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A expans?o do universoCompartilheUtilize conceitos de Física como quantidade de movimento e radia??o de fundo para ajudar seus alunos a compreenderem a origem e a expans?o do universoObjetivos - Compreender uma das teorias sobre a origem do universo- Entender os conceitos da conserva??o da quantidade de movimentoConteúdo- Din?mica da quantidade de movimento- Astronomia- Breves conceitos de astronomiaTempo estimado Uma aula Séries AnosEnsino MédioIntrodu??o Quem somos? De onde viemos? Para onde vamos? Essas quest?es acompanham a humanidade desde sua origem. Junto com essas perguntas vêm respostas de todos os tipos, para todas as cren?as e lógicas existentes. N?o é coincidência que quase todas as religi?es apresentem explica??es sobre o mito da cria??o e seus propósitos, pois há um relativo conforto na cren?a da existência de um ser superior por trás da cria??o. Porém, para os cientistas mais céticos, a zona de conforto reside na explica??o baseada em fatos que possam ser observados ou reproduzidos de alguma forma. A origem do universo e seus possíveis desdobramentos ser?o discutidos nesse plano.Leia mais: Para onde o universo se expande?Leia mais: Hubble: uma janela para o universoLeia mais: Em busca das origensFlexibiliza??oPara alunos com deficiência visualColoque em uma bola de gás (bexiga) pedacinhos de papel (confete) e depois ar suficiente para enchê-la. Pe?a ao aluno que a segure com a m?o. Avise que vai furá-la e que haverá um estampido. Quando isso ocorrer, as partículas (confete) cair?o sobre suas m?os, reproduzindo de forma bem simplificada a explica??o do plano para a origem do universo.Desenvolvimento 1? etapa - Explos?es e quantidade de movimento do sistemaExplicar a expans?o do universo aos alunos n?o é t?o complicado quando partimos do pressuposto da famosa Grande Explos?o ou Big Bang, no seu nome original. Os fogos de artifício s?o exemplos claros e bem representativos, principalmente aqueles que deixam rastros brilhantes a partir de sua explos?o, formando esferas de pontos luminosos. Use exemplos de comemora??es como os fogos do réveillon para ilustrar isto para os alunos. Uma explos?o nada mais é que uma expans?o gasosa repentina que provoca o lan?amento de partículas para todos os lados. Impulsionados pela energia liberada na queima instant?nea da pólvora, os fogos figuram uma forma de arte pirotécnica com séculos de exibi??o.Explos?o em sequência de um dos vários tipos de fogos de artifício. Note que a energia liberada é muito intensa no come?o e depois vai se definhando junto com sua luminosidade.A física por trás das expans?es dos fogos ou de qualquer outra explos?o é baseada na conserva??o da quantidade de movimento. Esse mesmo conceito é o que faz um canh?o ter um recuo quando lan?a o projétil à frente. Por esse motivo, esse elemento de artilharia ganhou rodas e depois molas para amenizar o recuo. A quantidade de movimento por sua vez é embasada na Terceira Lei de Newton: Toda a??o gera uma rea??o com mesma dire??o e intensidade, porém em sentido oposto. Mecanicamente falando, uma explos?o obedece a seguinte fórmula:Qantes = QdepoisA quantidade de movimento do sistema antes é igual à quantidade de movimento do sistema depois. Entenda-se sistema como sendo todos os corpos que interagem durante o evento observado. No caso de uma explos?o, para simplificar a análise, se tomarmos a quantidade de movimento do sistema antes como zero (corpo em repouso), significa que após o evento a quantidade de movimento do sistema obrigatoriamente tem de apresentar valor nulo. Por esse motivo que se observarmos uma partícula indo para a direita depois da explos?o, outra tem de ir para a esquerda a fim de anular o movimento do sistema.Claro que no exemplo citado do canh?o, o mesmo n?o adquire valor de velocidade de recuo igual ao do projétil lan?ado à frente, pois sua massa é muito maior. A velocidade assumida é inversamente proporcional à massa. Esse fato explica e nos leva à rela??o entre velocidade, massa e quantidade de movimento, para cada corpo isoladamente:Q = m.vA quantidade de movimento é o produto da massa pela velocidade de qualquer corpo em movimento. A quantidade de movimento do sistema nada mais é do que a soma dos produtos da massa de cada corpo pela sua velocidade. Por analogia, o Big Bang segue o mesmo raciocínio, partindo do pressuposto que ele foi uma Grande Explos?o. Claro que a quest?o do aumento da massa após o evento e quem teria lan?ado esse roj?o n?o est?o sendo tratados como deveriam, pelo simples fato de que ninguém sabe nada a respeito.Mesmo desconhecendo essas importantes passagens da origem do universo, sabemos que as galáxias est?o se afastando e tra?ando suas rotas a partir de suas supostas trajetórias, grande parte delas se cruzando em um ponto comum. Os cientistas acreditam que essa interse??o das possíveis rotas seja o centro do universo, o ponto de partida de tudo que conhecemos o início de toda história que pode ser contada. 2? etapa - A radia??o de fundoAprofundando a explica??o sobre a origem do universo e suas consequências, a partir da década de 1920, Edwin Hubble iniciou os relatos sobre a expans?o do universo, que diziam que as galáxias est?o se afastando. Esse estudo embalou anos mais tarde a teoria do Big Bang, estabelecendo-a definitivamente. Resquícios de uma explos?o ocorrida há bilh?es de anos come?aram a ser investigados para estabelecer uma conex?o entre teoria e observa??o. A radia??o de fundo, uma espécie de onda eletromagnética gerada em consequência do Big Bang, foi teorizada na década de 1940 por George Gamow e detectada nos anos 1960. Partindo do princípio de que todo grande evento que ocorre em qualquer parte do universo deixa rastros, a radia??o de fundo foi postulada como sendo um dos indícios claros da Grande Explos?o. Essa onda do tipo eletromagnética, que permeia todo o universo conhecido, traz em sua essência a cria??o de todos os astros do espa?o. A radia??o de fundo comp?e a parte invisível do grande evento que os cientistas calculam que ocorreu há cerca de 14 bilh?es anos atrás. Detectado nos anos 1960, ela ainda interfere na telecomunica??o através de ondas de rádio nos diversos radares distribuídos no planeta. Nos primórdios da cria??o do universo, a energia era muito intensa e sua temperatura extremamente alta. Com a expans?o e consequente evolu??o dos astros, nebulosas e galáxias a temperatura foi caindo, chegando a 2,7 Kelvins em média. Essa temperatura só n?o é zero por conta da radia??o de fundo que sustenta esse valor. Em outras palavras o espa?o sideral deveria ter temperatura nula por ser um imenso vazio, porém possui um sopro de calor por conta da onda remanescente do Big Bang. Junto com essa radia??o que se espalha est?o também os planetas e matérias. Com essa evidência e um cenário elaborado em computador do retorno das galáxias às suas origens de acordo com o rastro do afastamento, os cientistas elaboraram algumas respostas ao Big Bang. 3? etapa - acelera??o e desacelera??o do UniversoUma das propriedades da matéria é a atra??o gravitacional, fato que deveria ocasionar a desacelera??o da expans?o do universo. Para entender esse fen?meno, imaginemos uma explos?o de uma bomba em um local longínquo do espa?o, afastado de qualquer outro astro que possa interferir de alguma forma. Esse evento espalharia partículas para todos os lados de forma quase indefinida porque existe apenas uma for?a que age no pós-explos?o: a for?a gravitacional. A mesma for?a que nos mantém na Terra, por exemplo. Por menor que seja a for?a, ela, por ser única, é capaz de desacelerar as partículas ejetadas e fazer com que todas retornem ao ponto inicial, ou seja, voltem para o ponto da explos?o. Isso n?o significa que elas voltariam a ser uma bomba integralmente - isso seria impossível do ponto de vista químico visto que houve rea??o na explos?o. Mas o fato delas retornarem é plenamente aceitável pelo motivo da propriedade primordial da matéria: massa atrai massa. De fato, o universo realmente sofreu uma desacelera??o, pelo menos é o que relata o estudo publicado em Veja. O que intriga os cientistas é o fato de que há cerca de 5 bilh?es de anos os aglomerados celestes iniciaram uma acelera??o repentina. Após desacelerarem devido à atra??o gravitacional como estava ocorrendo, come?aram a aumentar a velocidade de afastamento. De acordo com as leis da física, para que haja tal acelera??o tem de haver alguma for?a associada. Com n?o encontraram nenhuma explica??o para o fen?meno observado, chamaram a causa de energia escura. Uma discuss?o enriquecedora que pode se transformar em uma semente para um futuro próximo seria discutir o que faria essas galáxias acelerarem. Diga aos alunos que o máximo que conseguiram até agora como explica??o é apenas o nome da causa desse mistério (energia escura). Sabe-se também que 70% do universo é composto desse elemento, se é que assim podemos classificá-lo. N?o pode ideias que possam soar como maluquice, nem deixe que os colegas satirizem aqueles que tentarem dar alguma sugest?o. Lembre-os que os grandes personagens da humanidade por vezes foram tratados de forma injusta pela sociedade. Avalia??o Verifique se a turma compreendeu os principais conceitos de astronomia e de física abordados brevemente. Como todos n?o conseguem se expressar perante a sala, pe?a para escreverem sobre o que faria o universo acelerar. Essa tarefa pode dar início ao despertar de uma nova vis?o dobre a energia escura e outros mistérios. A participa??o do aluno com perguntas, observa??es e inclus?es também será um elemento essencial na composi??o do quadro de avalia??o.Conteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Astr?nomos conseguem medir a desacelera??o da expans?o do Universo - disponível no site de VejaConsultoria Ilton MiyazatoProfessor de Física do Colégio S?o Francisco de Assis em S?o Paulo (SP).ELETRICIDADEObjetivos - Compreender conceitos básicos de eletricidade- Entender como funciona a cobran?a de energia elétricaConteúdo- Eletrodin?mica: ddp, corrente elétrica, resistência e potênciaTempo estimado Uma aula AnosEnsino MédioFlexibiliza??oPara deficiência visualPara amplia??o deste plano, caso haja na sala um deficiente visual, é importante que se fa?a inicialmente um processo de metacogni??o com alunos para verificar o que sabem sobre a eletricidade. Nesse caso, o aluno com DV deve também expor seus conhecimentos sobre o assunto. A partir daí, sugere-se que gráficos, fórmulas e leituras sobre a quest?o sejam “traduzidos” para o Braile, painéis em alto relevo, modelos concretos e outros materiais que podem ser desenvolvidos pelos próprios alunos. Para isso, professor, procure também o AEE de sua escola.Introdu??o No mundo contempor?neo, o avan?o da eletr?nica é galopante. A todo tempo nos depararmos com dispositivos físicos ou virtuais, que nos surpreendem pela utilidade e facilidade de acesso. Desde as primeiras experiências com a corrente elétrica, o avan?o tecnológico aprimora seu uso e descobre um universo gigante de aplica??es. No entanto, mesmo o mais complexo equipamento eletr?nico, tem como base os conceitos mais simples de eletricidade vistos em sala. Tens?o, resistência, corrente elétrica e potência s?o alguns dos conceitos que ser?o explorados nesse plano. Lembre-se de que os conceitos de eletricidade têm de ser expostos de forma gradual para que haja uma melhor compreens?o dos alunos.Desenvolvimento 1? etapa: ElétronsInicie a aula abrindo uma discuss?o em torno do tema eletricidade. Pergunte qual sua import?ncia e suas principais aplica??es. Essa parte da física é muito presente no cotidiano de todos os alunos, e, por isso, respostas como redes elétricas das ruas, redes residenciais e eletroeletr?nicos v?o aparecer aos montes. Fale para eles que a energia elétrica é um dos alicerces da sociedade moderna. Conseguimos notar sua vital import?ncia quando ela nos falta por algum motivo. Compreender conceitos básicos de sua funcionalidade pode trazer benefícios para o cidad?o, para os meios de produ??o e para o meio ambiente. Explique ent?o sobre corrente elétrica. Talvez seja necessária uma breve revis?o sobre o elemento da estrutura fundamental da matéria: o átomo. O modelo de Bohr é o mais aceito para explicar os fen?menos observados até hoje. Trata-se de um pequeno núcleo composto por prótons (carga positiva) e nêutrons, cercado por elétrons (carga negativa), que se movimentam intensamente em suas órbitas. Essa característica din?mica dos elétrons é de fundamental import?ncia na eletricidade, pois ser?o essas partículas as responsáveis pelo fluxo de cargas nos dispositivos elétricos.2? etapa: Materiais condutores e corrente elétricaRevisada a estrutura at?mica, comece a falar dos materiais condutores, em especial os metais. Essa classe de elementos naturais destaca-se por conduzir bem a eletricidade, além de outras características funcionais como condu??o de calor e brilho. Os elétrons livres na última camada dos metais s?o os responsáveis pela versatilidade, que os diferenciam de todos os outros.Para entender o conceito de corrente elétrica, imagine um fio metálico que n?o esteja sendo utilizado. Os elétrons livres encontram-se em movimentos caóticos, pois n?o há nenhum fator externo que modifique tal estado. Ao se depararem com um estímulo provocado, por exemplo, por uma bateria, os elétrons seguem todos em um sentido preferencial denominado por fluxo ordenado de elétrons ou corrente elétrica.Note que, no esquema apresentado, apesar do fluxo de elétrons estar com movimento direcionado para a direita, a corrente elétrica é, por defini??o, adotada no sentido para a esquerda. Parece um tanto quanto estranho você ter um conceito chamado de corrente elétrica ser adotado no sentido contrário ao fluxo ordenado dos próprios elétrons. Mas isso é assim definido porque quando as experimenta??es e teorias fundamentais da eletricidade estavam sendo formadas, os estudiosos n?o conheciam os elementos portadores de cargas, nem a existência dos elétrons.Para eles, a carga fluía de acordo com a natureza das coisas, ou seja, de onde havia mais cargas (polo positivo) para onde havia menos cargas (polo negativo). Por esse motivo ent?o sempre devemos lembrar que apesar da corrente estar para um lado, o fluxo dos elétrons está para o outro.Para se determinar o valor da corrente elétrica (em Ampéres), chamamos de intensidade de corrente a rela??o entre a quantidade de carga que atravessa o condutor dividido pelo tempo no qual ocorre o evento:onde Q representa a quantidade de carga medida em Coulombs (C) e , o tempo em segundos (s).3? etapa: Explicando a resistênciaVisto o que é corrente elétrica, agora fica mais fácil ver o que é resistência. O material condutor nem sempre permite a passagem do fluxo de elétrons com total facilidade, mesmo sendo um metal. Em outras palavras, quase todos os materiais condutores apresentam uma propriedade chamada resistência elétrica. O significado mais profundo revela ser uma espécie de oposi??o à corrente elétrica que provoca o Efeito Joule (transforma??o de energia elétrica em térmica). O choque entre os elétrons e os átomos do material condutor ou mesmo entre eles mesmos comp?e obstáculos que se op?em à livre passagem de corrente. L?mpadas incandescentes, aquecedores elétricos, prancha de cabelos, ferro de passar, chuveiro elétrico s?o alguns dos eletrodomésticos que s?o basicamente compostos por resistores. Essa propriedade resistiva pode ser alterada por:- Tipo de material (ρ): cada um reage de forma análoga, porém com intensidades diferentes quando s?o submetidos à passagem do fluxo ordenado de elétrons. Essa propriedade recebe o nome de resistividade do material (ρ) e possui valores tabelados experimentados em laboratório.- Comprimento (l): a resistência varia de acordo com o comprimento do elemento condutor. A lógica está na propriedade de condu??o de corrente através do material, pois quanto mais material ao longo da linha, mais elementos resistivos. Nesse contexto podemos entender que os fios apesar de conduzirem bem a eletricidade, também s?o elementos resistivos. Uma prova disso é o aquecimento notável dos fios de alguns eletrodomésticos como secador de cabelos, ferro de passar e fornos elétricos.- ?rea de Sec??o transversal (A): Trata-se do calibre do elemento condutor. Quanto maior a área de sec??o, mais espa?o os elétrons têm para se distribuir e amenizar a resistência. Fios mais finos apresentam mais resistência devido ao menor calibre para o fluxo de elétrons. ? por esse motivo que aqueles dispositivos que apresentam maiores demandas de corrente possuem fios extremamente grossos. Para facilitar a compreens?o é possível fazer uma analogia ao tamanho de uma porta: quanto maior sua abertura, ou seja, maior sua área de passagem, menor é a resistência das pessoas para atravessá-la.A rela??o entre esses fatores gera o que chamamos de resistência do material e pode ser obtida pela fórmula:(conhecida por Segunda Lei de Ohm)Com os valores de resistências é possível dimensionar melhor desde a liga??es residenciais como parques industriais ou até mesmo redes nacionais. Fale para os alunos que todos os eletrodomésticos que basicamente esquentam (salvo o microondas) funcionam a base de resistores. Mesmo aqueles que s?o destinados a outros objetivos, como a TV, o rádio, e o computador, também apresentam elementos resistivos, pois acabam esquentando com o uso. Você pode ir além nas discuss?es falando da resistência que o corpo humano apresenta. Aqueles que sofrem acidentes mais sérios com corrente elétrica s?o vitimas de queimaduras devido ao intenso aquecimento provocado pelo efeito Joule.4? etapa: Potencial e voltagemAgora que eles sabem o que é corrente elétrica e o que é resistência, comece a falar sobre a voltagem. Inicie fazendo uma pergunta básica: Qual a voltagem de uma pilha comum? Qual a voltagem de uma bateria de carro? O que realmente significa 110V e 220V? Esse questionamento vai direcionar a discuss?o do próximo assunto. Tens?o, voltagem, diferen?a de potencial (ddp), queda de potencial ou queda de tens?o s?o sin?nimos para um mesmo conceito. Para compreendê-lo melhor é preciso entender o que é potencial. Podemos entender potencial como a energia que cada carga consegue carregar. Os portadores de cargas, nesse caso os elétrons, s?o capazes de realizar trabalho devido à energia atrelada ao seu transporte dessa energia que faz com que ela chegue até o estado de excita??o. A corrente elétrica nada mais é do que o acionamento do equipamento. A diferen?a de potencial (ddp) nada mais é do que a diferen?a dos potenciais entre dois pontos específicos. Uma l?mpada em funcionamento usa os potenciais elétricos para promover sua irradia??o luminosa. Portanto é notável que haja uma diferen?a nos elétrons que entram e que saem. Essa diferen?a que poder ser calculada é o que chamamos de ddp e é intimamente vinculada ao consumo energético da l?mpada. A figura ao lado ilustra o caminho do fluxo de elétrons e a perda de potencial ao atravessar a l?mpada. Note que a quantidade de elétrons que entra é a mesma que sai. O potencial está simbolizado pela vibra??o dos portadores de cargas. Houve uma baixa no potencial devido ao consumo energético promovido pelo funcionamento da l?mpada. Para os resistores a ddp que geralmente é representada pela letra U pode ser encontrada através de uma rela??o entre corrente e resistência: U = R.iU: diferen?a de potencial - medida em Volt (V).R: valor da resistência - medido em ohm (Ω).i: intensidade de corrente - medida em Ampére (A).Por último, discuta com os alunos sobre potência. Os meninos geralmente conhecem o conceito devido à paix?o por veículos e sabem que quanto maior a potencia do motor, mais veloz é o carro. Traga esse conceito à tona e vá além citando outros exemplos de potencias elétricas para introduzir o assunto. Mencione potências de eletrodomésticos, como uma l?mpada fluorescente que tem potência média de 40W, um secador de cabelos, que pode chegar aos 2000W e um chuveiro elétrico, que chega até a 8000W. Nesse momento, fa?a uma conta simples para se ter uma ideia sobre a potência e consumo de energia. Um chuveiro ligado pode alimentar até 200 l?mpadas fluorescentes. Seria como iluminar uma escola inteira, praticamente. Por esse motivo, os pais pegam no pé dos alunos quanto à demora no banho. O chuveiro figura um dos maiores vil?es da conta de luz. Após a discuss?o ser iniciada, explore o conceito de potência como sendo uma rela??o entre energia e tempo (P=E/?t). Podemos compreender como uma rela??o que mostra como a energia é transformada ou o trabalho é realizado em uma unidade de tempo. Por esse motivo, os elementos mais potentes s?o os mais cobi?ados e também os mais caros. Em contrapartida, os eletrodomésticos atuais buscam cada vez mais eficiência energética na tentativa de reduzir a potência sem a perda de qualidade ou funcionalidade.A unidade de potência no sistema internacional (SI) é o Watt (W). Porém, vestibulares e concursos públicos est?o explorando bastante quest?es que envolvem a unidade comercial de energia elétrica, o quilowatt-hora (kWh). Essa nota??o nada mais é que uma simplifica??o de valores, visto que 1 kWh corresponde a 3.600.000 J de energia.Em S?o Paulo, a operadora de energia elétrica cobra cerca de R$ 0,30 por kWh mais os impostos que variam de acordo com o consumo. Através deste dado e de algumas informa??es técnicas é possível estimar o pre?o de um banho de 20min. Supondo um chuveiro mais modesto com 6000W de potência, podemos calcular da seguinte forma:Potência do Chuveiro: 6000W = 6kWTempo de uso: ?t = 20min = 1/3 de horaValor do kWh: R$ 0,30Energia consumida pelo chuveiro: E = P. ?t = 6kW . 1/3h = 2kWhComo cada kWh custa R$ 0,30, o valor de cada banho custa R$ 0,60. Somando os tributos, esse valor pode ser próximo de R$ 0,80. A principio pode até parecer barato, mas basta multiplicar esse valor pelo número de vezes que esse fato se repete ao longo do mês. Para aqueles que tomam apenas um banho por dia, o gasto gira em torno de R$ 24,oo. O pre?o assusta quando esse costume se faz duas vezes por dia (R$ 48,00). Agora basta multiplicar isso pelo número de pessoas da casa e pronto, você vai ter ideia do pesado custo nas contas apenas devido ao chuveiro. Agora a reclama??o constante dos pais come?a a fazer sentido. 5? etapa: Na prática - O custo mensal de uma conta de luzProponha aos alunos que fa?am uma estimativa do custo mensal da conta de luz de suas casas preenchendo a tabela a seguir. As potências dos diversos dispositivos elétricos s?o fornecidas, basta eles colocarem a quantidade e o tempo estimado de uso diário em cada uma de suas casas. Depois de cada valor colocado, basta multiplicar os valores da quantidade, do tempo e da potência para obter a energia consumida por dispositivo. Em seguida, de posse de todos os valores de cada item, basta somar as energias obtidas para obter o consumo total diário. Para se obter o valor da conta mensal estimada, é só multiplicar o valor da energia total por 30, por conta dos dias do mês, depois pelo custo de R$ 0,30 por kWh. Para tornar mais realista a conta, soma-se 25% como forma de tributos. Veja o exemplo logo abaixo da tabela em branco.Essa estimativa de consumo energético mensal resultou em 396,600 kWh. Isso multiplicado por R$ 0,30 que é o pre?o do kWh dá um valor de R$ 118,98. Como o valor final inclui um tributo de 25%, logo a conta a ser cobrada no final do mês será de: R$ 148,72.Para fechar a aula discuta formas de se economizar e assim contribuir para o consumo consciente da energia elétrica. Avalia??oUma forma de avalia??o seria discutir o custo mensal estimado por cada aluno. Os valores discrepantes v?o levantar uma discuss?o sobre nossa forma de consumo energético. Veja, se por meio das respostas, os alunos conseguiram entender como funciona a cobran?a de energia elétrica e compreender conceitos básicos de eletricidade.Consultoria Ilton MiyazatoLicenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do colégio S?o Francisco de Assis, em S?o partilheEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Mais um pequeno passo; 10/03/2012Explique à turma os conceitos básicos da Física que possibilitariam o deslocamento ao longo do tempo e do espa?o e ajude-os a compreenderem uma reportagem de astronomiaObjetivos - Compreender dist?ncias astron?micas- Introdu??o de tópicos de física moderna- Entender as limita??es do universoConteúdo- Princípios de relatividade (física moderna- Astronomia básica- Cinemática da velocidade da luzTempo estimado Uma aula AnosEnsino MédioMateriais necessários- Cópias da reportagem "Mais um pequeno passo" da Revista Veja publicada em 10 de outubro, página 130 e 131- Régua de 30cmIntrodu??o Desde o primeiro filme de fic??o científica "Viagem à Lua", de Georges Méliès, exibido em 1903, houve uma grande evolu??o nos temas deste gênero explorados pela indústria cinematográfica mundial. N?o é preciso ir muito longe para lembrar que Avatar foi a maior bilheteria de todos os tempos e é consequência desta manifesta??o da sétima arte. Filmes como "Jornada nas estrelas" e "Guerra nas estrelas" encantam milh?es de f?s ao redor do mundo por conta de sua trama que envolve outras civiliza??es e planetas do longínquo universo. Nesse contexto, a dist?ncia dos astros nos confins do espa?o sideral está mais perto do que imaginamos. Leia mais: Como nasce e morre uma estrela?Leia mais: Sistema solar e seus componentesLeia mais: O que s?o buracos negros?Flexibiliza??oPara alunos com deficiência visualPara o deficiente visual, a no??o de tempo e espa?o se faz por sua prática física e social: por exemplo dormir, acordar, andar ou comer. Desse modo, para ampliar esse conhecimento (de tempo e espa?o) a sugest?o é fazer uma din?mica com base no dia a dia. Você pode perguntar à turma quantas noites e dias viveu uma pessoa que tem 15 anos. Quantas refei??es – café, almo?o e jantar – e quantas vezes foi à escola desde os seis anos. O mesmo pode ser feito em rela??o ao espa?o: quantos passos s?o dados para ir da sala até o banheiro da escola. Essa no??o, ainda que limitada a tempos e espa?os curtos, poderá chamar aten??o para tempos e espa?os bem maiores.Desenvolvimento 1? etapaNessa fase, o intuito será construir um conhecimento por meio da observa??o, em vez de fazer imediatamente a exposi??o aos alunos. Para tanto, proponha uma atividade prática já no início da aula. Forme grupo de 3 a 4 alunos e distribua uma folha de papel A4 para cada grupo. Proponha ent?o para eles fazerem dois pontos A e B o mais distante possível um do outro no papel que eles receberam. Como a vis?o dos alunos sobre a folha é limitada à dimens?o da mesma, a maioria fará dois pontos nos extremos de uma das diagonais, pensando assim terem achado a maior dist?ncia possível no papel fornecido.Observe que, com um pouco mais de vis?o e ousadia, os alunos poderiam fazer cortes em zigue-zague no papel e ent?o deixar dois pontos distante por alguns metros (veja a figura a seguir).Com o auxilio de uma régua, pe?a para cada grupo ent?o medir a dist?ncia entre os pontos. Desafie os alunos a ent?o achar o menor caminho possível que ligue os pontos A e B. Novamente eles estar?o presos à dimensionalidade da folha e muito provavelmente dar?o o mesmo resultado apresentado pela dist?ncia entre os pontos, ou seja, o valor da diagonal que gira em torno de 36cm. A chave para a solu??o bem como o gatilho para a aula será a possibilidade da dobra da folha, unindo um ponto ao outro, diminuindo a separa??o dos pontos para praticamente zero. Essa simples solu??o que permite a redu??o do espa?o através de artifício lógico e válido para a realidade da folha é algo inesperado para a solu??o do problema. Os alunos ver?o esse fato como uma viola??o de regra que n?o foi especificada. Porém na lógica real dos eventos que sucedem nosso dia-a-dia, esse mesmo tipo de atitude é uma quebra de paradigma e é essencial para vencer barreiras espaciais astron?micas.2? etapaNossa vis?o de espa?o é restrita ao que enxergam nossos olhos. Nessa mesma linha de raciocínio, nossa sensa??o de tempo é restrita aos segundos que passam no relógio. Esses fatos s?o t?o absolutos na nossa realidade que só pensamos em outras possibilidades na maioria das vezes quando os filmes de fic??o científica abordam o tema. Porém t?o velha quanto a fic??o científica é a física moderna. No início do século 20, Max Planck e Albert Einstein causaram uma grande revolu??o na física, refutando 300 anos da mec?nica clássica de Newton para dar origem à nova forma de estudar a Física. Nesse modo de observar a natureza, houve uma quebra de paradigma nas defini??es de espa?o e tempo. De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, em certas condi??es de velocidades, próximas a da luz, o espa?o se comprime e o tempo se dilata, a chamada teoria da relatividade. A maioria dos físicos concorda que a velocidade da luz é a limite e que seria, portanto, impossível viajar para outros sistemas espaciais, visto que as fronteiras astron?micas giram em torno de anos-luz de dist?ncia. A estrela mais próxima, além do Sol, fica a cerca de 4,2 anos-luz em um sistema chamado Alfa Centauro. Um ano luz é a dist?ncia que a luz percorre em um ano. Isso significa que se esta estrela sofrer um colapso hoje e de repente apagar, só saberemos daqui a 4,2 anos. Na verdade até mesmo nosso glorioso Sol, se ele apagasse repentinamente, a Terra só saberia cerca de 8 minutos depois e nada poderia ser feito. A conclus?o dessa discuss?o é que o céu que nos cobre é uma imensa janela para o passado. Tudo que vemos foi emitido há um tempo atrás. Dependendo da dist?ncia, pode ser milhares, milh?es ou bilh?es de anos atrás.? estranho pensar dessa forma, mas hipoteticamente se algum ser vivo na galáxia de Concha (NGC-474), que se encontra a 100 milh?es de anos- luz de nosso sistema solar, pudesse ver com uma luneta super poderosa o que se passa aqui na Terra, ele possivelmente estaria vendo dinossauros por aqui. Isso acontece por conta da enorme dist?ncia, e a luz que hoje chega lá partiu de nosso sistema a 100 milh?es de anos atrás, na época em que reinavam os répteis gigantes por aqui. Consequentemente podemos chegar à conclus?o que as belas imagens que o telescópio Hubble faz do universo é um mergulho no passado de muitos, muitos anos atrás.Nossa casa no universo é uma composi??o de cerca de 100 bilh?es de estrelas chamada de Via Láctea (veja a figura abaixo). Trata-se de uma constela??o com di?metro de 100 mil anos-luz. Andr?meda que é a constela??o mais próxima de nós está a 2,5 milh?es de anos-luz. S?o dist?ncias inimagináveis e impossíveis de serem vencidas até ent?o. No entanto novos estudos relatam que a fic??o pode se tornar realidade e as fronteiras do espa?o est?o mais próximas do que a realidade nos aponta. 3? etapaDistribua cópias e comente a reportagem "Mais um pequeno passo" de Veja publicada em 10 de outubro, página 130 e 131.Trecho central da imagem original divulgada pelo ESO (Observatório do Sudoeste Europeu): panorama de toda a abóboda celeste mostra Via LácteaIlustra??o da NASA mostra a Via Láctea, com seus quatro bra?os espiralados.A dobra espacial mostrada no artigo da revista mostra um artifício da física para encurtar espa?os gigantescos. Funciona analogamente ao experimento feito no início da aula, salvo suas dimens?es, forma e aplica??o real. Teoricamente, o estudo baseia-se na flexibilidade do espa?o quando manipulado por uma quantidade alta de energia. Essa energia é estipulada em massa e está diretamente vinculada à fórmula mais famosa de Einstein: E=m.c2 (onde m é o valor da massa e c é a velocidade da luz). Para compreender melhor a física por trás da dobra espacial e buraco minhoca veja o vídeo. A consequência imediata desse fen?meno seria a possibilidade do homem poder chegar aos confins do universo em busca de respostas para as quest?es filosóficas fundamentais: Quem somos? De onde viemos? Para que vivemos? Estamos sós? Uma segunda consequência seria a conquista das dimens?es espa?o e tempo. De acordo com teorias da física moderna, deslocamentos próximos ou acima da velocidade da luz promoveriam uma altera??o profunda na rela??o de espa?o e tempo que temos. De acordo com a relatividade de Einstein, o espa?o encurtaria e o tempo se dilataria, porém o mistério das equa??es dessa teoria é que há brechas para a viagem no tempo. Em outras palavras, ao atingir a velocidade da luz, a dimens?o tempo seria também flexível com possibilidade de avan?ar ou retroceder no relógio universal.Contudo, nenhum corpo material seria capaz de chegar aos limites da velocidade da luz, haveria uma provável desintegra??o da matéria em energia. Como a tecnologia é ilimitada, do ponto de vista da evolu??o, novas fronteiras da própria física poder?o ser ultrapassadas. O recente rumor da descoberta do Bóson de Higgs poderá trazer como consequência um novo campo da física onde o homem estabelecerá o domínio da rela??o energia e matéria. A partir daí o homem terá artifícios embasados na física para colocar em prática a dobra espacial e, por que n?o, a viagem no tempo?Avalia??o Verifique se a turma compreendeu os principais conceitos de astronomia e de física moderna abordados brevemente. A atividade feita pelos alunos no come?o da aula pode ser um dos componentes na sua avalia??o. Verifique se, por meios dos exemplos dados eles cconseguiram compreender as dist?ncias astron?micas e entender as principais limita??es do universo. A participa??o do aluno com perguntas, observa??es e inclus?es também será um elemento essencial na composi??o do quadro de avalia??o.Consultoria Ilton MiyazatoLicenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do colégio S?o Francisco de Assis, em S?o o funciona o amortecimento do tênisCompartilheMais sobre o temaPlano de aulaBlindagem: aproveite essa mania para falar de colis?oMostre como a Física explica o funcionamento do sistema de amortecimento do tênis e o que isso tem a ver com Impulso e Quantidade de MovimentoObjetivos - Entender o que é amortecimento- Compreender os sistemas absorvedores de impacto nos tênis- Explorar os diversos tipos de amortecimento presente nos tênis Conteúdos- Impulso e quantidade de movimento- Teorema do impulsoTempo estimado- 3 aulasMateriais necessários- Materiais diversos para produzir o sistema de amortecimento- Computadores com acesso à internetIntrodu??o O homem é um animal bípede e, por isso, obtém vantagens na explora??o do meio. Por outro lado, essa característica também apresenta desvantagens. Comparando com a estrutura de sustenta??o de um animal quadrúpede, é notável que os animais de quatro patas têm mais pontos de apoio e, por isso, equilibram melhor o peso do corpo. Além disso, os pés s?o as partes do corpo que primeiro recebem o impacto da corrida ou de uma simples caminhada. Por esse motivo, merecem cuidados especiais para evitar problemas futuros. O movimento é muito mais complicado do que parece, pois cada pé é composto por 26 ossos interligados por um complexo sistema de ligamentos, trabalhando em a??es coordenadas entre músculos e tend?es que buscam o equilíbrio do corpo. Caminhar ou praticar esportes com pisadas erradas ou tênis inadequado pode causar problemas em todos os prazos.Leia mais - Impulso e quantidade de movimento na cobran?a de pênaltiDesenvolvimento 1? etapa Para come?ar, pe?a aten??o para a grande variedade de tipos de tênis com amortecimento que existe hoje no mercado. Para n?o constranger nenhum aluno, solicite voluntários para mostrar os tênis que cal?am. Os diferentes modelos ser?o base para formar o foco de estudo desta e das próximas aulas. As diversas formas de tornar o caminhar ou o correr mais suave possuem anos de estudo e muita tecnologia aplicada. Vale ressaltar que os pre?os acompanharam essa evolu??o e atualmente figuram como um dos itens mais caros da vestimenta das pessoas. Nos jovens os tênis desempenham papel importante para mostrar personalidade, estilo e status.Pergunte ent?o aos alunos o porquê da escolha dos tênis que eles est?o vestindo. Foi pela estética ou por conhecimento dos benefícios nas atividades do dia-a-dia? Muito provavelmente a busca do amortecimento dos impactos vem em segundo plano. A beleza e a moda vêm quase sempre em primeiro lugar. Esse é o momento da aula para revelar aos alunos o tema a ser explorado: a import?ncia do amortecimento no impacto sobre os pés. Explique que no final, todos v?o ver os tênis de forma diferente e entender?o fisicamente porque eles s?o essenciais na prática esportiva ou no simples caminhar. 2? etapaExplique o que é amortecimento. Conte aos estudantes que a intera??o de duas superfícies em colis?o provoca o que chamamos de impacto. Esse fen?meno produz for?as que podem até danificar os corpos que interagem. O amortecimento nada mais é do que a atenua??o da for?a de contato entre as superfícies em colis?o. Para ilustrar esse fen?meno, fale sobre acontecimentos domésticos do dia-a-dia: quando derrubamos um copo de vidro em um piso de cer?mica, o impacto é inevitável e o espalhamento de cacos de vidro por toda parte é o resultado do descuido. Esse mesmo fato é quase sempre evitado quando entre o copo e o piso cer?mico há um tapete ou mesmo um pano. A presen?a de uma fina camada entre as superfícies em colis?o atenua a forca de impacto, impedindo danos maiores. A explica??o física é baseada no teorema do impulso:Esta equa??o significa que o impulso é equivalente à varia??o da quantidade de movimento. Abrindo cada um dos itens desta equa??o, temos:O impulso é a intera??o da for?a e o tempo em que ela atua. A quantidade de movimento é definida como o produto da massa pela velocidade. A varia??o da quantidade de movimento nada mais é do que a diferen?a entre seu valor final e inicial.O teorema do impulso diz que para se variar um estado de movimento de um corpo tem que haver uma for?a associada durante um intervalo de tempo. Em outras palavras seria como empurrar uma crian?a em um triciclo. Sua for?a interagindo durante um certo tempo modifica o estado de movimento dela. Também pode ser aplicado na forma inversa, ou seja, quando um carro aciona os freios, uma for?a age durante um intervalo de tempo e ent?o o móvel modifica seu estado de movimento para reduzir sua velocidade ou parar. As figuras a seguir ilustram o teorema em a??o. A primeira mostra um copo caindo em um ch?o rígido (como os pisos de cer?mica). O tempo que o copo tem para parar é extremamente pequeno, da ordem de milésimos de segundos. Nesse intervalo a for?a que o ch?o exerce no copo tem de ser alta para anular sua velocidade de queda. Após a primeira figura está um exemplo estimativo de cálculo que explica o fen?meno descrito:Supondo a massa do copo igual a 200g(0,2kg), o tempo de intera??o com o ch?o de 0,008s e a velocidade do copo no momento de queda igual a 5m/s (equivalente a uma queda de 1,25m), temos:Por ser uma grandeza vetorial, o sinal da for?a segue de acordo com a orienta??o adotada, nesse caso para baixo. Por esse motivo seu valor resultou em for?a negativa, já que a resultante das for?as tem orienta??o para cima. Como o que importa é o resultado desta intera??o, note que o valor de 125N, equivale a uma massa de 12,5kg.A segunda figura ilustra a mesma situa??o, porém com uma pequena diferen?a: um tapete fino sobreposto ao ch?o. O copo que está caindo agora tem um espa?o um pouco maior para cessar sua velocidade de queda, isso implica em um tempo um pouco maior de intera??o, da ordem de centésimo a décimos de segundos dependendo do tapete. Abaixo da figura está um cálculo estimativo para o fen?meno:Supondo as mesmas condi??es, porém com o tempo de intera??o da ordem de centésimos de segundos (0,080 s) , temos:Com essa pequena diferen?a, a for?a cai para 12,5N equivalente a 1,25kg, dez vezes menor que a situa??o sem o tapete. Isso faz com que o copo n?o se quebre, na maioria das vezes em que isso acontece. Esse tipo de aplica??o está presente em muitos casos em nossa sociedade. Conte aos alunos que há vários produtos que utilizam esse recurso: as capas emborrachadas de celulares, os air-bags que equipam os carros, a caixa de ovos que compramos no supermercado, as caixas que embalam os eletrodomésticos novos, o plástico bolha que protegem os produtos despachados, o ar que vem dentro das embalagens de salgadinhos e batatas fritas, o capacete dos motoqueiros e o solado arrojado dos tênis. 3? etapaA ideia básica dos diversos sistemas de amortecimento presente nos diferentes modelos de tênis é o mesmo: atenuar a for?a de impacto nas articula??es dos pés. E como eles fazem isso? A resposta está na tecnologia empregada na produ??o da sola. Diferentes materiais e formas conferem a cada modelo conforto e estabilidade, conforme o fabricante. Para perceber a diferen?a que faz um tênis, basta andar durante alguns minutos com um pé descal?o e outro cal?ado com um tênis que possua sistema de amortecimento. Essa diferen?a torna-se extremamente desagradável e dolorida, se ao invés de caminhar, fosse imposta uma corrida média. Para se ter uma ideia, um atleta pode gerar impactos no calcanhar de duas ou mais vezes o próprio peso. Em uma corrida de 1 km há uma média de 1000 passos dados. Isso significa que para um atleta de 70 kg, a somatória da sobrecarga nos pés ao final da corrida será de aproximadamente 140.000kg. Com o tempo, os pés v?o apresentar problemas de sustenta??o e ocorrer?o dores, incha?o e prona??o (rota??o involuntária do pé no sentido interno para amenizar impactos). Em casos de atletas de alto nível, há uma discuss?o entre o uso dos tênis com amortecimento e aqueles com solado simples. Segundo estudos recentes, a pisada dos velocistas ocorre na base e nas pontas dos pés, ao invés de come?ar no calcanhar. De acordo com especialistas, os atletas desenvolvem uma estrutura adequada ao tipo de pisada, distribuindo o impacto excessivo em outras articula??es, fortalecendo, dessa forma, um conjunto de ossos, músculos e tend?es que lhe conferem alto desempenho. Por isso nem sempre toda essa tecnologia de amortecimento é necessária e acaba gerando excedente de peso nos pés, comprometendo os resultados, visto que o ranking dessas modalidades é decidido nos décimos de segundos. Para estender esse assunto, conduza uma leitura coletiva da reportagem "Tênis próprios para corrida", disponível no site do Projeto "Emagrece, Brasil!". 4? etapaEsboce um cálculo para mostrar a aplica??o da Física nas tecnologias que est?o aos pés de todos. A seguir está uma análise estimativa que pode servir como exemplo para ser apresentado na lousa. A primeira parte ilustra um pé descal?o, impactando diretamente no solo. A única forma de amortecimento é apenas a camada de músculos e pele entre o osso e a sola do pé.Supondo a massa do corpo igual a 60 kg, o tempo de intera??o com o ch?o de 0,1 s e a velocidade do pé no momento do choque com o solo igual a 2m/s, temos:Aqui, a velocidade final é zero por conta do impacto com o solo que anula a velocidade. Novamente, por ser uma grandeza vetorial, o sinal a for?a segue de acordo com a orienta??o adotada, nesse caso para baixo. Por esse motivo seu valor resultou em for?a negativa, já que a resultante das for?as tem orienta??o para cima.. Como o que importa é o resultado numérico desta intera??o, note que o valor de 1200N, equivale a uma massa de 120 kg(duas vezes a própria massa).A segunda parte ilustra um pé com um tênis cal?ado, que devido à sua sola há um amortecimento considerável que evita danos maiores aos pés do usuário.Supondo as mesmas condi??es, porém com o tempo de intera??o um pouco maior (o,3s) devido ao sistema de amortecimento , temos:Pe?a para os alunos realizarem as duas contas, com e sem o amortecimento, utilizando a própria massa. Com esse cálculo, eles ter?o ideia da sobrecarga que os seus pés sofrem. Este cuidados s?o essenciais para uma vida a longo prazo sem grandes problemas nessa regi?o e seus reflexos no tornozelo e joelho. 5? etapaProponha que os alunos construam um sistema de amortecimento para apresentar na próxima aula. Pe?a para usarem materiais que possam ser encontrados em casa e que possam ser aplicados em solados de tênis. Deixe claro que n?o é para fazer um tênis ou sua sola, basta fazer uma proposta de sistema de absor??o de impactos, ou seja, um pequeno protótipo das camadas partindo da ideia de amortecimento. Você pode exemplificar dizendo que poderiam construir, por exemplo, uma estrutura de camadas de espuma entremeadas com papel?o. Deixe claro que a criatividade é o primeiro passo para as grandes descobertas!6? etapaRetome os conceitos das aulas anteriores e pergunte como os alunos agora enxergam as diferentes tecnologias encontradas nos tênis. Pergunte também se houve valoriza??o dos sistemas de amortecimento além da estética e status que buscam nesse item importantíssimo do vestuário. Depois desta breve discuss?o, motive os alunos a apresentarem seus protótipos para toda a turma. Avalia??o Retome os objetivos propostos no plano de aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de impulso e quantidade de movimento explorados nos tênis. Lembre que a participa??o do aluno é um elemento essencial para compor sua avalia??o. O cálculo proposto para os alunos usarem a própria massa e o trabalho apresentado servirá de complemento para a composi??o da avalia??o funciona o GPS?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:O ponto de táxi eletr?nico - pág. 103 - 26/09/2012Utilize conceitos de geometria e aproveite para explicar para a turma como um conjunto de 24 satélites sincronizados ajuda a localizar qualquer ponto da superfície da TerraObjetivos - Compreender a física da localiza??o- Entender como funciona o GPS- Desenvolver nos alunos conceitos de geometria aplicadaConteúdo- Geometria plana e espacial (breve comentário para compreender o assunto)- Propaga??o de ondas eletromagnéticasTempo estimado Uma aula AnosEnsino MédioMateriais necessários- Cópias do mapa da cidade de S?o Paulo (como anexado ao corpo do texto) para todos alunos- CompassoIntrodu??o Há pelo menos cinco séculos, navios das Grandes Navega??es partiram para territórios desconhecidos guiados apenas pelas estrelas e pela fé na conquista de novos lugares. Os aventureiros dos mares tra?avam mapas e rotas de maneira praticamente artesanal utilizando equipamentos rudimentares como a bússola e astrolábio - o que nem sempre resultava em grandes descobertas. Mesmo assim, entre erros e acertos, os desbravadores conquistaram o mundo. Atualmente, as pessoas ainda recorrem ao céu para localizar seus paradeiros. N?o faz muito tempo, as ruas da cidade eram dispostas em guias de papel que obrigavam o condutor do veículo a parar e folhear as páginas do livro. Hoje, um conjunto de satélites sincronizados localiza em instantes qualquer ponto da superfície da Terra, contanto que n?o haja interferências. Fale mais para a turma sobre o funcionamento do o funciona a rede de telefonia celular?CompartilheAproveite o caso da derrubada de sinal Tim para introduzir aos alunos os conceitos de ondas e mostrar como funcionam as redes de telefonia celular. Objetivos - Explicar como funciona a telefonia celular.- Entender conceitos de ondas. - Ver na prática o funcionamento da Gaiola de Faraday. Conteúdo - Ondas: abordagem da natureza, tipos e propaga??o. - Eletrostática: Gaiola de Faraday (breve cita??o apenas).Tempo estimado Uma aulaFlexibiliza??oPara alunos com deficiência visual - No caso de haver na sala de aula um aluno com deficiência visual, o professor poderá utilizar recursos táteis como arame, barbante, ventilador, um recipiente com água e o próprio celular para demonstrar o fen?menos das ondas que mesmo para os que enxergam n?o s?o visíveisAnos Ensino Médio Materiais necessários - Computador com acesso a Internet e datashow (apenas para complementar a explica??o, n?o é essencial).- Uma corda flexível com aproximadamente 5m.- Um rolo de papel alumínio (50cm s?o suficientes). Introdu??o Por ser um animal sociável, desde épocas remotas, o homem se comunica com seus semelhantes. No entanto, nos primeiros momentos, predominou o discurso direto oral, mas com o passar do tempo, novas tecnologias surgiram, propondo outras formas de comunica??o. ? medida que os aglomerados sociais se emanciparam, a necessidade do desenvolvimento dos meios de comunica??o se tornou imprescindível, em uma história que passou por mensageiros, cartas, jornais, rádio e TV. Hoje, boa parte das intera??es convergem para o universo da telefonia celular.Desenvolvimento 1? aulaNos primeiros momentos da aula relembre os assuntos sobre telefonia celular que viraram notícia nas últimas semanas. Haverá uma enxurrada de assuntos, visto que esse meio de comunica??o t?o importante está em constante crítica devido à qualidade dos servi?os (vide exemplo no link: HYPERLINK ""). Aproveite esse gancho e diga aos alunos que a telefonia celular será tema da aula de hoje.Leia mais: Comprove na escola a eficácia das ondas eletromagnéticasLeia mais: Como funciona a comunica??o por rádio?Leia mais: Wireless: a difra??o em baixa frequênciaPergunte ent?o aos alunos como aquele aparelho, que virou praticamente extens?o de seus corpos, funciona? Como ele transmite conversas, mensagens e até vídeos?Dependendo das séries os alunos geralmente tendem a responder corretamente, ou o mais próximo disso, pois o meio de transmiss?o é via onda eletromagnética, conceito muito bem aceito pelos alunos que vivenciam seus fen?menos e conseguem enxergar suas consequências.Aproveite o momento para explorar um pouco mais sobre as ondas. Cite exemplos de ondas como as encontradas no mar, nas cordas do viol?o, na bandeira oscilando com o vento e até mesmo nos terremotos. Para ajudar, uma experiência simples e bem visual pode ser feita em sala de aula com o auxilio de uma corda:Eleja um aluno para segurar uma das pontas, ou simplesmente amarre-a em algum ponto da sala, enquanto você segura a outra extremidade, pondo-a a oscilar como na figura-1. Conforme a agita??o da sua m?o imprime energia à corda, ondas ser?o formadas e propagadas. Nesse instante mostre aos alunos que, devido aos atritos, uma oscila??o fraca pode n?o chegar ao final da corda (figura-2). Explique ent?o que essa atenua??o também ocorre nas ondas que fazem a comunica??o com o celular e a operadora e essa observa??o é essencial para entender como funciona uma rede de telefonia móvel.Figura-1: Ondas formadas na corda através da agita??o da m?oFigura-2: Ondas sofrendo atenua??o devido aos atritos. Uma onda pode ser compreendida como perturba??o que se propaga, transportando energia. De acordo com a natureza podemos diferenciar dois tipos básicos de ondas: mec?nicas e eletromagnéticas. Basicamente o telefone celular usa ondas de natureza eletromagnética para conectar-se à operadora. Esse tipo de onda diferencia-se da onda mec?nica por n?o necessitar de meio material para se propagar. Exemplos de ondas mec?nicas, aquelas que necessitam de meio material para ser produzida e propagar-se: onda do mar, terremoto, som, vibra??o da corda do viol?o.Exemplos de ondas eletromagnéticas, aquelas que n?o necessitam de meios materiais para se propagar e s?o largamente utilizadas nos meios de comunica??o: luz, raio-x, radia??o gama, onda de rádio, microonda.(Se o professor desejar ir além das explica??es e estender um pouco a aula, pode aproveitar o computador e o datashow para mostrar a miss?o do rob? Curiosity da NASA recém chegado em Marte. A transmiss?o de dados entre a base aqui na Terra e o rob? em Marte ocorre via onda eletromagnética e viajam milh?es de quil?metros até chegar ao seu destino. Veja o link para maiores informa??es: ) Visto o conceito básico de onda, para entender como funciona uma rede de telefonia celular basta lembrar de um aparelho presente em muitas casas há muito tempo. O telefone sem fio pode ser considerado o precursor do seu companheiro móvel. O dispositivo caseiro é composto por uma base, na qual se conecta a fonte de energia e a linha telef?nica, e um dispositivo que opera igualmente ao celular onde o usuário fala e escuta. O uso desse aparato permite distanciamentos curtos, n?o passando por metros quadrados de abrangência do sinal emitido pela base, causando muito chiado e interferências quando o afastamento ultrapassa os limites da casa. A comunica??o entre base e fone é feita através de ondas eletromagnéticas, que s?o muito exploradas na comunica??o devido a sua capacidade de transmitir dados. Assim também funciona com a telefonia celular. A diferen?a maior está na base, ou melhor, nas bases já que as operadoras distribuem várias ERBs (esta??o rádio base) para estabelecer sua cobertura em uma dada regi?o.Quando um celular efetua uma liga??o, ele busca o sinal da antena mais próxima para firmar a comunica??o. Registrado o contato, ent?o a operadora promove a chamada. Se n?o houver movimenta??o por parte do usuário, a comunica??o entre operadora, ERB e telefone fica estabelecida até o final da liga??o. Porém quando há deslocamento do telefone a conex?o entre operadora e celular tem que procurar as melhores condi??es de sinal. A partir desse momento ocorrem as trocas de bases para que a liga??o n?o caia por enfraquecimento da rede. Uma cidade como S?o Paulo possui diversas ERBs espalhadas, nas quais cada uma delas formam uma espécie de célula que limita o raio de sua a??o (esse fato explica o nome celular para o telefone móvel).Para que os alunos compreendam esse sistema, um exemplo muito fácil pode ajudar: diga que uma ERB se assemelha ao sistema de ilumina??o pública. Em vez de usarmos apenas uma única luminária gigantesca para iluminar toda cidade, distribuímos toda aquela energia em pequenos pontos de luz, de forma que a ilumina??o chegue para todos. Ao sair do raio de luz de uma luminária, outra já está próxima para clarear seu caminho. A diferen?a desse exemplo para uma antena de uma ERB está na sua potência maior de abrangência, visto que seria inviável espalhar tantas antenas pela cidade como no caso de luminárias públicas. O vídeo disponível no link a seguir, mostra o funcionamento da rede. Uma experiência que os alunos podem fazer para verificar essa rede de antenas é deslocar-se prestando aten??o na for?a do sinal no celular. ? bem visível a transi??o de bases quando o sinal come?a a enfraquecer e de repente ele enche de uma vez. Essa é uma evidencia de troca de ERB. ? importante destacar para os alunos que nem sempre que uma liga??o n?o é completada significa problema exclusivo de ausência de sinal. Pode ser que a ERB mais próxima esteja saturada e n?o consegue estabelecer mais conex?es além de seu limite. Isso acontece muito em picos de datas festivas como Natal e Ano Novo. Falhas no sinal também podem estar vinculadas ao local em que o usuário está. Lugares muito confinados, com diversas paredes sofrem com a fraqueza do sinal. Isso se deve ao fato de que as ondas eletromagnéticas do celular n?o conseguem penetrar tantas camadas de alvenaria com eficiência, visto que sua potência é baixa. Se o local for envolvido por paredes metálicas, como em um elevador, o sinal pode decair mais ainda por conta de um fen?meno chamado Gaiola de Faraday, um invólucro metálico que n?o permite a forma??o de campo elétrico internamente, evitando a penetra??o de ondas eletromagnéticas. Essa blindagem eletrostática pode ser feita também em sala de aula, basta pegar um celular e o envolver em duas ou três voltas por papel alumínio e pronto. Pe?a para algum aluno tentar ligar para o celular embrulhado e, na maioria dos casos, o número cai na caixa postal, comprovando o fen?meno. Avalia??o Retome os objetivos propostos no plano de aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de ondas e de como funciona a rede de telefonia móvel. Por ser apenas uma aula, a participa??o do aluno será um elemento essencial para compor sua avalia??o. Uma outra forma de avalia??o seria propor um trabalho baseado em pesquisa que mostre as dificuldades das operadoras em instalar novas antenas em uma cidade como S?o Paulo.O que é preciso para flutuar na água?Compartilhe Conteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Jogos Olímpicos - Londres 2012 - 30/07/2012Aproveite os esportes olímpicos para fazer uma experiência com a classe e abordar conceitos de volume de ar e flutua??o nos esportes aquáticos Objetivos Identificar como o volume de ar contido no interior de um objeto interfere na sua flutua??o. Conhecer uma forma possível de se alterar a flutua??o de um corpo.Conteúdos - Empuxo- Press?o -DensidadeMaterial necessário1 garrafa PET de 2 litros com água1 tubo de ensaio pequeno ou corpo de caneta transparente sem furo. clipes de papel1 copo com água Tempo EstimadoUma aulaAnos Ensino MédioDesenvolvimento 1? aulaInicie a atividade perguntando aos alunos quem sabe nadar e quem sabe "boiar" (se manter flutuando, sem mexer bra?os e pernas, somente com o rosto para fora da água). Pe?a que eles expliquem como fazem para boiar. ? esperado que eles indiquem que é mais fácil quando estufam o peito, enchendo os pulm?es de ar. Pergunte a eles por que isso acontece. Você pode destacar as informa??es da matéria, onde se destaca que quanto menos um nadador "afunda" menor é a resistência da água e melhor é o seu desempenho. Proponha ent?o um experimento para se estudar como um mesmo corpo pode flutuar e afundar. Eles devem buscar explicar como acontece a flutua??o e qual as semelhan?as e diferen?as entre o experimento e a atividade de "boiar".O que explicar para a turmaFlutua??o Todo corpo ou objeto, quando imerso total ou parcialmente em um fluído (gases e líquidos) recebe a a??o de uma for?a aplicada pelo fluído chamada empuxo. Podemos escrever, matematicamente, o empuxo como,Sendo a densidade do fluído, a acelera??o da gravidade e o volume deslocado do fluído devido a imers?o do corpo ou objeto. ? fácil ver, por essa express?o, que o empuxo é igual ao peso do fluído deslocado pelo corpo ou objeto. Para que um corpo ou objeto flutue é preciso que a for?a de empuxo seja igual ao seu peso. No experimento descrito na atividade, o conjunto formado pelo tubo e os clipes deslocam um volume de água que tem o mesmo peso que o conjunto. Por isso, o tubo flutua com todos os clipes. Ao colocar o tubo dentro da garrafa, com a boca voltada para baixo, o volume interno do tubo fica preenchido com ar, deslocando um volume de água com o mesmo peso do conjunto, que continua a flutuar. Ao fechar a garra e aplicar uma for?a em suas laterais, a press?o dentro da garra aumenta, fazendo com que o volume de ar contido dentro do tubo fique reduzido, diminuindo também o volume de líquido deslocado. Com isso, o empuxo diminui e fica menor que o peso do conjunto, fazendo com que o tubo com os clipes afunde. Coloque quatro clipes de metal dentro de um tubo de ensaio e coloque o tubo dentro do copo com água. Os alunos devem observar que o tubo flutua com os clipes em seu interior. Vá acrescentando mais um clipes por vez, destacando que quanto maior é o número de clipes dentro do tubo mais ele afunda. Continue a colocar os clipes até que a boca do tubo fique a um centímetro da superfície da água. Retire o tubo da água e prenda os clipes que estavam dentro do tubo junto a boca. Para prendê-los, insira a ponta mais externa dos clipes dentro do tubo até que fiquem bem presos. Se achar necessário utilize um peda?o pequeno de fita adesiva para garantir que n?o se soltem. Coloque o tubo com os clipes, com a boca voltada para baixo, dentro da garrafa PET com água e rosqueie a tampa. O tubo deve permanecer flutuando, com a boca para baixo. Pressione um pouco as laterais da garrafa e pe?a que os alunos observem o que acontece com o ar contido dentro do tubo. Eles devem notar que a coluna de ar se reduz, devido à press?o aplicada sobre a garrafa, e o tubo afunda. Ao soltar a garrafa, a coluna de ar volta ao tamanho inicial e o tubo volta a flutuar. Pe?a aos alunos que expliquem como o mesmo tubo pode flutuar e afundar, conforme se pressiona as laterais da garrafa. Chame a aten??o para a varia??o da coluna de ar dentro do tubo. Eles devem perceber que o volume de ar dentro do tubo é o que determina se ele irá flutuar ou afundar. Pe?a que comparem o que observaram no experimento com a atividade de flutuar. Eles podem indicar, por exemplo, que nas duas a??es se varia o volume de ar para se alterar a flutua??o. Como diferen?a, eles podem indicar que o formato do tubo n?o se altera enquanto que o volume da caixa torácica muda com a inspira??o e expira??o do ar. Avalia??o Para avaliar a compreens?o da atividade, você pode pedir que os alunos apliquem os conceitos apresentados aqui em um outro contexto. Por exemplo, você pode pedir que eles expliquem como um submarino consegue flutuar e afundar. Na explica??o, veja se os alunos conseguem utilizar as ideias e conceitos que foram trabalhados nesta atividade.Consultoria Cristian AnnunciatoProfessor de Física e pesquisador da Sangari Brasil, em S?o PauloComo medir o tempo de rea??o?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Jogos Olímpicos - Londres 2012 - 30/07/2012Auxilie os alunos a conhecer uma forma indireta de se medir intervalos de tempo pequenos, da ordem de centésimos de segundos, por meio do conceito de tempo de rea??o. Objetivos Comparar o tempo de rea??o visual e auditivo, identificando qual deles é o menor. Conhecer como se pode obter o valor médio de um conjunto de dados para representar uma grandeza física, que neste caso será o tempo de rea??o.Conteúdo - Movimento uniformemente variado- Queda livre- Formas indiretas de se medir o tempo.Material necessário 1 régua de 30 cm ou maior para cada equipe de quatro alunos. Calculadora Cron?metro (obs. Vários celulares possuem calculadoras e cron?metros entre seus aplicativos e podem ser utilizados na realiza??o dessas atividades) Tempo estimado Duas aula Anos Ensino Médio Desenvolvimento 1? aulaPara iniciar o assunto, pergunte aos alunos se eles sabem o que é tempo de rea??o. Você pode utilizar o texto da matéria "100 metros - Como vencer sem correr mais rápido" para apresentar um exemplo desse tempo, aplicado no atletismo e destacar outras situa??es onde esse intervalo de tempo é importante. Um motorista, quando observa que o carro da frente parou bruscamente, tem que pisar no pedal do freio o mais rápido possível. O tempo que ele leva entre perceber a parada do carro e o momento em que coloca o pé no pedal é o seu tempo de rea??o. A diferen?a entre o motorista e o atleta está no tipo de estímulo. No caso do motorista, o estimulo é visual (ele vê o carro a frente parado) e do atleta é sonoro (a largada é dada com um som emitido por uma sirene).O que explicar para a turmaTempo de rea??o A queda dos corpos próximos à superfície da Terra, desconsiderando a resistência do ar, pode ser descrito como um movimento retilíneo uniformemente variado, com acelera??o constante de 9,8 m/s2. A equa??o que descreve esse tipo de movimento é:Onde h(t) é a altura em que o objeto se encontra em um determinado tempo t, ho a altura inicial de onde a régua inicia seu movimento vo a velocidade vertical que o objeto está no início do movimento e a acelera??o da gravidade. Aplicando essa equa??o para o movimento descrito pela régua, temos: E reescrevendo essa equa??o em fun??o do tempo: Assim, podemos relacionar, para certo deslocamento vertical da régua ( ), o intervalo de tempo t necessário para que o deslocamento ocorra. Essa é a equa??o que foi utilizada para se obter os valores da tabela utilizada na atividade.Pergunte aos alunos como eles poderiam medir seus próprios tempos de rea??o. Você pode testar algumas das ideias que os alunos apresentarem. Por exemplo, eles podem sugerir a utiliza??o de um cron?metro. Pe?a ent?o que eles tentem iniciar e interromper a contagem do tempo o mais rápido que conseguirem. Eles devem perceber que esse intervalo de tempo é bem semelhante ao tempo de rea??o informado na matéria, mostrando que n?o seria uma forma muito confiável. Apresente ent?o aos alunos uma forma indireta de se medir o tempo de rea??o. Ao se soltar uma régua ela cai com acelera??o constante, sendo possível relacionar a dist?ncia que a régua percorre na queda com o intervalo de tempo entre o início e o fim da queda. A tabela a seguir relaciona a dist?ncia percorrida, em cm, com o intervalo de tempo de queda, em s.2? aula Proponha aos alunos que fa?am as medidas de seus tempo de rea??o visual e auditivo. Divida a classe em equipes de quatro alunos e distribua uma régua de 30 cm ou mais para cada equipe. Um dos alunos deve segurar a régua pela extremidade com a marca??o 30 cm enquanto outro aluno da equipe deve posicionar os dedos polegar e indicador na forma de pin?a, em volta da ponta de baixo da régua, próximo a marca??o 0. Para medir o tempo de rea??o visual, o aluno que está segurando a régua deve soltá-la sem avisar. O outro aluno deve fechar os dedos, segurando a régua, logo que perceber que ela come?ou a se mover. Eles devem anotar a dist?ncia que a régua desceu, lendo a marca??o da escala que ficou entre os dedos no momento em que o aluno segurou a régua. Eles devem se revezar nas fun??es de lan?ar, segurar e anotar os dados, até que todos os integrantes da equipe tenham segurado a régua cinco vezes. Para medir o tempo de rea??o auditivo, os alunos devem fazer o mesmo procedimento. Só que agora, o aluno que for segurar a régua deve ficar com o rosto virado para o lado, de modo que n?o veja a régua, e quem for lan?ar deve dizer "já" no momento em que soltar a régua. Cada aluno de ter mais cinco medidas. Os alunos devem observar os dois conjuntos de dados obtidos (cinco medidas, em cm, do tempo de rea??o visual e outras cinco do tempo de rea??o auditiva) e pensar qual deles representa melhor seus tempos de rea??o visual e auditivo. Os alunos podem sugerir que se pegue o menor valor ou o maior. Apresente a eles a ideia de média: eles devem somar os cinco dados e dividir por cinco. O resultado será os valores médios para os tempos de rea??o visual e auditivo. Pe?a que eles transformem os valores médios de centímetros para segundos, usando a tabela apresentada na etapa 3.Avalia??o Pe?a que os alunos comparem seus tempos de rea??o visual e auditivo entre eles e com os dados apresentados na matéria. Eles podem descrever as etapas de como fizeram para medir seus tempos de rea??o, explicando quais cuidados foram necessários e por que se utilizou o valor médio dos dados. Nesse registro, você poderá verificar como os alunos compreenderam a atividade e se os objetivos propostos foram alcan?ados.Consultoria Cristian AnnunciatoProfessor de Física e pesquisador da Sangari Brasil, em S?o partilheVênus e Terra: t?o longe, t?o pertoCompartilheO raro fen?meno do alinhamento entre Vênus, Terra e Sol fez com que o mundo voltasse os olhos para o espa?o. Aproveite para apresentar à turma um de seus planetas vizinhos com suas semelhan?as e diferen?as.Objetivos Verificar diferen?as e semelhan?as dos planetas Terra e Vênus.Entender o movimento das órbitas dos preender a rela??o entre órbita e atra??o gravitacional.ConteúdoGravita??o: abordagem das Leis de Kepler e Gravita??o Universal de Newton.Astronomia: Características dos planetas Terra e Vênus.Flexibiliza??o Para alunos com deficiência visualPara flexibilizar esse plano para deficientes visuais, pode-se utilizar o bom e velho sistema solar feito com bolas de isopor de vários tamanhos. De fato, a dimens?o do espa?o é algo que faz parte da perda do deficiente visual, contudo, os conceitos podem ser construídos e discutidos por ele, fazendo parte de seu conhecimento, desde, claro, que tenha contato com esse conhecimento via auditiva e tátil.Tempo estimado Três aulasAnosEnsino MédioMateriais necessáriosCópias da reportagem "?ltima passagem do século de Vênus pelo Sol come?a nesta ter?a-feira", do site de Veja para todos os putador com acesso a Internet e Datashow.Cartolina suficiente para cada grupo de 4 a 5 alunos.Introdu??o Quantas vezes n?o vêm à nossas cabe?as a seguinte pergunta: de onde viemos? A resposta que nunca é convincente nem justifica coisa alguma, é atribuída e dirigida ao céu que nos cobre. Seja por religi?o ou por meio da ciência, ambos remetem ao mesmo espa?o que nos envolve e nos sustenta, cada qual com sua explica??o e justificativa. Atualmente passamos cerca 80 anos de nossas vidas sob o mesmo céu estrelado e n?o sabemos suas características mais básicas. Basta perguntar o nome de três estrelas, ou a localiza??o da constela??o que forma o próprio signo, ou ent?o diferenciar as estrelas mais brilhantes dos planetas do sistema solar, que poucos saber?o as respostas. O céu que antes era objeto de estudos dos grandes filósofos, fonte de sabedoria dos povos antigos e inspira??o para os mais famosos artistas, hoje é coadjuvante no nosso dia-a-dia. Somente em momentos como a transi??o de Vênus pelo Sol, um eclipse ou a aproxima??o de um cometa s?o capazes de atrair os olhares para o céu por alguns instantes. Eventos como esses talvez ganhem for?a por serem únicos no prazo de uma vida e que só ser?o vistas no próximo século, quando nenhum de nós estiver mais por aqui.Leia mais: Quais planetas podem ser vistos da Terra a olho nu e como diferenciá-los?Leia mais: Sistema solar e seus componentesA ilumina??o e polui??o das grandes cidades dificulta a visualiza??o de boa parte das estrelas. Mas ainda há aqueles que mantém o romantismo de contemplar as maravilhas do universo. Quando abordado de forma artística no cinema, misturado a um conteúdo fictício, os temas estelares ganham for?a e batem recordes mundiais como os filmes: Avatar, Guerra nas estrelas, Jornada nas estrelas, MIB, Miss?o marte, entre outros. Nesse contexto esse plano pretende aproveitar a passagem de Vênus para expor alguns dados interessantes e fazer com que o aluno veja o céu de um modo um pouco diferente depois dessa aula. Desenvolvimento 1? aulaNos primeiros momentos da aula discuta com os alunos sobre os temas abordados pela mídia neste inicio de mês. Haverá uma enxurrada de assuntos diversos sobre fatos policiais, desastres, futebol ou até mesmo novelas. Afunile essa discuss?o perguntando se houve algum assunto discutido na mídia sobre física, ou mais especificamente sobre astronomia. Dependendo da sala, pode ser que haja algum aluno que relate na hora sobre a passagem de Vênus pelo Sol. Esse será o seu momento para desenvolver o assunto para chegar nos objetivos deste plano. Comece ent?o a falar dos movimentos orbitais dos planetas. De acordo com a primeira lei de Kepler, os planetas seguem órbitas elípticas e o Sol ocupa um dos focos dessa elipse (ver figura 1).Ilustra??o Exagerada das órbitas elípticas de acordo com a primeira lei de Kepler.No caso do sistema solar, estas órbitas possuem pouca excentricidade, pequena dist?ncia entre os focos e podem ser consideradas como circulares, por aproxima??o. Como a Terra e Vênus giram em torno do Sol em dist?ncias diferentes é natural que haja alinhamentos periódicos entre eles por conta da rela??o existente entre o período de rota??o e dist?ncia. Esta também é uma das leis estabelecida por Kepler, que diz que o período de um astro em órbita equivale a raiz quadrada de uma constante do sistema multiplicado pela sua dist?ncia ao Sol elevada ao Cubo ( - 3? Lei de Kepler ). E por conta dessas coincidências matemáticas que esta semana ocorreu a transi??o de Vênus em frente ao Sol, que só deverá se repetir em 2117. Nesse contexto talvez surja uma pergunta simples, porém complexa ao mesmo tempo: Por que os planetas giram em torno do Sol? Caso n?o perguntem, encaminhe-os a pensar sobre o assunto fazendo você mesmo a pergunta. A resposta está associada às leis de Newton, principalmente à Lei da Gravita??o Universal. Para explicar o fen?meno do movimento planetário diga para os alunos imaginarem que est?o no topo da maior montanha do mundo: o Everest. Na ausência da resistência do ar, peguem uma pedra e lancem em uma dire??o horizontal, buscando uma longa dist?ncia. Todos concordar?o que a pedra cairá devido a a??o da gravidade conforme tudo que é jogado nas proximidades da Terra. Pois ent?o diga para continuarem imaginando, mas desta vez, coloquem ainda mais for?a no arremesso da pedra. Esta última certamente cairá mais longe que a anterior. Fazendo isso sucessivamente chegará uma hora em que uma pedra n?o mais conseguirá tocar o solo, pois a Terra "acabará" antes da queda (como mostrado na figura 2). Eis ent?o a trajetória orbital, um movimento que circunda o planeta devido a intera??o da for?a centrípeta exercida pela atra??o gravitacional e pela velocidade tangencial. Teoricamente seria como se você atirasse uma pedra t?o forte, mas t?o forte que ela daria uma volta na Terra e te acertaria a nuca.Figura 2 - Ilustra??o esquemática que explica o movimento orbital a partir do lan?amento de um corpo. Praticamente é isso que aconteceria mesmo, se n?o houvesse resistência do ar e uma for?a de arremesso extremamente grande. A pedra é puxada pela atra??o gravitacional, mas ela quer mesmo é sair pela tangente devida a sua alta velocidade. O fato que ocorre quando se usa muita for?a é que a pedra vai t?o longe que a Terra puxa a pedra para o ch?o, porém a Terra já "acabou" nesse instante, fazendo com que a pedra nunca alcance o ch?o e fique sempre nessa espécie de equilíbrio, tentando sair pela tangente e sendo puxada pela atra??o gravitacional.Esse movimento é o que segura os planetas no sistema solar. Devido à a??o gravitacional, o Sol, por ter grande massa, "segura" os planetas em suas órbitas. Aproveite esse momento da aula e comente a existência de um jogo que se chama Angry Birds Space que pode ajudar muito a compreender esse fen?meno. O jogo disponível em vers?o demonstra??o (no link: ) é um excelente e lúdico exemplo de entretenimento que ajuda a visualizar a atra??o gravitacional. Se houver tempo, mostre o jogo e explore a física dos movimentos de lan?amento e gravidade existentes nele. 2? aulaRetome os conceitos da aula anterior e passe a explorar a semelhan?a dos planetas Terra e Vênus. Reúna os alunos em pequenos grupos (4 ou 5 por grupo), distribua uma cartolina para cada conjunto e pe?a para que fa?am dois desenhos esquemáticos: um do planeta Terra e outro de Vênus na mesma folha. Saliente que eles fa?am os desenhos de acordo com a proporcionalidade que imaginam existir entre Vênus e a Terra. Pe?a também para que eles ilustrem como seria a superfície do planeta "desconhecido" e que subst?ncias eles esperariam ver por lá. Terminado essa fase de imaginar e desenhar o planeta Vênus comparando-o com a Terra, exponha os trabalhos para todos verem e ent?o projete no datashow a seguinte imagem de Mercúrio, Vênus, Terra e Marte:Pergunte aos alunos o que esses quatro planetas têm em comum? Alguns poder?o dizer que s?o os quatro primeiros a partir do Sol. Outros poder?o arriscar mais e dizer que todos têm água ou até mesmo respostas certas dizendo que s?o todos planetas rochosos. Esses astros diferem dos demais planetas gasosos por sua composi??o básica ser formada por minerais sólidos. Em outras palavras, seria praticamente impossível aterrisar em Júpiter pelo fato de n?o possuir uma superfície definida, enquanto que em Marte já até recebemos imagens de seu solo através das sondas e rob?s da NASA. Como o assunto da semana é sobre Vênus e Terra, observe o quadro comparativo que lhe ajudará a julgar os desenhos produzidos pelos grupos. Os dados deste quadro s?o aproximados para melhor ilustrar as semelhan?as.Explique ent?o que Vênus é um planeta quase sempre visível, até mesmo antes do anoitecer. A olho nu é possível vê-lo com clareza algumas horas antes do Sol nascer e de se por. Tempos atrás fora considerado pelos observadores antigos como dois astros diferentes, ao qual atribuíam o nome de Lúcifer e Vésper. Só mais tarde, quando se descobriu tratar do mesmo astro é que atribuíram a ele o nome de Vênus, pela sua luz emitida e beleza de seu brilho. ? noite, sendo o segundo astro mais brilhante depois da Lua, ganhou o nome poético de Estrela D’alva. Sua atmosfera é t?o densa e cheia de nuvens que oculta sua superfície, sendo impossível ver o solo. Essas características indicam a presen?a de vulc?es ativos que lan?am gases e partículas no ar. Compare ent?o as características expostas, com os desenhos feito por eles e saliente semelhan?as e diferen?as. Pergunte para cada grupo de como chegaram à forma que colocaram no papel? Ressalte a import?ncia de agir por intui??o quando n?o temos informa??es completas sobre algum fen?meno ou objeto de estudo. Assim nascem os primeiros passos para o pensamento científico e para as grandes descobertas.Aula 3Tr?nsito de VênusAproveite o gancho do fen?meno e explique o tr?nsito de Vênus.Os intervalos de transi??o de Vênus pelo Sol s?o considerados raros por acontecerem devido a uma confluência de inúmeras coincidências necessárias para que ocorra o fen?meno. Basicamente se trata de um alinhamento especial da Terra, Vênus e o Sol, necessariamente nessa ordem, pois ocorre outro alinhamento, porém com o Sol na frente de Vênus. Como os planetas possuem órbitas aproximadamente circulares ao redor do ponto central ocupado pelo Sol, este n?o entra nesse complexo sistema de equa??es matemáticas na quest?o do alinhamento. Por esse motivo os esfor?os para a compreens?o do movimento s?o concentrados nas órbitas da Terra e Vênus.O esquema a seguir mostra as órbitas vistas de cima, onde I poderia sugerir um alinhamento perfeito, portanto uma transi??o pelo Sol. Seguindo dessa forma em II e III a evolu??o do tempo mostra que Vênus gira mais rápido em sua órbita por estar mais próximo. Nesse ritmo o alinhamento seria em torno de cada ano e meio terrestre como mostra o esquema IV. Porém isso n?o ocorre.A explica??o para que eventos como esse descrito n?o ocorram necessariamente no alinhamento Terra, Vênus e Sol n?o é t?o simples e t?o pouco fácil de compreender. A vista de cima n?o ajuda a enxergar o que está por trás dos ciclos de transi??o. O Fen?meno tem periodicidade aproximada de 243 anos, operando em ciclos pareados separados em intervalos pra lá de estranhos. A observa??o ocorre em pares de 8 anos, depois um intervalo maior de mais de um século, depois outros 8 anos e enfim mais um intervalo de mais de um século. Vamos traduzir em fatos e datas para compreendermos melhor: 1874 - 1? tr?nsito 8 anos de intervalo1882 - 2? tr?nsito120 anos de intervalo (aproximado)2004 - 1? tr?nsito8 anos de intervalo2012 - 2? tr?nsito105 anos de intervalo (aproximado)2117 - 1? tr?nsito8 anos de intervalo2115 - 2? tr?nsitoObservando as datas percebe-se que os intervalos que compreendem tempos maiores de um século n?o s?o iguais, s?o alternados entre 120 e 105 anos entre os intervalos de 8 anos. A causa desse período que se alterna de forma estanha é a inclina??o da órbita de Vênus em rela??o ao da Terra (3,4? de diferen?a). Essa pequena angula??o entre os planos orbitais provoca grandes diferen?as devido à dist?ncia astron?mica que esses planetas giram em rela??o ao Sol. Observe a figura em perspectiva para notar a diferen?a.Note que nesta vista a possibilidade de Vênus transitar em frente ao Sol acaba sendo restrita a dois pontos apenas. Esses lugares específicos s?o ocupados nos intervalos de 8 anos, mas para que haja coincidência nas órbitas novamente, somente depois de mais de um século para que esse par transitório ocorra. No esquema a seguir está mostrado onde ocorreria uma transi??o de Vênus pelo Sol e outra onde n?o ocorre devido à inclina??o dos planos orbitais.A explica??o para esse intervalo de mais de um século baseia-se na trajetória espacial dos planetas. Como já dito, se ambas as órbitas fossem co-planares, o fen?meno seria repetido a cada ano e meio em média, mas quando as coisas se tornam tridimensional, as coincidências s?o mais raras. Isso leva a observa??o de Vênus passando um pouco acima ou abaixo do Sol quando o suposto alinhamento ocorre. O período de revolu??o orbital da Terra é de aproximadamente 356 dias, já o de Vênus é de 225 dias. Essa diferen?a de valores associados a obliquidade das órbitas faz com que os pares de transi??es onde ocorrem os fen?menos sejam coincidências pontuais.Avalia??o Retome os objetivos propostos no plano de aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de órbitas e atra??o gravitacional, compreendendo como isso afeta o tr?nsito dos planetas, e mais especificamente, o tr?nsito de Vênus. O modo como fizeram o desenho esquemático de Vênus e a Terra (riqueza de detalhes, coerência com o conteúdo apresentado) associado à participa??o na discuss?o vai servir de base para avaliar cada grupo.Consultoria Ilton MiyazatoLicenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do Colégio Casagrande, em S?o PauloConsultoria Rossana RamosProfessora da Universidade de Pernambuco, especialista EM INCLUS?OComo os prédios ficam de pé?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Chamar de reforma é pouco - 23/05/2012Use as pir?mides do Egito e constru??es modernas para explicar, por meio da Física, como diferentes edifícios se sustentam e proponha um experimento aos alunos.Objetivos - Entender os conceitos de estabilidade dos edifícios. - Compreender o porquê da forma das pir?mides do Egito.Conteúdo- Estática: equilíbrio e centro de gravidade. AnosEnsino MédioTempo estimado Duas aulas.Materiais necessários-Cópias da reportagem "Chamar de reforma é pouco", de Veja (ed. 2270, 22 de maio de 2012) para todos os alunos.-Computador com acesso à internet e datashow.-Areia ou qualquer material do gênero que tenha propriedades parecidas.-Cartolinas para serem distribuídas (uma para cada grupo de 4 a 5 alunos).-Tesoura.-Cola.-Palitos de sorvete.Flexibiliza??oPara alunos com deficiência visualPara facilitar a compreens?o do aluno deficiente visual, podem ser produzidas maquetes das pir?mides e dos edifícios modernos em gesso ou argila. Ao manusear o material, pe?a que este aluno toque a estrutura e a base dos prédios, assim perceberá as formas e poderá entender porque estas estruturas ficam de pé. A reportagem da revista Veja e os demais textos de referência devem ser lidos por pares de alunos. E durante a exibi??o de imagens no Datashow, descreva-as oralmente para que ele saiba o que está sendo mostrado. Introdu??o Desde épocas remotas a soma de esfor?os do homem permitiu grandes conquistas no ramo da constru??o. Edifica??es milenares impressionam pela arquitetura imponente e incrível durabilidade. N?o é possível falar neste assunto sem pensar nas pir?mides do Egito. Essas constru??es s?o marcos da civiliza??o perdida que levou consigo segredos de engenharia, religi?o e cultura. Edifica??es mais atuais também est?o conquistando status. Arquitetura arrojada, fachada imponente, altura superando montanhas e incorpora??o de tecnologias sustentáveis explicam a admira??o por obras primas da engenharia moderna. ?cones representantes desta evolu??o est?o espalhados pelo mundo, principalmente em Dubai, Taiwan, China, Malásia e Estados Unidos. Este plano de aula discute as diferen?as tecnológicas e estruturais entre os novos prédios e as antigas pir?mides.Desenvolvimento Aula 1Comece discutindo com os alunos as diversas formas de edifica??es já criadas pelo homem. Pergunte o que conhecem sobre essas constru??es e o que as torna admirável. Procure imagens das pir?mides do Egito na internet e projete, usando o datashow, o que encontrar aos alunos. Ressalte a arquitetura, a imponência e seu tamanho. Naturalmente isso vai despertar curiosidade sobre como foram construídas. Diga que n?o há reposta concreta para tal pergunta e encaminhe os alunos à outra quest?o importante: a escolha da forma de pir?mide. Diga que a resposta será observada por eles em um experimento feito na aula seguinte. Aproveite o datashow e a internet (pode ser imagens gravadas se n?o houver acesso à rede) e mostre outras constru??es espalhadas pelo mundo. Apresente as semelhan?as entre as pir?mides dos Egípcios e dos Maias.Leia mais Há diferen?as entre as pir?mides do Egito e as do México?Esta curiosa semelhan?a n?o é obra do acaso. Mesmo essas civiliza??es tendo evoluído de forma independente, a forma parecida do modo de constru??o de edifica??es mais altas requeria o formato de pir?mide em vista da tecnologia disponível.Na sua pesquisa prévia, busque imagens de prédios modernos, além das constru??es antigas. Localize imagens de Burj Khalifa, o prédio mais alto do mundo e mostre aos alunos o que encontrou. Termine a apresenta??o de imagens mostrando a riqueza da arquitetura dos edifícios brasileiros. Distribua ent?o cópias da reportagem da revista Veja e leia com os alunos. Finalizando, diga que na aula seguinte eles ver?o a contribui??o da Física para a estrutura dos edifícios vistos nesta aula.Aula 2Retome a discuss?o lembrando as constru??es ao redor do mundo. Partindo das pir?mides do Egito, comece a aula mostrando a import?ncia da forma. A soma dos esfor?os da época encontrou como solu??o, para os riscos de tor??es e desmoronamentos, a constru??o de uma base sólida e grandiosa para sustentar os andares superiores. Cada nível edificado acima era ent?o um pouco menor que seu antecessor e assim sucessivamente até formar um pico (figura 1) Eis a famosa forma de pir?mide que de t?o bem construída sobrevive a milhares de anos.O centro de gravidade que se encontra no baricentro da pir?mide fica estabilizado em fun??o de sua espa?osa e sólida base. Da mesma forma que uma pessoa alta tende a ter o pé com numera??o maior para proporcionar o equilíbrio, uma pir?mide obtém sua estabilidade desta maneira.Ent?o por que os prédios atuais n?o têm a forma piramidal? A resposta está na evolu??o das técnicas de constru??o que vêm se consolidando no decorrer dos anos. Aparatos modernos somados à evolu??o da engenharia permitiram que as novas edifica??es fossem verticalizadas e dessa forma ganhassem altura sem a necessidade de uma base maior. Os alicerces foram os grandes responsáveis por essa evolu??o. As famosas funda??es, que s?o feitas por aqueles bate-estacas que tiram sua paciência e a concentra??o nas redondezas de sua casa, formam a base de sustenta??o das edifica??es modernas. Sabe aqueles obstáculos que est?o ali só para atrapalhar suas manobras nas garagens dos prédios e shoppings? Pois saiba que eles n?o est?o ali por acaso. Cada um deles está apoiado em um alicerce que vai terra abaixo, até o ponto em que o solo consiga suportar o peso e os esfor?os sofridos pelo prédio. A profundidade dos alicerces é exaustivamente calculada pelos engenheiros de acordo com a altura do prédio e tipo de solo, basicamente. Esse formato de constru??o promoveu um incrível ganho de espa?o e hoje vemos seus resultados nas grandes metrópoles, como na Avenida Paulista em S?o Paulo. As cidades atuais n?o se permitem ao luxo, em rela??o ao espa?o físico, de construírem pir?mides nos seus valiosos e disputados espa?os do centro. Divida a classe em grupos de 4 a 5 alunos. Dê a cada grupo uma folha de cartolina para construírem dois sólidos geométricos. Pe?a para que fa?am na mesma cartolina um prédio e uma pir?mide e que sejam os maiores possíveis. O desafio é fazê-los pensar como engenheiros e antes de saírem cortando e colando é preciso projetar, desenhar e verificar se cabem na cartolina.Existem moldes prontos disponíveis na internet, mas deixe-os pensar um pouco para ilustrar, em uma dimens?o simplificada, os desafios da época. Depois de prontos, os alunos ver?o na prática a diferen?a de estabilidade das constru??es. Pe?a que cada grupo por vez coloque o prédio e a pir?mide em pé na caixa com areia e com os dedos fa?a os alunos aplicarem for?as gradativas para tentar tombar os objetos. Nesse momento eles ver?o que é muito mais fácil tombar o objeto com formato de prédio, pois sua base é pequena em rela??o ao formato piramidal (figuras 2 e 3).Após todos os grupos verificarem a experiência, distribua 4 palitos de sorvete para cada grupo e pe?a para colarem na base do prédio de modo que funcionem como estacas para fixar a base na areia. Posicione a pir?mide e espete o outro objeto fincando os palitos na areia até que desapare?am, deixando exposto apenas a edifica??o. Pe?a para refazerem o experimento do esfor?o de tombamento. Os alunos ver?o que os alicerces colocados têm fundamental import?ncia na estabilidade do prédio (figura 4).Depois de todos testarem os novos objetos, pegue uma pir?mide, um prédio e os palitos. Pergunte aos alunos o que poderia ser feito se juntassem tudo em um único objeto? Pois ent?o diga que a resposta já fora mostrada. O maior prédio do mundo (Burj Khalifa) é uma composi??o muito bem feita de uma base sólida grandiosa, alicerces escondidos no solo e verticaliza??o que forma este arranha-céu de Dubai. Para finalizar relate aos alunos que essa ideia de funda??es para evitar o tombamento ou o desmoronamento dos prédios n?o é uma descoberta essencialmente humana. Alguma formas naturais s?o exemplos desse tipo de sustenta??o como as raízes das árvores e até mesmo as raízes dos dentes.Avalia??o Retome os objetivos propostos e observe se a turma entendeu os conceitos de estabilidade implementados no experimento. O modo como fizeram a pir?mide e o prédio e as discuss?es vai servir de base para avaliar cada aluno.IltonLicenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do colégio S?o Francisco de Assis, em S?o PauloRossana RamosProfessora da Universidade de Pernambuco (UPE).CompartilheComo uma onda no ar: a física do somCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Alívio para os ouvidos – 25/04/2012Leve os alunos a construírem diferentes sistemas de isolamento acústico e, por meio deles, entenderem o princípio da propaga??o e atenua??o das ondas sonorasObjetivos - Entender na prática a física do isolamento acústico. - Compreender a propaga??o da onda sonora. - Adquirir no??es de nível sonoro.Conteúdo Acústica: propaga??o e atenua??o da onda sonora.Tempo estimado Duas aulasMateriais necessários-Cópias da reportagem "Alívio para os ouvidos", de Veja (Ed. 2266, 25 de abril de 2012) para todos os alunos; -6 caixas de sapatos idênticas (pode ser outros tipos de caixas contanto que sejam pequenas e iguais); -2 suportes de ovos (aquela do tipo quadrada de papel?o);-1 rolo de papel toalha; -Retalhos de l? (pode ser uma blusa velha); -Espuma de colch?o, travesseiro ou esponja (caso n?o encontre pode ser algod?o); -Jornal velho, de preferência amassado; Introdu??o A natureza é encantadoramente cheia de sons. Desde o grilo cantante que nos remete a um silêncio bucólico até uma sinfonia de cigarras em época de acasalamento. O simples ato de ouvir o que está em volta é uma experiência extraordinária. Com o avan?o das cidades e a consequente evolu??o dos modos de vida, o ser humano vem sendo alvo daquilo que ele mesmo produz: o incessante som da convivência em sociedade. O grilo e a cigarra agora disputam uma batalha perdida para os roncos dos carros, caminh?es, ?nibus, fábricas, feiras e comércio. Além de todos os problemas que uma cidade grande oferece aos seus moradores - que insistem em viver escravos das suas facilidades, o estresse sonoro vem causando interferências na saúde das pessoas. Dores de cabe?a, mau humor, noites mal dormidas, além de outros problemas mais sérios s?o fontes de estudo dos pesquisadores que buscam associar a polui??o sonora à saúde pública. A tabela a seguir mostra os níveis sonoros omparados a ruídos que conhecemos.fonte: Baseado nesta tabela vale lembrar aos alunos o prejuízo à saúde auditiva quando se usa em excesso o volume mais alto nos fones de ouvidos. Algumas marcas podem chegar a mais de 100 dB, efeito que além de causar pequenas dores e zumbidos também pode causar uma precoce perda significativa da acuidade auditiva. Desenvolvimento 1? aula Nos primeiros momentos da aula relate aos alunos sobre o som que eles escutam todos os dias. Mostre a eles que é cada vez mais raro escutar um som proveniente de um elemento natural como, por exemplo, o vento soprando nas árvores. Nem mesmo os mais escandalosos passarinhos conseguem vencer toda essa sinfonia urbana. Quando vencem, passam desapercebidos. Fale também das viagens que eles fizeram nas férias ou feriados e tente fazê-los lembrar do som de alguns momentos de paz que eles tiveram. Certamente lembrar?o das ondas da praia ou do som dos insetos e pássaros em um sítio. Feito esse momento de resgate dos sons naturais que deveriam estar mais presentes no nosso dia-a-dia, comece ent?o a falar da polui??o sonora que nos envolve: buzinas, roncos ensurdecedores de carros e motos, sirenes, entre inúmeros outros exemplos que comp?em o som do dia-a-dia urbano. Nesse contexto, nosso cérebro procura adaptar-se para conseguir conviver com este intenso choque de sensa??es sonoras. Para quem vive em uma cidade grande, o costume é tamanho, que as pessoas n?o percebem que este fato pode estar lhe causando estresse e até mesmo problemas de saúde. Para se ter uma dimens?o do problema, tomamos uma vaca e uma galinha sendo expostas à polui??o sonora da Avenida Paulista na hora do “rush”. Elas certamente teriam sérios problemas na produ??o de leite e ovos, respectivamente. Aproveite o gancho do assunto para salientar o qu?o importante é um ambiente silencioso na sala de aula para se aprender bem e que isso seria bom tanto para os professores como para os alunos. Pe?a para a sala ent?o fazer um silêncio absoluto para ouvir o som do ambiente que a escola se encontra. O cachorro das vizinhan?as e os barulhentos carros que passam nas ruas próximas v?o te fornecer a base necessária para as perguntas: Por que estamos ouvindo esses sons? Como o som chegou a esta sala? Explique a natureza do som como onda mec?nica e que é necessário um meio material para ele se propagar. A partir de uma perturba??o do meio, a onda sonora busca expandir-se em todas as dire??es e usa o ar para chegar até nossos ouvidos. Para deixar mais claro o processo de propaga??o das ondas, fale do comportamento delas na água, onde podemos enxergá-las. Uma pedrinha jogada em um lago ou uma piscina provoca ondas que se propagam em todas as dire??es, contornam barreiras e chegam em quase todos os pontos. Esse fen?meno explica como o som externo consegue chegar até os ouvidos de todos que est?o na sala. Fale também que o fen?meno da reflex?o das ondas ajuda o som a chegar aos nossos ouvidos. Como exemplo, cite a própria estrutura da sala de aula. As paredes rígidas refletem o som e isso permite que quando se está falando n?o é preciso gritar tanto como se estivesse em um ambiente aberto, como um técnico esgoelando para seu time em um campo de futebol. O contra ponto dessa propriedade da sala de aula é um ataque desleal a sua voz, visto que, se os alunos falam, a reflex?o nas paredes intensifica os sons e faz um coro para competir com a sua fala. Distribua ent?o as cópias da reportagem da revista Veja aos alunos e solicite que eles leiam a fim de que fa?am um debate na próxima aula. 2? aula Retome os conceitos da aula anterior e da reportagem da revista e ent?o encaminhe ao próximo passo. O trabalho dos alunos será fazer um isolamento acústico em pequena escala. O método de aferi??o do som será a percep??o sua e dos alunos. Para isso será necessária uma fonte sonora pequena. Pode ser um despertador ou um celular que tenha toque dos telefones à moda antiga (aqueles com som de sinetas bem estridentes). Separe os alunos em 5 grupos e pe?a para que cada grupo escolha um tipo de material para compor a parte interna da caixa de sapato, baseados nos elementos sugeridos no item Materiais Necessários. Se essa escolha causar algum desentendimento, fa?a a divis?o dos materiais por sorteio. A fun??o dos alunos será construir a melhor forma de isolamento acústico a partir dos materiais fornecidos. ? importante lembrá-los que terá de haver um espa?o interno para colocar o aparelho emissor de som. Uma das caixas deverá ser seu controle, ou seja, n?o deverá conter nenhum revestimento. Isso será importante para explicar os efeitos do amortecimento das ondas sonoras nos diferentes tipos de materiais. Feitas todas as caixas, chegou a hora da experimenta??o. Primeiramente, deixe com que a fonte sonora emita som sem nenhum tipo de obstáculo, ao ar livre mesmo. Logo em seguida, coloque-o dentro da caixa de controle, aquela sem revestimento algum. Esta primeira barreira vai atenuar significativamente o som. Neste momento ent?o fale que as ondas sonoras sofrem dois fen?menos: reflex?o (o som bate na parede da caixa e volta, n?o conseguindo sair); e refra??o (a onda muda de meio - neste caso, do ar para o papel?o e, depois para o ar novamente, até atingir nossos ouvidos). Esse processo faz com que ouvimos mais baixo o som do aparelho. Depois, posicione o aparelho sonoro em cada caixa feita pelos grupos. ? importante repetir o processo por algumas vezes para notar as diferen?as no volume sonoro. Claro que, para uma melhor apura??o dos resultados, poderia ser utilizado um medidor de decibéis ou um computador com um software que apresenta a mesma fun??o se houver disponibilidade ou recursos financeiros. Alguns celulares mais modernos têm disponível na Internet esse tipo de software que mede o nível sonoro, mas lembre-se que isso seria um aprimoramento apenas, nossos ouvidos funcionariam bem para classificar cada uma das caixas.Depois de feitas as experiências e classificadas as caixas, pergunte aos alunos, baseado na propaga??o das ondas sonoras, qual seria o isolamento ideal? Se a resposta demorar a vir, lembre-os que o som é uma onda mec?nica e precisa de meio material para se propagar. Uma forma de isolamento sonoro ideal seria criar uma caixa com paredes duplas e vácuo entre elas para que o som n?o se propague. Avalia??o Retome os objetivos propostos no plano de aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de acústica implementados no experimento. O modo como dispuseram os materiais na caixa, a preocupa??o com o isolamento e o capricho no acabamento v?o servir de base para avaliar cada grupo.Consultor Ilton MiyazatoLicenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do Colégio Casagrande, em S?o partilheComentáriosPor que o cinto de seguran?a nos protege?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:O paradoxo do cinto de seguran?a - 30/11/2011Ajude a turma a aplicar a equa??o de Torricelli para avaliar o impacto físico de um acidente automobilístico e compreender a import?ncia da dire??o defensiva e do uso de equipamentos de seguran?a Objetivos - Analisar a seguran?a e a resistência de equipamentos como o cinto de seguran?a e os airbags. - Aplicar a equa??o de Torricelli para avaliar o impacto de uma colis?o automobilística.- Conscientizar a turma sobre a import?ncia de se ter prudência no tr?nsito.Conteúdos - Seguran?a de automóveis. - Movimento retilíneo uniformemente variado. - Equa??o de Torricelli. - Press?o. - For?a. Tempo estimado Três aulas Material necessário Cópias da reportagem "O paradoxo do cinto de seguran?a" (Veja, Ed. 2245, 30 de novembro de 2011) para todos os alunos; se possível, computadores com acesso à internet. Introdu??o Com os avan?os na economia brasileira, a quantidade de automóveis circulando pelas ruas, avenidas e estradas nacionais cresce sistematicamente. Esse aumento da frota acarretou uma piora nas condi??es das vias de tr?nsito, cuja manuten??o n?o acompanha o crescimento do número de veículos. Além disso, a irresponsabilidade de muitos motoristas que dirigem bêbados e/ou em alta velocidade contribui muito para o aumento do número de acidentes, muitos deles com vítimas fatais. Aproveite a reportagem da revista Veja e discuta a seguran?a no tr?nsito com os alunos, apoiando-se nos princípios físicos envolvidos em uma colis?o. Desenvolvimento 1? aula Inicie a aula comentando com os alunos sobre o aumento na quantidade de acidentes de tr?nsito com vítimas fatais. Pergunte à turma se alguém já se envolveu em um acidente ou se conhece alguém que já tenha se envolvido em algum. Com base nas respostas, questione os estudantes sobre os mecanismos de prote??o aos passageiros existentes nos automóveis. Quais mecanismos eles conhecem? Lembre a turma de que, por mais equipado que esteja o carro com cintos de seguran?a e/ou airbags, a melhor prote??o é seguir os preceitos da dire??o defensiva e andar sempre dentro dos limites de velocidade estabelecidos. Lembre-os, também, de que nunca se deve dirigir depois de beber.Na sequência, organize a classe em grupos de quatro ou cinco alunos e pe?a que leiam a reportagem "O paradoxo do cinto de seguran?a" publicada em Veja e discutam as quest?es abaixo, registrando as respostas no caderno:a) O que é mais seguro: o cinto de seguran?a ou o airbag? Por quê? b) Por que o cinto de três pontos é mais seguro do que o cinto preso apenas na barriga ou preso apenas diagonalmente? c) Quais dados estatísticos podem ser utilizados para justificar o uso do cinto de seguran?a pelos usuários de automóveis?Chame a aten??o da turma para o fato de que o uso do cinto é mais seguro do que o uso do airbag, mas em caso de acidentes, o ideal é utilizar ambos. Lembre os alunos de que o airbag complementa a a??o do cinto, mas n?o o substitui. O airbag, isoladamente, n?o inibe os movimentos bruscos que o corpo pode experimentar e tem a possibilidade maior de n?o funcionar. Enfatize para a classe que o cinto de três pontas distribui melhor a for?a pelo corpo, diminuindo a press?o exercida sobre as partes do corpo nas quais o cinto se apoia, por isso ele é mais adequado do que os outros.Depois de reservar alguns minutos para discutir as respostas elaboradas pelos grupos, pe?a aos alunos que produzam uma propaganda passível de ser veiculada nas emissoras de rádio da cidade. A ideia é que cada grupo crie uma campanha para incentivar a popula??o a utilizar o cinto de seguran?a. Os estudantes devem utilizar os dados e informa??es apresentadas na reportagem de Veja para elaborar os slogans da campanha.Dê um tempo para que os grupos criem a propaganda e, para concluir, solicite que apresentem os slogans aos colegas. 2? aula Retome com a turma a quest?o dos acidentes de carro e explique que nesta aula vocês ir?o analisar os conceitos físicos que permitem avaliar o impacto de uma colis?o. Em seguida, proponha aos alunos que tentem resolver o seguinte problema: uma batida de carro a 100 quil?metros por hora é equivalente a uma queda de que andar de um prédio?Para resolver tal quest?o, imagine que o sistema é mecanicamente isolado (ou seja, despreze os atritos), o que permite dizer que a energia mec?nica se conserva e sua energia cinética antes da colis?o teria sua origem em uma queda a partir de uma altura "h" calculada como h = v2/2.g, o que resulta em uma altura de aproximadamente 38,6 metros. Se assumirmos que um andar tem aproximadamente 3 metros, tal altura corresponde, ent?o, a uma queda do 13? andar. Terminado o exemplo, pergunte aos alunos o que acontece com um objeto qualquer quando abandonado do 13? andar de um edifício. Ao atingir o solo ele manterá sua integridade?Em seguida, organize a classe nos grupos divididos na aula anterior e proponha o seguinte problema: se um carro tinha aproximadamente 4,2 metros e estava a 100 quil?metros por hora, qual seria a for?a que o cinto exerceria sobre o corpo de uma pessoa de 70 quilos que estivesse dentro do carro presa pelo cinto? Qual seria a press?o exercida pelo cinto sobre o corpo da pessoa? Quanto tempo teria durado a colis?o? O motorista desse carro poderia sobreviver a tal acidente?Enquanto os grupos tentam resolver o problema, incentive os alunos a identificarem as variáveis necessárias para esse cálculo e como obtê-las. Se julgar necessário, ajude os alunos a perceber que a parte amassada do carro corresponde a aproximadamente um ter?o (1/3) do veículo, o que equivale a aproximadamente 1,4m. Essa pode ser considerada, ent?o, a dist?ncia (ΔS) que o carro percorreu até parar (V = 0).Quando os grupos terminarem, socialize as respostas e conclua, junto com a classe que aplicando a equa??o de Torricelli, pode-se escrever que a acelera??o será calculada pela equa??o a = V2/2.ΔS, o que resulta em a = 276 m/s2 (aproximadamente 28 vezes maior do que a acelera??o da gravidade!). Sendo assim, a partir da 2? lei de Newton (F=m.a), a for?a exercida pelo cinto no indivíduo será de 70x276 = 19.320N (o que equivalente ao peso de um hipopótamo adulto!). Para estimar o tempo de colis?o, utilize o teorema do impulso, e o tempo resulta em aproximadamente 0,1s.Para estimar a press?o, é necessário inicialmente fazer uma estimativa da área do cinto em contato com o corpo. Supondo um cinto de 7cm de largura e com uma extens?o de contato de 1,2m (entre cintura e tórax/barriga), temos uma superfície de 0,084m2, o que resulta numa press?o de 2,3.105Pa, ou seja, 2,3 atm.Para encerrar a aula, pe?a aos alunos que repitam as contas supondo que o carro estivesse a 80 km/h e também a 120 km/h. Quando terminarem, compare os resultados com a turma, salientando as vantagens de andar mais devagar com os carros. 3? aula Leve os alunos ao laboratório de informática e pe?a que acessem o endere?o para assistirem a um vídeo que apresenta vários testes de resistência de veículos (crash tests). Retome os grupos das aulas anteriores, pe?a que cada um dos grupos escolha um modelo de veículo apresentado no vídeo e fa?a a análise aprendida na segunda aula de acordo com dados reais.Para isso, eles devem supor que o carro no teste colide a 100km/h e pesquisar no site do fabricante, na parte de especifica??es do veículo, as dimens?es do automóvel. Com base nesses dados será possível estimar a dist?ncia percorrida pelo carro até parar. Quando os grupos terminarem, pe?a que apresentem os resultados para a classe e discuta as respostas com a galera. ? possível identificar qual dos modelos seria o mais seguro?Enquanto os alunos resolvem os problemas, você deve orientar os grupos e solucionar eventuais dúvidas. Se perceber que há questionamentos comuns, retome os conteúdos ainda n?o compreendidos pelos estudantes. Avalia??o Considere na avalia??o a participa??o dos alunos nas atividades propostas, a criatividade na elabora??o da propaganda e a qualidade dos registros realizados pelos estudantes durante as aulas. Pe?a aos alunos, também, que realizem uma autoavalia??o em rela??o às atitudes e aos conhecimentos construídos durante as atividades. Utilize-a para compor a avalia??o final do aluno.Consultoria Gustavo Isaac KillnerProfessor de Física do Colégio Santa Cruz, de S?o partilheEnergia cinética e o funcionamento dos carros híbridosCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Nosso primeiro híbrido – 12/10/2011Objetivos - Entender o que é energia cinética. - Estimular o raciocínio lógico de observa??o de pesos e medidas. - Compreender o funcionamento dos carros híbridos através da física envolvida.Conteúdos- Mec?nica: energia cinética, estimativa de valores. - Eletricidade: gera??o de energia elétrica, corrente, eficiência. Tempo estimado Duas aulas Materiais necessáriosCópias da reportagem "Nosso primeiro hibrido” (Veja, Ed. 2238, de 12 de outubro de 2011) para todos os alunos; computador com acesso à internet para exibir uma anima??o sobre o Prius, disponível em e outra sobre o KERS, em Há muito tempo o homem deixou de andar quando quer percorrer longas dist?ncias. Na evolu??o dos meios de locomo??o, diversos tipos de transportes tiveram suas fases de ouro, passando pela for?a motora animal, o vapor, a combust?o e, ultimamente, a eletricidade. Motores à propuls?o elétrica, que antes eram vistos como alternativa para a dependência dos derivados do petróleo, hoje passam a ser a principal aposta para o futuro dos veículos de alta eficiência e ambientalmente mais sustentáveis.A reportagem de Veja sobre o Prius, nosso primeiro carro híbrido (funciona à combust?o e com a ajuda da eletricidade), pode ser um bom ponto de partida para trabalhar a energia cinética com os alunos e a gera??o de energia elétrica. Desenvolvimento 1? aulaInicie a aula dizendo aos alunos que vocês trabalhar?o o conceito de energia cinética, algo que está presente em quase todos os momentos das vidas de cada um de nós. Verifique se alguém sabe o que é ou o que significa energia cinética. Muitos v?o tentar associar a palavra a um dos derivados de sua raiz mais próxima, o cinema. Será mesmo?Aproveite a deixa para explorar brevemente com a turma o que é o cinema, sen?o a proje??o de fotogramas em sequência que nos dá uma sensa??o de movimento. Diga que quando os irm?os Lumière (os inventores do cinema) fizeram sua primeira apresenta??o no Grand Café de Paris, em 1895, um dos pequenos filmes exibidos mostrava um trem chegando à esta??o. Há relatos de que houve um pequeno tumulto durante a exibi??o, já que algumas pessoas pensavam estar vendo um trem ‘brotando’ da parede na qual o filme estava sendo projetado. Eis a magia do cinema: fazer com que acreditemos que há um movimento real na base nessas informa??es explique que a energia cinética é condi??o básica para o funcionamento de tudo aquilo que se movimenta. Trata-se de um fen?meno que estuda e quantifica o movimento dos corpos.Em seguida, estimule os alunos a participarem da aula dando exemplos de situa??es que envolvem todos os tipos de movimento. Conte que a energia cinética está presente na vida deles desde antes dos primeiros passos de cada um, quando ainda eram carregados.Apresente diversos exemplos práticos e do cotidiano, como o simples ato de andar de bicicleta. Fa?a a turma compreender a rela??o direta entre o aumento da velocidade dos corpos e o aumento da energia cinética. No caso da bicicleta, quanto mais pedaladas, mais velocidade e, portanto, mais energia cinética base nesse exemplo, comece a induzir a turma a pensar em outro fator que também pode fazer parte do conceito. Pergunte a respeito da diferen?a entre uma bicicleta andando a 10 m/s (36 km/h), uma moto, um carro ou até mesmo um trem andando na mesma velocidade. Para qual deles é mais fácil atingir tal velocidade, ou ent?o, qual deles consegue parar mais rápido? Note que o tamanho do corpo é um fator importante para o movimento. Em seguida, apresente aos alunos a fórmula do cálculo da energia cinética (Ec):Onde m representa a massa dos corpos e v a velocidade do corpo. Lembre à exaust?o que a utiliza??o de unidades do chamado Sistema Internacional (SI) em todo o cálculo é essencial para fornecer a unidade padr?o de energia, o Joule (J). Cabe aqui um parênteses na aula para falar sobre o o muitos n?o têm simpatia pelas convers?es de unidades, lembre os alunos que para a informa??o ser padronizada é necessário passar por esse cálculo. Contextualize com a realidade da turma e pe?a que imaginem, por exemplo, uma conversa virtual com um norte-americano, onde em um dado momento essa pessoa relate suas medidas, como a altura de 6 pés e a massa de 140 libras. Pergunte aos alunos? Isso impede que a conversa continue ou basta converter as unidades e prosseguir o bate papo? Isso vai ajudar os alunos e compreender que a padroniza??o do Sistema Internacional de medidas serve para que todos falem e entendam valores como altura, peso, velocidade, temperatura, entre o estímulo ao aprendizado do conceito de energia cinética, organize a turma em grupos de três alunos e solicite que trabalhem o raciocínio lógico de observa??o sobre estimativa de massas e de velocidades dos móveis presentes na tabela a seguir. Pe?a, também, para que calculem a energia cinética por meio das estimativas.Calcular massas, velocidades ou qualquer outro ente mensurável é um importante instrumento para as aulas de Física, que deve ser explorado com os alunos. Lembre-se de que os vestibulares exploram cada vez mais esse tipo de conhecimento dos estudantes, principalmente o da Unicamp. Deixe claro que n?o é obriga??o de ninguém saber qual a massa exata de um corredor famoso como Usain Bolt, por exemplo, muito menos sua velocidade média em uma corrida de 100 metros rasos. Nesse caso, a import?ncia do método é fazer conex?es lógicas entre a massa de um homem adulto padr?o com características semelhantes ao do velocista e calcular aproximadamente sua velocidade através da distancia percorrida por ele em determinado tempo.Incentive os alunos a tentar fazer os cálculos usando alguma lógica na escolha, como tamanho do corpo, o material de que é feito, o tempo de movimento, entre outros aspectos que possam ajudar na estimativa. Abaixo, temos uma tabela para orientar o trabalho dos grupos, porém nada impede de que sejam adicionados ou trocados os tipos de móveis, conforme o aprofundamento que você queira fazer com os estudantes.Atente para o fato de que todos os alunos s?o condicionados a pensar na velocidade em uma unidade padr?o dos automóveis brasileiros – o quil?metro por hora (Km/h).Oriente-os a converter a velocidade para a unidade que a fórmula exige, metros por segundo (m/s), dividindo o valor km/h pelo fator de corre??o 3,6 para ter a velocidade na unidade determinada pelo Sistema Internacional (SI).Tipo de móvelMassa (kg)Velocidade (m/s)Energia Cinética (J)Bola de futebol em uma batida de faltaUma pessoa adulta caminhandoO velocista Usain Bolt em uma corrida de 100m rasosUm carro médio andando em uma via urbana expressaUm ?nibus em movimento uma avenidaUm avi?o de passageiros em velocidade de cruzeiro? esperado que os grupos fa?am diversas perguntas, do tipo: de que bola estamos falando? Quem está chutando? Qual o tamanho do avi?o? O ?nibus está cheio ou vazio? Diga que essas respostas devem ser buscadas pelos próprios alunos, pois o exercício em grupos é um convite ao raciocínio acerca de uma situa??o do dia a dia. Recomende apenas que o cuidado dos estudantes deverá ser o de n?o exagerar para muito menos ou para muito mais os valores estimados.Depois de dar um tempo para que os alunos proponham solu??es para os exercícios e completem a tabela, fa?a uma corre??o coletiva. Nesta etapa, mostre que n?o existe uma resposta única para cada exercício, mas um intervalo de respostas aceitáveis de acordo com as estimativas. A tabela a seguir exemplifica o que pode ser esperado de cada um dos grupos, de acordo com a situa??o proposta:Tipo de móvelMassa (kg)Velocidade (m/s)Energia Cinética (J)Bola de futebol em uma batida de falta0,300 a 0,60010 a 6015 a 1080Uma pessoa adulta caminhando50 a 801 a 525 a 1000O velocista Usain Bolt em uma corrida de 100m rasos50 a 8010 a 122500 a 5760Um carro médio andando em uma via urbana expressa1000 a 150015 a 25112500 a 468750Um ?nibus em movimento uma avenida8000 a 1000010 a 20400000 a 2000000Um avi?o de passageiros em velocidade de cruzeiro150000 a 200000200 a 3003.10 a 9.10 (elevados à nona potência)? importante refor?ar que os dados acima s?o apenas estimativas, mas que você ficará atento às respostas exageradas. Explore a lógica que cada grupo encontrou para estimar a massa e a velocidade de cada item. Abra a discuss?o para a sala e pe?a para que cada grupo apresente como chegou a um resultado. A discuss?o pode levar a uma convergência de ideias ou abranger diversas formas de raciocínio. Fa?a os principais registros da discuss?o no quadro e aproveite o momento para sanar eventuais dúvidas da turma a respeito do cálculo da energia cinética.2? aula Retome os conceitos de energia cinética vistos na aula anterior. Em seguida, leia com os alunos a reportagem “Nosso Primeiro Híbrido”, de Veja (Ed. 2238, de 12 de outubro de 2011). Explique, ent?o, o que seria um carro híbrido e lembre a turma que o termo “híbrido” é mais comum na Biologia – designa o resultado de uma mistura de elementos de naturezas distintas. Para o mundo dos automóveis significa o uso de motores diferentes em um mesmo móvel para a propuls?o.No caso do Toyota Prius, conte que ele é equipado com um motor à combust?o, como em quase todos os carros existentes, e um motor elétrico, que é o fator inovador desse automóvel. Para visualizar maiores detalhes do Prius, mostre aos alunos a anima??o disponível em sequência, questione os alunos a respeito da utilidade dos dois motores em um carro. Por que o Prius seria t?o econ?mico em rela??o a outros automóveis? Os carros convencionais funcionam com o motor à combust?o sempre ligado – ou seja, mesmo quando est?o parados, o motor está em opera??o, pronto para acelerar. Isso acontece porque esses motores trabalham em ciclos que se autossustentam – cada ciclo dispara o próximo e assim sucessivamente, em um processo din?mico. Por isso quando esse tipo de motor está desligado é necessário que o outro dispositivo (motor de arranque) inicie o ciclo utilizando energia da bateria.Conte que o sucesso do Prius vem de uma ideia simples: ao invés de utilizar o motor à combust?o em situa??es nas quais ele seria pouco eficiente, como quando está parado ou quando anda muito devagar em um tr?nsito carregado, o carro usa um motor elétrico que é mais eficiente. Em velocidades mais altas o sistema aciona o motor à combust?o, mais potente, e todo seu giro é convertido em movimento. Extrapolando o conceito, é como se fosse um motor de arranque que faz o carro andar até certa velocidade em que o motor à combust?o seja acionado. Esta manobra, que marca uma evolu??o na engenharia dos autos, é capaz de promover uma economia considerável de combustível, praticamente dobrando a autonomia do veículo.Depois dessas explica??es, pergunte por que um motor elétrico poderia ser mais eficiente que um motor à combust?o? A resposta está na convers?o de energia. Um motor elétrico converte cerca de 90 a 95% da energia elétrica recebida em energia cinética, através do eletromagnetismo. Gera pouco calor e pouco ruído.Já os motores convencionais (à combust?o), que equipam vários carros do dia a dia, usam a energia química dos combustíveis para gerar uma pequena expans?o gasosa através da explos?o controlada para adquirir energia cinética. Esse processo dissipa tanto calor que é necessário um dispositivo só para resfriá-lo, o radiador. Dependendo da regulagem dos escapamentos, esses motores emitem ruídos consideráveis e apresentam desgastes mec?nicos intensos. Esses aspectos refletem a baixa eficiência, que gira em torno de 20 a 30%. Em outras palavras, é como se um carro abastecesse 100 litros de gasolina, pagando cerca de R$270,00, utilizasse apenas 20 a 30 litros para se movimentar e o restante fosse basicamente transformado em calor e em barulho. Nessa conta desperdi?amos cerca de R$200,00 ‘esquentando’ o ambiente.Questione a turma de onde o Prius tira energia elétrica para sustentar o motor auxiliar? Depois de ouvir algumas das hipóteses dos alunos, explique que ocorre uma espécie de ‘captura’ da energia cinética, por assim dizer. Ao invés dos sistemas de freios convencionais, que dissipam energia cinética na forma de calor por meio do atrito dos discos e pastilhas, a nova tecnologia aproveita o movimento para se converter a energia cinética em energia elétrica. O responsável por essa fun??o é o uso do dínamo associado ao sistema de freios, que promove essa espécie de reciclagem da energia (entenda o que é um dínamo neste plano de aula).Em outras palavras, o carro usa, em baixas velocidades, a eletricidade para se transformar em movimento. Lembre que em qualquer velocidade o dínamo consegue converter movimento em eletricidade toda vez que o freio é acionado. O sistema descrito é semelhante ao KERS, utilizado nos carros da Fórmula 1. Para mais detalhes, mostre aos estudantes o vídeo sobre o KERS. Para finalizar, pergunte para a sala por que precisamos abastecer os carros híbridos, já que eles conseguem recolher a energia utilizada? Deixe bem claro que na natureza n?o existem processos perfeitos em rela??o às trocas energéticas. Sempre há perdas de energia por aquecimento, ruídos entre outros tipos de dissipa??o, mesmo sendo menores na presen?a de motores elétricos.Avalia??o Retome os objetivos propostos no início deste plano de aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de energia cinética e o método estimativo com base na observa??o dos corpos. Leve em conta a participa??o dos alunos em aula e nas estratégias que encontraram para resolver os problemas propostos. Avalie se eles conseguiram compreender o funcionamento dos carros híbridos e como eles conseguem economizar combustível. Aproveite a resolu??o dos exercícios e as discuss?es em sala pra responder eventuais dúvidas que ainda restarem.Consultoria Ilton Miyazato Licenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do colégio S?o Francisco de Assis, em S?o partilheAerodin?mica: por que os avi?es voam?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:O futuro finalmente al?a voo - 05/10/2011Objetivos - Entender os conceitos da Física que explicam o funcionamento dos avi?es. - Discutir os efeitos da aerodin?mica e da for?a de sustenta??o das aeronaves. - Verificar a rela??o entre peso da aeronave e consumo de combustível.Conteúdos- Mec?nica: for?a; arrasto; sustenta??o.- Resistência do ar.- Aerodin?mica.- Press?o.Tempo estimado Duas aulas Materiais necessáriosCópias da reportagem "O futuro finalmente al?a voo", de Veja (Ed. 2237, 5 de outubro de 2011) para todos os alunos; folhas de papel sulfite tamanho A4; clipes e computador com acesso à internet para exibir o vídeo disponível em , que explica como os avi?es voam. Introdu??o A inven??o do avi?o mudou completamente a forma como exploramos a Terra. O avi?o modificou completamente nossos sistemas de transporte, encurtando viagens que, antes, durariam meses, para apenas algumas horas de voo. As grandes fabricantes de aeronaves vêm investindo pesado para inovar. Se as primeiras aeronaves tinham estruturas de bambu, os avi?es de hoje contêm materiais de tecnologia espacial. O lan?amento do Boeing 787, conforme descrito na reportagem "O futuro finalmente al?a voo", de Veja, pode ser um bom mote para uma discuss?o a respeito do funcionamento dos avi?es e a aerodin?mica em sala. Desenvolvimento 1? aula Inicie a aula perguntando aos alunos quem inventou o avi?o. Pergunte a eles se essa resposta seria a mesma em qualquer lugar do mundo. Provavelmente, a maioria falará de Santos Dumont. Mas lembre que, dentre as histórias mais famosas sobre esta inven??o destacam-se duas: a dos irm?os Wright, que entre 1903 e 1906 promoveram supostamente o primeiro voo de avi?o controlado da história; enquanto que em meados de 1906 Alberto Santos Dumont apresentava sua aeronave, o 14-BIS, no Campo de Bagatelle, em Paris.Conte que o planador criado pelos irm?os Wright fez seus primeiros voos impulsionado por uma espécie de catapulta, sem a for?a inicial da propuls?o própria. Além do mais, diários de voo indicavam que n?o existiam testemunhas desses testes. Já a aeronave do inventor brasileiro executou um voo por for?a própria, obtida através de um motor de 50Hp (horse power ou cavalos-vapor, a unidade de potência na Física). Santos Dumont executou seu feito em local publico, com muitas testemunhas.Depois desta introdu??o, diga para a sala que a aula tomará como base a evolu??o das aeronaves desde o 14-BIS de Santos Dumont até a moderníssima aeronave Boeing 787. Aproveite esse momento para ler com a turma a reportagem "O futuro finalmente al?a voo", publicada em Veja.Chame a aten??o da classe para o formato das aeronaves, desde a primeira até as atuais, e discuta com os estudantes a import?ncia da aerodin?mica (a din?mica de corpos que se movem dentro de fluidos, como o ar, por exemplo). Esclare?a à turma como se dá a intera??o dos corpos com os meios fluidos (líquidos ou gases) e discuta a for?a de resistência do ar interagindo com os corpos em movimento.Mostre que o conceito fundamental de aerodin?mica é bem simples. Lembre que quase todos nós já passamos pela experiência de colocar a m?o para fora da janela do carro e brincar com o vento quando viajamos com a família, por exemplo. Explique que quanto maior a velocidade, mais claro é o efeito dessa intera??o, ou seja, a fórmula da resistência do ar (também conhecida como arrasto das aeronaves) é dependente da velocidade e da forma com que o corpo interage com o fluido. Nesse contexto, a aerodin?mica pode ser simplificada, ent?o, como sendo o resultado da intera??o entre o ar e a parte externa do avi?o, buscando a melhor forma de reduzir o ‘arrasto’. Conte à turma que a parte da física responsável por esses estudos é a mec?nica dos fluidos.Em seguida, organize a classe em pequenos grupos e desafie os alunos a explicar o formato que uma gota d’água assume em uma queda. Oriente-os para que fa?am esquemas com desenhos ilustrativos (como o esquema abaixo). Os grupos devem explicar e convencer os colegas com argumentos físicos sobre as origens do formato da gota como o conhecemos.Figura 1: Esquema mostra a forma??o de uma gota d'água, de acordo com a passagem do base nas hipóteses da turma, explique que o formato da gota se deve à intera??o do corpo (a água) com a resistência do ar. Conte que a água é um fluido que se molda conforme seu invólucro, porém quando se encontra em queda, ela busca a melhor forma de vencer a resistência do ar. O formato da gota d’água é o mais bem sucedido dentre as formas existentes em rela??o à aerodin?mica. O ar que transpassa pela periferia da gota molda sua parte inferior e arrasta até o final do corpo, afunilando a parte de trás da gota.Mantenha a forma??o dos grupos e questione os alunos sobre o formato do fogo da vela. Pergunte por que há semelhan?as entre o formato da chama e a gota d’água e pe?a que os alunos discutam entre si. As respostas dever?o provar que os grupos compreenderam a no??o de aerodin?mica.Depois de ouvir as respostas fornecidas pelos grupos, explique que a semelhan?a entre a forma da gota d’água e da chama da vela n?o é mera coincidência. Destaque que a forma de ambas ocorre devido ao ar transcorrendo em suas fronteiras, mas que no caso da gota, é ela que se movimenta no ar e ganha forma, ao contrário do que acontece com a vela, quando o ar é que se movimenta em torno do fogo e desenha a chama.Para finalizar, pergunte para a classe se há alguma semelhan?a entre a gota d’água e a forma dos avi?es comerciais. Em principio eles podem dizer que n?o há semelhan?as. Estimule, ent?o, que eles pensem de forma um pouco mais profunda a respeito do bico e da traseira do avi?o. Essa conex?o mostrará que, mesmo com grandes avan?os na constru??o dos avi?es, todos partem da mesma ideia básica: a aerodin?mica é fundamental no ramo da avia??o e tem como base princípios simples, como os que moldam a forma da chama de uma vela ou de uma gota d’água. Deixe claro que a forma aerodin?mica é essencial para vencer a resistência do ar. 2? aula Retome com os alunos a discuss?o sobre aerodin?mica. Diga à turma que nesta aula eles far?o alguns experimentos utilizando folhas de sulfite no tamanho A4 e clipes. Antes, porém, destaque pontos da reportagem da Veja que podem ajudar na confec??o dos avi?es - o uso de materiais de última gera??o no Boeing 787 e a economia no consumo de combustível promovida por esta aeronave.Questione como o peso da aeronave pode influenciar no consumo de combustível. Provavelmente a resposta virá do senso comum e os alunos dir?o que esta é uma quest?o de lógica devido à própria convivência que temos com o peso dos objetos e o esfor?o que fazemos para carrega-los.Para estudar o comportamento do avi?o de acordo com a rela??o entre peso e esfor?o, proponha a realiza??o de um experimento simples, baseado nos conceitos de diferen?a de press?o de Bernoulli (o matemático suí?o observou que quanto mais depressa o ar se move, menor é a press?o que exerce). A for?a de sustenta??o propiciada pelas asas do avi?o vem exatamente da diferen?a de press?o entre a parte inferior e superior da aeronave, multiplicada pela área total das asas.Este vídeo feito por Nova Escola mostra a rela??o entre a press?o e a velocidade do ar nas asas do avi?o. Você pode mostra-lo para a turma. O experimento com a asa aparece em 6"30.Para repetir o experimento em sala, use uma folha de sulfite e fa?a com que um aluno de cada grupo assopre na superfície de cima da folha. Todos notar?o que a folha sobe e, dependendo da velocidade do sopro, pode até haver uma espécie de ‘chicoteamento’ na extremidade solta do papel.Explique que o ato do papel subir se dá pela mesma for?a de sustenta??o que permite que o avi?o voe. O principio é simples e pode ser comparado ao ato de tomar suco com um canudinho. Para se beber o liquido, a suc??o faz com que a press?o do ar sobre o suco dentro do canudo reduza, fazendo com que a press?o externa, que é maior, empurre o suco canudo acima. No caso da folha de papel, a velocidade do ar que flui com o sopro faz com que a press?o diminua, surgindo, ent?o, a for?a de sustenta??o.Depois que todos se certificaram de que esse fen?meno realmente acontece, pe?a para que coloquem os clipes na extremidade livre da folha. O peso dos clipes fará com que o esfor?o seja maior. A folha A4 tem massa média de 5g enquanto que cada clipe pode ter massa entre 1g e 2g. Portanto, os clipes oferecem uma sobrecarga considerável. Aproveite este momento da aula para aprofundar a discuss?o sobre a rela??o entre peso e consumo de energia - ou, no caso dos avi?es, o consumo de combustível. Na reportagem de Veja há um comparativo entre as massas de uma aeronave feita de alumínio e a do Boeing 787, feito de fibra de carbono. Enfatize a diferen?a das massas de ambas as aeronaves e fa?a a turma notar que em escalas maiores a rela??o entre peso e consumo de energia (o esfor?o necessário para que a aeronave voe) pode ser crucial para a autonomia dos avi?es.Reúna a turma nos mesmos grupos da aula passada e explique que todos participar?o de uma disputa de lan?amento de avi?es de papel. Fa?a com que cada grupo elabore sua melhor aeronave, com o maior alcance horizontal, deixando-os testar antes da competi??o. Diga aos grupos que cada avi?o terá que carregar inicialmente um peso de 5 clipes dispostos em qualquer posi??o. Isso fará com que o grupo pense a respeito da estabilidade de voo e do equilíbrio.Para realizar a competi??o, leve os alunos para a quadra da escola ou para o pátio. Caso isso n?o seja possível, reduza a escala dos avi?es utilizando meia folha de tamanho A4 para cada um deles. Realize alguns lan?amentos até que o grupo campe?o dessa primeira parte da competi??o esteja definido, excluindo qualquer golpe de sorte de algum ‘azar?o’. Em seguida, realize novos lan?amentos, mas com os avi?es sem os clipes. Verifique se o mesmo avi?o que venceu a primeira etapa ganhará esta. Para estimular o aprendizado da turma, fa?a também o seu avi?o e entre no desafio com os alunos. ? esperado que, pelos lan?amentos, eles compreendam a rela??o entre a velocidade do ar e a press?o, os conceitos de for?a de sustenta??o e de aerodin?mica.Avalia??o Retome os objetivos propostos no início desta aula e verifique se a turma entendeu os conceitos de for?a de sustenta??o e de aerodin?mica, bem como sua import?ncia na constru??o e aperfei?oamento das aeronaves. Leve em considera??o a participa??o dos alunos em aula, principalmente durante os experimentos, e avalie se eles conseguiram compreender a rela??o entre o peso dos avi?es e o gasto de combustível. Caso eles ainda tenham dúvidas, você pode retomar alguns dos conceitos na próxima aula.Consultoria Ilton Miyazato, Licenciado em Física pela Universidade de S?o Paulo, bacharel em Gest?o Ambiental pela mesma institui??o e professor do colégio S?o Francisco de Assis, em S?o partilheOne World Trade Center": edifício ou fortaleza?CompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:A fortaleza do marco zero - 07/09/2011Objetivos - Discutir a resistência dos diferentes tipos de materiais usados em constru??es. Conteúdos- Estática.- Resistência de materiais.Tempo estimadoQuatro aulaMateriais necessáriosCópias da reportagem "A fortaleza do marco zero" (Veja, Ed. 2233, 7 de setembro 2011) para todos os alunos; dois pacotes de macarr?o espaguete; cola tipo araldite e computadores conectados à internet.Introdu??oDesde o ataque terrorista às Torres Gêmeas do World Trade Center, nos Estados Unidos, em 11 de setembro de 2001, engenheiros e arquitetos vêm pesquisando novas formas de construir edifica??es mais seguras e resistentes. No lugar onde ficavam os edifícios destruídos pelo atentado está sendo construída uma nova torre, a "One World Trade Center", que promete ser resistente a todos os tipos de choque. Aproveite a reportagem de Veja para discutir com seus alunos conceitos de mec?nica, como estática e resistência dos materiais.Desenvolvimento1? aulaInicie a aula conversando com a turma sobre o atentado de 11 de setembro de 2001: algum deles se lembra do dia do atentado? O que eles estavam fazendo na hora em que a televis?o come?ou a noticiar o fato? Alguém se lembra de ter visto algo nos jornais ou em revistas? Em seguida, mostre para a turma algumas imagens do atentado, disponíveis em e discuta com eles o que poderia ter sido feito para evitar n?o apenas os ataques, mas a tragédia com o colapso dos edifícios.Enquanto os alunos apresentam suas hipóteses, anote as sugest?es na lousa, em duas colunas: uma com as sugest?es para evitar os ataques e outra com as sugest?es para evitar o desmoronamento dos prédios. Pe?a aos alunos que registrem tudo nos cadernos. Depois disso, divida a turma em grupos. Eles devem discutir a viabilidade das propostas e apresentar pelo menos dois argumentos favoráveis e dois contrários a cada uma delas.Quando os grupos terminarem sua análise, compartilhe os resultados, pedindo que cada grupo apresente seus argumentos para a turma.Explique à classe que os peritos responsáveis por investigar o caso afirmam que os colapsos inesperados das Torres Gêmeas do World Trade Center foram desencadeados por dois fatores: 1) os impactos dos avi?es enfraqueceram cada uma das estruturas; 2) um fogo intenso enfraqueceu termicamente os componentes da estrutura. Isso pode ter causado danos em materiais à prova de fogo, provocando falhas por empenamento, que por sua vez, permitiram que os pisos superiores caíssem sobre os pisos inferiores.Segundo Nichola Holt, diretor técnico do escritório de arquitetura que ajudou a projetar o novo edifício, as vigas de a?o do One World Trade Center - ser?o cobertas por um cimento sete vezes mais resistente a impactos do que o usado na constru??o anterior. Além disso, haverá um núcleo de concreto com paredes de até 90 cm de espessura. Esses fatores v?o garantir que a camada isolante que protegerá o prédio funcione de forma mais eficiente.Portanto, os componentes da estrutura que anteriormente foram alterados pelo fogo se manteriam intactos.Encerre a aula analisando com os alunos a estrutura da escola e da sala de aula. Eles acham que as estruturas s?o seguras? Por quê?2? aulaRetome a discuss?o sobre seguran?a, relembrando os principais pontos discutidos na aula anterior. Distribua cópias da reportagem "A fortaleza do marco zero", publicada em Veja e leia com os alunos. Pe?a a eles para compararem suas hipóteses e sugest?es com aquelas apresentadas na reportagem, identificando semelhan?as e diferen?as. Esclare?a que n?o se trata de uma competi??o ou prova para ver quem acertou ou errou, mas apenas um exercício de levantamento de hipóteses e uso do conhecimento físico para analisá-las.Em seguida, explique para a turma que a estática é a parte da Física mais envolvida com o cálculo de estruturas.Relembre, ent?o, os conceitos de equilíbrio do ponto material e do corpo extenso. De acordo com a primeira lei de Newton, sabemos que um corpo está em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme se a resultante das for?as que atuam sobre ele é nula. Nesse caso, dizemos que o corpo está em equilíbrio, que por sua vez pode ser estático, quando o corpo está em repouso; ou din?mico, quando o corpo está em movimento. A seguir, proponha que os alunos resolvam os seguintes problemas, trabalhando em pequenos grupos:1) A figura abaixo mostra uma barra homogênea, rígida e horizontal, de massa 2kg, articulada na parede por um suporte com pino e sustentada por um cabo que forma um ?ngulo de 60? com a barra e 30? com a parede. Sabendo que o pino suporta uma for?a máxima de 15N, determine a carga máxima que pode ser apoiada na extremidade da barra mais afastada da parede.2) Na figura abaixo, temos três lajotas de comprimento 24cm, empilhadas. Quais s?o os valores máximos de x e y para que a pilha ainda se mantenha em equilíbrio, como mostra a figura?Enquanto os grupos trabalham, circule pela sala e ajude os alunos que estiverem com dificuldades. Pe?a também para aqueles que forem terminando ajudarem os que ainda n?o conseguiram fazer, de modo a que a maioria da turma resolva os problemas.Ao final da aula, confirme com a mo?ada que no primeiro problema a carga n?o deve superar 1kg e no segundo os valores esperados s?o de 12cm para x e 18cm para y.Encerre a atividade perguntando para a turma se é possível construir uma ponte de macarr?o e quantos quilogramas ela poderia suportar. Conte aos alunos que na próxima aula eles v?o construir algumas pontes e v?o testar quanto peso elas podem suportar.3? e 4? aulas Para essas aulas, leve para a classe dois pacotes de macarr?o espaguete e cola do tipo araldite. Inicie a aula avisando aos alunos que eles v?o construir uma ponte utilizando apenas macarr?o e cola. Anuncie que o grupo que construir a ponte mais resistente será considerado o vencedor do concurso. Mostre a eles, ent?o, um vídeo sobre o campeonato mundial de pontes de macarr?o disponível em seguida, distribua o material entre os alunos organizados em grupos e deixe que construam as pontes. Se julgar necessário, apresente o site da associa??o paulista de professores de Física que apresenta dicas importantes para a constru??o dessas pontes () e deixe que eles pesquisem em outros endere?os da internet. Ao final da quarta aula, fa?a junto com a turma o teste de resistência das pontes construídas colocando objetos sobre elas. Avalia??oCom base na participa??o dos alunos e nas atividades propostas, verifique se houve entendimento sobre estática e resistência de materiais. Aproveite a experiência feita em sala de aula com as pontes de macarr?o para identificar o que os alunos ainda n?o entenderam e esclare?a as dúvidas.Consultoria Gustavo Isaac KillnerProfessor de Física do Colégio Santa Cruz, de S?o PauloDiferentes tipos de radia??oCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:As li??es de Fukushima - 24/08/2011Objetivos - Discutir os efeitos da radia??o no organismo humano.- Benefícios e perigos da radia??o.Conteúdos- Diferentes tipos de radia??o e funcionamento das usinas nucleares.Tempo estimadoTrês aulasMaterial necessárioCópias da reportagem "As li??es de Fukushima" (Veja, Ed. 2231, 24 de agosto de 2011) para todos os alunos e computadores com acesso à internet para pesquisa.Introdu??oO terremoto ocorrido em mar?o de 2011 no Jap?o, seguido de um poderoso tsunami, abalou n?o apenas as estruturas da usina nuclear de Fukushima, mas também a cren?a de que as usinas nucleares seriam uma boa alternativa para a produ??o de energia elétrica limpa, sem a produ??o de gases amplificadores do efeito estufa (amplamente produzidos pelas usinas termoelétricas). Aproveite a reportagem de Veja para discutir com seus alunos os efeitos da radia??o no organismo e ajude-os a construir uma postura crítica e investigativa em rela??o ao conhecimento científico. Desenvolvimento1? aula Inicie a aula conversando com a turma sobre as constantes quedas de energia que têm acontecido recentemente em todo território nacional. Explique que se existem quedas de energia é porque há falhas tanto na produ??o, como na distribui??o dela. Pergunte aos alunos quais s?o as fontes de energia que eles conhecem. Enquanto a turma responde, vá anotando na lousa as ideias dos alunos e pe?a a eles que registrem em seus cadernos.Direcione, ent?o, a conversa para o uso das usinas nucleares. Com base no que já sabem a respeito do assunto, os estudantes s?o contra ou a favor? Divida a classe em grupos e pe?a que discutam a quest?o, enumerando pelo menos dois argumentos contrários e dois favoráveis ao uso da energia nuclear. N?o se esque?a de registrar no quadro as respostas apresentadas pelos grupos.Terminada esta etapa, leia com a turma a entrevista "As li??es de Fukushima", publicada em Veja e pe?a que retomem a discuss?o anterior sobre o uso da energia nuclear. Solicite à turma uma análise da frase do presidente mundial da Toshiba, Norio Sasaki: "N?o se pode construir uma usina segura se nos basearmos apenas em eventos passados. Temos de antecipar todo tipo de situa??o".Os alunos concordam com a afirma??o de Sasaki? Que cuidados deveriam ser tomados para a instala??o de uma usina nuclear no Jap?o ou em outros países? Finalize a aula perguntando aos alunos: "se todos esses cuidados fossem tomados, eles se posicionariam contrários ou a favor da instala??o de uma usina nuclear em suas cidades?". 2? aulaRetome a discuss?o sobre o uso da energia nuclear iniciada na aula anterior. Em seguida, questione os alunos sobre o que eles entendem por radia??o e quais s?o as consequências de se expor a ela. Algumas perguntas podem orientar a reflex?o da turma: "toda radia??o é prejudicial à saúde?", "há aplica??es da radia??o que podem beneficiar o ser humano e o meio ambiente?".Com base nas respostas dos alunos proponha uma atividade de pesquisa realizada em grupos, que deve ser entregue na próxima aula. Deixe claro que eles ter?o de ser concisos na apresenta??o, de modo que todas as quest?es sejam contempladas em apenas uma aula. Escreva na lousa as quest?es que os estudantes ter?o de investigar:- O que é radia??o e quais s?o os diferentes tipos de radia??o? - O que a exposi??o à radia??o causa no organismo humano em curto e em longo prazo? - Toda radia??o é nociva? Quais s?o as aplica??es da radia??o que ajudam o ser humano? - Quais s?o os níveis aceitáveis de radia??o? O tempo de exposi??o pode resultar em consequências cada vez mais graves? - Já houve algum acidente nuclear no Brasil? Quando e como ocorreu? Algo poderia ter sido feito para evitá-lo?Uma vez divididas as quest?es entre os grupos, leve a turma ao laboratório de informática da escola e sugira que a pesquisa seja feita nos seguintes sites: - Site do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. - Site da Comiss?o Nacional de Energia Nuclear. Siga pelo menu "escolas", à direita e veja o material disponível em "Apostilas Educativas" e "Energia Nuclear". - Site da Eletronuclear, responsável pelas usinas de Angra 1 e Angra 2, em Angra dos Reis. - Site da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP, que fala sobre um acidente radiológico que aconteceu em Goi?nia, em 1987. - Acervo digital da revista Veja. Busque por "energia nuclear" para visualizar reportagens já publicadas a respeito.Lembre os alunos de que estes sites s?o apenas sugest?es de ambientes confiáveis para a pesquisa, mas que de forma alguma eles esgotam o assunto. Os estudantes podem (e devem) procurar outras fontes de investiga??o.Oriente os alunos a anotar os dados relevantes que encontrarem, tendo em vista a apresenta??o que os grupos far?o para a turma. Enquanto todos pesquisam, circule entre os grupos, dando sugest?es e ajudando com as dúvidas que eles apresentarem. 3? aula Antes de iniciar as apresenta??es, pe?a ajuda a todos os alunos para avaliar a pesquisa elaborada pelos colegas. Distribua para cada estudante uma folha com as quest?es propostas na aula anterior e pe?a que escrevam se entenderam ou n?o a resposta dos colegas à pergunta formulada para a pesquisa e se eles teriam alguma sugest?o, informa??o a acrescentar ou dúvida sobre o tema.Ao longo das apresenta??es, fa?a anota??es sobre os pontos importantes que n?o podem ser esquecidos e reforce conceitos importantes, como o de radia??o.Solicite, também, que cada aluno fa?a uma auto avalia??o de seu aprendizado: o que eles sabem agora que n?o sabiam antes dessa atividade? Ao final da aula, recolha as avalia??es dos alunos e fa?a, junto com eles, uma avalia??o geral da atividade. O que eles acharam da pesquisa? O que eles aprenderam com sua pesquisa e com a exposi??o dos colegas? Avalia??oLeve em conta os objetivos definidos inicialmente. Com base na participa??o dos alunos e nos textos produzidos, verifique se houve entendimento sobre os diferentes tipos de radia??o, em que situa??es ela pode ser nociva ao organismo humano e quando ela pode trazer benefícios ao homem. Aproveite a avalia??o que os alunos fizeram sobre a pesquisa e a apresenta??o para identificar o que eles ainda n?o entenderam e retome as dúvidas com a classe nas próximas aulas.Consultoria Gustavo Isaac Killner, Professor de Física do Colégio Santa Cruz, de S?o PauloA Física dos raios laserCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Os poderes do laser - 23/05/2011ObjetivosEntender como funcionam os tratamentos a laser;Analisar as diferen?as entre situa??es "normais" de emiss?o de luz e raios laserConteúdosLaser, fótons, emiss?o de luzTempo estimadoTrês aulasIntrodu??oEmbora estivesse prevista nas teorias de Einstein desde 1917, a emiss?o de luz amplificada pela emiss?o estimulada de radia??o (em inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - dai a sigla LASER) é um fen?meno recente, que data da década de 1960. Desde sua origem, o laser vem preenchendo nossa imagina??o de luzes e cores. Aproveite a reportagem de VEJA sobre o tema para discutir com seus alunos esse mecanismo e suas aplica??es.Desenvolvimento1? aulaInicie a aula questionando a turma sobre qual tipo de luz pode ser utilizado tanto na transmiss?o de dados como no tratamento de problemas de saúde. Aguarde até que a mo?ada se manifeste e dirija a conversa até que se evidencie o uso do laser. Pergunte aos estudantes, ent?o, quais as aplica??es desse mecanismo que conhecem. Enquanto eles respondem, vá anotando os itens no quadro e pe?a que registrem nos cadernos. Com a ajuda dos alunos, organize os itens que est?o no quadro em grupos como: aplica??es na medicina, nas comunica??es, na indústria etc. Direcione a conversa para as aplica??es do laser na medicina. Comente que, além de ser amplamente utilizado em opera??es nos olhos (miopia, hipermetropia e astigmatismo), os raios podem ser utilizados em diversos tratamentos dermatológicos. Leia com a mo?ada, ent?o, a reportagem Os poderes do laser e pe?a que discutam em pequenos grupos se vale a pena ou n?o utilizar esse mecanismo para cuidar da pele. Avise aos grupos que eles devem apontar pelo menos dois argumentos favoráveis e dois argumentos contrários. Quando os grupos terminarem, organize um debate na sala com base na seguinte quest?o: você utilizaria o laser para combater o envelhecimento da sua pele? Depois que os grupos apresentarem seus argumentos e justificativas, fa?a uma vota??o na sala para ver o que a maioria faria. Finalize a aula perguntando: O que é o laser? O que o laser tem de especial?2? aulaInicie a aula retomando com os alunos a conversa sobre o laser. Pergunte o que é laser e o que dá a ele essa característica de uma luz concentrada, capaz de vencer enormes dist?ncias, transmitir dados e cortar materiais - sem se dispersar. Reúna a turma em grupos e pe?a que elaborem hipóteses sobre o tema. Em seguida, proponha que fa?am uma pesquisa sobre como os materiais produzem luz em geral e como é a produ??o de laser em particular. Oriente-os a trazer os resultados desse levantamento na aula seguinte.3? aulaPe?a aos grupos que apresentem suas dúvidas e conclus?es da pesquisa. Ao final, organize as informa??es explicando que laser é uma sigla para Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - ou seja, amplifica??o da luz pela emiss?o estimulada de radia??o. Diga à mo?ada que o que torna a luz do laser t?o especial é a maneira como ela é produzida. A luz que enxergamos é produzida pelo decaimento de elétrons das camadas mais externas do átomo para as camadas mais internas, mais próximas do núcleo e, portanto, com menor energia.Nesse processo, enquanto decai, o elétron emite fótons cuja energia depende da banda (camada) da qual parte e à qual chega. Quanto maior o salto qu?ntico (passagem de uma camada para a outra), maior a energia do fóton emitido. Portanto, saltos diferentes correspondem a fótons com diferentes energias e cores. Em situa??es "normais" de emiss?o de luz - l?mpadas incandescentes, por exemplo -, os elétrons s?o estimulados de forma desordenada e v?o saltando aleatoriamente de uma camada para a outra. Sendo assim, emitem fótons de várias cores. A mistura de todas essas cores é o que resulta na luz branca. Já no caso do laser, os elétrons s?o todos excitados ao mesmo nível energético (mesma camada eletr?nica) e decaem simultaneamente ao mesmo nível, emitindo fótons de mesma energia e cor. Essa luz emitida fica monocromática e mais intensa. ? isso que dá ao laser sua múltipla capacidade de aplica??es tecnológicas. No site há várias simula??es explicativas sobre o fen?meno. Para finalizar, proponha aos alunos a seguinte quest?o: A potencia dos lasers pode variar desde alguns miliwatts até centenas de petawatts. Vamos analisar o caso dos lasers comerciais, como os das canetas "laser point". Uma caneta dessas, de alta potencia, tem apenas 200mW. a) Quantas canetas dessas seriam necessárias para produzir uma potencia equivalente a uma l?mpada de 100W? b) Por que, ent?o, a luz laser é muito mais intensa? Aguarde alguns instantes e conclua com o grupo que seriam necessárias 500 laser points para obter a mesma intensidade de uma l?mpada de 100W. Por outro lado, a intensidade de um feixe de laser é a quantidade de energia que ele produz por unidade de tempo e unidade de área - ou seja, a potência dividida pela área que essa energia atravessa. Ai reside a diferen?a. Enquanto a área iluminada por uma l?mpada comum tente a infinito, na medida em que nos afastamos dela, a área iluminada pelo laser permanece pequena, o que implica numa intensidade grande. Apenas a título de estimativa, calcule a intensidade luminosa de uma l?mpada de 100W e compare com a da laser point analisada. Uma l?mpada comum tem um bulbo de aproximadamente 3cm de raio, o que corresponde a uma superfície de 113cm2 (4.π.R2), o que produz uma intensidade de 0,88 W/cm2 enquanto que uma laser point ilumina uma área de 0,03cm2 (π.R2), o que gera uma intensidade de 6,37 W/cm2, ou seja sete vezes maior (note que estamos comparando com a luz de uma l?mpada a apenas 3cm do filamento! Imagine após alguns metros!). Avalia??oNa avalia??o considere a participa??o dos alunos nas atividades, o registro das informa??es e as contribui??es na pesquisa e nas discuss?es. Pe?a também aos alunos que fa?am um auto avalia??o, considerando o que sabiam e o que aprenderam durante este processo.Consultoria Gustavo Issac Killnerprofessor de Física do Colégio Santa Cruz, em S?o PauloO funcionamento das usinas nuclearesCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado ao seguinte especial de VEJA:Crise Nuclear - 21/03/2011ObjetivosEntender o funcionamento de usinas nucleares, discutir os prós e contras deste tipo de produ??o de energia.ConteúdosProdu??o de eletricidade, fus?o nuclearTempo estimadoTrês aulasIntrodu??oAinda que a seguran?a seja uma das principais preocupa??es das usinas nucleares, os riscos de acidentes sempre existir?o. O acidente ocorrido na usina de Fukushima, no Jap?o, após um forte terremoto seguido de tsunami, deixou isso claro. Use da atualidade do tema para discutir com a turma as possibilidades e os perigos do uso da energia nuclear.Desenvolvimento1?AulaInicie as atividades questionando se a água é boa ou ruim. Anote as proposi??es no quadro e pe?a que os alunos também registrem os comentários no caderno. Discuta ent?o com a classe que, a mesma água utilizamos para nos lavar, cozinhar alimentos e beber também pode matar, se estiver contaminada, ou mesmo quando potável, se uma pessoa se afogar em uma piscina ou em um rio, por exemplo. Chame a aten??o da classe para o fato de que a água em si é apenas uma subst?ncia, o que define se será boa ou ruim é o uso que se faz dela. Em seguida, lance para a classe a mesma quest?o, mas sobre as subst?ncias radioativas, se elas s?o boas ou ruins para a humanidade. Pe?a que os alunos listem individualmente em seus cadernos as aplica??es que conhecem para a radia??o.Aguarde alguns instantes e pe?a que discutam em pequenos grupos as aplica??es das quais lembraram, fazendo uma lista no caderno. Quando terminarem, pe?a que os grupos apresentem suas sugest?es e vá anotando na lousa, classificando as aplica??es, junto com a sala, em boas ou ruins para a humanidade. Quando terminarem, discuta com eles os dados apresentados no quadro abaixo sobre as aplica??es da energia nuclear, e enfatize que a radia??o em si n?o é "do bem" ou "do mal", seus efeitos dependem da dosagem e da finalidade de uso.Campo de aplica??oPara que é utilizadaSaúdePara diagnosticar doen?as, subst?ncias radiativas s?o injetadas no corpo. Em seguida, o paciente é monitorado e as imagens mostram se há problemas e onde se localizam. Pode ser utilizada também no tratamento de doen?as como o c?ncer. (radioterapia) e nos aparelho de raio-x.PecuáriaMarcadores radioativos colocados em alimentos ingeridos por animais permitem analisar sua digest?o e determinar qual a melhor alimenta??o para eles. Permitem também diagnosticar e prevenir doen?as, escolher os melhores animais reprodutores, aprimorar a qualidade da carne, do leite, etc...AgriculturaIrradiar alimentos é uma forma higieniza??o e conserva??o recomendada pela OMS (Organiza??o Mundial de Saúde). Esse processo evita doen?as na cebola, batata e alho, elimina fungos de morangos e tomates, atrasa o amadurecimento de bananas, evita insetos em cereais e conserva carnes, leite e sucos.IndústriaAssim como na saúde, imagens produzidas a partir da irradia??o de materiais permitem analisar pe?as metálicas e identificar materiais, soldas e componentes danificados ou defeituosos. A indústria farmacêutica irradia seringas plásticas, luvas, gaze e outros materiais a fim de esterilizá-los, eliminando microorganismos.ArqueologiaO carbono 14, um elemento radioativo natural absorvido pelas plantas pode ser utilizado para determinar a idade de materiais encontrados em escava??es arqueológicos, possibilitando a investiga??o científica do passado.GuerraO domínio sobre a energia at?mica também tem finalidade bélica, com o desenvolvimento das bombas at?micas e nucleares. Desde sua inven??o, a bomba at?mica foi utilizada duas vezes durante a II Guerra Mundial, lan?adas pelos Estados Unidos contra o Jap?o, em 1945.Produ??o de Energia ElétricaA energia nuclear produz outras formas de energia, como térmica e luminosa, no caso das estrelas. As usinas nucleares convertem o calor do material radioativo em energia elétrica.Encerre a aula indicando para a turma que na aula seguinte ir?o discutir o uso da energia nuclear como fonte para produ??o de eletricidade. 2? Aula Inicie a aula perguntando para a classe quais s?o os tipos de usinas que eles conhecem para produzir eletricidade. Vá anotando no quadro as possibilidades (hidrelétricas, termoelétricas, eólicas, solares, nuclear). Discuta com eles, ent?o, quais s?o renováveis ou n?o-renováveis e limpas ou sujas. Em seguida, discuta com eles como se transforma determinada fonte de energia em elétrica. Com exce??o da energia solar, que é transformada "diretamente" em eletricidade nas células fotoelétricas, utilizamos um método básico para produzir eletricidade em grandes quantidades: movimentando as pás giratórias de uma turbina que, por sua vez, movimentam um dínamo com im?s e fios de metal. Dessa forma, ocorre a indu??o de corrente elétrica, produzindo eletricidade - o princípio da indu??o foi descoberto na Inglaterra, em 1821, pelo inglês Michael Faraday. O que varia é o modo como fazemos girar estas pás. Há três formas principais: pela for?a das águas em queda, nas usinas hidrelétricas; pela for?a do vapor d’água, nas termelétricas e pela for?a dos ventos, nas eólicas. Uma usina nuclear nada mais é do que uma usina termoelétrica. A diferen?a é que ela aquece o vapor d’água com base em rea??es de fiss?o nuclear em vez da queima de carv?o ou derivados do petróleo. Dessa forma, ela é muito mais limpa do que suas concorrentes, pois n?o despeja gás carb?nico e outros resíduos da queima de carv?o ou petróleo na atmosfera. Cada uma desses modelos apresenta uma série de vantagens e desvantagens e, quando um país escolhe uma ou várias delas, está definindo uma política de produ??o de energia, uma matriz energética, que leva em conta o potencial, custos de produ??o e adequa??o à demanda e necessidades ambientais. Pe?a que os alunos acessem a página da Veja na Escola especial sobre crise nuclear e leiam as matérias Energia nuclear: prós e contras; HYPERLINK "" \t "_blank" Confira glossário das usinas nucleares; Fran?a afirma que seus reatores nucleares s?o seguros e Alemanha decide fechar suas usinas nucleares mais velhas. Proponha a leitura e discuss?o em duplas e que fa?am um pequeno resumo sobre o conteúdo em seus cadernos. Para encerrar, combine com a turma o tema da próxima aula: Um debate sobre o uso da energia nuclear no Brasil. Pe?a que busquem mais informa??es, conversem em casa com os familiares sobre o tema e que se preparem para um plebiscito! 3? Aula Inicie a aula explicando para a sala que será feita uma discuss?o sobre a energia nuclear. Explique para a classe que, desde o início da corrida armamentista e com a explos?o das bombas at?micas, muitos mitos foram criados sobre o uso da energia at?mica. Divida a classe em grupos e pe?a aos estudantes que preparem uma argumenta??o favorável e outra contrária ao uso da energia nuclear e que anotem suas proposi??es no caderno. Quando os grupos terminarem esta atividade, reorganize a classe, elegendo um representante de cada grupo para defender e outro para criticar o uso da energia nuclear. Organize um debate entre as idéias favoráveis e contrárias ao uso da energia nuclear. Converse com a turma que o debate é uma forma de fazê-los refletir sobre o tema, n?o devendo ser tomado como competi??o sendo mais importante a discuss?o de idéias do que o resultado em si. Escolha um aluno relator para cada grupo e pe?a que este vá anotando na lousa os argumentos apresentados. Após a apresenta??o, fa?a uma vota??o na classe em rela??o ao uso ou n?o da energia nuclear. Encerre a aula retomando a idéia de que o debate foi uma forma de fazê-los pensar sobre o tema, tornando-os mais críticos em rela??o ao assunto.Avalia??oPe?a que os alunos realizem uma autoavalia??o, considerando sua produ??o, colabora??o com o grupo nas atividades propostas e evolu??o em rela??o ao que sabia antes destas aulas.Consultoria Gustavo Issac Killnerprofessor de Física do Colégio Santa Cruz, em S?o PauloPolui??o eletromagnéticaCompartilheConteúdo relacionadoEste plano de aula está ligado à seguinte reportagem de VEJA:Polui??o eletromagnética - 14/03/2011ObjetivosEntender como se propagam as ondas eletromagnéticas e o impacto delas no corpo humanoConteúdos?tica e ondasTempo estimadoDuas aulasIntrodu??oOs diversos ambientes que comp?em a Terra vêm sendo afetados pelas mais variadas formas de polui??o. Além da polui??o do ar e das águas, observamos atualmente uma crescente polui??o ambiental gerada pelo chamado lixo tecnológico. Além dos resíduos de aparelhos eletr?nicos descartados - como celulares, TVs, computadores, geladeiras etc - e do lixo digital que circula na internet - spams, correntes, lendas urbanas, entre outros - atualmente uma nova forma de polui??o bastante importante que se apresenta é a polui??o eletromagnética. Aproveite a reportagem de VEJA para discutir com seus alunos possíveis efeitos da imers?o humana nas ondas eletromagnéticas. Desenvolvimento1? aulaInicie a aula questionando os alunos sobre polui??o ambiental. Pergunte quais os tipos de polui??o que eles conhecem. Enquanto eles apontam as diferentes formas de polui??o, vá anotando no quadro. ? provável que os estudantes enumerem a polui??o do ar, das águas, do solo, do espa?o (milhares de restos de satélites orbitando em volta da Terra). Eles devem falar em polui??o sonora, visual, luminosa, tecnológica etc. Quando terminarem, chame a aten??o para a polui??o tecnológica. Discuta com a turma o que é lixo tecnológico e como ele polui o meio ambiente. Comente que, nos últimos anos, o uso de aparelhos como computadores e seus acessórios, celulares, i-Pods vem crescendo de forma avassaladora. Pergunte à turma quantos computadores e/ou celulares cada um já teve e o que fez com os antigos. Em seguida, comente que, segundo dados da Organiza??o das Na??es Unidas (ONU), a cada ano s?o gerados no mundo mais de 50 milh?es de toneladas de lixo tecnológico. Se esse lixo fosse colocado em uma pista sobre a linha do Equador, daria pelo menos três voltas completas ao redor da Terra. Questione a turma sobre os perigos do lixo tecnológico. Conclua com eles que esses equipamentos - além de serem feitos de plástico, vidro e metais que demoram muito tempo para se decompor na natureza - contêm várias subst?ncias perigosas (como mercúrio, cádmio, chumbo e arsênio) que penetram no solo e contaminam a água, além de emitir gases que agravam o efeito ente com a turma, ent?o, que outro efeito do uso desses aparelhos é a polui??o eletromagnética. Leia com a turma, ent?o, a reportagem "Polui??o eletromagnética", publicada em VEJA. Divida a turma em grupos e proponha que discutam a quest?o: Você moraria em uma residência próxima a uma torre de transmiss?o de energia de redes de alta tens?o? Por quê? Aguarde que os grupos terminem a discuss?o e socialize as respostas em uma roda de conversa com a mo?ada. 2? aulaRetome a reportagem com a classe e fa?a uma tabela no quadro para que os estudantes sintetizem as informa??es (veja o modelo abaixo). Pe?a que retomem os grupos da aula anterior e preencham a tabela proposta em seus cadernos. Diga, também, para responderem às quest?es propostas abaixo. PERIGOSRedes de alta-tens?oAntenas de telefonia móvelAntenas de transmiss?o de rádio e TVO que se dizO que dizem os especialistas1) O grupo aceitaria trabalhar em um escritório muito próximo a uma antena de telefonia ou a antenas de transmiss?o de rádio e TV? Por quê? E se a proposta fosse para morar próximo a essas antenas, o grupo aceitaria? Por quê?2) Sabendo que a velocidade de propaga??o de uma onda eletromagnética em uma linha de transmiss?o sem perdas é igual à velocidade da luz (300.000 km/s) e que a frequência da rede oscila entre 50 e 60Hz, determine qual o comprimento de onda das ondas eletromagnéticas que se propagam em uma linha de transmiss?o. 3) (UNICAMP- adaptado) Uma cidade consome 1,0.108W de potência e é alimentada por uma linha de transmiss?o de 1000km de extens?o, cuja voltagem, na entrada da cidade, é 100000volts. Essa linha é constituída de cabos de alumínio cuja área da se??o reta total vale A=5,26.10-3m2. A resistividade do alumínio é:a) Qual a resistência dessa linha de transmiss?o?b) Qual a corrente total que passa pela linha de transmiss?o?c) Que potência é dissipada na linha? d) Qual a intensidade do campo magnético gerado pela corrente total que passa por essa linha de transmiss?o às dist?ncias de 10m, 20m e 30m da linha? Dê um tempo para que a classe realize a atividade. Em seguida, comece a corre??o pela quest?o 2. Retome a equa??o que relaciona velocidade de propaga??o e comprimento de ondae confirme que o comprimento de onda varia entre 5.000km e 6.000km.Na quest?o 3, a resistência elétrica pode ser calculada por:A corrente elétrica total seria de 1000 ampére (já que P = U.i) e a potencia dissipada na linha seria de 5MW, pois P = R.i2. As intensidades do campo mag nético seriam 100, 50 e 33 .10-7T poisUtilize o gráfico abaixo para discutir a influência da dist?ncia na intensidade do campo magnético gerado pela linha de transmiss?o.Para encerrar, socialize as respostas dos grupos para a quest?o 1 em uma roda de conversa. Discuta com eles o que seria "perto" ou "longe" da linha de transmiss?o, tomando por base o gráfico e relacionando com os dados da reportagem. Avalia??oConsidere na avalia??o a produ??o de cada indivíduo, a colabora??o dele com o grupo nas atividades propostas e sua evolu??o em rela??o ao que sabia antes destas duas aulas.Consultoria Gustavo Issac Kilnerprofessor de Física do Colégio Santa Cruz, de S?o PauloParte superior do formulárioParte inferior do formulárioParte superior do formulário ................
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