Conteúdos
Densidade
Flutuabilidade
Objetivos
Este roteiro aborda o conceito de densidade com ênfase na relação entre densidade e flutuabilidade no fluidos. Esperamos que ao final do roteiro o aluno compreenda que líquidos e gases sofrem efeitos importantes devido a sua densidade e que a flutuabilidade de um corpo depende diretamente da relação entre sua densidade e a densidade do fluido onde está imerso. Como contextualização propomos três atividades prática de demonstração/experimentação.
1ª Etapa: Início de Conversa
A flutuabilidade dos corpos em meios fluidos é um fenômeno cotidiano que passa despercebido na grande maioria das vezes e, embora comum, raramente é bem compreendido. É bastante comum as pessoas acreditarem que para um corpo flutuar na água ele precisa ser “leve” e que, portanto, corpos pesados afundam na água.
Essa concepção comum sobre a flutuabilidade é colocada em cheque quando tentamos explicar porque os grandes navios não afundam e porque coisas pequenas, como um clips, por exemplo, afundam. Para superar a preconcepção errônea sobre a flutuabilidade propomos esse roteiro onde o aluno poderá compreender os conceitos envolvidos e colocar em cheque suas preconcepções.
2ª Etapa: Problematização e sensibilização
Nessa etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “Densidade e futuabilidade”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos pensam sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos:
1. Uma laranja afunda ou flutua na água? E uma maçã? E uma uva?
2. Por que um navio gigantesco, com massa de centenas de toneladas, não afunda?
3. E os balões de ar quente, por que sobem até certa altura e depois ficam flutuando?
4. E as nuvens? Se são feitas de água por que não caem, embora a chuva que vem delas caia?
5. Você sabe o que é densidade?
6. Você sabe qual é a relação entre densidade e a capacidade de um corpo flutuar em um fluido?
A partir das respostas dos alunos o professor já pode ter um diagnóstico inicial do nível de compreensão que os alunos têm do tema. As perguntas acima provavelmente receberão respostas incompletas ou erradas, ou mesmo nenhuma resposta. Também podem surgir novas dúvidas por parte dos alunos e as dúvidas deles e do próprio professor poderão se transformar em objeto para pesquisas na internet ou na biblioteca da escola como uma atividade complementar.
É importante que, nesse momento, as dúvidas sejam anotadas e não respondidas. O objetivo agora é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.
3ª Etapa: Apresentando os conceitos de densidade de um corpo e de flutuabilidade
Densidade
Como o conceito de densidade é simples, o professor pode apresenta-lo diretamente à classe sem a necessidade de muitos recursos (usando a lousa mesmo, ou uma apresentação de slides).
A densidade ( ) de um corpo é uma relação simples entre sua massa ( ) e seu volume ( ):
Podemos medir a massa de um corpo com diversas unidades diferentes, conforme a conveniência: quilograma, grama, tonelada, etc. Da mesma forma, podemos medir o volume usando unidades como cm3, m3, l, ml, e outras. As unidades oficiais do Sistema Internacional de Unidades são o quilograma (kg) e o metro cúbico (m3), mas nem sempre elas são as mais convenientes.
A unidade de medida da densidade será, portanto, uma combinação dessas unidades: g/cm3, g/l, kg/ml, etc. A unidade oficial de densidade no Sistema internacional de Unidades é a combinação das unidades oficiais de massa e volume: kg/m3.
Assim como os corpos têm densidade, as substâncias também têm. A água, por exemplo, tem densidade de 1 kg/m3 ou, equivalentemente, 1 g/cm3 ou, ainda, 1 kg/l.
Exemplo de cálculo: Uma pessoa de massa 60 kg tem um volume corporal de 62 l. Qual sua densidade?
Flutuabilidade
A flutuabilidade de um corpo imerso em um fluído depende da relação entre a densidade desse corpo e do fluído onde ele está imerso. Considere um corpo de densidade imerso em um fluído de densidade . Então:
• Se : o corpo descerá e afundará no fluído.
• Se : o corpo subirá e flutuará na superfície do fluído.
• Se : o corpo não subirá e nem descerá, mas irá permanecer em equilíbrio no interior do fluído.
Exemplo: A água doce filtrada tem densidade de cerca de 1 kg/l. Uma pessoa comum tem densidade de cerca de 0,97 kg/l. Então, em situação normal, uma pessoa comum em uma piscina de água doce filtrada tente a afundar ou flutuar?
Resolução: Comparando as densidades da pessoa e da água concluímos que a pessoa é menos densa que a água comum e, portanto, tente a boiar na superfície da água ao invés de afundar na piscina.
4ª Etapa: Experimentação – Testando e modificando a flutuabilidade.
Nessa etapa o professor deve utilizar o roteiro de experimentação/demonstração. O vídeo “Densidade”, sugerido na seção “Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais”, pode ser utilizado antes ou depois de feitas as experiências/demonstrações. Já o vídeo “Como fazer um barquinho de papel que flutua na água” deve ser apresentado antes da atividade prática para que os alunos que ainda não sabem aprendam a fazer um barquinho de papel.
5ª Etapa: Finalização.
Para a finalização dessa aula o professor deve retomar as perguntas feitas inicialmente e tentar construir as respostas que não foram dadas ou que estavam erradas ou incompletas. Dessa forma também se pode verificar a aprendizagem e o novo nível de compreensão do tema pelos alunos.
Algumas questões iniciais, como as que perguntam por que os balões e as nuvens flutuam, podem ser retomadas e “explicadas”, se necessário. Em ambos os casos (balão e nuvem) a flutuabilidade também se dá porque a densidade se iguala a densidade do ar no nível de altura onde se encontra o balão ou a nuvem. O caso da nuvem é particularmente interessante porque geralmente os alunos não sabem que ela é composta por “vapor aquecido” em relação ao local da atmosfera onde a nuvem se encontra, exatamente como no caso do balão de ar quente.
A simulação “Densidade e flutuabilidade” pode ser utilizada como atividade paralela e auxiliar para verificação e consolidação da aprendizagem, podendo ser realizada na sala de informática da escola ou proposta como atividade de casa para os alunos.
Materiais Relacionados
Vídeo (2:49) “Densidade”, experimento mostrando a importância da diferença de densidade para a flutuabilidade
Vídeo (4:11), “Como fazer um barquinho de papel que flutua na água”
Roteiros de Experimentação: um roteiro com atividades experimentais orientadas para o desenvolvimento da aula.
Arquivos anexados
- Densidade
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