3,
5, 6, 9, 10 e 11 podem ser utilizados para ob-
ter sa´ıdas anal´ogicas (Pulse Width Modulation
– PWM). Os pinos A0 a A5 correspondem `as en-
tradas anal´ogicas, enquanto os pinos 3,3V, 5V e
GND permitem alimentar os componentes dos
circuitos conectados ao Arduino.
• Ambiente de Desenvolvimento do Arduino:
Assim como qualquer dispositivo pro-
gram´avel, o Arduino precisa necessita que os
programas sejam desenvolvidos em uma lingua-
gem de programa¸c˜ao, no caso usaremos a lin-
guagem Wiring, que possui elementos da lingua-
gem C e C++. Com o intuito de facilitar e tor-
nar o processo mais produtivo, utilizamos um
programa denominado Ambiente Integrado de
Programa¸c˜ao, comumente chamado de IDE (Do
inglˆes Integrated Development Environment).
Abaixo podemos ver esse ambiente de de-
senvolvimento:
Figura 2: IDE do Arduino
• Estrutura de Programa¸c˜ao Do Arduino
(Wiring):
No Arduino utilizamos dentro do ambi-
ente de programa¸c˜ao (IDE), o nosso c´odigo-
fonte, que ´e comumente chamado de sketch, e
a linguagem de programa¸c˜ao para o Arduino ´e
chamada de Wiring.
• Estrutura b´asica e sintaxe do sketch:
A estrutura b´asica de um sketch escrito
em Wiring ´e formada por duas fun¸c˜oes prin-
cipais:
– void setup(): Utilizada para a inici-
aliza¸c˜ao ou configura¸c˜oes iniciais, da´ı
o nome setup, do programa no Ar-
duino. Geralmente definimos quais s˜ao
as configura¸c˜oes iniciais, como quais
pinos ser˜ao usados e qual ser´a o modo
de uso (INPUT ou OUTPUT). Os
comandos inseridos nesta fun¸c˜ao s˜ao
executados somente uma vez logo no
in´ıcio do programa.
– void loop(): Executada indefinida-
mente enquanto a placa estiver ligada.
Seu comportamento padr˜ao ´e de um
ciclo de repeti¸c˜ao, da´ı o nome loop.
Dessa maneira, quando a ´ultima linha
de comando for executada, o sketch
ser´a lido novamente a partir da pri-
meira, e assim sucessivamente, at´e que
a placa seja desligada ou o bot˜ao reset
seja pressonado.
Toda linguagem de programa¸c˜ao possui
um conjunto b´asico de elementos (s´ımbolos
e palavras) de sintaxe para a escrita de co-
mandos. Entre os mais comuns temos:
– O ponto e v´ırgula ( ; ) ´e obrigat´orio
para marcar o final de uma linha de
comando.
– As chaves ( { } ) indicam um bloco de
comandos, muito comum na defini¸c˜ao
de fun¸c˜oes e estruturas de comando.
– Os s´ımbolos // ou /* */ denotam co-
ment´arios, ou seja, trechos do pro-
grama que n˜ao s˜ao considerados pelo
compilador, isto ´e, s˜ao ignorados e n˜ao
s˜ao executados.
– A diretiva #include ´e usada para in-
cluirmos uma biblioteca de comandos.
• Constantes e vari´aveis:
Constantes s˜ao valores predefinidos e
que n˜ao podem ser alterados. A linguagem
de programa¸c˜ao usada no Arduino apre-
senta trˆes grupos b´asicos de constantes que
podem ser utilizadas diretamente:
– HIGH e LOW: S˜ao valores referen-
tes `a tens˜ao nos pinos digitais. HIGH
indica 5 volts, e LOW indica 0 volt.
– INPUT e OUTPUT: S˜ao valores
que definem o estado de uso de um
pino. INPUT indica entrada, como
quando usamos um sensor que fornece
um valor de entrada (input) para a
placa. O estado OUTPUT determina
que o pino da placa fornecer´a uma
sa´ıda de valor quando, por exemplo,
acendemos um Led, dando como sa´ıda
o valor HIGH (5 volts).
2

3. – TRUE e FALSE: S˜ao referˆencias
para valores l´ogicos, ou seja, verda-
deiro e falso, respectivamente
• Estrutura de controle:
Muitas vezes, precisamos agrupar co-
mandos que s´o ser˜ao feitos quando uma
condi¸c˜ao ocorrer, ou de maneira c´ıclica (re-
petitiva), dependendo das caracter´ısticas do
problema.
A estrutura de decis˜ao mais simples que
temos no Arduino ´e a estrutura if (em por-
tuguˆes “se”). Nela, definimos um bloco de
comandos, que est˜ao definidos entre as cha-
ves. Esse bloco ser´a executado somente se a
express˜ao resultar em um valor TRUE (ver-
dadeiro). Caso contr´ario else (sen˜ao) n˜ao
ser´a executado comando algum.
Subsequente que iremos abordar o es-
tudo do movimento e leis de Newton pra a
ˆenfase f´ısica que rege o projeto. Ser´a abordado
tamb´em um estudo aprofundado no que diz ser
divulga¸c˜ao e m´etodo cient´ıfico. Abordando os
seguintes conte´udos:
• Uma Breve Hist´oria do Movimento:
”Ningu´em pode dizer que um objeto uma
vez colocado em movimento deveria para em al-
gum lugar; pois, por que ele deveria parar aqui
e n˜ao ali? Assim um objeto estar´a em repouso
ou ent˜ao se mover´a at´e o infinito, a menos que
alguma coisa mais poderosa o impe¸ca de assim
o fazer” [Arist´oteles]
Em primeira instˆancia, esta afirma¸c˜ao se
assemelha muito como o princ´ıpio da in´ercia.
Nela est´a embutida a ideia de homogeneidade do
espa¸co. Mas, a inten¸c˜ao dele era usar esse argu-
mento como mais uma prova da inexistˆencia do
v´acuo.
Tudo que est´a em movimento deve
ser movido por alguma outra coisa, continua
Arist´oteles, pois se o objeto n˜ao tem em si a
fonte de seu movimentos ´e evidente que ele deve
ser movido por algo que n˜ao ele mesmo.
Uma an´alise mais quantitativa do movi-
mento teve in´ıcio no s´ec XIV com um grupo de
fil´osofos e matem´aticos do Col´egio de Merton,
em Oxford. Eles come¸caram afazendo uma dis-
tin¸c˜ao entre Cinem´atica e dinˆamica, afirmando
que o movimento poderia ser estudado tanto do
ponto de vista da causa quanto do efeito. A
partir da´ı desenvolveram os fundamentos para
tratar da Cinem´atica.
“Nenhum mortal pˆode chegar mais perto
dos deuses” [Edmond Halley]
“J´a que s´o havia um universo a ser expli-
cado, ningu´em poderia repetir o ato de Newton,
o mais afortunado dos mortais” [Joseph-Louis
Lagrange]
Essas foram algumas cita¸c˜oes sobre um
dos homens que mais fizeram ciˆencia e hist´oria
n˜ao s´o na ´area da f´ısica, mas tamb´em, filoso-
fia, matem´atica, teologia, e demais ostras ´areas.
Isaac Newton (Imagem do Newton), uma bri-
lhante pensador e cientista, que trouxe a huma-
nidade todos os conceitos, hoje tomados como
aceitos, no que se diz respeito ao movimento,
considerado por muitos como pai da Mecˆanica
Cl´assica.
No seu caderno de rascunho, deixou claro
sua luta com palavras cujas defini¸c˜oes ainda
eram vagas e palavras que n˜ao existiam. Usou
quantidade de muta¸c˜ao em seu estado, for¸ca de
movimento entre outras ainda at´e chegar a quan-
tidade de movimento. Na sua procura por pala-
vras usou tamb´em potˆencia, efic´acia, vigor, vir-
tude e finalmente for¸ca.
• Vetores
• Movimento Retil´ınio Uniforme
• Movimento Retil´ınio Uniformemente Vari-
ado
• Lan¸camento de Proj´eteis
• Leis de Newton
• Conseva¸c˜ao do momento
Proc. Te´oricos e Metodol´ogicos
Nos primeiros 3 tempos de aula, os alunos
se dividir˜ao em grupos de 5 alunos cada, e cada
grupo ter´a uma placa Arduino que poder´a ser
levada para casa num acordo entre eles.
Durante esses 3 tempos, ser˜ao levantados todos
os dados e estudos sobre a utiliza¸c˜ao do Arduino,
aplicando na pr´atica os conceitos de eletrˆonica e
ao final do per´ıodo de aprendizagem realizar˜ao o
experimento dos Mythbusters em escala menor
com um carrinho controlado com o Arduino.
Haver´a 3 tempos de aulas te´oricas para os
5 grupos onde ser´a abordado todo conte´udo j´a
citado acima, de forma que de maneira multidis-
ciplinar seja garantido maior proveito da teoria.
Haver´a tamb´em 2 tempos de aula, para
que todos os alunos possam trazer d´uvidas sobre
o conte´udo at´e ent˜ao ensinado.
Nos 2 ´ultimos tempos de aula os gru-
pos deveram apresentar seus projetos antes j´a
3

4. descritos (Experimento em pequena escala dos
Mythbusters), assim como tamb´em redigirem
um texto com no m´ınimo 30 linhas sobre todo
conte´udo te´orico de f´ısica, juntamente com a ver-
tente experimental do Arduino.
Avalia¸c˜ao
Sobre a avalia¸c˜ao ser´a composta de um
texto redigido individualmente pelos alunos,
acompanhado de seus projetos em grupo, a par-
tir deste levantaremos discuss˜oes para apontar
poss´ıveis erros e atrav´es desses erros montar um
novo projeto para que seja focado a quest˜ao de
tomar a ciˆencia como verdade absoluta.
Referˆencias
[1] VIEIRA OLIVEIRA, CL´AUDIO
& PIOVESANA ZANETTI, AU-
GUSTO. Arduino descomplicado.
´ERICA/SARAIVA
[2] VIEIRA OLIVEIRA. Conceitos Funda-
mentais – Parte 1, Eletrˆonica B´asica
Clube de Arduino. FATEC Jundia´ı
[3] ANTONIO S.T.PIRES. Evolu¸c˜ao das
ideias da f´ısica.
4