Guia do Professor Áudio Pressão - O Pneu 1 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Ficha de Catalogação Tema: Pressão - O Pneu. Série escolar: 1ª série. Tempo de duração do áudio: 2 blocos de 5 minutos cada. Tempo sugerido/previsto para utilização do áudio: 1 aula de 50 minutos. Questão problematizadora: O que dói mais: um pneu de um carro ou um pneu de bicicleta passando por cima do seu pé? Pré-requisitos: • Conceito de força. • Definição de área. Objetivos da atividade: • Entender o conceito de pressão estática. • Conceituar pressão atmosférica. • Compreensão do funcionamento do barômetro. • Discutir porque a altitude influi na pressão atmosférica. • Promover o interesse pela pesquisa dos tópicos apresentados no áudio. 2 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Introdução Caro professor, Este áudio foi desenvolvido visando discutir e problematizar com os alunos do ensino médio o tema pressão estática. Também poderão ser abordados os seguintes assuntos: força peso, área, pressão atmosférica e sistema de unidades. As peças de áudio do projeto Acessa Física objetivam motivar e despertar a atenção dos alunos, a partir de histórias que misturam humor, realidade e muita física. Para o desenvolvimento dessa temática será apresentado uma situação que utiliza objetos bastante comuns do cotidiano do jovem estudante e traz um questionamento bastante curioso: O que dói mais: um pneu de um carro ou um pneu de bicicleta passando por cima do seu pé? Esta questão traz a discussão sobre o ar comprimido dentro dos pneus e a respectiva pressão do ar contra suas paredes internas, oferecendo ao professor uma ótima oportunidade de trabalhar com o conceito de pressão estática. 3 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Dicas para utilização do áudio Os programas de áudio do projeto Acessa Física foram desenvolvidos pensando em motivar e despertar a atenção dos alunos a partir de histórias que misturam humor, realidade e muita física. Todas as peças têm por objetivo ser um meio de comunicação integrador e motivador para os alunos. No entanto, a maneira como o professor irá utilizá-lo pode variar. O áudio pode ser Motivador quando usado antes da discussão e explicação do tema abordado. As situações retratadas podem ser utilizadas pelo professor para introduzir um novo assunto, já que objetivam despertar a curiosidade e motivação para o tema a ser discutido. O áudio pode ser Demonstrativo ou Investigativo quando usado após a discussão e explicação do tema em sala de aula. Desta forma, o professor pode optar por abordar a temática em questão antes da utilização do áudio. Assim, a mídia ajudará a mostrar e levantar novas questões referentes às explicações e discussões já vividas em sala. Há também a possibilidade de o áudio ser utilizado como Suporte de Ensino, quando usado durante a explicação do professor. As tramas podem ser utilizadas para responder questões, assim como para levantar outras. Todas as peças de áudio são divididas em dois blocos de tempos iguais. A primeira parte traz uma questão problematizadora que será desenvolvida durante a trama. Na segunda parte, a personagem Carol Carolina faz uma comunicação com físicos ligados ao tema, com os quais tira suas dúvidas. Essa parte objetiva esclarecer as questões levantadas na mídia e trazer um recorte histórico para as aulas de física. É importante destacar, também, que cada turma reage de forma diferente ao ouvir os programas de áudio. Mas o Guia do Professor traz algumas sugestões de como utilizar e também se preparar para a aplicação da peça, dando subsídios para questões prévias e desafios interessantes para que a atividade atenda ao propósito do professor. Leia atentamente o guia, e a seguir, ouça o áudio proposto e boa atividade! 4 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Sinopse Esta atividade aborda o conceito de pressão estática a partir da questão problematizadora: O que dói mais: um pneu de um carro ou um pneu de bicicleta passando por cima do seu pé? Na parte 1, os personagens da trama vivenciam a experiência da influência do peso e da área de contato com o solo no caso de um automóvel e de uma bicicleta. Já na parte 2, a personagem Carol Carolina faz uma comunicação com Torricelli e tira suas dúvidas sobre as questões e situações que aparecem no áudio. 5 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Preparação Antes da exibição do áudio, sugerimos que: • Ouça antes o áudio, para conhecê-lo. É importante ouvir atentamente o material. Atente-se as questões e situações levantadas, cheque a qualidade da cópia e deixe preparado no ponto exato para a execução. • Informe aos alunos somente aspectos gerais do áudio (autor, duração, tema). Não interprete, nem antecipe as questões que serão tratadas no programa para que ela não se torne mera demonstração do já discutido. Deixe que cada um possa fazer a sua leitura. • O professor, sem antecipar as situações do áudio, pode instigar os alunos a pensar sobre o tema da atividade com questionamentos. Exemplos de questionamentos: • • • • O que é pressão? Onde temos pressão? Quando vivenciamos o conceito de pressão? Há pressão dentro dos pneus? Por quê? Possivelmente, os alunos irão resgatar o uso da palavra “pressão” associando aos termos do dia-a-dia, da pressão das aulas de física ou mesmo que sofrem em casa e na escola, por exemplo. Essas menções são bastante importantes e motivadoras. Elas ajudam a criar um clima descontraído e propício para a introdução do conceito de pressão física que eles também vivem no seu cotidiano. A busca por esses exemplos corresponde a uma rica atividade e motivação para ouvirem o áudio de pressão. Não se preocupe, nesse momento da atividade, em encontrar respostas corretas e únicas, mas sim despertar as dúvidas e questionamentos sobre os conceitos que serão abordados e desenvolvidos no áudio. Questão abordada no áudio: • O que dói mais: um pneu de um carro ou um pneu de bicicleta passando por cima do seu pé? 6 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Resposta: O pneu de bicicleta dói mais. Aliás, o pneu do carro pode nem causar dor. Consideremos os fatores que influem nessa situação: • • Peso Área o o o do veículo (e do condutor); de contato – determinada por: Pressão interna do pneu; Raio do pneu; Largura do pneu; A bicicleta é mais leve que o carro, no entanto, o peso do carro é distribuído sobre quatro rodas, e o da bicicleta apenas sobre duas. Além disso, o fator mais importante é o da diferença entre as áreas de contato. O pneu da bicicleta possui uma área de contato bem menor do que a do carro. Levando-se em conta esses fatores chegou-se a conclusão de que “o pneu da bicicleta dói mais”. Para abordar o assunto fazendo contas para realmente mostrar a diferença da pressão aplicada entre um automóvel padrão e uma bicicleta com um ciclista, veja o exemplo: Tomemos um automóvel padrão com massa de 1500kg. O peso do veículo será de 15000 N considerando a aceleração da gravidade 10 m/s². A área de contato de um pneu padrão é de aproximadamente 0,5 cm por 0,5 cm, ou seja, a área de contato é de 0,25 cm², ou 0,0025 m², portanto aplicando a equação: Observação: o peso do carro foi dividido por 4. Tomemos uma bicicleta com o ciclista com massa de 100kg. O peso do veículo será de 1000 N considerando a aceleração da gravidade 10 m/s². A área de contato de um pneu padrão é de aproximadamente 0,5 cm por 0,5 cm, ou seja, a área de contato é de 0,25 cm², ou, 0,0025m², portanto aplicando a equação: Observação: O peso da bicicleta somado ao peso do ciclista foi dividido por 2. 7 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Conclui-se que, no caso estudado, a pressão aplicada pelo pneu da bicicleta é maior do que a aplicada pelo automóvel. Estimule seus alunos a descobrirem o peso do ciclista mais o peso da bicicleta para que a pressão aplicada seja a mesma. • O professor pode optar também por somente informar os alunos do que trata o áudio e pedir que apresentem idéias e hipóteses sobre o que irão ouvir. Estas informações podem ser anotadas coletivamente ou individualmente pelos alunos em um exercício de reflexão sobre “o que eu sei”. Nessa atividade os alunos poderão escrever o que sabem sobre o tema a ser abordado. • Cuidado com as concepções errôneas relacionadas ao tema pressão. Muitos alunos associam pressão à força. Frise aos alunos que são conceitos diferentes, porém relacionados. Força é massa vezes aceleração e pressão é força dividida pela área. No exemplo específico abordado no áudio, é bastante comum os alunos associarem que dói mais quando um pneu de carro passa por cima do pé do que quando passa um pneu de uma bicicleta, já que o carro é mais pesado. Mas, neste caso, não estão levando em consideração a área de contato com o solo. 8 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Durante a atividade O professor deve atentar-se para os diálogos mais importantes e anotá-los para uma posterior discussão. É importante também observar as reações do grupo: como eles reagem à apresentação do áudio? Se achar necessário, o professor pode pausar a apresentação do áudio para esclarecer e discutir a(s) passagem(s) que julgar interessantes. A seguir destacaremos algumas passagens com os respectivos comentários que julgamos interessantes. Passagens do áudio Não te falei, Billy, que era tranqüilo... Maravilha.... Agora é a vez da bicicleta, e quem está em cima dela é Paulão Marreta, o peso pesado do quarteirão. Pode vir, Paulão! Vamos lá! Paulão se aproxima com a bicicleta. E agora vai... Billy: AAAAAIIIIIIIIIIIIII, aiii meu pé!!!! Tá doendo muito! Então tem a ver com o ar comprimido dentro dos pneus.... Quer dizer que a pressão do ar contra as paredes internas do pneu empurra as paredes do pneu do carro?... Nossa, que interessante! ... Peraí, querido, preciso anotar isso! A pres-são do ar inje-ta-do no pneu do car-ro é i-gual a pres-são do pneu so-bre o chão... Pontos a serem Momento da atividade Quando a bicicleta que passa Parte 1 - 03:47 em cima do pé esta com o Paulão Marreta sentado em cima, dói mais o pé? Por quê? Comentário e explicação Sim, porque aumenta a força-peso sobre a área do pé, aumentando dessa forma a pressão estática. Como já vimos, a pressão 02:08 da parte 2 dentro do pneu da bicicleta é maior do que a pressão no pneu de um carro. O pneu do carro tem umas 35 libras por polegada quadrada e o da bicicleta tem 100. Quase três vezes mais! Situação mostrada Momento da 9 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT discutidos Sistema de unidades Lbs/pol2 para Pascal (SI) Barômetro de Torricelli Pressão atmosférica atividade Carol com o Carol com o Carol com o Carolina conversando Parte 2 - 03:30 Torricelli Carolina conversando Parte 2 - 03:37 Torricelli Carolina conversando Parte 2 - 04:10 Torricelli 10 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Depois a atividade Depois da apresentação do áudio, pode-se escutar novamente os diálogos mais importantes ou que considere difíceis, se achar necessário, apresentá-lo pela segunda vez, chamando a atenção para determinados diálogos e situações. É importante que o grupo (professor e alunos) desenvolva uma conversa sobre o áudio, destacando questões, dúvidas e comentários sobre a mídia. A seguir, sugestões de algumas questões que podem ser feitas após a apresentação do áudio. Questões Questão do áudio - O que dói mais: um pneu de um carro ou um pneu de bicicleta passando por cima do seu pé? Questão para reflexão e discussão - Como funciona um barômetro de Torricelli? Sugestão de Resposta Resposta no quadro ‘preparação’ O barômetro de Torricelli é composto de uma cuba que contém mercúrio, um tubo de vidro fechado em um extremo de um metro de comprimento. Torricelli encheu o tubo com mercúrio e virou sua boca para baixo, tomando o cuidado para não verter o mercúrio antes deste contato. O mercúrio que estava colocado no tubo esvaiu-se até que a pressão da coluna interna se equilibrou com a coluna de ar fora do aparato. A medida da altura da coluna de mercúrio no tubo corresponde à pressão atmosférica, ou seja, ao nível do mar esta coluna será de 760 mmHg e, se a altitude for maior, esta coluna será menor, indicando a pressão do local. 11 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Questão Desafio – Por que Devido ao aumento de pressão atmosférica, quando descemos uma serra que ocorre à medida que diminui a altitude. sentimos diferença de pressão nos ouvidos? Sugestões de atividades Pesquisa sobre Torricelli Pesquisa sobre Pascal Detalhamento Descobertas e conceitos envolvidos Descobertas e conceitos envolvidos Biografias Torricelli - Evangelista Torricelli foi um físico e matemático Italiano que viveu no século XV (1608-1647) e se tornou mundialmente famoso pela invenção do barômetro. Torricelli era órfão e foi criado por um tio que era monge. Seu tio o enviou para um colégio Jesuíta para estudar filosofia e matemática. Posteriormente, Torricelli foi enviado a Roma para estudar ciências sob a orientação do monge beneditino Benedetto Castelli. Após Galileu Galilei publicar seus “Diálogos da Nova Ciência”, Torricelli iniciou contato com ele, com quem trabalhou nos últimos três meses de vida deste. Após a morte de Galileu, foi convidado a substituí-lo como matemático de Florença e professor de Matemática da Universidade de Pisa. Nesta função, resolveu muitos problemas da época, como determinar a área e centro de gravidade de uma ciclóide. Também desenvolveu e construiu muitos telescópios e microscópios. A principal invenção de Torricelli foi o barômetro, que veio da necessidade de se resolver um problema prático para elevação de água acima de dez metros de altura. Torricelli construiu um tubo com um metro de comprimento, fechado na extremidade do topo, encheu este tubo com mercúrio e colocou-o verticalmente em uma bacia cheia de mercúrio. A coluna de mercúrio caiu aproximadamente 76 cm, deixando vácuo acima. Este é considerado o primeiro barômetro inventado e, por isto, a medida de pressão foi denominada torr em homenagem 12 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT a Torricelli. Posteriormente, Torricelli demonstrou a lei de Torricelli, que estabelece que um líquido fluindo de um orifício sob ação da gravidade tem sua velocidade v2 = 2gh. Onde h é a altura da coluna do líquido acima do orifício. Pascal - Blaise Pascal foi um filósofo religioso, físico e matemático francês que viveu no século XVII (1623-1662). Considerado um gênio, ele foi uma criança prodígio, educado por seu pai, um funcionário público. Para ajudar o pai, que era agente fiscal, Pascal inventou uma calculadora mecânica de somar e subtrair. Dedicou-se ao estudo de fluidos e esclareceu os conceitos de pressão e vácuo, generalizando o trabalho de Torricelli. Também Pascal foi um grande matemático. Com apenas 16 anos escreveu um tratado sobre geometria projetiva. Posteriormente, trabalhou em conjunto com Pierre Fermat na teoria da probabilidade. Influenciou fortemente a criação da economia moderna e das ciências sociais. Na física estabeleceu o princípio de Pascal segundo o qual, estando um líquido em repouso ou equilíbrio estático, as variações de pressão transmitem-se igualmente e sem perdas para todos os pontos da massa líquida. É o princípio de funcionamento do macaco hidráulico. Em reconhecimento as suas inúmeras contribuições na física dos fluídos, foi homenageado dando-se seu nome à unidade de pressão Pascal (1Pa = 1 N/m²; 105 N/m² = 1 bar). Pascal também escreveu importantes tratados religiosos, principalmente no final de sua vida. Por ter vivido em situações de más condições sanitárias por toda a sua vida, morreu dois meses após completar 39 anos. 13 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Avaliação Avalie o efeito do segmento apresentado. Você pode perguntar aos seus alunos o que eles aprenderam, se o áudio lhes forneceu idéias claras, se ficaram dúvidas ou, ainda, se eles gostariam de assistir a outras atividades sobre o tema. Uma indicação de atividade avaliativa é pedir para que os alunos pesquisem, inclusive na internet, outras peças de texto, áudio ou vídeo que discutam o mesmo conceito, assim cada grupo pode apresentar informações, definir os conceitos apresentados e discutir o assunto com a turma. 14 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Atividades Complementares • • Vídeo do projeto Acessa Física sobre pressão Experimento do projeto Acessa Física sobre pressão Para Saber Mais Telecurso 2000, v. 1, 20 - No posto de gasolina - Aula 20 do volume 1 do Telecurso 2000 - Física - Ensino Médio, disponibilizado pra download (material destinado ao uso acadêmico) no site do projeto BibVirt. Tema: Lei de Stevin e Princípio de Pascal. Gaspar, A. Física - Volume Único – cap. 14, pg. 163. São Paulo: Editora Ática, 2003 Palavras-chave para busca: Barômetro, Torricelli, Pascal. Pressão Estática, Pressão Atmosférica, 15 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Créditos Projeto Acessa Física Instituição Executora IBTF - Instituto Brasileiro de Educação e Tecnologia de Formação a Distância Coordenadores de Conteúdo Prof. Dietrich Schiel Prof. Yvonne Primerano Mascarenhas Coordenador Pedagógico Hamilton Silva Autores, Co-autores e Prof. Antonio Carlos de Castro Professores Convidados Prof. Carlos Alfredo Argüello Prof. Carolina Rodrigues de Souza Miranda Prof. Iria Muller Guerrini Prof. Marco Aurélio Pilleggi Prof. Sergio Henrique de Souza Motta Concepção de Linguagem Cao Hamburger Coordenador da mídia Paulo Roberto Mascarenhas Parceiros CDCC - Centro de Divulgação Científica e Cultural – USP IEA - Instituto de Estudos Avançados São Carlos – USP Projeto financiado pelo MEC - Ministério da Educação e pelo MCT Ministério da Ciência e Tecnologia 16 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT Produção de áudio Produção Berimbau Estúdio Supervisão de áudio Alexey Rodigo Julio Peronti Gravação e direção personagens Wagner Netto Trilhas sonoras originais compostas Alexey Rodrigo no Berimbau estúdio por Gustavo KoshiKumo Paulo Mascarenhas Edição de áudio Adans Paulo Alexey Rodrigo Gustavo KoshiKumo Wagner Netto Mixagem Adans Paulo Alexey Rodrigo Gustavo KoshiKumo Wagner Netto Masterização Adans Paulo Personagens principais Adalberto Pauta Alexey Roidrigo Billy Adans Paulo Carol Carolina Wendy Palo Perez Pereira André Accarini Pergunta tema Alexey Roidrigo Voz do alem Alexey Roidrigo Personagens Secundários Ouvinte Suzana Priscila Mascarenhas Luporini Ouvinte Wagner Wagner Netto 17 Guia do Professor – Áudio – Pressão - O Pneu - Versão 1.2 IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 27 de maio de 2009 Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia - Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT