Pressão atmosférica

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Atividade(1)

1) PROBLEMATIZAO:Everest: Everest e sem O2 09/05/2006 por Vitor Negrete, da Try On expedition 2 no Everest (2)Nesta coluna, Vitor Negrete d sua opinio sobre o uso de oxignio suplementar, sobre escolher ter escalado o Everest como a primeira montanha acima dos 8 mil metros e fala do preparo da equipe para a escalada. O dia do ataque ao cume se aproxima e pensamos nas diferentes possibilidades, na possvel seqncia de eventos no dia D. Nossa expedio extremamente ousada. Tanto o Rodrigo, quanto eu no tnhamos experincia acima dos 6962 m. A barreira dos 7500-8000 m, conhecida como zona da morte um paradigma para ns. Assim, encarar o Everest como primeira montanha acima dos oito mil, j seria por si s um projeto ousado. Somado a este desafio, adicionamos outra dificuldade extrema: vamos escalar o Everest sem utilizar oxignio suplementar (oxignio engarrafado em cilindros). Cada vez percebemos mais que a diferena entre escalar com O2 e sem O2 muito grande. Encontramos com outros alpinistas que escalaram sem O2 e os relatos confirmaram que escalar sem O2 duro, muito duro. Quem escalou diz que voc fica com o raciocnio de uma criana de oito anos. A falta de oxignio altera o desempenho fsico, assim como o mental. O ar tem 30% do O2 presente ao nvel do mar, ou seja, 70% a menos do O2 do ar que estamos acostumamos a respirar. Dentro de alguns dias comearemos a subir, subir com um objetivo: o ponto mais alto do planeta. Estamos preparados fsica e psicologicamente para este desafio extremo. Sabemos que nosso desafio envolve um risco de vida. Sabemos que o cume menos do que a metade do caminho. Que 80% dos acidentes ocorrem na volta, ou descida. Temos, entretanto, uma grande vantagem: estamos juntos, o Rodrigo e eu. Ns enfrentamos dificuldades extremas na face sul do Aconcgua e em outras escaladas. Provamos juntos os limites do corpo e da mente e samos vivos. Acima de tudo, vamos lutar para voltar sos e salvos.

O mal da altitude por Hilton Benke (3)"Tudo aconteceu quando eu descia a Canaleta (Cerro Aconcgua). Comecei a me sentir pior, no tinha mais ch no meu cantil, a dor de cabea era insuportvel, assim como o cansao. Sabia que no deveria sentar e descansar, mas realmente no conseguia mais caminhar. Comecei a sonhar e a delirar. No conseguia mais distinguir a realidade do sonho. Sei apenas que aquele mdico japons me carregou para baixo. Media minha presso, falava o que eu no compreendia. Eu estava desacordado!" Assim como o montanhista dson Panek, que dessa forma relata os efeitos do mal da altitude, que quase lhe custou a vida no Aconcgua, muitos outros visitantes das montanhas sofrem com esse problema, ainda muito mal interpretado, o qual comea a surtir efeitos quando ultrapassa-se altitudes acima de 2.800 metros e acentuado em altitudes maiores. O mal da altitude nada mais seno a dificuldade do organismo em absorver oxignio para suprir as necessidades a que estamos impondo, o que acaba por causar uma srie de efeitos, que podem at culminar com a morte do indivduo. Isso ocorre pelo fato de que a presso do ar diminuir conforme a maior variao de altitude, o que resulta em menor quantidade de oxignio no ar. Repare que a composio do ar continua a mesma 78,1% Nitrognio, 20,9% Oxignio e 1% outros gases - porm, como afirmamos, em menor quantidade. Com isso, temos que respirar mais para conseguir absorver a mesma quantidade de O2 de quando estamos ao nvel do mar. Isso gera uma sensao de falta de ar, ou, como se no fosse possvel aspirar. Sob estas dificuldades nosso organismo tende a se aclimatar, e a principal mudana ser a alterao da composio sangnea, que ter um aumento considervel de glbulos vermelhos, responsveis pelo transporte do O2 absorvido nos alvolos pulmonares s clulas. Porm esta reao do organismo no imediata, leva algum tempo. Por isso o processo de aclimatao precisa ser realizado, e de forma lenta e gradual, evitando grandes esforos fsicos quando chegamos a altitudes maiores. importante ressaltar que, sob este perodo de aclimatao, outros efeitos podero ocorrer na nsia do organismo tentar se adaptar dificuldade enfrentada. Um destes efeitos o inchao dos vasos sangneos, principalmente os localizados na regio cerebral. Isso se deve ao fato de que esta a regio mais sensvel falta do oxignio, alm de ser vital. O corpo, na tentativa de facilitar a troca gasosa, aumenta o "calibre" dos vasos sangneos, o que, em princpio gera uma dor de cabea constante. O organismo, que no consegue absorver a quantidade de oxignio suficiente, aumenta o fluxo do sangue no pulmo, inchando seus alvolos pulmonares. Ocorre que este abrupto fluxo sangneo e inchao, da mesma forma que facilita a troca gasosa nos alvolos pulmonares, tambm facilita a sada da linfa (o fludo menos espesso do sangue), gerando certo acmulo de fludos no pulmo, o que por sua vez, faz com que o corpo tenha uma reao a fim de expulsar estes fludos e causa uma tosse seca e constante. O efeito acaba por tornar-se cclico, pois o organismo aumenta mais ainda o fluxo do sangue nos pulmes, gerando maior inchao dos alvolos e vasos sangneos, que liberam mais lquidos, que dificultam ainda mais a troca gasosa no pulmo. A situao, neste caso pode piorar, dando incio ao que chamamos de HAPE - ou Edema Pulmonar. Os principais sintomas de HAPE so a falta de ar, tosse seca e intermitente, considervel insnia e posteriormente apresenta escarro avermelhado. Pode ocorrer mudana de cor nas extremidades do corpo, tendendo para o azulado, principalmente na face (lbios), o que indica a pouca oxigenao do sangue. Pode gerar inconscincia e, posteriormente, a morte. O mesmo se aplica aos vasos sangneos no crebro, que devido ao inchao, permitem a passagem de fludos do sangue, gerando acmulo na regio cerebral, causando mais dor e inchao. Neste caso, tem-se o princpio de HACE - Edema Cerebral. Os principais sintomas de HACE so, pela ordem, perda do apetite, forte dor de cabea, vmitos, confuso mental, tontura e perda da coordenao motora, inconscincia, coma e finalmente a morte. Como vimos, ambos podem levar a morte do alpinista, porm os efeitos do HACE (Edema Cerebral) so mais severos e rpidos, enquanto do HAPE (Edema Pulmonar) so mais fceis de identificar e menos severos, possuindo cura rpida. Entretanto, em ambos os casos, se o paciente apresentar os sintomas, deve ser imediatamente levado a altitudes menores e tratado.

2) TESTE DE SONDAGEMA presso atmosfrica nas montanhas maior ou menor comparada a do nvel do mar? A temperatura tem influncia sobre a presso? Caso tenha, como ocorre essa dependncia? Com que finalidade costuma-se restringir o fluxo de gua na sada de uma torneira ou mangueira? Por que os bales estouram, quando em altitudes muito elevadas?

-

3) CONCEITOS-CHAVE:3.1) PressoA grandeza que informa o quanto uma fora est concentrada sobre uma superfcie a presso. A presso mede a razo entre o mdulo de uma fora F, aplicada perpendicularmente sobre uma superfcie e a rea A da superfcie, conforme a equao 1:

Equao 1

No Sistema Internacional, a unidade usada para medir a presso o Pascal (Pa) que corresponde presso exercida por uma fora de 1 Newton aplicada em uma rea de 1 metro quadrado. A presso exercida pela atmosfera ao nvel do mar corresponde a aproximadamente 101 325 Pa. Esse valor associado a uma unidade chamada atmosfera padro (atm), que equivale a 760 milmetros de mercrio (760 mmHg), sendo o mmHg uma outra unidade de medida da presso.

3.2) Presso AtmosfricaA Terra est envolvida por uma camada de ar, denominada atmosfera, constituda por uma mistura gasosa cujos principais componentes so o oxignio e o nitrognio. A espessura dessa camada no pode ser perfeitamente

determinada, porque, medida que aumenta a altitude, o ar se torna muito rarefeito, isto , com pouca densidade. O ar, sendo composto por molculas, atrado pela fora de gravidade da Terra e, portanto, tem peso. Se no o tivesse escaparia da Terra, dispersandose pelo espao. Devido ao seu peso, a atmosfera exerce uma presso, chamada presso atmosfrica, sobre todos os objetos nela imersos. A maior presso atmosfrica obtida ao nvel do mar (altitude nula). Para qualquer outro ponto acima do nvel do mar, a presso atmosfrica menor. A tabela 1 apresenta a variao da presso atmosfrica de acordo com a altitude.Altitude (m) 0 200 400 600 800 1000 Presso atmosfrica (mmHg) 760 742 724 707 690 674 Altitude (m) 1200 1400 1600 1800 2000 3000(4)

Presso atmosfrica (mmHg) 658 642 627 612 598 527

Tabela 1: Altitude x Presso

Os manmetros (medidores de presso) utilizam a presso atmosfrica como referncia, medindo a diferena entre a presso do sistema e a presso atmosfrica. Tais presses chamam-se presses manomtricas. A presso manomtrica de um sistema pode ser positiva ou negativa, dependendo de estar acima ou abaixo da presso atmosfrica. Quando o manmetro mede uma presso manomtrica negativa, ele chamado de manmetro de vcuo. No manmetro utilizado em postos de gasolina (os mdicos usam um sistema semelhante) para calibrao de pneus (Figura 1), a unidade de medida o psi (libra por polegada ao quadrado) que corresponde a, aproximadamente, 0,07 atm. Assim, a presso lida no mostrador - 26 psi - igual a 1,8 atm, aproximadamente.(5)

Figura 1: manmetro

A Figura 2 representa um manmetro de tubo aberto. Pela diferena de nveis do lquido nos dois ramos do tubo em U, mede-se a presso manomtrica do

sistema contido no reservatrio. Relacionando os dois pontos A e B mostrados na Figura 2, tem-se a Equao 2:

PA = PB PSISTEMA = PATM + PLQUIDO PSISTEMA = PATM + gh PMANOMTRICA = gh

Equao 2

Figura 2: manmetro de tubo aberto (6)

3.3) Prensa HidrulicaEm 1652, Blaise Pascal (1623-1662), fsico e matemtico francs, introduziu o seguinte enunciado: "A variao de presso sofrida em um ponto de um lquido em equilbrio transmitida integralmente a todos os pontos do lquido e s paredes do recipiente onde est contido.(7)

Essa propriedade dos lquidos expressa o Princpio de Pascal; ele aplicado em diversos dispositivos, tanto para amplificar foras como para transmiti-las de um ponto a outro. Um exemplo disso a prensa hidrulica e os freios hidrulicos dos automveis. A Figura 3 mostra um esquema de prensa hidrulica e a relao quantitativa (Equao 3) do Princpio de Pascal.

Figura 3: Princpio de Pascal(8)

Equao 3

3.4) Princpio de BernoulliO cientista Daniel Bernoulli (1700-1782) props um princpio para o escoamento dos fluidos, que pode ser enunciado da seguinte forma:

Se a velocidade da partcula de um fluido aumenta enquanto ela se move ao longo do fluxo do mesmo, a presso do fluido sobre ela deve diminuir; da mesma forma que, se a velocidade de tal partcula diminui, verificase o aumento da presso na mesma. (9) O Princpio de Bernoulli traduz o teorema da conservao de energia aplicado a lquidos perfeitos (incompressveisi e de viscosidadeii nula) com escoamento varivel.

4) ATIVIDADES EM GRUPO:4.1) IntroduoO professor poder dividir a turma em grupos de 3 ou 4 alunos para permitir uma ntida visualizao do fenmeno fsico, assim como promover a socializao e motivao no entendimento do contedo proposto.

4.2) Seqncia das Atividades1 - Distribuir para cada grupo uma folha contendo a problematizao e o teste de sondagem, pedindo aos alunos que analisem os textos apresentados e respondam ao teste de sondagem com as respostas que forem consenso no grupo. 2 - Fazer uma rpida explanao sobre o kit, propondo aos alunos que o explorem, conforme sugerido no item 5.

Fluidos que no sofrem variaes de massa especfica. Anloga ao atrito no movimento dos slidos; a viscosidade introduz foras tangenciais entre as camadas do fluido que possuem movimento relativo, resultando em dissipao de energia.ii

i

3 - Aprofundar os conceitos abordados na atividade, a partir das concepes prvias dos alunos, explicitadas nas repostas do teste (item 2). 4 - Permitir que os alunos possam situar o contedo abordado em outras situaes e relacion-lo com outras disciplinas.

5) CONSTRUO DO KIT EXPERIMENTAL:5.1) Material UtilizadoUma vela; Um prato fundo; Um copo ou vidro de gargalo estreito; gua Corante

5.2) Montagem do kit1 - Prepare a vela com um pavio comprido e fixe-a no prato; 2 - Coloque no prato, aproximadamente, 150 mL de gua; 3 - Adicione o corante gua para permitir uma melhor visualizao; 4 - Acenda a vela e depois cubra-a com o copo ou vidro; 5 - Observe atentamente o que acontece.

5.3) Explorao do kita) Descreva o(s) fenmeno(s) observado(s). b) Explique-o(s) destacando os conceitos fsicos envolvidos.

Figura 4: Copo utilizado

Figura 5: Montagem do kit

Figura 6: Nvel inicial de gua no prato

Figura 7: gua entrando no copo

Figura 8: Resultado da experincia

6) SUGESTO PARA AVALIAO DA APRENDIZAGEM:6.1) Leia o texto a seguir: Experincia de Evangelista Torricelli(10)

O fsico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647), em 1643, realizou uma experincia para determinar a presso atmosfrica ao nvel do mar. Contudo, naquele tempo, havia uma histria de que "a natureza teria horror ao vcuo". Segundo essa crena, seria impossvel manter qualquer regio do espao no vcuo, por algum tempo. A existncia do vcuo, inclusive, era considerada um dos "219 erros execrveis" pelos telogos da poca e acreditar nisso era quase uma heresia. Ele usou um tubo de aproximadamente 1,0 m de comprimento, cheio de mercrio (Hg) e com a extremidade tampada. Depois, colocou o tubo, em p e com a boca tampada para baixo, dentro de um recipiente que tambm continha mercrio. Torricelli observou que, aps destampar o tubo, o nvel do mercrio desceu e estabilizou-se na posio correspondente a 76 cm. Torricelli logo percebeu que acima do mercrio havia o execrvel vcuo. Com essa experincia Torricelli mostrou que possvel obter um vcuo e mant-lo pelo tempo que se quiser. Ele notou tambm que a altura da coluna de mercrio no era sempre constante, mas variava um pouco, durante o dia e a noite. Concluiu da, corretamente, que essas variaes mostravam que a presso atmosfrica podia variar e suas flutuaes eram medidas pela variao na altura da coluna de mercrio. Portanto, Torricelli no apenas demonstrou a existncia da presso do ar, mas inventou o aparelho capaz de medi-la: o barmetro (Figura 9). E, de quebra, ainda provou que a natureza no tem nenhum horror ao vcuo.Figura 9: Barmetro

A citao acima relata a experincia de Torricelli. a) Explique a provvel causa da situao em destaque no texto.

b) O que aconteceria caso fosse usado, no tubo, um fluido de densidade menor que a do mercrio? 6.2) Na figura 10, os pontos A e B tm presses de mesmo valor numrico (pontos na mesma horizontal e no mesmo lquido). A presso no ponto A corresponde presso da coluna de mercrio dentro do tubo, e a presso no ponto B corresponde presso atmosfrica ao nvel do mar. Explicite quais foras agem no ponto A na situao de equilbrio.Figura 10: Barmetro(11)

6.4) Observe abaixo a composio de Toquinho:O AVIO (12) (Toquinho)Sou mais ligeiro que um carro, Corro bem mais que um navio. Sou o passarinho maior Que at hoje voc na sua vida j viu. Vo l por cima das nuvens, Onde o azul muda de tom. E se eu quiser ultrapasso fcil A barreira do som. Minha barriga foi feita Pra muita gente levar. Trago pessoas de frias E homens que vm e que vo trabalhar. Dentro eu no fao barulho, Fora melhor nem pensar. Voando pareo levinho, Mas sou mais pesado que o ar. Venha voar comigo, amigo. Sem medo venha voar. De dia tem o sol brilhando, De noite quem brilha o luar. Venha voar comigo, amigo. Sem medo venha voar. Em dia nublado no fique assustado Que eu tenho radar. Se s vezes balano um pouquinho o vento querendo brincar. Se chove chuvisco fininho So nuvens tristonhas a choramingar. Se voc me v l no alto Voando na imensido, Eu fico to pequenininho Que caibo na palma da mo.

Com base no contedo abordado, quais fatores fsicos possibilitam o vo dos avies? Conforme descrito no trecho em destaque na letra, o que faz o avio parecer mais leve que o ar?

7) PROPOSTA INTERDISCIPLINARUtilizar os textos apresentados na problematizao, para enfatizar quais as influncias da alterao da presso atmosfrica nos sistemas do corpo humano - contedo relacionado Biologia.

(1)

Proposta elaborada pelo licenciando em Fsica, Luiz Antnio de Melo Santos, na disciplina Produo de Materiais Didticos e Estratgias para o Ensino de Fsica I, durante o 2 semestre de 2006.

Extrado de: http://www.zone.com.br/montanhismo/index.php?destino_comum=noticia_mostra&id_noticias=17102. Acesso em 15 de maro de 2008.(3)

(2)

Extrado de: http://www.altamontanha.com/news/14/news/news_item.asp?NewsID=115. Acesso em 15 de maro de 2008.

(4)

Disponvel em: http://www.algosobre.com.br/fisica/pressao-atmosferica-e-a-experiencia-de-torricelli.html. Acesso em 18 de maro de 2008. Disponvel em: http://www.algosobre.com.br/.../fisica/hidro_03.gif. Acesso em 18 de maro de 2008.

(5)

(6)

Extrado de: http://www.algosobre.com.br/fisica/pressao-atmosferica-e-a-experiencia-de-torricelli.html. Acesso em 18 de maro de 2008.

Adaptado de: http://servlab.fis.unb.br/matdid/2_2004/edicarlo-ernando/elevador/matematica.html. Acesso em 29 de maio de 2007.(8) Adaptado de: http://servlab.fis.unb.br/matdid/2_2004/edicarlo-ernando/elevador/matematica.html. Acesso em 29 de maio de 2007. (9)

(7)

Adaptado de: http://br.geocities.com/saladefisica6/hidrostatica/bernoulli.htm. Acesso em 21 de maro de 2008. Adaptado de: http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/pressao/tintim5-2.htm. Acesso em 18 de maro de 2008.

(10)

(11)

Extrado de: http://www.algosobre.com.br/fisica/pressao-atmosferica-e-a-experiencia-de-torricelli.html. Acesso em 20 de maro de 2008.

(12)

Disponvel em: http://vagalume.uol.com.br/toquinho/o-aviao.html. Acesso em 20 de maro de 2008.