ESTUDO DO AR: RECURSOS E ESTRATGIAS PARA COMBATER IDEIAS ERRADAS SOBRE...

ESTUDO DO AR: RECURSOS E ESTRATÉGIAS PARA COMBATER IDEIAS ERRADAS SOBRE AR

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“À DESCOBERTA DOS MATERIAIS E OBJETOS” ATIVIDADES EM SALA DE AULA

TEMA


Este curso de formação foi desenvolvido e realizado pela Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro (Universidade de Aveiro) no âmbito da parceria estabelecida com a Gailivro.O curso decorre em novembro de 2016, para professores do 1º ciclo do ensino básico (grupo de recrutamento 110).

Locais e datas da realização da ação

Aveiro (90 formandos) – 12 novembro de 2016 Braga (90 formandos) – 25 novembro de 2016Coimbra (90 formandos) – 12 novembro de 2016Lisboa (90 formandos) – 18 novembro de 2016Porto (90 formandos) – 25 novembro de 2016Santarém (90 formandos) – 5 novembro de 2016Setúbal (90 formandos) – 18 novembro de 2016Viseu (90 formandos) – 5 novembro de 2016

Total de professores formandos – 720

Autores e formadores:

Pedro Pombo: autor, formador e coordenador do projeto GailivroJosé Manuel Lopes: autor, formador e coordenador do Curso de Formação Carolina Magalhães: autora e formadoraCarmen Marques: formadoraMiguel Cardoso: formadorSofia Teixeira: formadora

Equipa de revisão de texto, vídeo e design

Joana Reis: design e paginaçãoMarta Condesso: revisão de textoSofia Barata: vídeo, fotografias e produção audiovisual

“À DESCOBERTA DOS MATERIAIS E OBJETOS - ATIVIDADES EM SALA DE AULA”

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RECURSOS E ESTRATÉGIAS PARA COMBATER IDEIAS ERRADAS SOBRE “AR”

1. A PERTINÊNCIA DA FORMAÇÃO

Aquando da abordagem de algumas temáticas da disciplina curricular de Estudo do Meio, os Professores do 1º ciclo do Ensino Básico deparam-se com dificuldades, associadas à realização de atividades relacionadas com as ciências experimentais, tais como: a. Desconhecem algum material laboratorial ou a designação correta do mesmo;b. Não têm possibilidade de adquirir material e/ou equipamento;c. Desconhecem procedimentos experimentais simples e/ou complexos;d. Receiam dinamizar atividades experimentais, durante as quais poderiam ser

confrontados com questões, pelos seus alunos, às quais teriam dificuldade em responder com correção científica adequada ao nível etário;

e. Sentem falta de formação científica;f. Não realizam atividades experimentais, apesar de fazerem parte do programa em

vigor, pelo reduzido número de horas atribuído à disciplina de Estudo do Meio;g. Não trabalham tanto os conteúdos, em detrimento de outras disciplinas curricu-

lares, Português e Matemática, por causa dos seus programas extensos;h. Lecionam em turmas muito heterogéneas e mistas, o que traz alguma dificulda-

de na realização deste tipo de atividades práticas;i. Receiam realizar atividades experimentais sozinhos, sem o acompanhamento de

alguém especializado na área;j. Têm de preparar alunos para as provas de aferição que integram conteúdos do

Estudo do Meio.

2. A FORMAÇÃO COMO RESPOSTA A PROBLEMAS

Para tentar minimizar algumas das dificuldades acima descritas, apresenta-se uma ficha diagnóstica e formativa, assim como um conjunto de atividades laboratoriais, com recurso (sempre que possível) a materiais simples e de baixo custo para “com-bater” ideias erradas e pré-concebidas, que alunos trazem para a sala de aula e usam para interpretar alguns fenómenos relacionados com as temáticas que abordam o “ar”. As formações também são espaços abertos para professores apresentarem e esclarecerem dúvidas sobre a temática identificada, por forma a sentirem-se mais motivados e autoconfiantes, na implementação de práticas que aliciem as crianças para a experimentação e que promovam hábitos de reflexão e verificação.

As questões sugeridas na ficha diagnóstica podem servir diversos fins, tais como:

✓ diagnosticar o que pensam alunos sobre fenómenos do dia-a-dia relacionados com o ar;

✓ aplicar situações-problema em contextos reais para exploração de conceitos envolvidos;

✓ avaliar aprendizagens, durante e após a intervenção em sala de aula (avaliação formativa e sumativa).


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Aquando da abordagem da temática “ar” há alunos que pensam, erradamente, que …

• … o gás é contínuo, isto é, preenche todo o espaço existente como um “tecido” fino contínuo (não há espaços entre as unidades estruturais dos gases).

• … entre as partículas do ar tem de haver alguma coisa. Não pode ser vazio.

• … pode-se comprimir o ar até se obter “nada”.

• … o ar não tem peso/massa.

• … só os sólidos e líquidos tem peso/massa.

• … o gás pesa menos que um sólido ou líquido.

• … o ar (ou o hélio) tem peso negativo.

• … um recipiente sem ar torna-se mais leve, se colocarmos hélio lá dentro.

• … o ar pesa menos quando expande.

• … existem dois tipos de ar: o quente e o frio.

• … o ar quente não tem peso/massa e por isso sobe.

• … o ar quente pesa menos/mais que o ar frio.

• … o ar tem vida (quer sempre expandir-se por todo o lado).

As atividades laboratoriais sugeridas, e criteriosamente selecionadas, visam produ-zir fenómenos e obter dados (qualitativos e quantitativos) para exploração didática, pelo professor, aquando da interação oral com os seus alunos; ou fornecer fichas/protocolos adequados, que servem de orientação para realização das diversas ati-vidades. Os procedimentos fechados, e com passos definidos, servem apenas para ajudar o professor, informando-o das técnicas e materiais necessários, a fim de reproduzirem as atividades práticas laboratoriais, na sua escola. Não se pretende com este documento especificar a adequação didática que o pro-fessor deverá ter em conta, ao nível do aluno. Será importante promover o envolvi-mento ativo (com as mãos e com o pensamento crítico) na (re)construção do conhe-cimento sobre o ar, com vista à formação para uma cidadania mais esclarecida.Alguns dispositivos experimentais podem ser “construídos” por alunos, supervisiona-dos pelo professor, usando para este efeito materiais e objetos de uso corrente.

3. ENQUADRAMENTO DA FORMAÇÃO

Disciplina: Estudo do Meio

Bloco 5 — À Descoberta dos Materiais e Objetos

Metas curriculares abrangidas

2. Realizar experiências com o ar (2º Ano)

• Reconhecer a existência do ar (balões, seringas…).

• Reconhecer que o ar tem peso (usar balões e bolas com ar e vazios).

• Experimentar o comportamento de objetos em presença de ar quente e de ar frio (objetos leves sobre um calorífero, balões de S. João…).


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Conteúdos programáticos

A existência do ar

Conjunto de experiências para explorar a existência do ar, nomeadamente atra-vés da visualização de bolhas, compressão de ar e verificação da ocupação de espaço.

O ar tem peso

Conjunto de experiências para verificar que o ar tem peso, nomeadamente atra-vés do equilíbrio e desequilíbrio de balões em balanças, bolas com ar e sem ar, comparação do peso de ar e de água, variação de peso por fugas de ar, com-paração do peso do ar com o peso do hélio.

O ar quente

Conjunto de experiências para verificar o efeito do ar quente, nomeadamente a sua expansão, correntes ascendentes de ar e do efeito da variação de pressão, e do espaço ocupado, com a temperatura do ar.


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4. DIAGNÓSTICO DE CONHECIMENTOS SOBRE O AR


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Em cada item/questão selecione apenas a opção que traduz a sua opinião.

Q1. A mãe perguntou à Joana: - o que trazes dentro do saco (ver figura 1)? A Joana mostrou o saco transparente e respondeu: - Não tenho nada dentro do saco!

Concorda com a afirmação da Joana?

[ A ] Sim, porque não tinha nenhum material dentro do saco.

[ B ] Não, porque havia um material dentro do saco.

[ C ] Não, porque havia mais de um material dentro do saco.

[ D ] Não sei.

Q2. O que se pretende verificar com a experiência ilustrada nas figuras 2 e 3?

[ A ] Que o ar não existe.

[ B ] Que o ar não tem massa.

[ C ] Que o ar ocupa espaço (ocupa volume).

[ D ] Que o ar pesa.

[ E ] Não sei.

Q3. Imagine que era possível ver o ar, no interior de um frasco fechado, usando uns óculos especiais.

Qual dos frascos se aproxima mais do que via?

Figura 1

Figura 2 e 3

INÍCIO

FIM


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Q4. A professora fez a experiência que é ilustrada na figura 4 e questio-nou os alunos: o que aconteceu à massa do ar dentro da seringa?

O Rui, a Ana e a Marta deram as respostas abaixo indicadas.

Quem tem razão?

[ A ] O Rui.

[ B ] A Ana.

[ C ] A Marta.

[ D ] Nenhum deles.

[ E ] Não sei.

Q5. O ar pesa (tem massa)?

[ A ] Não, porque se tivesse peso caía ao chão.

[ B ] Não, porque só os objetos sólidos e os líquidos é que têm peso.

[ C ] Sim, o ar tem peso, mas o gás dos balões ou das bebidas não tem.

[ D ] Sim, o ar tem peso assim como todos os gases.

[ E ] Não sei.

Figura 4

ORIFÍCIO FECHADO


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Q6. Penduraram-se dois balões iguais, 1 e 2, numa “balança artesanal” de modo a que fiquem equilibrados (ver figura 5). Com uma bomba de ar de bicicleta encheu-se o balão 2.

Qual das figuras (A, B ou C) mostra o que aconteceu?

[ A ] Figura A.

[ B ] Figura B.

[ C ] Figura C.

[ D ] Não sei.

Q7. Penduraram-se dois balões iguais, 1 e 2, numa “balança artesanal” de modo a que fiquem equilibrados (ver figura 6).

Encheu-se o balão 1 com hélio (gás utilizado para encher balões nas fes-tas) e pendurou-se o balão com hélio novamente na “balança artesanal”.

Qual das figuras (A, B ou C) mostra o que aconteceu?

[ A ] Figura A.

[ B ] Figura B.

[ C ] Figura C.

[ D ] Não sei.

Figura 5

Figura 6


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Q8. Prendeu-se um balão num prato da balança e, com pequenos obje-tos, equilibrou-se a balança (ver figura 7).

Fez-se, com um alfinete, um pequeno furo no balão no local assinala-do na figura 7.

Passado alguns minutos o que irá acontecer?

[ A ] Não acontece nada, fica tudo igual.

[ B ] O balão esvazia lentamente e a balança não se desequilibra.

[ C ] O balão esvazia lentamente e a balança desequilibra-se.

[ D ] O balão rebenta e a balança desequilibra-se.

[ E ] Não sei.

Q9. O João queria jogar futebol, mas a bola estava com pouco ar dentro dela. Deixou cair a bola de uma certa altura, mas ela não saltava quando batia no chão!

Ele teve uma ideia: encher a bola, com uma bomba de ar.

Por que é que a bola, depois de cheia, salta mais?

[ A ] Porque ficou mais pesada com a entrada de ar.

[ B ] Porque ficou mais leve com a entrada de ar.

[ C ] Porque ficou maior com a entrada de ar.

[ D ] Nenhuma das razões anteriores é justificação.

[ E ] Não sei.

Q10. Colocou-se um balão no gargalo de uma garrafa de água de plástico que está seca. Depois meteu-se a garrafa, com o balão, dentro de uma panela com água e gelo e observou-se (ver figura 8).

O que aconteceu ao ar que estava dentro da garrafa e do balão?

[ A ] O ar, dentro da garrafa e do balão, “encolheu” e ficou mais pesado.

[ B ] O ar, dentro da garrafa e do balão, “encolheu” e ficou mais leve.

[ C ] O ar, dentro da garrafa e do balão, “encolheu” mas ficou com o mesmo peso/massa.

[ D ] Nada se pode concluir com a experiência.

[ E ] Não sei.

Figura 7

LOCAL ONDE SE FEZ O FURO

Figura 8

ÁGUA FRIA

CUBO DE GELO


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Q11. Colocou-se um balão no gargalo de uma garrafa de vidro seca. De-pois meteu-se a garrafa, com o balão, dentro de um recipiente com água a ferver e observou-se o que aconteceu (ver figura 9).

Qual é a opção que completa o espaço em branco da frase seguinte, de modo a torná-la cientificamente correta?

Na água quente o ar, dentro da garrafa e do balão, diminuiu ...

[ A ] … a massa.

[ B ] … a densidade.

[ C ] … o volume.

[ D ] … o peso.

[ E ] Não sei.

Q12. Um aluno fez o registo da experiência no seu caderno diário para dar resposta à questão-problema colocada pela professora: “Há diferen-ça entre o ar quente e o ar frio?”.

Qual o seu grau de concordância com a interpretação registada pelo aluno?

[ A ] Concordo totalmente.

[ B ] Concordo parcialmente porque … _______________________________.

[ C ] Discordo completamente porque … ______________________________.

[ D ] Não sei.

Q13. Indique se as afirmações que se seguem são verdadeiras (V) ou fal-sas (F).

[ A ] O ar pesa menos, quando expande.

[ B ] O gás pesa sempre menos do que um sólido.

[ C ] O ar preenche todo o espaço.

[ D ] Há dois tipos de ar: o ar “quente” e o ar “frio”.

[ E ] Um balão fica mais leve se colocarmos hélio dentro dele.

[ F ] O ar tem massa e ocupa espaço.

Figura 9

ÁGUA QUENTE


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5. ATIVIDADES PRÁTICAS LABORATORIAIS POR META CURRICULAR PRODUÇÃO E OBSERVAÇÃO DE FENÓMENOS PARA COMBATER IDEIAS ERRADAS, USANDO MATERIAIS SIMPLES E DE BAIXO CUSTO


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META 1

RECONHECER A EXISTÊNCIA DO AR balões, seringas…

2º ANO

Ideias erradas/conceções alternativas sobre ar

• O gás é contínuo, isto é, preenche todo o espaço existente como um “tecido” fino contínuo (não há espaços entre as unidades estruturais dos gases).

• Entre as partículas do ar tem de haver alguma coisa. Não pode ser vazio.

• Pode-se comprimir o ar até se obter “nada”.

Questões-problema (exemplos):

• O ar existe?

• O ar ocupa espaço?

• O ar ocupa todo o espaço?

• O que existe entre as partículas que constituem o ar?


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ATIVIDADE LABORATORIAL 1.1

INCOMPRESSÍVEL MAS COMPREENSÍVEL!

Material e equipamento necessário

• seringa de 25 mL ou 60 mL

• pequena torneira (opcional)

• água

• tubo de cristal (opcional)

• tesoura

Procedimento

1. Colocar lentamente água dentro de uma seringa até metade da sua capacidade. Garantir que não existe ar dentro da seringa;

2. Tapar com um dedo (ou com uma pequena torneira) o orifício de entrada/saída de água;

3. Pedir a um aluno para empurrar o êmbolo da seringa;

4. Observar, interpretar e concluir.

Observação

O êmbolo não se deslocou, mesmo quando foi exercida uma força de grande inten-sidade.

Interpretação

O êmbolo não se desloca porque a água preenche (quase) todo o espaço dentro da seringa e, praticamente, não é compressível. Os espaços vazios entre as partículas de água são muito pequenos.

Conclusão

Os líquidos são, praticamente, incompressíveis.


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ENCURTAR ESPAÇO


• seringa de 25 mL ou 60 mL

• tesoura

• uma pequena torneira (opcional)

• tubo de cristal (opcional)

Procedimento

1. Mover o êmbolo para que a ponta/extremidade fique a metade da capacidade da seringa;

2. Tapar o orifício de saída de ar com um dedo ou com uma pequena torneira;

3. Pedir ao aluno para empurrar o êmbolo da seringa o mais que puder;


Observação

O êmbolo da seringa moveu-se para dentro, ficando o ar a ocupar um espaço mais pequeno (menor volume).

Interpretação

O êmbolo desloca-se porque existe muito espaço vazio entre as partículas que cons-tituem o ar que ocupam o espaço/volume dentro da seringa. Ao pressionar a serin-ga, as partículas ficam mais próximas umas das outras. Não é possível empurrar o êmbolo até ao fim, porque o ar é um material e ocupa sempre espaço. Se não sair ar da seringa, não é possível comprimir mais o ar, por maior que seja a força com que se empurre o êmbolo.

Conclusão

O ar é um material natural que existe, no entanto não se vê e distribui-se pelo es-paço do recipiente onde está inserido. Entre as inúmeras partículas de ar há muito espaço vazio, pelo que é possível comprimi-lo.

Explorar simulação pHet no sítio https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/states-of-matter


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ÁGUA QUE ENCHE BALÕES, COM AR

Material e equipamento necessário:

• 1 garrafa de plástico

• tesoura

• recipiente com água

• balão

Procedimento:

1. Cortar o fundo de uma garrafa de plástico;

2. Colocar um balão no gargalo da garrafa;

3. Introduzir a garrafa sem fundo e com o gargalo para cima, na vertical, num reci-piente com água;


Observação:

Alguma água entrou dentro da garrafa e o balão aumentou o seu volume.

Interpretação:

A água que entra dentro da garrafa empurra o ar que estava no seu interior para dentro do balão e, por isso, o balão aumenta o volume.

Conclusão:

O ar existe e ocupa espaço.


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PAPEL DENTRO DE ÁGUA SEM SE MOLHAR


• balde

• água

• copo

• papel

Procedimento:

1. Amarrotar uma folha de papel;

2. Colocar a folha de papel no interior do copo de modo a que fique presa no fundo;

3. Colocar água no balde, até dois terços da sua capacidade, de modo a cobrir o copo quando colocado na vertical, no seu interior;

4. Introduzir o copo lentamente dentro de água, com a folha fixa no fundo, na ver-tical e com a “boca” virada para baixo, de modo a ficar totalmente imerso em água;

5. Retirar o copo de dentro da água lentamente e na vertical;

6. Observar se o papel está molhado, interpretar e concluir.

Observação:

O papel esteve debaixo de água e não se molhou.

Interpretação:

O copo contém no seu interior ar e papel (que está preso no seu fundo).À medida que o copo é introduzido dentro de água, a pressão que a água exerce sobre o ar aumenta, verificando-se que um pouco de água entra no copo, mas não chega a tocar o papel. Isto ocorre pois a pressão da água comprime o ar (empurra--o para ocupar um menor volume). Este compressão ocorre até um limite a partir do qual o ar não comprime mais ficando a servir de “parede” entre o papel e a água, evitando que a mesma molhe o papel.

Conclusão:

O ar existe e ocupa espaço.


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META 2

RECONHECER QUE O AR TEM PESO usar balões e bolas com ar e vazios

2º ANO


• O ar não tem peso/massa.

• Só os sólidos e líquidos tem peso/massa.

• O gás pesa menos que um sólido ou líquido.

• O hélio não tem peso, ou tem peso negativo.


• O ar pesa?

• Qual pesa mais: um quilograma de ar (cerca de 816 litros de ar a 15 ºC) ou um quilograma de chumbo?

• O gás de encher balões (hélio) pesa?

• É possível o ar pesar mais do que a água?


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O AR PESA!


• 2 balões iguais

• balança artesanal

• 3 molas

• bomba de ar para encher balões

Procedimento

1. Suspender, através de molas, dois balões iguais e vazios numa barra de madei-ra/plástico (“balança artesanal”);

2. Equilibrar a “balança artesanal”, com uma pequena “mola” que serve de contra-peso, fixando-a no braço da “balança”;

3. Introduzir ar dentro de um dos balões, com uma bomba, fechá-lo e suspendê-lo novamente na “balança artesanal”;

4. Trocar os dois balões (um com ar e o outro vazio), e voltar a suspendê-los na mesma “balança”, mas em lados opostos;


Observação

A balança desequilibrou-se para o lado do balão com ar. Quando se trocaram as posições dos balões, a balança continuou a ficar desequilibrada para o lado do ba-lão com ar.

Interpretação

O ar é um material constituído por matéria, pelo que tem massa. Essa massa sofre atração gravítica pela Terra, sendo puxada, para baixo, na vertical de lugar.

Conclusão

O ar, tal como os sólidos e líquidos, pesa (tem massa).

Nota: evitar colocar o ar no balão recorrendo ao sopro, porque há alunos que argumentam que o aumento do peso/massa se deveu a água/saliva que entrou. “Como os líquidos pesam o balão ficou a pesar mais”.


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ORA BOLAS!


• bola de futebol/voleibol

• balança digital de cozinha

• bomba de ar com pino adequado, para encher bolas.

Procedimento

1. Esvaziar completamente uma bola de futebol ou voleibol;

2. Deixar cair a bola “vazia” de uma certa altura e observar;

3. Medir a massa da bola “vazia”, numa balança digital de cozinha, e registar o valor;

4. Encher a bola, com uma bomba adequada;

5. Deixar cair a bola “cheia” da mesma altura e observar;

6. Medir a massa da bola “cheia”, numa balança digital de cozinha e registar o valor;


Observação

A bola “vazia” (m=426 g) tinha menor massa, que a bola “cheia” de ar (m=430 g). A bola vazia não saltou quando caiu no chão.

Interpretação

O ar que foi colocado dentro da bola (diferença de massa) fez aumentar o seu peso/massa. A bola “saltou” mais porque a borracha/cabedal esticada tem maior elasticidade.

Conclusão

O ar, tal como os sólidos e líquidos, pesa (tem massa).


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AR QUE PESA TANTO COMO A ÁGUA



• 2 molas iguais


• conta-gotas/pipeta

• água

Procedimento

1. Suspender dois balões: um com ar (cheio) e outro vazio na “balança artesanal” e deixar a balança desequilibrar;

2. Introduzir a água, com um conta-gotas ou pipeta, dentro do balão vazio até a balança equilibrar;

3. Observar e concluir.

Nota: O balão vazio pode ser substituído por um pequeno tubo (ver figuras) ou por um pequeno saco transparente. Essa alteração permite ver a água que foi usada para equilibrar a balança.

Observação

Inicialmente a balança estava desequilibrada. Com a colocação de gotas de água no balão vazio a “balança artesanal” foi, lentamente, retomando a posição de equilíbrio.

Conclusão

O ar, tal como os líquidos, pesa.


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BALÃO FURADO QUE EQUILIBRA



• 2 molas iguais


• bomba de ar para balões

• alfinete/pau de espetada.

Procedimento

1. Suspender, com ajuda de molas, dois balões iguais na “balança artesanal” de modo a que fique equilibrada;

2. Encher um balão com uma bomba de ar;

3. Suspender o balão na balança artesanal e verificar que esta fica desequilibrada;

4. Fazer um pequeno furo no balão, com uma agulha/alfinete, na zona onde a bor-racha não está esticada (fundo do balão), para que não rebente;

5. Esperar uns minutos e observar o que acontece, à medida que o balão liberta ar pelo pequeno furo;


Observação

A “balança” artesanal foi, lentamente, retomando a posição de equilíbrio (a régua ficou menos inclinada). O volume do balão, com ar no seu interior, foi diminuindo com o passar do tempo.

Interpretação

O ar que sai do balão pelo pequeno furo faz com que o peso do conjunto (balão e ar no seu interior) diminua. A balança, que estava muito desequilibrada, vai ficando cada vez mais nivelada, visto que o peso, em ambos os lados, tende a ser idêntico. Conclusão

O ar pesa (tem massa).


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BALÃO DE HÉLIO




• mola

• bomba de ar

• garrafa com hélio

• tesoura

• fio

Procedimento

1. Suspender dois balões iguais, e vazios, numa “balança artesanal” de modo a ficar equilibrada;

2. Encher um dos balões com hélio, usando uma botija com esse gás, e pendurá-lo novamente na “balança artesanal”;

3. Encher um dos balões, com uma bomba de ar, e encher o outro com hélio, usando a botija com esse gás, de modo a ficarem com o mesmo volume;

4. Fechar e prender os dois balões com um fio;

5. Suspender o balão com ar num dos lados da “balança artesanal” e o outro com hélio na outra extremidade;


Observação

Quando se encheram os dois balões (um com hélio e outro com ar), e se prenderam com fios, o balão de hélio tendeu a subir e o balão com ar a descer, em direção ao chão.

Interpretação

O balão com hélio sobe porque o peso do conjunto (balão + hélio no seu interior) é menor que o peso de um volume igual de ar. A densidade do ar é 1,225 g/L e a do hélio é de 0,178 g/L, ou seja a densidade do ar é cerca de 7 vezes maior do que a do hélio. Assim, a força de impulsão exercida pelo ar faz com que o balão de hélio suba. Se a experiência fosse feita na Lua, onde não há atmosfera, os dois balões cairiam.

Conclusão

O mesmo volume de ar pesa mais (ou tem mais massa) que o mesmo volume de hélio. Por isso o ar é mais denso que o hélio, à mesma temperatura.


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META 3

EXPERIMENTAR O COMPORTAMENTO DE OBJETOS EM PRESENÇA DE AR QUENTE E DE AR FRIO objetos leves sobre um calorífero, balões de S. João…

2º ANO


• O ar pesa menos quando expande.

• Existem dois tipos de ar: o quente e o frio.

• O ar quente não tem peso/massa e por isso sobe.

• O ar tem vida (quer sempre expandir-se por todo o lado).


• O que acontece quando se aquece o ar?

• O ar quente pesa menos que o ar frio?

• Como se implode uma garrafa sem lhe tocar?


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EXPANSÃO DO AR


• garrafa de plástico resistente (ou de vidro) de 1,5 L

• seringa graduada de 100 mL


• torneira pequena

• tubo de cristal

• balança digital

• jarro elétrico de aquecimento de água, de 1,5 L

Procedimento

1. Colocar um balão vazio no gargalo da garrafa de vidro/plástico resistente;

2. Colocar a garrafa de vidro/plástico resistente dentro de um recipiente com água quente e esperar algum tempo até que o balão fique esticado;

3. Inserir ar, até metade da sua capacidade, numa seringa e registar o volume;

4. Fechar a sua extremidade de modo a que não entre ou saia ar;

5. Colocar a seringa, com a torneira fechada em água quente e esperar alguns minutos;

6. Medir, usando a escala da seringa, o volume de ar e registar o valor;


Observação

O volume ocupado pela massa de ar que se encontrava no interior da garrafa/serin-ga aumentou quando o ar foi aquecido.

Interpretação

A mesma massa de ar ocupa maior volume se for aumentada a sua temperatura, à mesma pressão atmosférica. O peso/massa é o mesmo porque todos os materiais se mantiveram e o ar não saiu do balão. Neste caso o que se alterou foi a densi-dade uma vez que a mesma massa de ar ocupa um volume maior, aumentando o espaço vazio entre as partículas que constituem o ar.

Conclusão

A mesma massa de ar ocupa um volume maior, se a sua temperatura aumentar. Em cada 1 cm3 existe menor massa de ar quando a sua temperatura é maior.


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O AR QUENTE TAMBÉM PESA!


• balão


• garrafa de vidro ou garrafa de plástico de refrigerantes com gás

• pano de limpeza/papel absorvente

• jarro elétrico de aquecimento de água, de 1,5 L

Procedimento

1. Colocar um balão no gargalo de uma garrafa de plástico/vidro seca;

2. Introduzir, com os devidos cuidados de segurança, a garrafa de vidro dentro de um recipiente com água quente;

3. Esperar algum tempo até o balão aumentar o seu volume;

4. Limpar e secar bem a garrafa com pano ou papel absorvente;

5. Pesar/medir a massa total (balão + ar quente dentro da garrafa + plástico/vidro da garrafa) numa balança digital de cozinha;

6. Esperar que o ar no interior da garrafa arrefeça e observar se há mudança no valor da massa medida na balança;


Nota: Pode ser feito sem balão e apenas com uma garrafa de plástico resistente amolgada e fechada com tampa. Esta garrafa é depois colocada em água quente, aumentando de volume sem que o ar saia de dentro.

Observação

O volume do balão aumentou quando a garrafa foi colocada em água “quente”. A massa do conjunto (balão + ar + garrafa) medida foi a mesma, e não dependeu da temperatura do ar no interior do balão e da garrafa.

Interpretação

A mesma massa de ar ocupa maior volume se for aumentada a sua temperatura, à mesma pressão atmosférica. O peso/massa é o mesmo porque todos os materiais se mantiveram e o ar não saiu do balão. Neste caso o que se alterou foi a densi-dade uma vez que a mesma massa de ar ocupa um volume maior, aumentando o espaço vazio entre as partículas que constituem o ar.

Conclusão:

A mesma massa de ar ocupa um volume maior, se a sua temperatura aumentar. Em cada 1 cm3 existe menor massa de ar quando a sua temperatura é maior. No entanto, num sistema fechado, o peso do ar não é alterado quando a sua temperatura varia.


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IMPLOSÃO DE UMA GARRAFA


• garrafa de plástico de 33 cL ou de 50 cL

• funil

• pega para objetos quentes

• óculos de segurança

• balde com água (opcional)

• pequeno copo com pega

• jarro elétrico para aquecimento de água de 1,5 L

Procedimento

1. Colocar água a ferver dentro de uma garrafa de 33 cL (atenção ao equipamento e normas de segurança), até metade da sua capacidade;

2. Esperar cerca de 2 minutos com a garrafa destapada;

3. Despejar a água e fechar, imediatamente, a garrafa com a tampa de modo a que fique bem vedada;

4. Colocar a garrafa em água, à temperatura ambiente ou fria, e largá-la;


Observação

A garrafa encolheu/ficou esmagada sem que ninguém lhe tocasse.

Interpretação

Inicialmente a garrafa estava aberta pelo que a pressão do ar no seu interior era igual à pressão do ar atmosférico. Ao aquecer-se o ar dentro da garrafa com água quente, aumenta o volume ocupado pelo ar, e parte dele sai pela garrafa que estava aberta. Ao fechar-se a garrafa, a massa de ar que ficou no seu interior é menor do que aquela que tinha antes de ser aquecida. A pressão diminui, à medida que a tem-peratura do ar baixa. Como a pressão atmosférica é maior que a pressão no interior da garrafa, a força de pressão atmosférica (exterior) faz encolher a garrafa até que as pressões (do ar de dentro e da atmosfera) fiquem muito próximas. Todas as par-tes da garrafa ficam amolgadas.

Conclusão

O arrefecimento do ar provoca a sua contração (diminuição de volume). A pressão atmosférica e a força de ar exercem-se em todas as direções.


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MOINHO A AR QUENTE


• tesoura

• recipiente de metal em forma de copo baixo

• 4 velas pequenas

• alfinete

• linha de algodão

• isqueiro/fósforos

Procedimento

1. Recortar a “espiral” com uma tesoura;

2. Fazer um pequeno furo na ponta mais estreita da espiral, de modo a que passe uma linha;

3. Introduzir o fio de linha no orifício do furo, e dar um nó na ponta que seja maior que o diâmetro do fio;

4. Fazer um laço na outra ponta do fio, para segurar com o dedo ou suspender num lápis;

5. Colocar quatro velas pequenas num recipiente de metal/vidro;

6. Acender as velas com um fósforo/isqueiro;

7. Segurar no fio e colocar a “espiral” em cima do recipiente com velas acesas, sem lhes tocar, a cerca de 10 cm;


Observação

A espiral começou a rodar quando foi colocada por cima das velas.

Interpretação

As chamas das velas aquecem o ar. O ar ao aquecer expande-se, fica menos denso e sobe, e o ar frio desce, gerando movimentos de ar que se denominam de corren-tes de convecção. Esse movimento ascendente de ar faz girar a espiral.

Conclusão

O ar quente sobe e o ar frio desce.


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LANÇAMENTO DE UM FOGUETÃO COM AR QUENTE

Material e equipamento necessário:

• saco de chá retangular

• prato/pires de porcelana ou de metal

• isqueiro/fósforos.

Procedimento:

1. Abrir um saco de chá e despejar o seu conteúdo;

2. Colocar o saco de chá, com a parte aberta para baixo, em cima de um prato de metal ou de porcelana;

3. Incendiar com um isqueiro/fósforo, o topo do saco de chá e aguardar;


Observação:

O “foguetão” subiu e depois caiu (cinzas).

Interpretação:

A chama aquece o ar que está no interior do saco de chá, tornando-o menos denso. O “foguetão sobe” devido às correntes de convecção que se formam. Ao subir, e quando a chama se apaga, o ar arrefece e este para de subir e cai devido ao seu peso.

Conclusão:

O mesmo volume de ar quente pesa menos do que o mesmo volume de ar frio. O ar frio é mais denso que o ar quente. O ar quente tem tendência a subir.

Sítio com vídeo de construção e lançamento de balões de São João: https://www.youtube.com/watch?v=TemkM8KSLRM&feature=youtube


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6. ATIVIDADE LABORATORIAL EM SALA DE AULA

Nome dos elementos do grupo:


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ESTAÇÃO LABORATORIAL 1

ORA BOLAS!

Previsão

1. Nesta atividade vamos usar uma bola para compreender melhor o ar.

1.1. O ar pesa? R: (A) Sim (B) Não

Assinala com um X a resposta que, na tua opinião, está correta.

1.2. Para investigar se o ar pesa (tem massa), o Pedro fez a seguinte experiência:

• Colocou uma bola vazia em cima da balança e leu no ecrã o valor: 426 g (ver figura 1);

• Com uma bomba de ar de bicicleta encheu a bola e voltou a colocá-la no prato da balança (ver figura 2).

1.2.1. Assinala com uma cruz, a opção que na tua opinião apresenta o valor que o Pedro leu no ecrã da balança, quando colocou a bola cheia (ver figura 2)?

(A) 422 g (B) 426 g (C) 430 g (D) 480 g

Experimentação

1.2.2. Pede material e equipamento ao teu professor e faz tu mesmo a experiência.

1.2.2.1. Apresenta os dados que recolheste:

Valor medido (massa) na balança com a bola vazia = _________ g (gramas) Valor medido (massa) na balança com a bola com ar = _________ g (gramas)

1.2.2.2. Ao observar os resultados obtidos, qual dos valores te parecem adequados, para a massa da bola cheia da figura 2?

(A) 422 g (B) 426 g (C) 430 g (D) 480 g

Conclusão

1.2.2.3. O que podes concluir? (assinala com um X a afirmação verdadeira)

(A) O ar não pesa, mas ocupa espaço. (B) O ar não pesa, nem ocupa espaço. (C) O ar pesa e ocupa espaço. (D) O ar pesa e não ocupa espaço.

Figura 1

Figura 2


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7. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DA FICHA DIAGNÓSTICO.

1. [B]

2. [C]

3. [A]

4. [D]

5. [D]

6. [B]

7. [B]

8. [C]

9. [D]

10. [C]

11. [B]

12. [B]

13. [A]F; [B]F; [C]F; [D]F; [E]F; [F]V

ESTUDO DO AR: RECURSOS E ESTRATGIAS PARA COMBATER IDEIAS ERRADAS SOBRE...

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