Objetivos da aula:

• Medir o tempo de reação entre receber um estímulo (visual ou tátil, por exemplo) e realizar uma ação;

• Estimar como esse tempo de reação pode influenciar na realização de medidas de tempo necessárias ao estudo dos fenômenos naturais;

• Distinguir processos de medida direta e indireta e realizar medidas indiretas em situações significativas;

• Fazer estimativas de grandezas obtidas por meio de medidas diretas ou indiretas;

• Identificar os efeitos de alterações no tempo de reação em atividades do cotidiano, tais como dirigir.

Não há conhecimentos prévios específicos para esta aula.

Atividade 1 – Medida do tempo de reação para sentir com uma mão e agir com a outra

Um grupo de estudantes, formando uma roda de mãos dadas, irá medir o tempo médio de reação de cada estudante para sentir e agir com as mãos. Um dos estudantes, estando com um cronômetro em uma das mãos, dispara o cronômetro ao mesmo tempo em que aperta a mão do companheiro ao lado. Esse segundo indivíduo, ao sentir o "apertão", aperta a mão do companheiro seguinte. Desse modo, o "apertão" desloca-se ao longo do círculo de estudantes até chegar de volta ao estudante inicial. No momento em que esse recebe de volta o “apertão”, o cronômetro deve ser parado, de forma a se determinar quanto tempo foi necessário para o estímulo se propagar ao longo da roda de estudantes.

Dependendo do número de estudantes na sala, pode-se dividi-la em grupos para a realização de várias medidas do tempo de reação decorrido entre sentir com uma mão e agir com outra. Esse tempo de reação por pessoa é calculado dividindo-se o tempo total medido no cronômetro pelo número de estudantes na roda. Realizando-se várias medidas, é possível calcular um valor médio para o tempo de reação, bem como o desvio padrão das medidas em torno do valor médio, caso seja de interesse do professor desenvolver essa discussão.

Atividade 2 – Medida do tempo de reação para ver e agir com as mãos

Utilizando o tempo de queda de um objeto, pode-se medir o tempo de reação para uma pessoa ver um acontecimento e, em seguida, agir com uma ou com as duas mãos. O procedimento consiste em soltar, verticalmente, uma régua que a pessoa cujo tempo de reação está sendo avaliado deverá segurar, usando os dedos indicador e polegar. A régua deve ser solta sem aviso prévio e com o "zero" para baixo; a pessoa avaliada deverá segurar a régua o mais rapidamente possível. Cada grupo de estudantes poderá usar uma régua com uma dentre as seguintes escalas: decimetrada, centimetrada ou milimetrada.

Nesse caso, pode-se discutir a adequação de cada uma dessas medidas para a realização de uma medida mais precisa. Se o professor fizer a opção por introduzir essa questão, poderá ajudar os estudantes a observar que:

1. a escala decimetrada é menos adequada por gerar as medidas com o menor número de algarismos significativos dentre as três escalas;

2. a escala milimetrada também não é a mais adequada, uma vez que a área da régua atingida pela superfície dos dedos utilizados para agarra-la gira tem como ordem de grandeza o centímetro.

Assim, os estudantes podem chegar à conclusão de que:

1. a escala em centímetros é a mais adequada;

2. um instrumento que realiza, a princípio, uma medida mais precisa (nesse caso, a régua com escala milimetrada) não gera necessariamente medidas efetivamente mais precisas ou com maior número de algarismos significativos.

Após medir a distância média percorrida pela régua abandonada e novamente presa de acordo com o procedimento descrito acima, os estudantes podem determinar o tempo de reação para uma pessoa ver e agir com uma das mãos usando a tabela apresentada a seguir. Trata-se de uma tabela que relaciona a distância percorrida pela régua e o tempo transcorrido durante a queda desse objeto. A tabela foi gerada a partir da equação de queda dos corpos de Galileu para uma aceleração da gravidade de 9,81 m/s². A ideia de utilizar a tabela ao invés da equação é a de permitir que estudantes sem proficiência em álgebra realizem sem problemas a exploração proposta. Contudo, mesmo entre estudantes com proficiência em álgebra, o uso da tabela em substituição à equação permite que a apresentação e a justificação da estrutura da equação saiam do foco pedagógico da exploração.

Pode-se discutir com os estudantes a impossibilidade de usar um cronômetro para medir o tempo médio de reação de um colega do grupo. Afinal, o tempo de reação de quem está tentando fazer a medida com o cronômetro se “misturaria” ao tempo de reação daquele que está sendo avaliado, o que produzirá uma medida que não pode ser adequadamente interpretada. Outro fato importante a ser ressaltado é o de que as medidas de tempo de reação realizadas com o auxílio da tabela são medidas indiretas. Assim, a situação proposta serve para ilustrar outras situações nas quais não temos acesso a medidas diretas, mas, apenas, a medidas indiretas realizadas por meio de cálculos que se baseiam em relações teoricamente concebidas entre as grandezas sob avaliação.

Usando a tabela, cada grupo deve fazer cinco medidas e determinar o tempo médio de reação de um de seus integrantes. Feito isso, devem responder às seguintes questões:

1. O caminho percorrido pelo estímulo nervoso é o mesmo nas situações que envolvem sentir com uma mão e agir com a outra ou ver e agir com uma das mãos?

2. Será que o tempo de reação para ver e agir com a mão é o mesmo que o tempo para ver e agir com o pé?; como poderíamos verificar isso?

Atividade 3 – Medida do Tempo de Reação para parar um veículo: um bafômetro divertido

Para se medir o tempo de reação para ver e agir com o pé, sugerimos a realização da exploração descrita neste link  <pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=479&MEDIDA+DO+TEMPO+DE+REACAO+PARA+PARAR+UM+VEICULO+UM+BAFOMETRO+DIVERTIDO>.

Sugestões de links:

1. Portal público criado para difundir o uso de atividades práticas na educação em ciências e para promover a divulgação científica. http://pontociencia.org.br/
2.  Site criado pelo autor desta aula para permitir o acesso de seus estudantes a materiais criados para dar suporte ao ensino e à aprendizagem da Física. https://sites.google.com/site/1anofisicacoltecufmg/
3. Tempo de reação entre ver e agir com as mãos no site Feira de Ciências: http://www.feiradeciencias.com.br/sala17/17_07.asp
4. Tempo de reação humana em situações normais e sob estresse: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAYpMAB/tempo-reacao-humana
5. Sobre erros de medida: http://200.17.141.35/egsantana/unidades/medidas/medidas.htm ou http://www.peb.ufrj.br/cursos/ErrosIncertezas.pdf ou http://pt.wikipedia.org/wiki/Teoria_dos_erros ou http://www.ifi.unicamp.br/leb/f22910s2/Erros.pdf

A avaliação deve ser consistente com o que propõem os objetivos de aprendizagem descritos no item “O que o aluno poderá aprender com esta aula”. Alguns exercícios de lápis e papel similares aos que apresentamos a seguir podem ser usados tanto para transferir a responsabilidade aos estudantes pelo uso dos conhecimentos construídos ao longo da aula, quanto para identificar eventuais dificuldades de compreensão dos conceitos e relações que estruturam a atividade.

Questões referentes à 1ª atividade:

Questão 01– Por que razão sugere-se a realização de várias medidas? Pense sobre essa questão e conceba um critério para escolher o número de medidas a serem realizadas.

Questão 02– Pondere sobre as diferenças entre as medidas obtidas. Procure pensar nos motivos de erros que podem ocorrer durante a realização das medidas e os modos de reduzir esses erros.

Questão 03– Discuta com seu grupo uma maneira de determinar qual é o melhor valor para o tempo de propagação do estímulo medido diversas vezes e registrado em uma tabela. Justifique o critério utilizado.

Questão 04– Estime o tempo que cada pessoa do grupo leva para sentir com uma mão e reagir com a outra. Descreva e justifique a maneira como esse tempo de reação foi estimado.

Questão 05– Com as medidas realizadas, podemos também avaliar o valor da velocidade de transmissão dos impulsos nervosos. Para fazer tal avaliação, dividimos o espaço percorrido pelos impulsos nervosos (da mão para o cérebro ou do cérebro para a mão) pelo tempo decorrido nessa transmissão (determinado anteriormente). Estime esse valor usando as medidas que você realizou.

Questão 06– A partir das suas medidas, faça uma estimativa sobre qual seria o tempo de reação para uma pessoa ver um acontecimento e agir com uma das mãos.

Questões referentes à 2ª atividade:

Questão 07– Compare o valor encontrado com aqueles determinados nas respostas das questões 04 e 06.

Questão 08– Por que precisamos usar a tabela acima, ao invés de utilizar um cronômetro para medir o tempo médio de reação de um colega do grupo?

Questão 09– As medidas de tempo realizadas com o auxílio da tabela são medidas diretas ou indiretas? Explique.

Questão 10– Você acha que o tempo de reação para ver e agir com a mão é o mesmo que o tempo para ver e agir com o pé? Por quê? Como você poderia verificar isso?

Questão 11– Paleontólogos brasileiros e argentinos descobriram, em 2007, o mais completo fóssil de dinossauro do mundo. Estima-se que o espécime descoberto tinha, aproximadamente, 32 metros da cabeça à ponta da cauda. Supondo que a velocidade dos impulsos nervosos para esse animal fosse igual àquela que você calculou na questão 05 e que o cérebro desse dinossauro participasse da reação desse animal a uma mordida produzida na ponta de sua cauda:

a)    Que tempo seria necessário para o dinossauro sentir uma mordida e reagir à mesma?

b)    Você acha esse resultado razoável em termos de sobrevivência do dinossauro?