Curso Profissional - Física e Química

CURSOS PROFISSIONAIS DE NVEL SECUNDRIO

PROGRAMAComponente de Formao Cientfica Disciplina de

Fsica e Qumica

Direco-Geral de Formao Vocacional 2004/2005

0

Programa de FSICA E QUMICA

Cursos Profissionais

Parte I

Orgnica Geral

ndice:Pgina

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Caracterizao da Disciplina . . Viso Geral do Programa . ...... Competncias a Desenvolver. . . Orientaes Metodolgicas / Avaliao . Elenco Modular ............. Bibliografia . . .

2 2 4 6 8 9

1



1. Caracterizao da DisciplinaA Componente Cientfica constituda, em cada curso profissional, por duas ou trs disciplinas que proporcionam uma formao cientfica de base que corresponde, simultaneamente, s exigncias de um nvel secundrio de educao e de uma qualificao profissional de nvel 3. A disciplina de Fsica e Qumica, duas reas estruturantes das cincias experimentais, integra aquela componente em cursos de vrias famlias profissionais, com uma carga horria total de 200 ou de 150 horas. Acresce que, alguns cursos apenas contemplam uma daquelas reas, a Fsica, sendo previsvel que outros cursos venham apenas a considerar a outra, a Qumica. Nestes casos, a disciplina assume a designao de Fsica ou de Qumica, quando exclusivamente integra mdulos de uma ou outra destas reas. A carga horria, quer da disciplina de Fsica, quer da disciplina de Qumica, ser de 150 horas. Assim, o programa, segundo o modelo curricular dos cursos profissionais, foi estruturado em mdulos, aos quais se podem acrescentar determinadas extenses que, no conjunto, excedem a carga horria mxima prevista nos planos curriculares, possibilitando, por um lado, uma maior ou menor nfase na Fsica ou na Qumica, e por outro, a diversificao dos contedos, em funo das sadas profissionais a que os cursos do acesso, no quadro da carga horria mxima de cada plano curricular. Deste modo, a componente de Fsica contempla um total de seis mdulos (de F1 a F6) e, a componente de Qumica, um total de sete mdulos (de Q1 a Q7), sendo que a maioria dos mdulos de cada componente contempla extenses, notadas por E.Fx, E1.Fx ou E2.Fx, sendo x o nmero do mdulo de Fsica a que se reporta a extenso, e de igual modo, notadas por E.Qx, E1.Qx ou E2.Qx, relativamente Qumica. Na Fsica foram desenvolvidas cinco extenses (uma extenso para um mdulo e duas extenses para dois mdulos) e na Qumica, sete extenses (duas extenses para um mdulo, e cinco extenses para cinco mdulos).

2. Viso Geral do ProgramaO programa da disciplina pretende cobrir, ao longo dos diferentes mdulos, um conjunto de temas e conceitos de Fsica e de Qumica importantes para a consolidao, pelos alunos, de um modo de compreender, ainda que simplificado, alguns fenmenos naturais ou provocados, numa perspectiva de cidadania que permita uma escolha consciente de uma carreira futura ligada (ou no) a este estudo. Tentou-se seleccionar aprendizagens estruturantes relativas ao essencial, pois pretende-se, sobretudo, que os alunos compreendam que o conjunto de explicaes usadas em Fsica e em Qumica constitui uma ferramenta importantssima para a interpretao do mundo como hoje existe, a natureza dos fenmenos que lhe tero dado origem e a previso da sua evoluo segundo diversos cenrios. No entanto, tais explicaes sero sempre uma viso dos problemas j que a compreenso da Natureza multi e interdisciplinar.

2



No final dos vrios mdulos, os alunos tero alcanado uma viso sobre a: relao entre as foras e os movimentos; importncia da lei da conservao da energia e as suas limitaes; produo e o transporte de energia elctrica; evoluo histrica do conceito de luz; natureza do som; diversidade de substncias existentes (famlias - grupos funcionais; estrutura - ligao qumica; composio elementos qumicos); interpretao qumica da organizao do mundo material (Tabela Peridica dos Elementos Qumicos; estrutura atmica alguns modelos); natureza das reaces qumicas que podem ocorrer (reaces de cido-base, de precipitao, de oxidao-reduo) e dos modelos interpretativos (equilbrio qumico). Procura-se que os alunos alcancem um desenvolvimento intelectual e bases de conhecimento (importantes para uma cultura cientfica a construir ao longo da vida) que lhes permitam aceder, com a formao adequada, s diferentes sadas profissionais. Os temas acima referidos orientaram a identificao dos mdulos, sendo que os tpicos, objectos de ensino de cada mdulo, foram escolhidos e esto sequenciados com a inteno de poder ser alcanada uma viso global do tema proposto. Para clarificar o nvel de aprofundamento a dar a cada tpico apresentam-se os correspondentes objectivos de aprendizagem, os quais procuram reflectir apenas o que essencial. Ao longo dos diferentes mdulos, os alunos tero oportunidade de alargar o seu modo de ver a Fsica e a Qumica e de experimentar diversos modos de trabalho em grupo, em actividades prticas de cariz laboratorial ou no. As aulas devero ser organizadas de modo a que os alunos nunca deixem de realizar tarefas em que possam discutir pontos de vista, analisar documentos, recolher dados, fazer snteses, formular hipteses, fazer observaes de experincias, aprender a consultar e interpretar fontes diversas de informao, responder a questes, formular outras questes, avaliar situaes, delinear solues para problemas, expor ideias oralmente e/ou por escrito. Em qualquer dos casos, os alunos devero compreender que o trabalho individual importante para a rentabilizao do trabalho de grupo e que aprendizagem de qualquer assunto, em qualquer domnio, sempre uma tarefa a assumir individualmente. Recomenda-se que as aulas no laboratoriais decorram, sempre que possvel, em salas prximas do laboratrio e com condies adequadas ao trabalho em grupo. Para cada mdulo apresenta-se uma lista de actividades a desenvolver com e pelos alunos na sala de aula, ou fora dela. As actividades no se esgotam nas sugeridas, devendo o professor organizar tarefas variadas e seleccionadas de acordo com as caractersticas dos seus alunos e com os recursos da escola, com vista ao cumprimento dos objectivos enunciados. A diversificao deve orientar a escolha de estratgias e materiais em funo das finalidades da disciplina. Por exemplo, seleccionar materiais e utilizar estratgias que permitam que os alunos,

3



progressivamente, compreendam a natureza do conhecimento cientfico, a evoluo histrica dos conceitos, bem como os contextos e implicaes sociais da sua descoberta. Recomenda-se o recurso s Tecnologias de Informao e Comunicao (TIC) que constituem um excelente auxiliar neste domnio, tendo especial cuidado na anlise crtica da informao disponvel, principalmente no que diz respeito correco cientfica e terminolgica e adequao aos alunos e aos fins a que se destina. Advoga-se o uso de calculadoras grficas, familiar aos alunos pela sua utilizao nas aulas da disciplina de Matemtica. necessrio retirar peso memorizao e resoluo repetitiva de exerccios, privilegiando-se estratgias de compreenso, tcnicas de abordagem e de resoluo de problemas. Estes problemas podero consistir em questes abertas de aplicao dos conceitos e leis a situaes do quotidiano, no sendo obrigatoriamente sempre de resoluo numrica.

3. Competncias a DesenvolverAtravs desta disciplina, os alunos podero desenvolver aprendizagens importantes no que respeita formao no domnio da Cincia, mas que a extravasam largamente por se inserirem num quadro mais vasto de Educao para a Cidadania Democrtica. So elas: Compreender o contributo das diferentes disciplinas para a construo do conhecimento cientfico e o modo como se articulam entre si. Desenvolver a capacidade de seleccionar, analisar, avaliar de modo crtico, informaes em situaes concretas. Desenvolver capacidades de trabalho em grupo: confrontao de ideias, clarificao de pontos de vista, argumentao e contra-argumentao na resoluo de tarefas, com vista apresentao de um produto final. Desenvolver capacidades de comunicao de ideias oralmente e por escrito. Ser crtico e apresentar posies fundamentadas quanto defesa e melhoria da qualidade de vida e do ambiente. Desenvolver o gosto por aprender.

Pretende-se ainda que os alunos desenvolvam competncias que contemplem, de forma integrada, os domnios conceptual, procedimental e atitudinal, conforme se segue. a) Do tipo conceptual: Caracterizar o objecto de estudo da Fsica e da Qumica enquanto Cincias. Compreender conceitos (fsicos e qumicos) e a sua interligao, leis e teorias. Compreender a importncia de ideias centrais, tais como as leis de conservao e a tabela peridica dos elementos qumicos. Compreender o modo como alguns conceitos se desenvolveram, bem como algumas caractersticas bsicas do trabalho cientfico necessrias ao seu prprio desenvolvimento. Compreender alguns fenmenos naturais com base em conhecimento qumico. Conhecer marcos importantes na Histria da Cincia. 4



Reconhecer o impacto do conhecimento da Fsica e da Qumica na sociedade. Diferenciar explicao cientfica de no cientfica. Identificar reas de interveno da Fsica e da Qumica em contextos pessoais, sociais, polticos, ambientais... Interpretar a diversidade de materiais existentes e a fabricar.

b) Do tipo procedimental: Seleccionar material de laboratrio adequado a uma actividade experimental. Construir uma montagem laboratorial a partir de um esquema ou de uma descrio. Identificar material e equipamento de laboratrio e explicar a sua utilizao/funo. Manipular, com correco e respeito por normas de segurana, material e equipamento. Recolher, registar e organizar dados de observaes (quantitativos e qualitativos) de fontes diversas. Interpretar simbologia de uso corrente em Laboratrios de Qumica e de Fsica (regras de segurana de pessoas e instalaes, armazenamento, manipulao e eliminao de resduos). Planear uma experincia para dar resposta a uma questo problema. Formular uma hiptese sobre o efeito da variao de um dado parmetro. Identificar parmetros que podero afectar um dado fenmeno e planificar modo(s) de os controlar. Analisar dados recolhidos luz de um determinado modelo ou quadro terico. Interpretar os resultados obtidos e confront-los com as hipteses de partida e/ou com outros de referncia. Discutir os limites de validade dos resultados obtidos respeitantes ao observador, aos instrumentos e tcnica usados. Reformular o planeamento de uma experincia a partir dos resultados obtidos. Elaborar um relatrio sobre uma actividade experimental por si realizada. Executar, com correco, tcnicas previamente ilustradas ou demonstradas. Exprimir um resultado com um nmero de algarismos significativos compatveis com as condies da experincia. c) do tipo social, atitudinal e axiolgico: Desenvolver o respeito pelo cumprimento de normas de segurana: gerais, de proteco pessoal e do ambiente. Apresentar e discutir na turma propostas de trabalho e resultados obtidos. Utilizar formatos diversos para obter e apresentar informao, nomeadamente as TIC. Reflectir sobre pontos de vista contrrios aos seus. Rentabilizar o trabalho em equipa atravs de processos de negociao, conciliao e aco conjunta, com vista apresentao de um produto final. Assumir responsabilidade nas suas posies e atitudes. Adequar ritmos de trabalho aos objectivos das actividades.

5



4. Orientaes Metodolgicas / Avaliao4.1. Orientaes MetodolgicasAs actividades laboratoriais indicadas nos mdulos no podem nem devem ser uma mera execuo de uma receita o aluno dever pesquisar, em fontes diversas, recolher pistas e meios para alcanar as respostas, idealizar situaes quer experimentais quer metodolgicas para a resoluo do problema em causa. Reitera-se aqui a ideia de que, em qualquer situao, nunca dever ser descurada a ligao do problema em estudo ao ambiente e tecnologia. As actividades de sala de aula previstas no so mais do que pistas para o desenvolvimento/aprofundamento de alguns conceitos, no so todas obrigatrias e devem ser substitudas por outras se o professor assim o achar conveniente. Mas, no somente com este tipo de metodologia que se poder promover o desenvolvimento do elevado nmero de competncias preconizadas e to abrangentes. Ser necessrio promover a realizao de visitas de estudo, devidamente preparadas e exploradas posteriori, bem como a organizao de palestras, mesas redondas, seminrios, utilizando em alguns casos oradores convidados, mas nos quais os alunos tenham um papel activo; entendem-se tambm de todo o interesse exposies de vrios formatos para apresentao alargada do produto final dos trabalhos dos alunos, feitas medida do espao/tempo que a escola escolher e mais lhe interessar, importando salvaguardar que nem todos os trabalhos devero dar lugar a uma apresentao to elaborada. Quanto s TIC, nomeadamente a Internet importa referir que um utenslio de uso to comum como um livro ou um CD-ROM. Ela seduz os alunos por ser um precioso utenslio, privilegiado pela rapidez, abundncia e variedade de informao e possibilidade de contacto, de forma interactiva, com pessoas de todo o mundo; mas, por outro lado, sendo a informao, na sociedade actual e na do futuro, cada vez menos fivel, preciso que o aluno e sobretudo o professor reflictam sobre essa informao com um forte esprito crtico, de modo a separar o que verdadeiramente interessante e cientificamente correcto daquilo que considerado lixo informtico.

4.2. AvaliaoA avaliao de carcter formativo realiza-se no contexto natural das actividades a desenvolver pelos alunos e deve revestir-se de uma grande diversidade de formatos. A avaliao formativa, que o professor dever fazer permanentemente, visa proporcionar ao aluno o conhecimento do nvel de competncias j alcanadas com vista ao seu melhoramento. Deve, por isso, ser adequada natureza de cada uma das tarefas em causa e incidir sobre todas elas. Por exemplo, as competncias de natureza laboratorial no podem ser apenas avaliadas atravs de testes de papel e lpis; necessrio apreciar o que o aluno faz e como faz, conhecer as razes que o levaram a proceder de determinada forma, analisar o modo como discute dados ou resultados parcelares, como elabora concluses e tambm como as apresenta a outros.

6



O professor dever fazer uma avaliao progressiva das competncias a revelar pelo aluno, utilizando de forma sistemtica tcnicas e instrumentos variados adequados s tarefas em apreciao (questes de resposta oral ou escrita, relatrios de actividades, fichas de observao para as aulas laboratoriais, questionrios elaborados pelos alunos sobre alguns temas, planos de actividades experimentais,...). Assim, a avaliao formativa deve ser dominante a nvel da sala de aula, devido ao seu papel fundamental de regulao do ensino e da aprendizagem, pois permite ao aluno conhecer o ritmo das suas aprendizagens e ao professor tomar decises sobre a eficcia das metodologias utilizadas com vista ao seu reajustamento. Incidindo a avaliao formativa sobre as competncias, capacidades e conhecimentos desenvolvidos ao longo dos mdulos, uma avaliao global assumir-se- composta por: realizao de testes de papel e lpis que podem ter lugar durante o desenvolvimento de cada mdulo, se os objectivos de aprendizagem assim o proporcionarem; componente laboratorial/experimental, avaliada em contexto de actividades prticas (laboratorial, de sala de aula ou outra) e por meio de instrumentos como as grelhas de observao e de auto-avaliao; componente expositiva (apresentao oral/trabalho escrito) dos trabalhos realizados.

A componente experimental exige, mais do que qualquer outra, o recurso a uma avaliao do tipo formativo, sistemtica e continuada. Os alunos devero desenvolver competncias variadas e algumas delas com aprecivel grau de dificuldade. No possvel admitir que uma nica actividade, para as treinar, permita a sua consolidao. Os alunos tero de repetir procedimentos para se aperceberem do que est em causa fazer, das razes tericas que fundamentam os procedimentos e dos limites de validade dos resultados obtidos. A utilizao de grelhas de verificao, que devem ser discutidas com os alunos, pode ser uma via adequada a tal fim. Tambm as tarefas propostas no final das actividades laboratoriais, a realizar na aula ou a completar posteriormente, individualmente ou em grupo, podem ser meios para o aluno melhor compreender o que j sabe e, sobretudo, concretizar aprendizagens ainda no alcanadas. O recurso modalidade de avaliao formativa a nica via capaz de permitir atingir nveis elevados de aprendizagens.

4.2.1.Avaliao Sumativa ExternaA disciplina de Fsica e Qumica sujeita a avaliao sumativa externa concretizada na realizao de exames nacionais nos termos e para os efeitos estabelecidos no artigo 11. do Decreto-Lei n. 74/2004, de 26 de Maro, conjugado com o artigo 26. da Portaria n. 550-C/2004, de 21 de Maio. Assim, esta modalidade de avaliao aplica-se apenas para efeitos de prosseguimento de estudos de nvel superior aos alunos dos cursos profissionais, cujas portarias de criao identifiquem a Fsica e Qumica como disciplina sujeita a exame. Em cumprimento do n. 4 do artigo 26. da portaria acima referida, estabelece-se que as provas de exame incidem sobre os mdulos F1, F3 e F4 da componente de Fsica e sobre os mdulos Q1, Q2, Q3 e Q7 da componente de Qumica.

7



5. Elenco Modular FsicaNmero Designao Durao de referncia (horas)

F1 E1.F1 E2.F1 F2 F3 E1.F3 E2.F3 F4 F5 F6 E.F6

Foras e Movimentos Esttica Trabalho e Energia Hidrosttica e Hidrodinmica Luz e Cor ptica Ondulatria e ptica Quntica Fontes de Luz Circuitos Elctricos Termodinmica Som Som e Msica

21 9 6 21 18 9 9 18 21 18 12

QumicaNmero Designao Durao de referncia (horas)

Q1 E.Q1 Q2 E.Q2 Q3 E.Q3 Q4 E.Q4 Q5 E.Q5 Q6 Q7 E1.Q7 E2.Q7

Estrutura Atmica. Tabela Peridica. Ligao Qumica. Modelo Quntico para o tomo Solues Colides e Suspenses Reaces Qumicas. Equilbrio Qumico Homogneo. Equilbrio Qumico Heterogneo Equilbrio cido-base Titulaes cido-base Equilbrio de Oxidao-reduo Electroqumica Estado Fsico das Substncias e Interaces Moleculares. Estado Gasoso. Compostos Orgnicos. Reaces Qumicas. Polmeros e Materiais Polimricos Ligas Metlicas, Materiais Cermicos e Compsitos

18 9 18 6 18 6 18 6 18 12 18 18 9 98



5.1. Diversificao do Elenco ModularNa disciplina de Fsica e Qumica (ou na disciplina de Fsica ou de Qumica) so obrigatrios os seguintes mdulos:

Fsica F1 - Foras e Movimentos F3 - Luz e Cor F4 - Circuitos Elctricos Q2 - Solues

Qumica Q1 - Estrutura Atmica. Tabela Peridica. Ligao Qumica. Q3 - Reaces Qumicas. Equilbrio Qumico Homogneo. Q7 - Compostos Orgnicos. Reaces Qumicas.

O elenco modular ser completado mediante seleco dos restantes mdulos/extenses do programa, aquando do planeamento de cada curso, em funo das sadas profissionais visadas. As cargas horrias dos mdulos/extenses, sendo de referncia, devero ser ajustadas sempre que nas combinaes resultantes das escolhas efectuadas, o seu somatrio no totalize a carga horria global prevista para a disciplina no plano curricular do curso.

6. BibliografiaBibliografia essencial sobre Trabalho Laboratorial - Segurana e Tcnicas ASE (1996). Safeguards in the School Laboratory. Hatfield: ASE. Baptista, M. J.(1979). Segurana em Laboratrios de Qumica. Lisboa: Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Cincias e Tecnologia. Beran, J. A. (1994). Laboratory Manual for Principles of General Chemistry, fifth edition. New York: John Wiley & Sons. Obra importante de qumica geral, com uma introduo de segurana e normas de trabalho em laboratrios de qumica, seguida de um manancial de experincias no formato de fichas, precedidas do suporte terico necessrio.

Carvalho, M. F. (1998). Segurana em Laboratrios de Ensino ou Investigao em Qumica. Boletim da Sociedade Portuguesa de Qumica, 69; 7-13. Franco, M. H. (1999). Utilizao de Produtos Perigosos, Srie Divulgao n. 3. Lisboa: IDCT. IUPAC (1998). Chemical Safety Matters - IPCS International Cambridge. Malm, L.E. (1975). Manual de Laboratrio para Qumica Uma Cincia Experimental. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian. Livro para professores, com propostas de experincias que podem ser realizadas na sala de aula, acompanhados de uma explicao dos fundamentos tericos mais relevantes.

Mata, M. M. et al (1995). Prticas de Qumica, Programa Guia del alumno, Editorial Hesperides. Obra de caracterstica tcnicas, que descreve material de laboratrio e seu uso, algumas operaes simples de laboratrio com vidro e rolha; refere o tratamento e expresso de

9



dados experimentais. Trata de preparao de solues e prope trabalhos experimentais na rea o cido - base e oxidao reduo.

Pombeiro, A. J. (1991). Tcnicas e Operaes Unitrias em Qumica Laboratorial, segunda edio. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian. Livro para professor.

Lopes Solanas, V. L. (1991). Tcnicas de Laboratrio: Ediciones e Distribuiciones Universitrias, S. A. Livro para alunos.

Simes, J. A. M., Castanho, M. A. R. B., Lampreia, I. M. S.; Santos, F. J. V., Castro, C. A. N., Norberto, M. F., Pamplona, M. T., Mira, L., Meireles, M. M. (2000). Guia do Laboratrio de Qumica e Bioqumica. Lisboa, Porto, Coimbra: Lidel - Edies Tcnicas Lda. Livro para professor essencial para as prticas de Laboratrio; contm um conjunto rico de informaes como regras gerais de segurana, elaborao de relatrios, caderno de laboratrios, aspectos sobre anlise e tratamentos de erros e normas de construo de grficos e tabelas. Termina com a discusso da medida de algumas propriedades cuja avaliao e controlo vulgar em laboratrio - massa, densidade, temperatura e presso.

Vrios. Catlogos de Reagentes e Equipamentos Laboratoriais. Diversos Fabricantes. Vrios. Preveno de Acidentes no Trabalho e Doenas Profissionais, Gabinete de Higiene e Segurana no Trabalho, Publicao Peridica.

Bibliografia especfica de Fsica Alonso, M. & Finn, E. (1999). Fsica. Espanha: Addison-Wesley. Livro de carcter geral, para professores. Benson, H. (1991). University Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro para professores. Cutnell, J. D. & Johnson, K. W., Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro de carcter geral, para professores. Feynman, R. P., Leighton, R. & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics. Reading, Mass: Addison-Wesley Publishing Co. Livro de carcter geral para professores e alunos.

Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. & Thorton, S. T. (1996). Physics for Scientists and Engineers. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Livro de carcter geral, para professores.

Serway, R. A. (1996). Physics for Scientists and Engineers. New York: Saunders College Publishing. Livro de carcter geral para professores.

Taylor, J. R. (1997). Error Analysis. Sausalito, Ca: University Science Books. Livro para professores.

Bibliografia especfica de Qumica Aldridge, S., Johnstone, J. Osborne, C. (Eds) (2000). Cutting edge chemistry. London: Royal Society of Chemistry. Livro excelente para professores e alunos (mais interessados), mostrando os ltimos avanos da Qumica ao nvel das aplicaes. Magnfica ilustrao. Princpios de Qumica de forma a focar o essencial. Importante para histria da Qumica, estrutura da matria, reaces qumicas, novos materiais. Para todos os mdulos.

10



Burton, G., Holman, J., Pillin, G., Waddington, D. (1994). Salters Advanced Chemistry. Oxford: Heinemann. Obra de orientao CTS, constituida por 4 livros. Em Chemical Storylines desenvolvem-se 14 temas com repercusses sociais, remetendo-se o leitor para o livro dos conceitos, Chemical Ideas para aprofundamento. Em Activities and Assessment Pack apresentam-se muitas actividades prticas de laboratrio e outras. O Teachers Guide fornece orientaes preciosas para a gesto do programa. Obra para professores e alunos (mais interessados), til para todos os mdulos.

Chang, R. (1994). Qumica, 5 edio, Lisboa: McGraw-Hill de Portugal. Os doze captulos deste livro providenciam definies bsicas da Qumica assim como as ferramentas necessrias para o estudo de muitos e diversificados tpicos. Contempla abordagens multidisciplinares de muitas questes de interesse tecnolgico, social e ambiental. Para todos os mdulos.

Hall, N. (Ed.) (1999).The age of the molecule. .London: Royal Society of Chemistry. Trata dos avanos da Qumica em vrios domnios de aplicao desde a medicina aos novos materiais e aos novos desafios que se colocam Qumica no sculo XXI. Para professores e alunos (mais interessados). Para todos os mdulos.

Jones, A., Clemmet, M., Higton, A., Golding, E. (1999). Access to Chemistry. London: Royal Society of Chemistry. Livro para alunos (e professores) sobre conceitos centrais de Qumica, quer para estudos avanados, quer para outros onde a Qumica uma disciplina subsidiria. Inclui aplicaes da Qumica em domnios como a sade, desporto, indstria e outros. Est organizado na perspectiva do auto-estudo do aluno por mdulos. Apresenta objectivos, teste para autodiagnstico do nvel de compreenso (com respostas certas) e ainda outras questes (sem resposta). Para todos os mdulos.

Jones, L., Atkins, P. (1999). Chemistry: molecules, matter and change. Basingstoke: Macmillan. Livro de Qumica geral para professores, que contm uma grande riqueza de informao til, ilustraes coloridas, sumrios e questes no fim de cada captulo. Contm dois CD, o primeiro chamado competncias para a resoluo de problemas, o qual contm algumas questes teis, testes e vinte e dois excelentes videoclips de demonstraes laboratoriais de reaces qumicas. O segundo CD, Chamado visualizao, contm algumas animaes e simulaes. Para todos os mdulos.

Reger D., Goode, S., Mercer, E. (1997). Qumica: Princpios e Aplicaes. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian. Livro de Qumica Geral para professores, boa traduo, contendo algumas aplicaes CTS em caixas separadas. Para todos os mdulos.

American Chemical Society (1988). ChemCom, Chemistry in the Community, 2nd edition. Dubuque, Iowa: Kendall Hunt Publishing Company. Livro para Professores e para consulta de alunos, que representa um srio esforo para promover a literacia cientfica dos alunos atravs de um curso de Qumica que enfatiza o impacte da Qumica na sociedade. Para todos os mdulos.

Atkins, P. W.; Beran, J. A. (1992). General Chemistry, 2nd edition. New York: Scientific American Books. Livro de Qumica Geral para professores e para consultas pontuais de alunos, que pretende desenvolver nos alunos uma atitude cientfica, focando a necessidade de aprender qumica pensando numa maneira pessoal de dar resposta aos problemas, colocando questes, em vez de aplicar frmulas. Para todos os mdulos.

Beran, J. A. (1994). Laboratory Manual for Principles of General Chemistry, Fifth Edition. New York: John Wiley & Sons,Inc.

11



Obra importante de Qumica Geral, com uma introduo de Segurana e Normas de Trabalho em Laboratrio, seguida de um manancial de experincias no formato de fichas, precedidas do suporte terico necessrio.

Bodner, G. M., Pardue, H. L. (1995). Chemistry. An Experimental Science, 2nd edition. New York: John Wiley & Sons, Inc. Brady, J. E., Russell, J. W., Holum, J. R. (2000). Chemistry, Matter and Its changes. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro muito completo sobre Qumica Geral, com ilustraes muito elucidativas e aplicaes a situaes do quotidiano. Para todos os mdulos.

Ellis, A. B. et al (1993). Teaching General Chemistry, A Material Science Companion. Washington, DC: American Chemical Society. Freemantle, M. (1991). Chemistry in Action. London: Macmillan Educational, Ltd. Livro para professores cujo objectivo fazer um tratamento moderno, compreensivo e sistemtico dos conceitos nucleares da Qumica. A obra foi tambm pensada para ajudar a desenvolver e estimular o interesse pela Qumica, dando imensos exemplos de Qumica em aco nos pases desenvolvidos e em desenvolvimento para demonstrar a importncia da Qumica na indstria, sociedade, ambiente, histria e literatura. Para todos os mdulos.

IUPAC Physical Chemistry Division (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Scientific Publications. Livro de consulta, onde se encontram normas para nomes e simbologia de grandezas e unidades em Qumica Fsica. Para todos os mdulos.

Selinger, B. (1998). Chemistry in the Marketplace, 5th Edition. Sidney, Fort Worth, London, Orlando, Toronto: Harcourt Brace & Company. Tal como o autor a classifica, a obra Um guia turstico da Qumica. Tendo como pressupostos a necessidade de relevncia social no ensino da Qumica, o autor faz uma incurso por temas variados de ligao da Qumica vida do quotidiano Acrescenta ainda dez preciosos apndices. Para todos os mdulos.

Snyder, C. H. (1995). The extraordinary chemistry of the ordinary things, 2nd edition. New York, Chichester: John Wiley and Sons, Inc. Obra que, partindo do princpio que vivemos as nossas vidas imersos em produtos qumicos, assume que o modo mais efectivo para ensinar e aprender qumica examinar produtos do quotidiano que afectam as pessoas e o ambiente e a partir deles chegar aos conceitos. Destinado a professores.

Endereos da Internet (activos em Julho de 2004) http://www.chemkeys.com/bra/sa/snlq_9/snlq_9.htm (lugar muito completo, em portugus, sobre segurana, perigos, cuidados no laboratrio de qumica) http://physchem.ox.ac.uk/MSDS/ (lugar muito completo da universidade de Oxford sobre segurana, perigos, cuidados no laboratrio de qumica) http://www.whoi.edu/safety/ (entre outras assuntos apresentam regras e manual de segurana da instituio) http://www.safety.ubc.ca (entre outras assuntos apresentam o manual de segurana da universidade) http://www.cochise.cc.az.us/dawn/safety.htm (entre outras assuntos apresentam regras de segurana no laboratrio) http://www.uic.edu/~magyar/Lab_Help/lghome.html (regras, manual de segurana e um conjunto de ligaes a outros lugares.)

12



http://www.terravista.pt/Guincho/2009/ex_prec.html (pginas muito simples, em portugus, que explicam a diferena entre preciso e exactido, tem um conjunto de questes) http://www.ee.unb.ca/tervo/ee2791/intro.htm (pginas muito simples, que explicam a diferena entre preciso e exactido, tem um conjunto de questes e pode-se ter acesso s respostas pretendidas, pode servir para motivar os alunos) http://web.rcts.pt/luisperna/algarismos_signif.htm (pginas em portugus) http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/SigFigs/ (lugar com um grande conjunto de informao diversa sobre qumica. Entre outros pontos, tambm aborda o tema dos algarismos significativos) http://www.asten.com.br/html/auxiliar/conversao.htm (pginas em portugus) http://www.ex.ac.uk/cimt/dictunit/dictunit.htm (lugar muito completo sobre sistemas de, converso e definies de unidades) http://www.rjclarkson.demon.co.uk/middle/middle7.htm (conjunto de pginas informativa sobre conjunto de testes de identificao de caties, anies e gases) http://www.msu.edu/user/codybrya/qual.htm (lugar sobre a qumica forense, onde entre outros temas aborda o da anlise qualitativa de um modo muito simples) http://www.slu.edu/colleges/AS/CH/chemweb/162QualAnalysisI.html (lugar da Universidade de S. Louis, entre outros assuntos apresenta um conjunto de protocolos experimentais para a identificao de caties em soluo) http://www.indiana.edu/~cheminfo/ca_accc.html (lugar com um grande conjunto de ligaes a pginas de espectrometria de massa - para professores) http://mvhs1.mbhs.edu/mvhsproj/projects/boiling/boiling.html (pgina com introduo terica e um conjunto de procedimentos experimentais sobre ponto de fuso e ponto de ebulio) http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/ (lugar com um grande conjunto de informao diversa sobre qumica. Entre outros pontos, tambm aborda o tema das propriedades coligativas) http://www.chemistrycoach.com/tutorials-4.htm#Solutions (lugar com um grande conjunto de ligaes a pginas que abordam vrios temas da qumica. Entre outros apresenta pginas sobre solues, propriedades, preparao, clculos e testes) http://www.chemistrycoach.com/tutorials-9.htm#Chemistry Laboratory (lugar com um grande conjunto de ligaes a pginas que abordam vrios temas da qumica. Entre outros apresenta pginas sobre operaes unitrias, clculos e testes) http://www.terravista.pt/fernoronha/4107/sw3-22web.htm (Nesta pgina abordado o tema da descoberta das sub-partculas atmicas) http://pt.wikipedia.org/wiki/Tabela_Peri%C3%B3dica (lugar que apresenta pginas sobre tabela peridica) http://www.chemistrycoach.com/periodic_tables.htm#Periodic Tables (lugar com um grande conjunto de ligaes a pginas que abordam vrios temas da qumica. Entre outros apresenta pginas sobre tabela peridica) http://library.thinkquest.org/2782/index.html (apresenta uma tabela peridica interactiva e com muita informao til sobre os elementos.) http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/papers.html (lugar sobre artigos relacionados com a histria da qumica em geral.)

13



Parte II

Mdulosndice:Pgina

FsicaMdulo F1 Extenso E1.F1 Extenso E2.F1 Mdulo F2 Mdulo F3 Extenso E1.F3 Extenso E2.F3 Mdulo F4 Mdulo F5 Mdulo F6 Extenso E.F6

Foras e Movimentos Esttica Trabalho e Energia Hidrosttica e Hidrodinmica Luz e Cor ptica Ondulatria e ptica Quntica Fontes de Luz Circuitos Elctricos Termodinmica Som Som e Msica

15 27 33 36 43 48 51 54 62 69 76

QumicaMdulo Q1 Extenso E.Q1 Mdulo Q2 Extenso E.Q2 Mdulo Q3 Extenso E.Q3 Mdulo Q4 Extenso E.Q4 Mdulo Q5 Extenso E.Q5 Mdulo Q6 Mdulo Q7 Extenso E1.Q7 Extenso E2.Q7

Estrutura Atmica. Tabela Peridica. Ligao Qumica. Modelo Quntico para o tomo Solues Colides e Suspenses Reaces Qumicas. Equilbrio Qumico Homogneo. Equilbrio Qumico Heterogneo Equilbrio cido-base. Titulaes cido-base. Equilbrio de Oxidao-reduo Electroqumica Estado Fsico das Substncias e Interaces Moleculares. Estado Gasoso. Compostos Orgnicos. Reaces Qumicas. Polmeros e Materiais Polimricos Ligas Metlicas, Materiais Cermicos e Compsitos

80 86 89 94 97 104 110 116 118 123 128 133 137 142

14



MDULO F1

Foras e MovimentosDurao de Referncia: 21 horas

1 ApresentaoAs duas ideias estruturantes a desenvolver neste mdulo so: a descrio grfica e analtica das variaes de posio e velocidade de um corpo; a relao das foras com as variaes de velocidade de um corpo atravs dos conceitos da Dinmica. O uso da calculadora grfica e de sensores a ela associados permitir realizar, na sala de aula, experincias simples que podem ser interpretadas graficamente.

2 Competncias VisadasO aluno deve ser capaz de: interpretar o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado quer analiticamente quer atravs de grficos posio x tempo, velocidade x tempo, acelerao x tempo; compreender que do ponto de vista da Mecnica se pode estudar o movimento de um corpo em translao, estudando o movimento de um ponto onde se concentra toda a massa do corpo; aplicar as leis de Newton para resolver problemas algbricos de movimento unidireccional, na horizontal e na vertical, perto da superfcie da Terra, com ou sem efeito do atrito; interpretar os movimentos no plano, partindo da anlise do movimento de um projctil lanado obliquamente; analisar situaes em que a direco da resultante das foras no coincide com a direco da velocidade e explicar, como consequncia, os tipos de movimento e a forma das trajectrias.

3 mbito dos ContedosOs objectos de ensino, neste mdulo, so os seguintes: 1. A Fsica estuda interaces entre corpos 1.1. Interaces fundamentais 1.2. Lei das interaces recprocas

15


Cursos Profissionais Mdulo F1: Foras e Movimentos

2. Movimento unidimensional com velocidade constante 2.1. Caractersticas do movimento unidimensional 2.2. Movimento uniforme 2.3. Lei da inrcia 3. Movimento unidimensional com acelerao constante 3.1. Movimento uniformemente variado 3.2. Lei fundamental da Dinmica 4. Introduo ao movimento no plano

4 Objectivos de Aprendizagem1. A Fsica estuda interaces entre corpos 1.1. Interaces fundamentais

Identificar a Fsica como a cincia que busca conhecer as leis da Natureza, atravs do estudo do comportamento dos corpos sob a aco das foras que neles actuam. Reconhecer que os corpos exercem foras uns nos outros. Distinguir foras fundamentais:

- Gravtica - Nuclear forte - Electromagnticas e nuclear fraca, recentemente reconhecidas como duasmanifestaes de um nico tipo de interaco

Reconhecer que todas as foras conhecidas se podem incluir num dos tipos de foras fundamentais.

1.2. Lei das aces recprocas

Compreender que dois corpos A e B esto em interaco se o estado de movimento ou de repouso de um depende da existncia do outro. Compreender que, entre dois corpos A e B que interagem, a fora exercida pelo corpo A no corpo B simtrica da fora exercida pelo corpo B no corpo A (Lei das aces recprocas). Identificar pares aco-reaco em situaes de interaces de contacto e distncia, conhecidas do dia-a-dia do aluno.

2. Movimento unidimensional com velocidade constante 2.1. Caractersticas do movimento unidimensional

Verificar que a descrio do movimento unidimensional de um corpo exige apenas um eixo de referncia orientado com uma origem. Identificar, neste tipo de movimento, a posio em cada instante com o valor, positivo, nulo ou negativo, da coordenada da posio no eixo de referncia. 16



Calcular deslocamentos entre dois instantes t1 e t2 atravs da diferena das suas coordenadas de posio, nesses dois instantes:

x = x2 x1 .

Concluir que o valor do deslocamento, para qualquer movimento unidimensional, pode ser positivo ou negativo. Distinguir, utilizando situaes reais, entre o conceito de deslocamento entre dois instantes e o conceito de espao percorrido no mesmo intervalo de tempo. Compreender que a posio em funo do tempo, no movimento unidimensional, pode ser representada num sistema de dois eixos, correspondendo o das ordenadas coordenada de posio e o das abcissas aos instantes de tempo.

Inferir que, no movimento unidimensional, o valor da velocidade mdia entre dois instantes t2 e t1

vm =

x x2 x1 = . t t 2 t1

Concluir que, como consequncia desta definio, o valor da velocidade mdia pode ser positivo ou negativo e interpretar o respectivo significado fsico. Compreender que, num movimento unidimensional, a velocidade instantnea uma grandeza igual velocidade mdia calculada para qualquer intervalo de tempo se a velocidade mdia for constante.

Concluir que o sentido do movimento, num determinado instante, o da velocidade instantnea nesse mesmo instante. Reconhecer que a velocidade uma grandeza vectorial que, apenas no movimento unidireccional pode ser expressa por um valor algbrico seguido da respectiva unidade.

2.2. Movimento uniforme

Verificar que a coordenada de posio x2 num instante t2 dada por em que

x2 = x1 + v(t 2 t1 ) ,

x1 a coordenada de posio no instante t1. Esta a equao do movimento = 0 , x2= x e

unidimensional uniforme, isto , com velocidade constante.

Simplificar a equao do movimento com velocidade constante, fazendo t1

x1 = x0 , o que corresponde a denominar por x 0 a coordenada de posio no instante t = 0 ,o que permite obter: x = x0 + vt .

Identificar, na representao grfica da expresso

x = x0 + vt , com v = const. , a

velocidade mdia (que coincide com a velocidade instantnea) entre dois instantes com o declive da recta

x = f (t ) .

17



2.3. Lei da inrcia

Reconhecer que, do ponto de vista do estudo da Mecnica, um corpo pode ser considerado um ponto com massa quando as suas dimenses so desprezveis em relao s dimenses do ambiente que o influencia.

Compreender a importncia de se poder estudar o movimento de translao de um corpo, estudando o movimento de um qualquer ponto do corpo. Reconhecer que o repouso ou movimento de um corpo se enquadra num determinado sistema de referncia. Identificar a fora como responsvel pela variao da velocidade de um corpo. Compreender que um corpo permanecer em repouso ou em movimento unidimensional (rectilneo) com velocidade constante enquanto for nula a resultante das foras que sobre ele actuam (Lei da Inrcia).

Aplicar a Lei da Inrcia a diferentes situaes, conhecidas do aluno, e interpret-las com base nela. Distinguir entre referenciais inerciais e referenciais no inerciais. Definir massa inercial como sendo uma propriedade inerente a um corpo, que mede a sua inrcia, independente quer da existncia de corpos vizinhos, quer do mtodo de medida. Reconhecer que a massa inercial de um corpo e o seu peso so grandezas distintas.

3. Movimento unidimensional com acelerao constante 3.1. Movimento uniformemente variado

Inferir da representao grfica

x = f (t ) que, se a velocidade mdia variar com o tempo, o

grfico obtido deixa de ser uma recta. Identificar a velocidade instantnea, num determinado instante, com o declive da recta tangente, nesse instante, curva

x = f (t ) .

Compreender que, no movimento unidimensional, a acelerao mdia entre dois instantes t2 e t1

am =

v v 2 v1 = , em que v1 e v 2 so os valores da velocidade instantnea nos t t 2 t1

instantes t1 e t2, respectivamente.

Compreender que a acelerao instantnea uma grandeza igual acelerao mdia calculada para qualquer intervalo de tempo se, num movimento unidimensional, a acelerao mdia for constante.

Obter, a partir da definio anterior, a equao

v2 = v1 + a(t 2 t1 ) , em que a a

acelerao instantnea, vlida para o movimento com acelerao constante (movimento uniformemente variado).

18



Deduzir, a partir da equao anterior, a forma simplificada v = v0 + at , se escrevermos

v2 = v , v1 = v0 , t 2 = t e t1 = 0 . Verificar que a representao grfica da velocidade em funo do tempo para o movimento unidimensional com acelerao constante tem como resultado uma recta. Obter a equao que relaciona a posio com o tempo, vlida para o movimento com acelerao constante:

x 2 = x1 + v1 (t 2 t1 ) +

1 a (t 2 t1 )2 ou, na forma simplificada, 2

x = x0 + v0 t +

1 2 at . 2

Verificar que a representao grfica da posio em funo do tempo para o movimento unidimensional com acelerao constante tem como resultado uma curva. Reconhecer que a acelerao uma grandeza vectorial que, apenas no movimento unidireccional pode ser expressa por um valor algbrico seguido da respectiva unidade.

3.2. Lei fundamental da Dinmica

Verificar que a acelerao adquirida por um corpo directamente proporcional resultante das foras que sobre ele actuam e inversamente proporcional sua massa (Lei fundamental da Dinmica).

Compreender que a direco e o sentido da acelerao coincidem sempre com a direco e o sentido da resultante das foras, ento

r r F = ma .

Decompor um vector em duas componentes perpendiculares entre si. Aplicar a Lei fundamental da Dinmica e a Lei das interaces recprocas s seguintes situaes:

- Um corpo assente numa superfcie polida, horizontal, actuado por foras constantescuja direco pode ser paralela, ou no, superfcie.

- Dois corpos em contacto, assentes numa mesa polida, horizontal, actuados porforas constantes cuja direco pode ser paralela ou no direco da superfcie da mesa.

Interpretar a origem da fora de atrito com base na rugosidade das superfcies em contacto. Compreender os conceitos de coeficiente de atrito esttico cintico

e e

de coeficiente de atrito

c .

Analisar tabelas de valores de coeficientes de atrito, seleccionando materiais consoante o efeito pretendido. Verificar que o mdulo da fora de atrito esttico entre um corpo e o plano sobre o qual se encontra F

e Rn , em que Rn o mdulo da fora exercida pelo plano no corpo.

19



Compreender a relao que traduz a definio do mdulo da fora de atrito cintico entre um corpo e o plano sobre o qual se encontra, F =

c Rn aplicando-a a situaes do dia-a-dia.

Reconhecer em que situaes til a existncia de fora de atrito. Aplicar a Lei fundamental da Dinmica e a Lei das interaces recprocas s seguintes situaes em que existe atrito entre os materiais das superfcies em contacto:

- Um corpo assente numa superfcie horizontal, actuado por foras constantes cujadireco pode ser paralela, ou no, superfcie.

Dois corpos em contacto, assentes numa mesa horizontal, actuados por foras constantes cuja direco pode ser paralela ou no direco da superfcie da mesa.

Reconhecer que a fora de atrito depende da fora normal entre as superfcies e que esta no sempre numericamente igual ao peso de um dos corpos.

4. Introduo ao movimento no plano

Observar a trajectria de um projctil lanado obliquamente. Traar, numa folha em que esteja desenhada a trajectria observada, um sistema de referncia com um eixo horizontal (eixo dos x) e um eixo vertical (eixo dos y). Desenhar as projeces dos pontos da trajectria no eixo dos x e medir a distncia entre duas projeces consecutivas. Verificar que a projeco desenhada no eixo horizontal tem as caractersticas do movimento uniforme. Inferir da observao anterior que a componente horizontal da resultante das foras que actuam no projctil nula. Repetir o processo relativamente ao eixo dos y. Verificar que a projeco no eixo vertical tem as caractersticas do movimento uniformemente acelerado. Inferir da observao anterior que no projctil actua uma fora com a direco vertical e dirigida para baixo. Determinar os valores numricos aproximados das componentes horizontal e vertical da velocidade do projctil ao longo da trajectria (calculando as razes pares de pontos consecutivos da trajectria).

x y e para vrios t t

Desenhar os correspondentes vectores velocidade aplicados no primeiro ponto de cada par. Verificar, atravs do clculo da razo

v y t

para alguns pares de pontos consecutivos da

trajectria, que a componente vertical da acelerao aproximadamente constante com um valor prximo de g = 9,8 m.s-2

Desenhar o vector acelerao nesses pontos.

20



Obter o mdulo da fora vertical que actua no projctil, utilizando a lei fundamental da dinmica:

r r F = ma .

Confrontar o valor obtido com o que resulta da aplicao da Lei da gravidade ao projctil considerado: F = G

mM R2

, em que G = 6,710-11 N.m2/kg2 a constante de gravitao

universal, m a massa do projctil, M = 6,01024 kg a massa da Terra e R = 6,4106 m o raio da Terra.

Concluir que no movimento de um projctil a resultante das foras segundo o eixo dos y a fora gravtica, vertical e dirigida para baixo. Analisar vrias situaes em que a direco da resultante das foras que actuam num corpo diferente da direco da velocidade. Analisar, em particular, o caso em que a direco da resultante das foras que actuam no corpo , em cada instante, perpendicular direco da velocidade. Aplicar a anlise anterior ao caso do movimento circular dos satlites. Reconhecer que o movimento circular dos satlites uniforme. Analisar o lanamento horizontal de um projctil em termos da fora que actua no projctil e das componentes da velocidade inicial. Concluir que o lanamento horizontal de um projctil um caso particular de lanamento oblquo em que a velocidade inicial forma um ngulo de zero graus com o eixo dos x. Analisar o lanamento vertical de um projctil em termos da fora que actua no projctil e das componentes da velocidade inicial. Concluir que o lanamento vertical de um projctil um caso particular de lanamento oblquo em que a velocidade inicial forma um ngulo de 90 com o eixo dos x.

5 Situaes de Aprendizagem / Avaliao1. A Fsica estuda interaces entre corpos Analisar, atravs da leitura de textos apropriados, o papel da Fsica na busca do conhecimento das leis da Natureza. Montar, na sala de aula, em vrias mesas, experincias em que os alunos possam verificar as interaces entre corpos. Por exemplo, numa das mesas, interaces entre manes, noutra, interaces elctricas (pndulos elctricos, electroscpios, etc.), interaces mecnicas (raquetes e bolas de tnis, bolas de bilhar, etc.). Os alunos, em grupo, percorrem as mesas, apresentando depois um relatrio individual sobre as experincias efectuadas. Realizar uma actividade em que os alunos sugiram foras que conhecem e incluir as foras sugeridas nos trs tipos de foras fundamentais.

21



Marcar, em vrias situaes de interaco, sugeridas pelos alunos, ou no, os pares acoreaco, indicando o ponto de aplicao de cada fora. Realizar exerccios em que o aluno possa verificar se sabe identificar o par aco-reaco em dois corpos que interactuam, incluindo as foras de atrito que actuam entre duas superfcies em contacto. 2. Movimento unidimensional com velocidade constante Discutir, aproveitando exemplos do dia-a-dia, situaes em que o espao percorrido por um corpo seja diferente do deslocamento. Utilizar a calculadora grfica e o suporte de papel para representar graficamente funes do tipo y = f (t). Cada grupo de alunos pode usar um dos processos e discuti-lo. Analisar grficos posio x tempo referentes a situaes do dia-a-dia. Discutir com os alunos diferentes processos de medida de intervalos de tempo, dependendo da ordem de grandeza destes. Analisar problemas em que o aluno seja confrontado com o significado fsico do vector velocidade, que representa no s a direco da velocidade, mas tambm o mdulo e o sentido da velocidade. Resolver exerccios sobre movimento unidireccional com e sem a calculadora grfica. Exemplificar situaes em que o aluno possa reconhecer a importncia de poder tratar um corpo como um ponto onde se concentra toda a sua massa. Por exemplo, para saber a hora de chegada de um avio ao aeroporto no importante distinguir a hora de chegada da cauda ou a hora de chegada da frente do avio. Discutir exemplos sugeridos pelos alunos. Exemplificar situaes de movimento e repouso consoante o referencial. Em grupo, os alunos devem apresentar outros exemplos de situaes conhecidas e explic-las. Resolver exerccios onde se confronte o aluno com situaes de variao ou no da velocidade de um corpo e as respectivas causas. Por exemplo, um corpo move-se com determinada velocidade, o que lhe acontece quando se aplica uma fora com: A mesma direco e sentido da velocidade? A mesma direco e sentido oposto ao da velocidade? Direco diferente da velocidade?

Discutir com os alunos de que forma se podem determinar os tempos para as mudanas de cor dos sinais de trnsito, tendo em conta que ao longo de percursos urbanos frequentemente os sinais de trnsito esto temporizados de tal modo que os carros se desloquem com velocidade constante. Considere-se a situao mais usual em que as distncias entre sinais consecutivos no so iguais. Resolver exerccios onde o aluno possa verificar se capaz de identificar o vocabulrio especfico aprendido.

22



Realizar as seguintes actividades experimentais: Medir instantes, intervalos de tempo, posies, deslocamentos e espaos percorridos Que grandeza medida por um cronmetro? Que grandeza medida pelo conta-quilmetros de um automvel? Medir velocidades e aceleraes. Que grandeza medida pelo velocmetro de um automvel? Propor aos alunos a realizao de dois trabalhos como actividade extra sala de aula: Identificao de processos de medida de intervalos de tempo em situaes especficas (ex: em astronomia, em arqueologia, etc.). As concepes de Aristteles e de Galileu sobre foras e movimentos.

3. Movimento unidimensional com acelerao constante Utilizando a calculadora grfica e o suporte de papel, representar graficamente o deslocamento e a velocidade em funo do tempo para exemplos de movimento rectilneo uniformemente acelerado (queda de um corpo na vertical) Apresentar exemplos, em situaes do dia-a-dia, das diferentes possibilidades existentes para os valores algbricos da velocidade e da acelerao de um corpo em movimento rectilneo (ex: v > 0 e a > 0; v < 0 e a > 0, etc.) Discutir com os alunos formas de determinar o mdulo da velocidade instantnea de um automvel em movimento, da velocidade mdia e da acelerao mdia, para movimento rectilneo. Identificar as foras que actuam sobre objectos em situaes do dia-a-dia: uma pessoa imvel, uma pessoa que se move, um caixote numa rampa ou a subi-la, um automvel em andamento, um satlite artificial. Analisar as vantagens da utilizao de ferraduras nas patas dos cavalos Analisar as vantagens da utilizao de cintos de segurana. Realizar as seguintes actividades experimentais: Verificao da proporcionalidade entre fora e acelerao. Determinao do coeficiente de atrito esttico entre dois materiais.

Propor aos alunos a realizao de dois trabalhos de pesquisa como actividade extra sala de aula: Identificao de situaes correntes em que as foras de atrito possam ser prejudiciais ou teis. Identificao de processos utilizados na indstria para diminuir o efeito das foras de atrito entre peas de motores, entre comboios e carris e noutras situaes. 4. Introduo ao movimento no plano Para estudar o movimento de um projctil, poder utilizar-se um processo simples para registar a trajectria de um projctil lanado obliquamente. Sugere-se a utilizao de uma 23



cmara de vdeo para gravar o movimento do projctil. Visualizar em seguida a gravao num televisor, sobre cujo cran se colou previamente uma folha de papel ou plstico transparente. Utilizar o modo fotograma a fotograma e registar na transparncia a posio do projctil aps cada passagem de um nmero conveniente e fixo de fotogramas. Deste modo, o intervalo de tempo constante entre cada ponto da trajectria. Os alunos construiro as interpretaes do movimento com base nos objectivos enunciados anteriormente. Resolver exerccios qualitativos de interpretao do movimento dos projcteis. Resolver exerccios onde o aluno possa comparar as grandezas caractersticas do movimento dos projcteis lanados obliquamente, horizontalmente e verticalmente. Resolver exerccios onde o aluno preveja o tipo de movimento de um corpo, sabendo as caractersticas da velocidade e da resultante das foras que actuam no corpo.

6 Bibliografia / Outros Recursos Alonso, M. & Finn, E. (1999). Fsica. Espanha: Addison-Wesley. Livro de carcter geral, para professores. Astolfi, J. P. (1992). L' cole pour apprendre. Paris: ESF. Livro da coleco "Pedagogies", para professores. Podem encontrar-se temas como: os saberes escolares hoje em dia, A construo de dispositivos didcticos, etc.

Benson, H. (1991). University Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro para professores. Bybee, R. W. & Deboer, G. E. (1994). Research on goals for the science curriculum. Handbook of Reseach on Science Teaching and Learning - A Project of the National Science Teachers Association (pp.357-387). Washington, DC: Dorothy Gabel. Artigo que contm a origem do termo literacia cientfica, alm de fornecer uma perspectiva histrica da construo de currculos CTS.

Caldas, Helena (1999). Atrito: O que diz a Fsica, o que os alunos pensam e o que os livros explicam. Vitria (Brasil): Editora da Universidade Federal do Esprito Santo. Livro para professores.

Childers, R. & Jones, E. (1999). Physics. Boston: WCB-McGraw-Hill. Livro de carcter geral, para professores. Contm um CD-Rom. Cutnell, J. D. & Johnson, K. W., Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro de carcter geral, para professores. Dally, J.W., W.F.Riley, and K.G. McConnel, Instrumentation for Engineering measurements, John Wiley and Sons.Inc. 2th Ed. 1993 Livro para professores. Durandeau, J.P. (1993). Physique Chimie. Paris: Hachettte ducation. Livro de carcter geral para professores e alunos. Feynman, R. P., Leighton, R. & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics. Reading, Mass: Addison-Wesley Publishing Co. Livro de carcter geral para professores e alunos. 24



Fiolhais, C. (1999). Fsica Divertida. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral para professores e alunos. Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. & Thorton, S. T. (1996). Physics for Scientists and Engineers. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Livro de carcter geral, para professores.

Graber, W. & Nentwig, P. (1999). Scientific Literacy: Bridging the Gap between Theory and Practice. Kiel, Germany: Institute for Science Education (IPN). Descreve uma investigao sobre literacia cientfica realizada junto de professores alemes. Lecardonnel, J.-P. (1994). Physique 1re S. Paris: Bordas. Livro de carcter geral para professores e alunos. Maloney, J. (1994). Research on problem solving: Physics. In Handbook of Reseach on Science Teaching and Learning - A Project of the National Science Teachers Association (pp.335-356). Washington, DC: Dorothy Gabel. Artigo que apresenta uma investigao sobre resoluo de problemas em Fsica. Miguel, E. S. (1993). Los Textos Expositivos. Madrid: Santillana, S.A. Livro de carcter geral para professores, onde se apresentam estratgias para a compreenso de textos expositivos.

Rutherford, F. J. & Ahlgren, A. (1990). Cincia para todos. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral, para professores, que apresenta as reflexes e as recomendaes de cientistas para a construo de curriculos CTS.

Pouts-Lajus, S. & Rich-Magnier, M. (1998). A escola na era da Internet. Lisboa: Instituto Piaget. Livro para professores e alunos onde se reflecte sobre o papel da escola na era da Internet. Serway, R. A. (1996). Physics for Scientists and Engineers. New York: Saunders College Publishing. Livro de carcter geral para professores.. Taylor, J. R. (1997). Error Analysis. Sausalito, Ca: University Science Books. Livro para professores. Waljer, J. (1990). O Grande Circo da Fsica. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral para professores e alunos. Wall, C. N., Levine, R. B. & Christensen F. E. (1972). Physics Laboratory Manual. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc. Livro para professores. Youden, W. J. (1972). Experimentation and Measurement, NIST Special Publication 672, US Department of Commerce. Livro para professores.

25



Extenso E1.F1

EstticaDurao de Referncia: 9 horas

1 ApresentaoNesta extenso do mdulo Foras e Movimentos introduzido o conceito de sistema de partculas para o estudo elementar da esttica do corpo rgido com vista a aplicaes reais.

2 Competncias VisadasO aluno deve ser capaz de definir a posio do centro de massa de um conjunto de partculas, de reconhecer a importncia do centro de massa de um corpo rgido, no que respeita cinemtica e dinmica, e de compreender os aspectos fundamentais do movimento de um corpo rgido e as suas condies de equilbrio.

3 mbito dos ContedosOs objectos de ensino, nesta extenso, so os seguintes: 1. Sistemas de partculas 1.1. Definio e caractersticas de centro de massa de um sistema de partculas 1.2. Resultante das foras internas de um sistema 2. Corpo rgido 2.1. Caracterizao de corpo rgido como modelo ideal 2.2. Movimento de translao de um corpo rgido. Foras exteriores 2.3. Determinao da posio do centro de massa. 2.4. Movimento de rotao de um corpo rgido. Momento de foras exteriores 2.5. Propriedades dos corpos rgidos reais. 3. Esttica 3.1. Definio de equilbrio de um corpo rgido 3.2. Aplicaes

27


Cursos Profissionais Extenso E1.F1: Esttica

4 Objectivos de Aprendizagem1. Sistemas de partculas 1.1. Definio e caractersticas de centro de massa de um sistema de partculas

Considerar um sistema de partculas como um conjunto de partculas com massas iguais ou diferentes que podem mover-se umas em relao s outras. Reconhecer o centro de massa de um sistema de partculas como um ponto com caractersticas especiais. Definir a coordenada posio do centro de massa de um sistema de duas partculas, situado na linha que as une:

massa

X =

m1 x1 + m2 x 2 , em que x1 ( x 2 ) a coordenada da posio da partcula de m1 + m2

m1 ( m2 ) ao longo dessa linha.

Definir matematicamente a posio de centro de massa de um sistema de N partculas em relao a um determinado referencial:

r R=

m ri =1 N

N

i i

r

mi =1

r , em que ri a posio, em relao ao referencial considerado da partcula de

i

massa mi.

Concluir,

a partir da definio de centro de massa, que se um corpo rgido possui um

elemento de simetria, o centro de massa est sobre esse elemento de simetria. Concluir que a velocidade e acelerao do centro de massa, em relao a um determinado referencial, so dadas pelas expresses:

r V =

r mi v iN i =1 N

mi =1

r e A=

m ai =1 N i

N

r

i

i

mi =1

, em que vi e ai so, respectivamente a velocidade ei

r

r

acelerao da partcula de massa mi em relao ao referencial considerado.

Deduzir da lei das aces recprocas que a resultante das foras internas de um sistema de partculas nula. Concluir que a resultante das foras aplicadas a um sistema de partculas igual resultante das foras exteriores que actuam no sistema.

28



2. Corpo rgido 2.1. Caracterizao de corpo rgido como modelo ideal Definir um corpo rgido como um sistema de partculas cujas distncias mtuas se mantm constantes no tempo. Compreender que esta definio um modelo da situao real. Concluir que as foras no se poderiam propagar ao longo de um corpo rgido se as ligaes entre as partculas fossem rgidas. 2.2. Movimento de translao pura de um corpo rgido. Foras exteriores Definir movimento de translao pura de um corpo rgido como aquele em que os vectores deslocamento entre dois intervalos de tempo de todas as partculas so iguais. Deduzir da segunda lei da dinmica aplicada ao corpo rgido que a resultante das foras exteriores aplicadas ao corpo igual massa total do sistema vezes a acelerao do centro de massa:N r N r r Fext = Fi = mi a i = M i =1 i =1

m ai =1 N i

N

r

i

mi =1

r = Ma cm

i

Inferir que um corpo rgido pode ser considerado, no que respeita ao movimento de translao pura, como uma partcula na posio do centro de massa, em que est concentrada toda a massa do sistema.

Concluir que quando a resultante das foras exteriores que actuam num corpo rgido nula, o movimento do corpo rgido de translao pura com velocidade constante. Definir centro de gravidade de um corpo rgido como o ponto em se pode considerar aplicada a fora de gravidade. Identificar o centro de gravidade de um corpo rgido num campo gravtico uniforme como sendo coincidente com o centro de massa.

2.3. Movimento de rotao de um corpo rgido. Momento de foras exteriores

Definir movimento de rotao pura de um corpo rgido em torno de um eixo fixo como aquele em que todas as partculas do corpo efectuam movimento circular em torno de pontos desse eixo fixo, mantendo inalteradas as distncias mtuas.

Compreender que uma fora F que actua num corpo rgido pode faz-lo rodar em torno de um eixo fixo, se a sua linha de aco no passa por esse eixo, e que esse movimento no ocorre quando a linha de aco da fora passa pelo eixo

r

Definir momento M de uma fora F que actua num ponto P, em relao a um ponto O, como um vector com as seguintes caractersticas:

r

r

29



-

Mdulo igual ao produto OP F sen , em que com o vector

r

o ngulo que o vector F faz

r

OP .r

-

OP . r r - Sentido tal que OP , F e M esto entre si como os eixos Ox, Oy e Oz, numDireco perpendicular ao plano definido por F e referencial com origem em O.

Concluir, a partir da lei das aces recprocas, que a resultante dos momentos de todas as foras interiores que actuam num sistema de partculas, em relao a um ponto, nula. Inferir que o movimento de rotao de um corpo rgido em relao a um eixo determinado pela resultante dos momentos das foras exteriores em relao a esse eixo.

3. Esttica 3.1. Definio de equilbrio de um corpo rgido

Definir equilbrio esttico de uma partcula num referencial como uma situao em que a partcula est em repouso nesse referencial sujeita s foras que nela actuam. Concluir, a partir da segunda lei da dinmica, que, numa situao de equilbrio esttico, a resultante das foras que actuam sobre a partcula nula. Generalizar a definio de equilbrio esttico de uma partcula definio de equilbrio de translao de um corpo rgido: um corpo rgido no efectua movimento de translao se a resultante de todas as foras exteriores que nele actuam for nula.

Deduzir que, numa situao de equilbrio esttico de translao num determinado referencial, o centro de massa do corpo rgido est em repouso nesse referencial. Verificar que um corpo rgido em equilbrio esttico de translao pode efectuar movimento de rotao em torno do seu centro de massa. Enunciar as duas condies de equilbrio esttico de um corpo rgido:

- a resultante de todas as foras exteriores que nele actuam nula e tambm nula; - a resultante dos momentos de todas as foras exteriores que nele actuam em relaoa um ponto qualquer de um referencial fixo tambm nula. 3.2. Aplicaes Estudar as condies de equilbrio esttico em diferentes situaes reais.

5 Situaes de Aprendizagem / Avaliao1. Sistemas de partculas Realizar uma actividade de demonstrao para determinar a posio do centro de massa de corpos de espessura uniforme, suspendo o corpo de diferentes pontos.

30



Determinar a posio do centro de massa de um corpo de espessura uniforme de forma irregular, mas decomponvel num pequeno nmero de corpos com simetria geomtrica. 2. Corpo rgido Discutir na sala de aula as limitaes do modelo ideal de corpo rgido. Realizar uma ficha de exerccios onde os alunos possam verificar se so capazes de aplicar o vocabulrio especfico aprendido. Resolver questes numricas em que intervenha o clculo da posio, velocidade e acelerao do centro de massa de um sistema de partculas, por exemplo, determinar a distncia ao centro da Terra do centro de massa do sistema Terra-Lua e compar-la com o raio da Terra. Discutir, utilizando a definio analtica do momento de uma fora, as caractersticas ideais (ponto de aplicao, direco e sentido) da fora mnima a aplicar a um corpo rgido para o fazer rodar em torno de um eixo fixo. 3. Esttica Realizar uma actividade de laboratrio em que o aluno verifique as condies de equilbrio de um corpo rgido, recorrendo a balanas e mquinas simples. Estudar as condies de equilbrio esttico nas seguintes mquinas. roldanas fixas roldanas mveis alavancas interfixas alavancas inter-resistentes alavancas interpotentes

Estudar as condies de equilbrio esttico utilizando exemplos do dia-a-dia. Realizar fichas de exerccios onde o aluno resolva questes numricas em que intervenham as condies de equilbrio esttico do corpo rgido.

6 Bibliografia / Outros Recursos Alonso, M. & Finn, E. (1999). Fsica. Espanha: Addison-Wesley. Livro de carcter geral, para professores. Astolfi, J. P. (1992). L' cole pour apprendre. Paris: ESF. Livro da coleco "Pedagogies", para professores. Podem encontrar-se temas como: os saberes escolares hoje em dia, A construo de dispositivos didcticos, etc.

Benson, H. (1991). University Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro para professores. Bybee, R. W. & Deboer, G. E. (1994). Research on goals for the science curriculum. Handbook of Reseach on Science Teaching and Learning - A Project of the National Science Teachers Association (pp.357-387). Washington, DC: Dorothy Gabel. Artigo que contm a origem do termo literacia cientfica, alm de fornecer uma perspectiva histrica da construo de currculos CTS. 31



Childers, R. & Jones, E. (1999). Physics. Boston: WCB-McGraw-Hill. Livro de carcter geral, para professores. Contm um CD-Rom. Cutnell, J. D. & Johnson, K. W., Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro de carcter geral, para professores. Dally, J.W., W.F.Riley, and K.G. McConnel, Instrumentation for Engineering measurements, John Wiley and Sons.Inc. 2th Ed. 1993 Livro para professores. Durandeau, J.P. (1993). Physique Chimie. Paris: Hachettte ducation. Livro de carcter geral para professores e alunos.

Feynman, R. P., Leighton, R. & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics. Reading, Mass: Addison-Wesley Publishing Co. Livro de carcter geral para professores e alunos. Fiolhais, C. (1999). Fsica Divertida. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral para professores e alunos.

Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. & Thorton, S. T. (1996). Physics for Scientists and Engineers. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Livro de carcter geral, para professores.

Graber, W. & Nentwig, P. (1999). Scientific Literacy: Bridging the Gap between Theory and Practice. Kiel, Germany: Institute for Science Education (IPN). Descreve uma investigao sobre literacia cientfica realizada junto de professores alemes. Lecardonnel, J.-P. (1994). Physique 1re S. Paris: Bordas. Livro de carcter geral para professores e alunos.

Maloney, J. (1994). Research on problem solving: Physics. In Handbook of Reseach on Science Teaching and Learning - A Project of the National Science Teachers Association (pp.335-356). Washington, DC: Dorothy Gabel. Artigo que apresenta uma investigao sobre resoluo de problemas em Fsica. Miguel, E. S. (1993). Los Textos Expositivos. Madrid: Santillana, S.A. Livro de carcter geral para professores, onde se apresentam estratgias para a compreenso de textos expositivos.

Rutherford, F. J. & Ahlgren, A. (1990). Cincia para todos. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral, para professores, que apresenta as reflexes e as recomendaes de cientistas para a construo de curriculos CTS.

Pouts-Lajus, S. & Rich-Magnier, M. (1998). A escola na era da Internet. Lisboa: Instituto Piaget. Livro para professores e alunos onde se reflecte sobre o papel da escola na era da Internet. Serway, R. A. (1996). Physics for Scientists and Engineers. New York: Saunders College Publishing. Livro de carcter geral para professores. Waljer, J. (1990). O Grande Circo da Fsica. Lisboa: Gradiva. Livro de carcter geral para professores e alunos.

32



Extenso E2.F1

Trabalho e EnergiaDurao de Referncia: 9 horas

1 ApresentaoEsta extenso do mdulo Foras e Movimentos visa dar a conhecer o princpio da conservao da energia mecnica e as suas aplicaes no dia-a-dia.

2 Competncias VisadasO aluno deve ser capaz de concluir que podemos associar a qualquer sistema fsico uma energia e de compreender a lei da conservao da energia em sistemas mecnicos.

3 mbito dos ContedosOs objectos de ensino, nesta extenso, so os seguintes: 1. Trabalho e energia 1.1 1.2 1.3 1.4 Trabalho de uma fora constante Energia cintica Foras conservativas e energia potencial Lei da conservao da energia mecnica

4 Objectivos de Aprendizagem1. Trabalho e energia 1.1 Trabalho de uma fora constante

Caracterizar o deslocamento de um ponto material entre dois instantes de tempo t1 e t2, como sendo a grandeza vectorial instante t.

r r r r r = r (t 2 ) r (t1 ) , em que r (t ) o vector posio do ponto nor

Definir o trabalho de uma fora constante F que actua sobre um corpo quando este efectua um deslocamento rectilneo r como a grandeza escalar W = Fr cos , em que F o mdulo da fora, r o mdulo do deslocamento e direces da fora e do deslocamento. 33

r

o valor do ngulo entre as


Cursos Profissionais Extenso E2.F1: Trabalho e Energia

1.2 Energia cintica

Definir energia cintica de um corpo de massa m que se desloca com velocidade de mdulo v em relao a um referencial, como a grandeza escalar E c =

1 mv 2 . 2

Interpretar o teorema da energia cintica: o trabalho realizado pela fora resultante que actua sobre um corpo entre dois instantes de tempo igual variao da energia cintica desse corpo entre esses dois instantes.

Reconhecer que o trabalho de uma fora constante entre dois pontos independente do caminho percorrido.

1.3 Foras conservativas e energia potencial

Caracterizar fora conservativa como uma fora cujo trabalho efectuado sobre um corpo quando este se desloca entre dois pontos depende apenas dessas posies e no do caminho seguido.

Reconhecer que ao trabalho de uma fora conservativa est sempre associada a variao de uma forma de energia potencial. Identificar a fora gravtica como uma fora conservativa. Analisar a queda livre de um corpo sob os seguintes aspectos:

-

O trabalho realizado pelo peso do corpo mede a variao da energia cintica do corpo. O trabalho realizado pelo peso do corpo o simtrico da variao da energia potencial do corpo. A energia potencial do corpo transforma-se na energia cintica que ele adquire.

1.4 Lei da conservao da energia mecnica

Definir energia mecnica de um sistema como a soma da energia cintica e potencial gravtica do sistema. Inferir do teorema da energia cintica que, num sistema em que a nica fora existente gravtica, a energia mecnica se conserva (Lei da conservao da energia mecnica). Explicitar as transformaes de energia potencial em energia cintica em casos simples. Compreender a Lei da conservao da energia em sistemas mecnicos.

5 Situaes de Aprendizagem / AvaliaoPartindo de exemplos concretos do dia-a-dia, analisar as situaes em que uma fora realiza trabalho. Realizar exerccios que envolvam o clculo do trabalho realizado por foras constantes em movimentos rectilneos. Discutir o modo como as foras devem actuar para contribuir para o aumento ou para a diminuio da energia do sistema em que actuam. 34


Cursos Profissionais Extenso E2.F1: Trabalho e Energia

Realizar exerccios onde se analisem as situaes de queda livre, lanamento de projcteis e movimento circular de satlites do ponto de vista energtico. Realizar exerccios em que se aplique o Teorema da energia cintica e a Lei da conservao da energia mecnica. Analisar a Lei da conservao da energia como Lei unificadora, enumerando exemplos em vrios ramos da Cincia: na Biologia, na Qumica e outros. Analisar e discutir documentos em que se identifiquem os principais passos no estabelecimento da Lei da conservao da energia.

6 Bibliografia / Outros Recursos Alonso, M. & Finn, E. (1999). Fsica. Espanha: Addison-Wesley. Livro de carcter geral, para professores. Benson, H. (1991). University Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro de carcter geral para professores. Childers, R. & Jones, E. (1999). Physics. Boston: WCB-McGraw-Hill. Livro de carcter geral para professores e alunos. Durandeau, J.P. (1993). Physique Chimie. Paris: Hachettte ducation. Livro de carcter geral para professores e alunos. Feynman, R. P., Leighton, R. & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics. Reading, Mass: Addison-Wesley Publishing Co. Livro de carcter geral para professores e alunos.

Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. & Thorton, S. T. (1996). Physics for Scientists and Engineers. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Livro de carcter geral, para professores..

Serway, R. A. (1996). Physics for Scientists and Engineers. New York: Saunders College Publishing. Livro de carcter geral para professores.

35



MDULO F2

Hidroesttica e HidrodinmicaDurao de Referncia: 21 horas

1 ApresentaoEste mdulo divide-se em dois temas: Esttica dos fluidos e Dinmica dos fluidos. Com este mdulo pretende-se desenvolver conhecimentos sobre fluidos para que criticamente se possam fundamentar e questionar os desafios colocados pelo progresso tecnolgico e desenvolvimento harmonioso do meio ambiente.

2 Competncias VisadasO aluno deve ser capaz de compreender a noo de fluido e a respectiva classificao, em termos das suas propriedades fsicas. Deve ainda ser capaz de aplicar a lei fundamental da hidrosttica e os princpios de Pascal e de Arquimedes a situaes do dia-a-dia. O estudo da dinmica dos fluidos permitir o conhecimento dos tipos de movimento mais comuns associados ao seu escoamento. A equao da continuidade e a lei de Bernoulli so compreendidas com base nas leis da Mecnica j estudadas. As competncias de tipo processual a desenvolver neste mdulo esto ligadas a equipamento diversificado (manmetros, barmetros e debitmetros - Pitot e Venturi), cujo princpio de funcionamento se baseia nos conceitos apresentados.

3 mbito dos ContedosOs objectos de ensino, neste mdulo, so os seguintes: 1. Esttica dos fluidos 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Os fluidos e sua classificao Comportamento de um gs ideal Lei fundamental da hidrosttica Princpio de Pascal Princpio de Arquimedes

36


Cursos Profissionais Mdulo FM2: Hidrosttica e Hidrodinmica

2. Dinmica dos fluidos 2.1 2.2 2.3 Classificao do movimento de um fluido A lei da conservao da massa e a equao da continuidade A lei da conservao da energia e a lei de Bernoulli

4 Objectivos de Aprendizagem1. Esttica dos fluidos 1.1 Os fluidos e sua classificao Distinguir um fluido de um slido. Caracterizar um fluido em termos de isotropia, mobilidade e viscosidade. Classificar os fluidos em gases e lquidos com base em: - viscosidade - compressibilidade - foras de ligao entre as molculas constituintes. Prever situaes em que um slido pode ter propriedades prximas dos fluidos, por variaes da presso e da temperatura (lamas vulcnicas, por exemplo). Reconhecer que um lquido um fluido incompressvel, isto , a sua massa volmica aproximadamente constante. Reconhecer que os gases so fluidos compressveis.

1.2 Comportamento de um gs ideal Descrever macroscopicamente o comportamento de um gs ideal em termos da teoria cintico-molecular. Conhecer que 1 mol de molculas de um gs ideal ocupa o volume de 22,4 L nas condies PTN. Descrever matematicamente o comportamento de um gs ideal atravs da equao pV = nRT. Calcular o valor da constante universal, R, dos gases ideais em unidades SI e em outras vulgarmente utilizadas. Demonstrar que a equao de estado de um gs ideal contm as leis de Boyle-Mariotte e Gay-Lussac. 1.3 Lei fundamental da hidrosttica Caracterizar o equilbrio hidrosttico. Caracterizar a presso num ponto do interior ou da superfcie de um lquido em equilbrio hidrosttico. Deduzir a lei fundamental da hidrosttica : pB - pA = g(hB-hA). Compreender que, em consequncia desta lei, num lquido em equilbrio hidrosttico: 37



- a presso a mesma em todos os pontos que estiverem mesma profundidade - a presso num lquido aumenta com a profundidade - a superfcie livre horizontal. Interpretar, com base nesta lei, o comportamento de um lquido num sistema de vasos comunicantes. Interpretar o equilbrio de lquidos no miscveis. Conhecer o princpio de funcionamento do barmetro de Torricelli (Experincia de Torricelli) Interpretar o conceito de presso absoluta, presso atmosfrica e presso instrumental. Relacionar algumas unidades correntes de presso tais como: pascal, bar, atmosfera, mm Hg e torr. Reconhecer diversos tipos de medidores de presso: manmetros e barmetros.

1.4 Princpio de Pascal Relacionar a presso num ponto no interior de um lquido de massa volmica profundidade h com a presso atmosfrica patm: p = patm + gh. Aplicar a relao anterior na leitura de manmetros em U. Interpretar o princpio de Pascal. Compreender que o princpio de Pascal uma consequncia directa da lei fundamental da hidrosttica. Descrever algumas aplicaes do princpio de Pascal, tais como a prensa hidrulica e o elevador hidrulico. 1.5 Princpio de Arquimedes Caracterizar a impulso como a fora resultante das foras de presso que o fluido exerce sobre um corpo nele mergulhado. Relacionar o mdulo da impulso que se exerce sobre um corpo mergulhado num fluido com a massa volmica do fluido e o volume de fluido deslocado pelo corpo: I = gV. Estabelecer a condio de flutuao de um corpo num fluido, aplicando a lei fundamental da dinmica. Descrever algumas reas de aplicao do princpio de Arquimedes, tais como: - construo naval - construo de dirigveis. 2. Dinmica dos fluidos 2.1 Movimento de um lquido Interpretar o dbito de um lquido que se desloca num tubo como a quantidade de lquido (em massa ou em volume) que atravessa a seco recta do tubo por unidade de tempo. Interpretar o conceito de dbito-volume : QV =

V . t

38



Interpretar o conceito de dbito-massa : Qm =

m . t

Reconhecer que a massa volmica do lquido pode ser obtida pela razo entre o dbitomassa e dbito-volume :

=

Qm . QV

Identificar um lquido como um fluido incompressvel, isto , com massa volmica constante. Compreender a importncia das leis fundamentais da Mecnica no estudo dos lquidos. Reconhecer que o movimento de um lquido pode ser descrito atravs da definio do vector velocidade do lquido em cada ponto. Definir regime estacionrio como aquele em que o vector velocidade do lquido em cada ponto constante no tempo. Definir linha de corrente que passa num ponto como a trajectria de uma partcula do lquido que passa nesse ponto. Reconhecer que duas linhas de corrente no se cruzam em nenhum ponto Compreender que um conjunto de linhas de corrente pode formar um tubo de corrente.

2.2 A lei da conservao da massa e a equao da continuidade Associar a cada ponto de um tubo de corrente estreito a rea, A, da seco recta do tubo nesse ponto e o mdulo da velocidade v do lquido nesse ponto. Reconhecer que as paredes de um tubo qualquer de corrente no podem ser atravessadas por lquido. Interpretar a relao

Av = const. como uma consequncia da lei de conservao da massa

m1 m2 m1 m 2 e so as massas de lquido que passam em quaisquer , em que = t t t tdois pontos 1 e 2 de um tubo de corrente, por unidade de tempo, supondo que a massa volmica do lquido no varia. Compreender que a lei de conservao da massa implica que: - O dbito-massa, em regime estacionrio, seja constante ao longo de um tubo de corrente:

Qm = C.te- O dbito-volume (caudal), em regime estacionrio, seja constante ao longo de um tubo de corrente: QV = C. te

Verificar que para fluidos incompressveis, a relao entre dbito-volume, QV , a velocidade v e a rea A : QV = vA (equao da continuidade)

Compreender que a equao da continuidade aplicada a fluidos incompressveis (lquidos) num tubo de corrente implica que a velocidade aumenta quando a seco recta diminui.

39



2.3 A lei da conservao da energia e a lei de Bernoulli Compreender que as leis fundamentais da Mecnica (lei da conservao da massa, lei fundamental da dinmica e lei da conservao da energia) se podem aplicar, com certas precaues, ao estudo dos fluidos ideais e incompressveis. Conhecer a expresso matemtica da lei de Bernoulli

2 ( p2 p1 ) + 1 (v2 v12 ) + g (h2 h1 ) = 0,

2

em que

p1 e p 2 so os valores da presso em dois pontos pertencentes mesma linha de v1 e v 2 e cuja diferena de

corrente nos quais os mdulos da velocidade do lquido so alturas

h2 h1 .

Compreender o significado do termo

1 2 2 v2 v1 2

(

)

como variao da energia cintica do

lquido por unidade de volume entre dois pontos. Compreender o significado do termo

g (h2 h1 )

como a variao da energia potencial

por unidade de volume entre dois pontos do lquido cuja diferena de alturas Compreender o significado do termo

h2 h1 .

p2 p1 como um trabalho por unidade de volume.

Inferir que a equao de Bernoulli traduz uma lei de conservao da energia. Descrever alguns debitmetros (Pitot, Venturi), cujo funcionamento se baseia na lei de Bernoulli. Explicar algumas consequncias e aplicaes da equao de Bernoulli em vrias situaes, tais como: aerodinmica das asas dos avies. voo do frisbee (disco de plstico habitualmente utilizado como brinquedo nas praias). destruio dos tectos das habitaes por fortes rajadas de vento.

5 Situaes de Aprendizagem / Avaliao1. Esttica dos fluidos

Apresentar na sala de aula vrias experincias de demonstrao experimental, tais como: - Expanso dos gases por aquecimento. - Isotropia dos fluidos, recorrendo a membranas manomtricas. - Princpio de Arquimedes - Princpio dos vasos comunicantes.

40



Elaborar pequenos trabalhos sobre alguns aspectos da histria do conhecimento humano e de realizaes tecnolgicas importantes, tendo por base a explorao dos princpios fundamentais na hidrosttica. Exemplos de temas so: - os aquedutos romanos: princpio de funcionamento - a construo de dirigveis - a prensa hidrulica - o movimento de subida e descida de um submarino. Analisar, atravs da leitura e discusso de textos apropriados, os aspectos mais importantes da histria do conhecimento da esttica dos fluidos. Resolver exerccios em que intervenha o clculo das variveis de estado caractersticas de um gs ideal. Resolver exerccios onde os alunos possam verificar se so capazes de aplicar o vocabulrio especfico aprendido. Realizar exerccios para aplicao: - da lei fundamental da hidrosttica - do princpio de Pascal - do princpio de Arquimedes. Realizar as seguintes actividades de laboratrio: - Condies de flutuao de uma caixa paralelepipdica oca, na qual se introduziro quantidades diferentes de areia. - Determinao da densidade volmica de um fluido no miscvel com a gua Discutir com os alunos situaes reais em que a equao da continuidade seja aplicada (extremidade de uma mangueira, por exemplo). Montar na sala de aula duas experincias de verificao da lei de Bernoulli: uma com uma bola de ping-pong num jacto de ar (efeito de sustentao), produzido por um secador de cabelo ou no interior de um funil invertido no qual se sopra; outra utilizando duas folhas de papel suspensas na vertical e soprando entre elas com um tubo pequena. Sero discutidas as concepes que os alunos tinham sobre cada uma das situaes apresentadas e a explicao, com base na do que observaram. Escrever pequenos ensaios sobre temas propostos pelo aluno ou professor, usando termos especficos da hidrodinmica ou da aerodinmica. Por exemplo, sobre a importncia da geometria de determinados equipamentos e sistemas: - Na construo das asas de um avio. - Nas novas formas aerodinmicas dos automveis. Realizar a seguinte actividade de laboratrio: Determinao da velocidade de escoamento comparando a velocidade v de escoamento de um lquido atravs de um orifcio estreito na base de um depsito e a velocidade de uma partcula depois de cair verticalmente de uma altura igual do lquido no depsito. 41



6 Bibliografia / Outros Recursos Alonso, M. & Finn, E. (1999). Fsica. Espanha: Addison-Wesley. Livro de carcter geral, para professores. Benson, H. (1991). University Physics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Livro de carcter geral para professores. Childers, R. & Jones, E. (1999). Physics. Boston: WCB-McGraw-Hill. Livro de carcter geral para professores e alunos. Durandeau, J.P. (1993). Physique Chimie. Paris: Hachettte ducation. Livro de carcter geral para professores e alunos. Feynman, R. P., Leighton, R. & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics. Reading, Mass: Addison-Wesley Publishing Co. Livro de carcter geral para professores e alunos. Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. & Thorton, S. T. (1996). Physics for Scientists and Engineers. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Livro de carcter geral, para professores.. Lecardonnel, J.-P. (1994). Physique 1re S. Paris: Bordas. o Livro de carcter geral para p

Curso Profissional - Física e Química

Documents

Transcript of Curso Profissional - Física e Química