Orientações didáticas desta obra

Sugestão de cronograma de aulas

A seguir, é apresentada uma sugestão para os três anos do Ensino Médio de quantidade de aulas para cada Tema quêque constitui essa obra para atender um planejamento semestral, trimestral ou bimestral.

É importante considerar quêque esta proposta é apenas uma sugestão e quêque o cronograma pódepode sêrser adequado às escôlhasescolhas feitas pela comunidade escolar, de acôr-doacordo com a quantidade de aulas estabelecidas no ano letivo para Física.

O planejamento sugerido considerou as seguintes premissas: ano letivo com 40 semanas; duas aulas semanais para Física; duas aulas para avaliação ou eventuais ajustes por bimestre ou trimestre.

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Unidade 1 Movimento

Síntese da Unidade

BNCC

• Competências gerais: 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9 e 10

• Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 2 e 3

• Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

EM13CNT201, EM13CNT205, EM13CNT207, EM13CNT208, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT303, EM13CNT304, EM13CNT306 e EM13CNT310

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs)

• Ciência e Tecnologia

• Educação Ambiental

• Educação para o Trânsito

• Educação em Direitos Humanos

• Saúde

• Trabalho

Objetivos da Unidade

• Analisar a Física como uma produção humana, quêque busca sistematizar como a natureza se comporta, utilizando para isso ferramentas do processo científico.

• Compreender a necessidade da padronização e do uso das unidades de medida das grandezas físicas de acôr-doacordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI).

• Discutir o conceito de mobilidade, relacionando-o à ideia de deslocamento e ao crescimento das cidades.

• Compreender os conceitos de referencial, ponto material, corpo extenso, trajetória, posição, deslocamento, intervalo de tempo e velocidade para descrever os movimentos estudados pela Cinemática Escalar.

• Reconhecer as características quêque definem um movimento uniforme.

• Reconhecer as características quêque definem um movimento uniformemente variado.

• Analisar movimentos por meio de funções e gráficos, diferenciando-os em uniforme e uniformemente variado.

• Definir o conceito de vetor e comentar a necessidade de representar grandezas físicas de maneira vetorial.

• Compreender como a análise vetorial deve sêrser aplicada em movimentos em duas dimensões sôbisob ação da gravidade.

• Conhecer exemplos de tecnologias quêque funcionam com base nos princípios físicos, como o GPS.

• Discutir o conceito de movimento angular, utilizando suas grandezas físicas e descrições periódicas, a partir de equações e representações vetoriais.

• Compreender sistemas de transmissão de movimento feitos por polias e engrenagens e identificá-los no nosso cotidiano.

• Avaliar situações compléksascomplexas quêque envolvam o movimento, relacionando-as com as concepções de movimento dadas pela Física.

• Produzir materiais digitais de divulgação quêque apresentem resultados de pesquisas realizadas.

Orientações gerais

Nesta Unidade, serão abordadas kestõesquestões sobre o movimento com base em modelos simples e com a utilização de variáveis macroscópicas. Sugere-se quêque os estudos dos conceitos tradicionalmente abordados pela Cinemática, como referencial, movimento, repouso, posição, trajetória, deslocamento e intervalo de tempo, sêjamsejam conduzidos, sempre quêque possível, com exemplos de casos do cotidiano, utilizando situações-problema e investigações práticas.

Entender os movimentos e saber diferenciá-los, com base nas grandezas quêque os definem e com o uso de gráficos e funções, possibilita compreender parte da natureza e interpretar alguns dos fenômenos quêque nos cér-cãocercam, além de ampliar a concepção de movimento dada pela Física, investigando-a em diversos contextos.

Abertura da Unidade

A abertura da Unidade possibilita uma discussão inicial entre os estudantes com o levantamento de conhecimentos prévios. Neste momento, incentive o diálogo, o respeito e a empatia, mediando as possíveis diferenças de opinião, para valorizar o convívio de cada estudante com essas diferenças e, assim, promover o atendimento a aspectos da Competência Geral (CG) 9. É importante propiciar discussões em quêque o principal objetivo não seja responder corretamente, mas promover um ambiente em quêque os estudantes se sintam confortáveis em expressar seus conhecimentos sobre o assunto.

Acerca das perguntas propostas na Abertura, é provável quêque os estudantes respondam quêque a pessoa da imagem está em repouso, pois, no momento de registro da fotografia, ela se encontra parada em relação ao solo. Caso algum estudante comente a respeito da concepção de movimento atrelada à ideia de referencial, direcione a conversa para apresentar inicialmente esse conceito aos estudantes.

Explore com os estudantes possíveis estratégias de como avaliar o movimento da pessoa da imagem e aproveite para comentar algumas grandezas físicas quêque serão apresentadas na Unidade.

Tema 1 – mêdídasMedidas e movimentos

êsteEste Tema apresenta uma discussão prévia sobre os movimentos, comentando os movimentos do dia a dia e fazendo uma apresentação objetiva dos estudos quêque levaram à conclusão de quêque a Terra está em movimento, com destaque às contribuições de Galileu Galilei. O Tema segue com um estudo sobre medidas de grandezas e suas respectivas unidades de medida.

Observando os movimentos

Para iniciar, sugere-se uma discussão a partir da pergunta proposta no boxe Pense e responda 1 e uma roda de conversa para a leitura do texto do Livro do estudante. Durante essa leitura, solicite aos estudantes quêque apresentem suas concepções iniciais. Fenômenos naturais como as fases da Lua, a queda dos corpos, os eclipses, entre outros, embora presentes no cotidiano e explicados pela Ciência e aceitos pela ssossiedadesociedade atual, nem sempre foram compreendidos como fenômenos naturais e explicados com o auxílio de elemêntoselementos científicos. Assim, é importante quêque os estudantes percêbampercebam quêque é um marco na história da Ciência o momento em quêque as hipóteses passaram a sêrser validadas e aceitas como teorias. Tal discussão pódepode promover um trabalho com a CG 2.

São apresentadas algumas informações sobre o início da percepção humana de quêque a Terra e os demais astros se moviam pelo céu, passando pelas concepções geocêntrica e heliocêntrica. Sobre esse assunto, a Sugestão de leitura a seguir pódepode auxiliar na discussão das ideias iniciais de heliocentrismo retomadas por Galileu, bem como dos argumentos por ele utilizados. O texto pódepode sêrser utilizado nas aulas para debater acerca do processo de construção humana da Ciência.

Sugestão de leitura

• GalileuGalileo e a rotação da Terra. Publicado por: Caderno Catarinense de Ensino de Física. Disponível em: https://livro.pw/lnzzl. Acesso em: 28 out. 2024.

Oficina científica Um modelo explicativo para o arco-íris

Nesta seção, a habilidade EM13CNT301 e a CG 2 podem sêrser mobilizadas, pois os estudantes são convidados a analisar um fenômeno natural, o arco-íris, por procedimentos normalmente realizados por cientistas. Peça aos estudantes quêque eles se organizem em grupos e desenvolvam ações como observar, coletar, organizar, interpretar dados e fundamentar suas argumentações.

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Ao relembrar uma observação do arco-íris, os estudantes provavelmente responderão quêque o Sol estava visível no dia de ocorrência do fenômeno, mas quêque estava chovendo ou a umidade da atmosféraatmosfera estava alta, ou seja, havia na atmosféraatmosfera a presença de gotículas de á guaágua. Após a realização da atividade utilizando a mangueira de á guaágua, eles deverão concluir quêque, no momento da formação do arco-íris, o Sol estava posicionado atrás do local de formação do arco.

A Leitura complementar indicada a seguir debate as concepções de método científico creditadas a Galileu. O texto pódepode sêrser utilizado em aula para discutir a concepção da proposição de ideias feitas por cientistas e para contemplar uma etapa avaliativa.

Leitura complementar

[…]

[…] é comum encontrar, nos textos didáticos, referências a experimentos por meio dos quais Galileu teria chegado, indutivamente, às suas leis mais conhecidas. No entanto, no caso do princípio da inércia, tratava-se de experiências pensadas; já no caso da lei da queda dos corpos, é praticamente cértocerto quêque Galileu partiu da lei para o experimento, e não vice-versa.

A imagem de Galileu é, por vezes, reforçada nos textos didáticos estabelecendo-se uma contraposição entre Aristóteles, retratado como um filósofo especulativo pouco preocupado em observar a realidade, e Galileu, apresentado como o protótipo do cientista quêque fundamenta suas teorias em dados empíricos. Entretanto, a física e a cosmologia aristotélicas apresentam, no geral, uma correspondência mais dirétadireta com o imediatamente observável do quêque as abstrações galileanas. Basta considerar as ideias de Aristóteles e Galileu a respeito da relação entre fôrçaforça e movimento e sobre a posição da Terra no Cosmos, para se chegar à conclusão de quêque as concepções do filósofo grego tí-nhãotinham mais sustentação na experiência imediata, do quêque aquelas do cientista italiano.

[…]

ZYLBERSZTAJN, Arden. Galileu: um cientista e várias versões. Caderno Catarinense de Ensino de Física, Florianópolis, v. 5, p. 36-48, jun. 1988. Edição especial. p. 37. Disponível em: https://livro.pw/xtsnw. Acesso em: 28 out. 2024.

Atividade ésstraextra

Determinação do volume de róchasrochas com formatos irregulares

Essa atividade pódepode sêrser realizada em aula para discutir com os estudantes estratégias de experimentação quêque considerem a elaboração de hipóteses e a verificação de suas validades, mobilizando, assim, elemêntoselementos da habilidade EM13CNT301 e podendo contribuir para o processo avaliativo.

Tem-se a tarefa de medir o volume de róchasrochas com formatos irregulares. Como isso pódepode sêrser realizado?

Esta atividade pódepode sêrser realizada incentivando o raciocínio e a criatividade dos estudantes, o quêque permite quêque eles pensem nos materiais e na execução, ou levando os materiais às aulas, com orientação à realização.

Nesta proposta, a ideia é utilizar um recipiente transparente contendo á guaágua no qual será colocada a rocha para medir o volume de á guaágua deslocado. Em caso de um recipiente com formato irregular, o volume deslocado pódepode sêrser marcado por uma caneta e retirado cuidadosamente do recipiente com uma seringa graduada, verificando na seringa qual o volume da rocha.

Para um recipiente em formato cilíndrico, o volume deslocado pódepode sêrser determinado a partir da relação para o volume de um cilindro (produto da área de base pela altura), sêndosendo necessária uma régua para as medições.

mêdídasMedidas e o Sistema Internacional de Unidades

promôvaPromova uma discussão com os estudantes sobre a importânssiaimportância da adoção de um padrão de medidas correto e adequado para uma ssossiedadesociedade, os problemas quêque podem ocorrer se esse padrão não for respeitado e a importânssiaimportância de órgãos e agências reguladoras para a fiscalização das medidas.

Nos estudos da notação científica, verifique a possibilidade de um trabalho em conjunto com o docente de Matemática, trabalhando com os estudantes as propriedades de potência de base 10.

Sugestões de leitura

• O novo Sistema Internacional de Unidades (SI). Publicado por: Sociedade Brasileira de Metrologia; Sociedade Brasileira de Física. Disponível em: https://livro.pw/uvmjg. Acesso em: 28 out. 2024.

• Dois pesos e duas medidas: uma proposta para discutir a natureza do sistema de unidades de medida na sala de aula. Publicado por: Caderno Brasileiro de Ensino de Física. Disponível em: https://livro.pw/zuswp. Acesso em: 28 out. 2024.

Saiba + Mobilidade

O objetivo desta seção é discutir a mobilidade, assunto quêque abrange a vivência e os desafios contemporâneos de uma ssossiedadesociedade. Assim, aspectos da habilidade EM13CNT207, a CG 8 e o TCT Saúde podem sêrser mobilizados neste momento.

Verifique a possibilidade de um trabalho em grupo com os estudantes e, em seguida, realize um debate em aula, estimulando habilidades de comunicação, como preconiza a CG 4. promôvaPromova o respeito à realidade de cada um.

Inicie uma discussão propondo uma conscientização sobre o bairro onde cada um vive ou onde está localizado o colégio. Primeiro, parta da perspectiva de cada um, para, em seguida, fazer um levantamento sobre as vias de acesso disponíveis e a qualidade delas: se são asfaltadas, se possuem mão simples ou dupla, se têm semáforos, se há passarelas, se há faixas exclusivas para ônibus ou ciclovias, os locais onde ocorrem engarrafamentos, se há alagamentos em dias de chuva, se existe excéssoexcesso de lama ou buracos, entre outros aspectos.

Uma proposta de discussão para êsteeste momento é sobre o uso da bicicleta como meio de transporte ou de lazer. Converse com os estudantes e peça a eles quêque comentem oralmente se costumam utilizá-la, promovendo um debate acerca de seus benefícios. Comente também os cuidados necessários com esse equipamento, como a manutenção e o uso de equipamentos de proteção. Por fim, discorra acerca da importânssiaimportância do incentivo ao uso da bicicleta pelas políticas de mobilidade.

Tema 2 – Introdução ao estudo do movimento

Neste Tema, são apresentados os conceitos básicos para o estudo dos movimentos, como é tradicionalmente feito pela Cinemática. É importante orientar os estudantes a organizar os estudos, destacando quando se está analisando o valor de uma grandeza ou a variação dos valores, como na posição e no tempo, por exemplo.

Conceitos iniciais

Neste primeiro momento, é apresentada a ideia de referencial e são tratadas as definições iniciais de movimento, repouso, ponto material e corpo extenso. A partir da pergunta apresentada no boxe Pense e responda 1, enfatize aos estudantes a importânssiaimportância da adoção de um referencial, afinal a pessoa e a cadeira de rodas estão em movimento em relação ao solo, mas estão em repouso um em relação ao outro. Pergunte se existe algum referencial quêque possa sêrser adotado para considerar quêque um estudante esteja em movimento mesmo estando sentado e em repouso em relação à sala de aula. No caso, adotando o Sol como referencial, pode-se dizêrdizer quêque a Terra e tudo quêque está nela estão em movimento.

Trajetória, posição e intervalo de tempo

êsteEste é um momento dos estudos em quêque os estudantes devem compreender a importânssiaimportância de se fazer a leitura certa dos dados, anotar as grandezas com seus respectivos símbolos (valor em número e unidade de medida) e saber distinguir quando se tem

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o valor de uma grandeza ou o valor de suas variações. Enfatize a diferença entre deslocamento e distância percorrida. Comente a importânssiaimportância da organização dos estudos.

Velocidade média, velocidade escalar média e velocidade instantânea

Neste tópico, o conceito de velocidade média é definido e ampliado para quêque os estudantes compreendam as diferenças ao abordar as velocidades escalares média e instantânea. O conceito de velocidade possibilita várias abordagens a partir de situações do cotidiano. Destaque a diferença entre as principais unidades de medida utilizadas, destacando quêque km/h, apesar de usual, não está de acôr-doacordo com o SI.

O cóódigoCódigo de Trânsito Brasileiro, apresentado no boxe Espaços de aprendizagem, possibilita a realização de pesquisas e campanhas sobre o trânsito, mobilizando aspectos da habilidade EM13CNT306, da CG 5 e do TCT Educação para o Trânsito. Se possível, acéçiacesse o cóódigocódigo com os estudantes e proponha quêque eles selecionem artigos quêque versem sobre a velocidade permitida nas vias. Como sugestão, tem-se o artigo 61 e o artigo 62. Verifique a possibilidade de estender esta abordagem com uma campanha de conscientização acerca da velocidade mássimamáxima de veículos nas vias, compartilhando-a nas mídias sociais da escola.

Saiba + A medida de tempo e a Física Moderna

Durante o trabalho com esta seção, enfatize a importânssiaimportância de uma medida precisa do tempo no cotidiano e diga quêque os instrumentos atuáisatuais são frutos dos instrumentos rudimentares criados no passado. O interessante é quêque os estudantes percêbampercebam a evolução no processo de medição e as diversas formas quêque diferentes povos utilizaram para determinar essa medida. Assim, aspectos da CG 2 podem sêrser mobilizados neste momento.

A seção aborda também a interpretação do tempo, quêque sempre teve caráter absoluto, ou seja, invariável em relação ao referencial adotado. Porém, com os avanços do conhecimento, verificou-se quêque o tempo tem caráter relativo, ou seja, pódepode ter uma medida em relação a um referencial e outra medida em relação a outro. Mesmo assim, deve-se destacar as condições e os limites em quêque estes efeitos são verificados. No caso, os efeitos relativísticos na medida do tempo só são verificados em fenômenos quêque ocorrem a altas velocidades (próximas à velocidade da luz), sêndosendo desprezíveis em situações do dia a dia.

Tema 3 – Movimento uniforme

Neste Tema, é estudado o movimento uniforme associado à velocidade constante. Nesse momento, o uso do formalismo vetorial não é destacado, mesmo sêndosendo abordado d fórmade forma subjetiva pela possibilidade do deslocamento e pela velocidade do móvel sêrser a favor ou contra o referencial adotado. Por esse motivo, é comum se fazer referência a esse movimento como retilíneo e uniforme.

Incentive os estudantes a, sempre quêque possível, representar o movimento por meio de gráficos, pois a linguagem gráfica permite visualizar a relação entre as grandezas posição, velocidade e tempo. Dessa forma, os gráficos de posição x tempo e velocidade x tempo, apresentados no decorrer do Tema, ajudam a compreender o comportamento do movimento e a identificar padrões. Verifique a possibilidade de um trabalho em conjunto com o docente de Matemática.

Movimento com velocidade constante

Inicie o estudo dêstedeste Tema destacando, como exemplo de movimento uniforme, as situações ao redor do cotidiano dos estudantes, como os veículos em uma rodovia, uma pessoa correndo enquanto realiza uma atividade física, o uso de escadas ou esteiras rolantes, alguns trechos de práticas do atletismo, como maratonas, entre outros.

Se julgar pêrtinêntipertinente, inicie os estudos a partir da seção Oficina científica – Identificando um movimento uniforme, quêque possibilita aos estudantes analisar o movimento uniforme de uma bolha de ar na á guaágua, concluindo quêque sua velocidade é constante. Esta seção incentiva o trabalho com linguagem matemática e gráfica durante a análise.

O domínio da interpretação gráfica é essencial para os estudos dos movimentos, sêndosendo um recurso importante para o desenvolvimento do raciocínio necessário à análise de situações em diferentes formatos e linguagens. Diferencie quais análises podem sêrser feitas em um gráfico da posição em relação ao tempo e em gráficos da velocidade em relação ao tempo.

A Atividade ésstraextra a seguir pódepode sêrser utilizada como ampliação para trabalhar a função da posição em relação ao tempo e resolver sistemas lineares.

Atividade ésstraextra

Encontro de dois ciclistas

Em um trecho retilíneo da ciclovia, as posições ocupadas por dois ciclistas, A e B, foram representadas por equações horárias, descritas em relação à mesma origem e ao mesmo instante inicial, com dados no SI.

s_A = 40 + 8t (ciclista A)

s_B = 50 + 4t (ciclista B)

Verifique se os ciclistas irão se encontrar. Em caso positivo, determine a posição e o instante em quêque esse encontro ocorre.

Trabalhe a resolução dos sistemas lineares com os estudantes, destacando quêque existem duas dúvidas: a posição e o instante do encontro. A partir das duas equações dadas, pode-se utilizar um dos métodos de resolução dos sistemas lineares.

s_A= sB ⇒ 40 + 8t = 50 + 4t ⇒ t = 2,5 s

sA = 40 + 8 ⋅ 2,5 ⇒ sA = 60 m

sB = 50 + 4 ⋅ 2,5 ⇒ sB = 60 m

Se possível, estenda a atividade proposta para uma discussão sobre o impacto das ciclovias na ssossiedadesociedade. Essa discussão permite um trabalho em conjunto com os docentes dos componentes curriculares de Geografia (acerca da transformação do espaço urbano) e Sociologia (análise da inclusão social e da mobilidade urbana), desenvolvendo assim a habilidade EM13CNT310.

Saiba + A importânssiaimportância do transporte público eficiente e acessível

O objetivo desta atividade é levar os estudantes a refletir acerca da importânssiaimportância de um município ou bairro garantir o direito constitucional de ir e vir a todos os cidadãos por meio do sistema de transporte público ofertado, considerando principalmente a acessibilidade para pessoas com deficiência ou com mobilidade reduzida. Nesse contexto, a atividade propicíapropicia um trabalho com a CG 10 e as habilidades EM13CNT302 e EM13CNT310, além do TCT Educação em Direitos Humanos.

Inicialmente, utilize o texto da seção para suscitar debates acerca de como eles acham quêque um município ou bairro deve sêrser planejado, destacando principalmente o sistema de transporte público ofertado. Assim, eles perceberão quêque o planejamento deve sêrser feito a longo prazo, de modo a atender à demanda atual, mas também com um olhar para as demandas das gerações futuras. Ao trazer para a aula demandas de problemas sociais da região onde os estudantes vivem, a atividade permite quêque eles se posicionem de maneira crítica e reflexiva sobre o enfrentamento dêêssesdesses problemas e possíveis soluções para eles, explorando, assim, aspectos da CG 7.

As atividades foram propostas pensando em desenvolver o perfil de cidadãos críticos nos estudantes, quêque saibam como analisar um serviço e identificar os pontos positivos e negativos, utilizando uma análise crítica para propor soluções para os pontos negativos. Solicite a contribuição dos docentes de Matemática e Língua Portuguesa, quêque poderão auxiliar na análise e sistematização dos dados e na divulgação.

Oficina científica Identificando um movimento uniforme

Organize os estudantes em grupos e, se for difícil obtêrobter algum dos materiais sugeridos, substitua-o por um similar, adequado à realidade escolar, ou, ainda, considere outras estratégias para realizar o experimento.

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Além de ter como foco de estudo o fenômeno quêque envolve o movimento uniforme, o desenvolvimento desta atividade propicíapropicia aos estudantes mostrarem seu dêsempênhodesempenho ao trabalhar em grupo, observar, coletar dados e organizá-los e analisar e expressar suas conclusões, mobilizando assim aspectos da habilidade EM13CNT301.

Incentive-os a repetir o experimento para evitar algumas imprecisões ocorridas durante a côlétacoleta de dados. Peça a eles quêque elaborem, como tarefa extraclasse, um relatório com as conclusões e promôvapromova uma discussão sobre as conclusões.

Tema 4 – Movimento uniformemente variado

êsteEste Tema define outra grandeza importante para o estudo dos movimentos, a aceleração. Utilize, sempre quêque possível, exemplos do cotidiano nos estudos, como o exemplo propôstoproposto no boxe Pense e responda 1, a queda de um objeto, a aceleração de veículos esportivos, entre outros.

Movimento variado

Nesse momento, é importante quêque os estudantes comecem a identificar a diferença entre os movimentos uniforme e uniformemente variado. Utilizando a imagem do velocímetro, é possível classificar os movimentos em retardado e acelerado com base em uma situação real e conhecida pêlospelos estudantes. Utilize outros exemplos e situações e solicite aos estudantes quêque classifiquem os movimentos em retardado ou acelerado com base no valor absoluto das velocidades instantâneas inicial e final.

Desenvolva, em aula, as representações do movimento uniformemente variadoMUV por meio das funções horárias da posição e da velocidade e seus respectivos gráficos.

Aceleração escalar média

Trabalhe o desenvolvimento matemático para evoluir de uma grandeza média para uma grandeza instantânea. É importante destacar quêque uma grandeza média é calculada apenas com dados iniciais e finais, o quêque determina uma taxa de variação média, quêque não é necessariamente constante.

Movimento com aceleração escalar constante

Optou-se por utilizar dados nas grandezas usuais de velocidade (km/h) e tempo (s), possibilitando quêque os estudantes compreendam a ideia de aceleração escalar constante a partir de uma situação do cotidiano.

Converse sobre o valor de 10 km/h/s, explicando quêque, a cada segundo, a velocidade varia 10 km/h. Pode-se acompanhar a transformação da unidade de medida junto com os estudantes, verificando quêque uma variação de 10 km/h é o mesmo quêque uma variação de, aproximadamente, 2,8 m/s. Assim, uma aceleração de 10 km/h/s é o mesmo quêque, aproximadamente, 2,8 m/s/s, ou 2,8 m/s².

Destaque quêque, na análise da aceleração, não há informações sobre o deslocamento executado pelo corpo. O deslocamento é determinado a partir do gráfico da velocidade em relação ao tempo.

Na análise dos gráficos, caso seja possível, realize a discussão em conjunto com o docente de Matemática. Verifique antecipadamente se os estudantes já aprenderam os respectivos conteúdos nas aulas de Matemática.

Equação de Torit éliTorricelli

Sobre a equação, quêque é popularmente conhecida como equação de Torit éliTorricelli, faça o procedimento de dedução junto aos estudantes, pois o processo possibilita aprendizados sobre manipulações algébricas. Explique quêque estes processos são ferramentas úteis na análise de problemas e quêque os compreender permite entender como utilizar as relações matemáticas de maneira adequada, sem necessidade de recorrer a memorizações.

Movimento de queda livre

Inicie a discussão dêêssedesse tópico comentando com os estudantes quêque a análise do movimento de queda dos corpos contou com a contribuição de diversos cientistas ao longo do tempo. No Livro do estudante, são citados os nomes de Aristóteles e Galileu, mas aproveite para citar outros, como Isaac níltomNewton, enfatizando o caráter humano e coletivo do desenvolvimento científico.

Explique quêque a aceleração da gravidade é diferente em outros planêtasplanetas do Sistema Solar, no Sol e na Lua.

Atividade ésstraextra

Os trabalhos de Galileu

ôriêntiOriente os estudantes a acessar o seguinte episódio de um podcast:

• Drops de História da Astronomia e ciências afins 3. Galileu Galilei, corpos em queda livre, 24 maio 2016. hú éfe ême gêUFMG. Disponível em: https://livro.pw/nfdid. Acesso em: 28 out. 2024.

Neste podcast, discutem-se os trabalhos de Galileu sobre corpos em quêqueda livre. Os estudantes devem escutá-lo com atenção e anotar as informações apresentadas. Verifique uma data para que todos apresentem suas anotações e faça uma mesa redonda, discutindo o tópico queda livre e as investigações de Galileu. Esta atividade mobiliza a habilidade EM13CNT201 e a CG 1.

Lançamento vertical

Para o estudo do lançamento vertical, é importante quêque, durante a análise, fique claro para os estudantes quêque o movimento descrito é classificado como retardado, pois o módulo de sua velocidade diminui durante a subida. Em função dessa diminuição, tem-se na altura mássimamáxima a velocidade igual a zero.

Ao propor quêque os estudantes lancem para cima objetos leves e sem ponta, solicite quêque eles ilustrem, em seus cadernos, o movimento do objeto, representando as diferenças quêque observarem em relação às velocidades nos pontos de partida (inicial), de altura mássimamáxima e de chegada (final), bem como a classificação do movimento em retardado e acelerado nas etapas de subida e descida.

Saiba + Meteoro: o futuro está em jôgojogo

Realizar debates científicos utilizando mídias ou outros elemêntoselementos não científicos é uma estratégia quêque pódepode sêrser interessante. No caso, utilizou-se um filme para explorar assuntos sobre queda dos corpos, juntamente com elemêntoselementos de Astronomia, com um foco particular no mercado de trabalho. Quanto a êsteeste foco, enfatizou-se a importânssiaimportância do trabalho científico dos astroônomosastrônomos, com destaque especial a uma astrônoma brasileira, desenvolvendo assim o TCT Trabalho.

Assistir ao filme é algo indicado para trabalhar esta seção. Porém, caso não seja possível, a exploração da seção pódepode sêrser feita da mesma forma, mobilizando aspectos da habilidade EM13CNT205 e da CG 2.

Oficina científica Tempo de reação

Esta atividade possibilita quêque os estudantes desenvolvam habilidades relacionadas às práticas em Ciência e Matemática, ao promover uma abordagem empírica quêque envolva a experimentação, a análise e a reflekçãoreflexão, promovendo assim elemêntoselementos das CGs 2 e 10 e das habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Os cálculos podem sêrser feitos a partir da função horária das posições, adotando: s₀ = 0, v₀ = 0 e t₀ = 0. O valor de s corresponde ao local em quêque a régua for segurada. Solicite quêque os estudantes adotem a aceleração da gravidade como 9,8 m/s².

O tempo de reação é um fator decisivo para um motorista evitar acidentes, praticando assim a direção defensiva. retórneRetorne a essa questão com os estudantes ao final da realização desta prática, trabalhando assim o TCT Educação para o Trânsito. O material sugerido a seguir possibilita estender a discussão sobre o assunto.

Sugestão de leitura

• Direção defensiva: trânsito seguro é um direito de todos.

Publicado por: Denatran; Ministério das Cidades. Disponível em: https://livro.pw/aacpy. Acesso em: 28 out. 2024.

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Tema 5 – Análise vetorial do movimento

Neste Tema, são desenvolvidos estudos tradicionalmente realizados pela Cinemática Vetorial, quêque trata de movimentos em quêque a análise vetorial se faz necessária. É importante quêque os estudantes entendam quêque grandezas como deslocamento, velocidade e aceleração são vetoriais, porém uma análise geométrica não foi necessária até o momento, sêndosendo possível um estudo adequado apenas considerando sinais positivos e negativos.

É importante explicar quêque, em algumas situações, deve-se fazer uma análise vetorial dessas grandezas, como será abordado a partir de agora.

Grandezas vetoriais

Um vetor deve sêrser apresentado inicialmente como um elemento geométrico, quêque pódepode sêrser utilizado para representar uma grandeza vetorial. Neste momento, recorra a exemplos da Física quêque ilustram grandezas vetoriais, esclarecendo aos estudantes quêque estas precisam das informações de módulo, direção e sentido para serem definidas integralmente.

Explique quêque o sín-bolosímbolo (delta)"Δs representa o deslocamento escalar. Nos estudos anteriores, a trajetória não era considerada, d fórmade forma quêque (delta)"Δs representava sempre o deslocamento do corpo em movimento. Na análise vetorial quêque está sêndosendo feita, a trajetória está sêndosendo considerada, assim deve-se distinguir o deslocamento vetorial do escalar.

Sobre a posição e o deslocamento vetorial, compare com os estudantes um deslocamento retilíneo, sempre no mesmo sentido, com outro curvilíneo, mostrando as diferenças.

Para a velocidade vetorial média, destaque quêque sua orientação é sempre a mesma do vetor deslocamento, pelo fato de o intervalo de tempo sêrser sempre positivo. Para pequenos intervalos de tempo, o vetor velocidade instantânea se configura tangente à trajetória, e a orientação do vetor passa a sêrser a do movimento. Nessas análises mais detalhadas, deve-se incentivar os estudantes a manifestar suas dúvidas.

O conceito de aceleração é expandido na discussão de sua forma vetorial. De forma semelhante ao quêque foi feito para discutir a velocidade, apresente aos estudantes as definições da aceleração vetorial média e instantânea, usando o texto e as imagens apresentadas. Nesse momento, também são definidas as acelerações tangencial e centrípeta, quêque serão fundamentais para compreender os movimentos curvilíneos, trabalhados adiante. É essencial quêque os estudantes compreendam o papel de cada componente da aceleração do movimento.

Saiba + Como funciona o GPS?

Esta seção articula o TCT Ciência e Tecnologia e a CG 1, permitindo debater a intencionalidade no desenvolvimento científico, uma vez quêque o GPS foi inicialmente desenvolvido para uso militar, porém atualmente possui diversas funções e beneficia a ssossiedadesociedade de inúmeras formas.

Ao discutir essa seção com os estudantes, forneça outros exemplos de tecnologias quêque foram desenvolvidas com uma finalidade específica, mas quêque hoje fazem parte do cotidiano com uma outra finalidade, muitas vezes tendo até alterado os modos de vida dos sêresseres humanos. Alguns exemplos são o telefone, o computador e a internet.

Aproveite esse momento para debater também as consequências negativas do uso dessas e de outras tecnologias, mobilizando assim aspectos da habilidade EM13CNT304.

A discussão dêêssedesse assunto em conjunto com o docente de Geografia pódepode fornecer subsídios ao estudo do sistema de coordenadas geográficas e com o de Matemática, às noções de geometria e ao conceito de coordenadas cartesianas.

Composição dos movimentos

Utilize o exemplo propôstoproposto para discutir a composição de movimentos. Se julgar pêrtinêntipertinente, contextualize com outras situações em quêque ocorram a composição de velocidades, como em barcos, no trânsito etc.

Movimento em duas dimensões sôbisob ação da gravidade

Neste estudo, caso os estudantes expressem dificuldades em entender a forma de analisar o movimento, enfatize quêque a análise das componentes da velocidade deve sêrser feita separadamente, d fórmade forma quêque a aceleração da gravidade interfere apenas na componente vertical, sêndosendo êsteeste movimento um movimento uniformemente variadoMUV. A componente horizontal da velocidade é constante, quando se desconsidéradesconsidera a resistência do ar, sêndosendo o movimento horizontal um MU.

Assim, no lançamento horizontal, por exemplo, desconsiderando a resistência do ar, a queda do corpo ocorre no mesmo intervalo de tempo de outro corpo abandonado da mesma altura em queda livre. Se possível, desenvolva a atividade proposta na seção Oficina científica – Lançamento horizontal no início dos estudos.

Para o lançamento oblíquo, busque situações para exemplificar, como chutes no futebólfutebol, lançamentos de basquete, arremesso de peso, lançamento de dardo. Se possível, mostre trechos de vídeo dessas modalidades esportivas.

Oficina científica Lançamento horizontal

Peça aos estudantes quêque trabalhem em grupo e escrevam um relatório sobre as observações feitas, os registros, os cálculos e as conclusões.

Esta atividade pódepode sêrser realizada antes de iniciar os estudos, como um fenômeno a sêrser observado e analisado, d fórmade forma quêque a teoria seja desenvolvida a partir da observação. Outra forma é realizá-la como uma demonstração investigativa para mobilizar o pensamento dos estudantes e desenvolver o experimento após o estudo do Tema.

Sugestão de simulador

• Movimento do projétil. Publicado por: PhET Interactive Simulations. Disponível em: https://livro.pw/wdndx. Acesso em: 28 out. 2024.

Atividade ésstraextra

Natureza dos movimentos e os referenciais

Separe os estudantes em grupos e acéçiacesse o texto a seguir ou forneça-o aos grupos.

• Extrato da Segunda Jornada do “Diálogo sobre os dois mássimosmáximos sistemas do mundo”, de Galileu Galilei. Publicado por: Instituto de Física da ú éfi érri jótaUFRJ. Disponível em: https://livro.pw/pwqhx. Acesso em: 28 out. 2024.

Após a leitura, proponha uma conversa acerca dos principais pontos destacados por Salviati (que representava Galileu) e Simplício (que representava Aristóteles). Nesse texto, os personagens fictícios, criados por Galileu, discutem a natureza do movimento e os referenciais. Dessa forma, aspectos das habilidades EM13CNT302 e EM13CNT303, bem como a CG 4, são mobilizados.

Tema 6 – Movimento circular

No movimento circular, além dos recursos vetoriais necessários para o tratamento correto das grandezas, outros recursos matemáticos são necessários, como os elemêntoselementos de uma circunferência.

Deslocamento angular

O conceito de deslocamento angular é uma das primeiras ideias a serem desenvolvidas no estudo de movimento circular. Caso a notação dos ângulos em radiano cause estranhezas e dúvidas nos estudantes, discuta a conversão do ângulo de radiano para grau, incentivando a compreensão dessa conversão, e não a simples memorização. Caso seja possível, realize atividades em quêque os estudantes possam medir ângulos usando transferidores para posteriormente convertê-los em radianos.

Velocidade angular

Para discutir o conceito de velocidade angular, utilize a representação apresentada e auxilie os estudantes a identificar as diferenças

Página quatrocentos e sessenta e nove469

entre os conceitos de velocidade angular e velocidade tangencial, para depois explorar a relação de dependência entre essas duas grandezas. refórceReforce quêque o módulo da velocidade depende da distância do ponto ao centro da circunferência descrita pelo corpo.

Movimento circular uniforme

O conceito de movimento circular uniforme possibilita trabalhar diversos fenômenos físicos, sêjamsejam eles presentes em situações do cotidiano ou em aspectos compléksoscomplexos de aplicação dêêssedesse conceito na Ciência e na Tecnologia. Ao explorar esse assunto, é possível contribuir para quêque os estudantes compreendam como objetos se móvemmovem em trajetórias circulares com velocidade angular constante e não nula.

Na sequência, são desenvolvidos os conceitos de período e freqüênciafrequência, características presentes nesse tipo de movimento. A utilização de um relógio analógico (com ponteiros) pódepode sêrser útil nesses estudos.

Transmissão do movimento circular uniforme

Para tratar dêêssedesse conceito, pódepode sêrser utilizada a problematização seguida de uma discussão. Para isso, proponha a seguinte reflekçãoreflexão aos estudantes: de quêque forma a elaboração de mecanismos para a transmissão de movimento, como engrenagens e polias, atuou no desenvolvimento das sociedades ao longo do tempo? Dedique um tempo em aula para quêque os estudantes apresentem suas considerações. Utilizando-as, comente o modo como esses mecanismos podem facilitar tarefas diárias, pois, por exemplo, algumas engrenagens e polias são a base de motores e também de bicicletas.

Explique as características e as particularidades dos modos de transmissão do movimento nessas engrenagens. Caso seja necessário, retome as concepções indicadas pêlospelos estudantes, explicando-as. Utilize as transmissões de movimento quêque ocorrem na bicicleta como exemplo.

Organizando as ideias

Espera-se quêque os estudantes reflitam sobre a importânssiaimportância dos conceitos elencados e reconheçam a relação entre eles. Oriente-os a elaborar um esquema próprio, com os principais conceitos estudados na Unidade. Se considerar pêrtinêntipertinente, proponha quêque copiem no caderno o esquema apresentado, ou parte dele, e peça quêque façam complementações, incluindo novas conexões e outros conceitos e ideias, ou quêque indiquem palavras de ligação às conexões entre os conceitos apresentados, ou, ainda, quêque escrevam pequenas descrições para esses conceitos.

Durante a realização da atividade, permita quêque esse seja um momento para quêque os estudantes desempenhem um papel ativo nos processos de elaboração conceitual e de construção do próprio conhecimento, ações quêque favorécemfavorecem a potencialização da aprendizagem d fórmade forma significativa. Se houver a possibilidade, os estudantes podem socializar as produções com a turma. As produções podem, ainda, sêrser utilizadas como instrumentos avaliativos no processo de aprendizagem.

Integrando com Biologia, Geografia, História e Sociologia

Movimentos no planêtaplaneta

Essa atividade propõe um trabalho de pesquisa quêque estimula a autonomia dos estudantes, possibilitando quêque eles assumam o protagonismo no processo ensino-aprendizagem, exercendo a criatividade e o senso crítico, especialmente durante a produção do vídeo. Nesse contexto, são mobilizados aspectos das CGs 2, 4 e 5. O assunto propôstoproposto para investigação está articulado ao TCT Educação Ambiental, ao realizar uma reflekçãoreflexão acerca dos processos migratórios quêque ocorrem no planêtaplaneta e de como atuar para quêque os processos não naturais ocorram d fórmade forma equilibrada. Quanto à história humana considerando sua origem, diversificação e processos migratórios, pode-se mobilizar a habilidade EM13CNT208.

A organização da atividade está estruturada em etapas, e, para o seu desenvolvimento, sugerimos quêque seja adotada em aula uma dinâmica, com condução distinta, pois para sua realização é fundamental quêque os estudantes tênhamtenham autonomia e criatividade, estimulando a empatia, o diálogo, a escuta e o respeito, o quêque mobiliza aspectos da CG 9.

Na segunda etapa, eles deverão escolher um tópico de pesquisa entre os sugeridos ou propor outros quêque julgarem adequados. Orientá-los a realizar essa escolha com base no interêsseinteresse quêque os assuntos despertam neles ou em uma pesquisa acerca do assunto. Nesse momento, é fundamental quêque eles compreendam a importânssiaimportância da escolha de fontes adequadas para pesquisa, o quêque promove um trabalho com a habilidade EM13CNT303.

Os textos indicados a seguir podem servir como referência para os estudantes realizarem as pesquisas acerca dos tópicos sugeridos:

• A separação dos continentes em uma visão histórica. Publicado por: Colecionadores de óssosOssos. Disponível em: https://livro.pw/ctped. Acesso em: 28 out. 2024.

• Clima e correntes marítimas. Publicado por: hí bê gê héIBGE. Disponível em: https://livro.pw/lpojx. Acesso em: 28 out. 2024.

• A dispersão dos sêresseres humanos. Publicado por: Museu da (hú f érre gê ésse)UFRGS. Disponível em: https://livro.pw/lfreg. Acesso em: 28 out. 2024.

Na terceira etapa, cada grupo deverá produzir um vídeo com os principais resultados obtidos. Nesse momento, é esperado quêque os estudantes tênhamtenham autonomia e utilizem a criatividade na produção do vídeo e na divisão de tarefas para cada integrante. A divulgação do vídeo pódepode sêrser feita nas mídias sociais da escola ou em um dia específico, com a exibição de todos os vídeos seguida de um debate para encerramento, realizando assim um trabalho com a habilidade EM13CNT302. Novamente, o protagonismo dos estudantes deve atuar para quêque eles decidam, em conjunto, quêque estratégias e ações eles devem tomar.

Considerando os temas de pesquisa sugeridos na seção, o docente de Biologia pódepode contribuir com as discussões dos tópicos dêrívaderiva continental, correntes oceânicas e movimentações dos sêresseres vivos, ao abordar como esses fatores influenciam a distribuição e a adaptação das espécies, afetando a biodiversidade e os éco-sistemasecossistemas. O docente de História pódepode discutir como o conceito de dêrívaderiva continental impactou na configuração das diferentes civilizações ao longo do tempo. O tópico migração humana pódepode sêrser abordado pelo docente de Sociologia ao discutir como esse fenômeno molda a ssossiedadesociedade e a cultura, bem como as implicações sociais dessas movimentações. Já o docente de Geografia pódepode abordar o tópico de correntes oceânicas e analisar como essas correntes são formadas e como elas afetam o clima global.

A proposta de trabalho interdisciplinar dessa atividade permite quêque os estudantes compreendam como um conhecimento científico pódepode perpassar por diferentes áreas, sêndosendo investigado e compreendido por múltiplos olhares, o quêque promove um trabalho com a CG 1.

Como sugestão de avaliação, pode-se analisar os vídeos produzidos na última etapa, mas também o desenvolvimento de cada estudante durante as etapas de trabalho. Aspectos relacionados à participação, ao envolvimento, ao comprometimento, ao respeito, à autonomia e à criatividade são alguns quêque podem sêrser observados durante essa fase.

Unidade 2 Força e Equilíbrio

Síntese da Unidade

BNCC

• Competências gerais: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9 e 10

• Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3

• Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

EM13CNT101, EM13CNT202, EM13CNT204, EM13CNT205, EM13CNT207, EM13CNT209, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT303, EM13CNT305 e EM13CNT306

Página quatrocentos e setenta470

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs)

• Ciência e Tecnologia

• Educação Alimentar e Nutricional

• Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras

• Educação para o Consumo

• Educação para o Trânsito

• Processo de envelhecimento, respeito e valorização do Idoso

• Saúde

• Trabalho

Objetivos da Unidade

• Identificar quêque a prática científica possui um conjunto de métodos a serem seguidos, mas não um método científico único.

• Reconhecer a Ciência como uma construção humana, coletiva e de caráter provisório.

• Reconhecer quêque o conhecimento científico não é produzido por um grupo específico de indivíduos.

• Compreender as causas dos movimentos utilizando o conceito de fôrçaforça.

• Analisar e descrever os movimentos com base nos princípios enunciados pelas três leis de níltomNewton.

• Identificar conhecimentos físicos estudados em situações quêque envolvem a busca por vida fora da Terra.

• Conhecer alguns modelos propostos para a organização do Sistema Solar, em particular, o modelo geocêntrico e o modelo heliocêntrico.

• Compreender as leis de KéplerKepler, a lei da Gravitação universal e as condições em quêque elas são válidas.

• Entender a ideia de campo gravitacional e as condições para lançar corpos em órbitas.

• Identificar a energia como um conceito abstrato e reconhecer suas transformações e princípios de conservação.

• Conhecer o conceito de trabalho e sua relação com o conceito de energia.

• Entender as definições de potência e rendimento e identificar situações no cotidiano em quêque elas são aplicadas.

• Relacionar as grandezas impulso e quantidade de movimento pelo teorema do impulso e sêrser capaz de aplicá-lo em situações cotidianas, como nas colisões.

• Analisar as condições de equilíbrio dos corpos, sêjamsejam eles pontos materiais ou corpos extensos.

• Relacionar o conceito de equilíbrio à situação física dos sêresseres vivos, em especial dos sêresseres humanos, identificando a sua importânssiaimportância para a manutenção da qualidade de vida.

• Conhecer a definição física de pressão e interpretá-la em fenômenos relacionados à pressão atmosférica e à pressão em fluidos.

• Compreender e aplicar os teoremas de Stevin e arquimédisArquimedes e o princípio de Pascal.

Orientações gerais

Os Temas quêque compõem esta Unidade foram organizados considerando um estudo amplo das leis quêque regem os movimentos: as leis de níltomNewton e suas aplicações, a lei da Gravitação universal, quêque trata da fôrçaforça gravitacional, e as leis de KéplerKepler acerca dos movimentos orbitais, abordando, assim, aspectos da habilidade EM13CNT204; além dessas, foram trabalhadas as leis de conservação da energia e da quantidade de movimento, bem como o estudo de equilíbrio de corpos e fluidos.

No desenvolvimento dos Temas quêque compõem a Unidade, os estudantes são incentivados a analisar as transformações e as conservações em sistemas e a relação entre matéria e energia, realizando previsões acerca de seus comportamentos, o quêque mobiliza aspectos da habilidade EM13CNT101.

Abertura da Unidade

Na Abertura da Unidade, é apresentado o fenômeno das marés (alta e baixa), quêque ocorre nas regiões litorâneas. As marés são causa das pela atração gravitacional, principalmente, entre a Terra e a Lua. Como existe movimento periódico entre Terra e Lua, esse fenômeno se repete com uma freqüênciafrequência praticamente constante.

ôriêntiOriente os estudantes quêque conversem entre si, expondo suas experiências pessoais, e elaborem uma explicação acerca dos motivos das marés ocorrerem, anotando-a no caderno. Essa estratégia possibilita a interação e o diálogo entre os estudantes, o quêque promove um trabalho com a CG 9. Se possível, permita quêque os estudantes façam pesquisas, entrevistem pessoas e explorem diferentes perspectivas sobre as marés, promovendo o multiculturalismo. Em aula, é possível retomar o conhecimento popular tradicional e o científico, valorizando cada um deles, e com isso é possível integrar diversas culturas e saberes para a construção de um aprendizado coletivo.

Sobre a proposta de exploração do tema etnoturismo, no caso, de cultura indígena, oriente os estudantes quêque façam suas anotações no caderno, para serem compartilhadas e debatidas posteriormente com os côlégascolegas. Esse assunto mobiliza as CGs 3 e 6, assim como possibilita uma perspectiva interdisciplinar com o componente curricular de Sociologia no quêque diz respeito à organização do local com base na cultura dos povos originários, permitindo um contato direto com diferentes linguagens e formas de expressão cultural. Assim, é possível promover positivamente a cultura, a história e a imagem dos povos indígenas, bem como suas tradições, organizações, saberes, valores e formas de participação social.

O etnoturismo promove a divulgação da cultura dos povos originários de um local, enriquecendo a experiência e o conhecimento dos visitantes, enquanto, simultaneamente, desen vólvedesenvolve o mercado de trabalho local, logo também permite o desenvolvimento do TCT Trabalho.

Sugestão de sáitisite

• Tibá Etnovivência. Publicado por: Associação Indígena Comunitária da Aldeia Tibá. Disponível em: https://livro.pw/nfehl. Acesso em: 1 nov. 2024.

Tema 7 – O método da Ciência

Neste Tema, os estudantes terão a oportunidade de discutir os procedimentos e os métodos utilizados nos trabalhos científicos e compreender como a Ciência se desenvolvê-udesenvolveu ao longo do tempo em diferentes partes do mundo, como uma construção humana, provisória e, por vezes, sôbisob influências políticas, históricas, sociais e individuais daqueles quêque a praticam.

Ciência e método

Sugere-se começar os estudos pela pergunta do boxe Pense e responda 1, permitindo quêque os estudantes expressem suas opiniões. Incentive-os a fazer sempre anotações no caderno. Explique aos estudantes quêque os cientistas seguem métodos em seus trabalhos, mas não existe um único método científico a sêrser seguido. Ao longo dos anos, as práticas, os equipamentos e os conhecimentos avançaram, possibilitando novos métodos, mas alguns se mantiveram: observação, análise, criação de hipóteses, teste de hipóteses, repetição, por exemplo.

Pode-se seguir com o trabalho propôstoproposto na seção Saiba + – A Ciência na África quêque trata da Ciência no continente africano e de suas inúmeras contribuições, antigas e atuáisatuais. Explique aos estudantes quêque é comum fazer citações históricas sobre as contribuições provenientes da AntigüidadeAntiguidade grega e, posteriormente, da Europa, porém a Ciência tem caráter coletivo e sempre foi praticada no mundo todo.

Saiba + A Ciência na África

O trabalho com essa seção propicíapropicia o desenvolvimento da CG 1 e do TCT Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras, ao apresentar diversas tecnologias e técnicas desenvolvidas pêlospelos povos africanos, o quêque indica quêque a inovação e o conhecimento não são exclusivos de uma região ou grupo.

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A seção oportuniza o trabalho interdisciplinar com o componente curricular História ao discutir o intercâmbio cultural. Proponha quêque os estudantes analisem, se possível em conjunto com o docente de História, como o contato entre diferentes civilizações contribuiu para a troca de conhecimentos e para o desenvolvimento de novas tecnologias.

Ciência: uma construção humana

Aproveite esse assunto para discutir os aspectos humanos da construção da Ciência, ressaltando como ela não é apenas um empreendimento técnico, mas também um processo profundamente influenciado por fatores sociais, culturais e pessoais. Aprofunde essa discussão com a seção Saiba + – César Lattes e o Prêmio NobélNobel de Física.

Para a atividade 4, oriente os estudantes quêque procurem o docente de Filosofia para obterem mais informações. Verifique a possibilidade de uma aula em conjunto para maiores aprendizados.

Saiba + César Lattes e o Prêmio NobélNobel de Física

Esta seção oferece uma oportunidade para quêque os estudantes conheçam o físico brasileiro César Lattes, cujos trabalhos com a partícula méson pi foram essenciais para confirmar a teoria da interação nuclear forte.

Ao responder às atividades, é possível suscitar debates e reflekçõesreflexões acerca da não neutralidade da Ciência, por ter influências políticas, históricas e sociais.

Leitura complementar

Sobre o ensino do método científico

[…]

[…] O método científico não é um procedimento lógico, algorítmico, rígido. Em outras palavras, o método científico não é uma receita, uma sequência linear de passos quêque necessariamente conduz a uma descoberta ou, pelo menos, a uma conclusão ou a um resultado. Na prática, muitas vezes, o cientista procede por tentativas, vai numa direção, volta, médemede novamente, abandona cértascertas hipóteses porque não tem equipamento adequado, faz uso da intuição, dá “chutes”, se deprime, se entusiasma, se apega a uma teoria. Enfim, fazer ciência é uma atividade humana, com todos os defeitos e virtudes quêque o sêrser humano tem, e com muita teoria quêque ele tem na cabeça. Conceber o método científico como uma sequência rigorosa de passos quêque o cientista segue disciplinadamente é conceber de maneira errônea a atividade científica.

[…]

MOREIRA, Marco AntônioAntonio; OSTERMANN, Fernanda. Sobre o ensino do método científico. Caderno Catarinense de Ensino de Física, Florianópolis, v. 10, n. 2, p. 108-117, ago. 1993. p. 114. Disponível em: https://livro.pw/btapo. Acesso em: 6 nov. 2024.

Tema 8 – Forças e as leis dos movimentos da Dinâmica

Neste Tema, os estudantes são convidados a refletir acerca da noção física de fôrçaforça como uma grandeza vetorial relacionada à alteração do estado de repouso ou de movimento de um ou mais corpos.

Dinâmica: as causas do movimento

A proposta para iniciar a discussão sugerida no boxe Pense e responda 1 consiste em abordar o termo “força” com conotações diferentes: no sentido de uma ação para movimentar um corpo, como é definida na Física, e no sentido de disciplina, persistência e superação.

Verifique a necessidade de uma retomada de alguns cálculos vetoriais para determinar a fôrçaforça resultante.

As leis de níltomNewton

Uma sugestão de condução é fazer um paralelo entre os bóksesboxes Pense e responda 2 e 3, destacando a situação em quêque um corpo se móvemove sem a ação de forças e depois quando ocorre a ação de forças. Aproveite para discutir sobre a importânssiaimportância do cinto de segurança para aprossimáraproximar as discussões da Física a situações cotidianas, desenvolvendo também aspectos da habilidade EM13CNT306, a CG 9 e o TCT Educação para o Trânsito.

Enfatize as restrições para a validade das leis de níltomNewton. Retome essas restrições ao estudar Forças no movimento circular, em particular, a seção Saiba + – Força centrípeta ou fôrçaforça centrífuga?.

Interações entre os corpos

Comente quêque existem outras fôrçaforças de campo, como a força elétrica e as forças magnéticas, quêque serão estudadas na Unidade 5: Eletromagnetismo.

Para cada uma das forças estudadas, enfatize a orientação de cada vetor e como sua intensidade pódepode sêrser determinada.

Saiba + Exploração espacial

Esta seção favorece uma perspectiva interdisciplinar com os componentes curriculares de Biologia e Química, ao tratar das condições favoráveis à vida na Terra. Aspectos éticos e antropológicos também permitem uma relação com os componentes curriculares de Filosofia e Sociologia. Além díssudisso, a seção permite mobilizar o TCT Ciência e Tecnologia, as habilidades EM13CNT202 e EM13CNT209 e as CGs 1 e 2.

Solicite aos estudantes quêque pesquisem as missões e os treinamentos para viagens a Marte e promôvapromova uma discussão a respeito dêêssesdesses temas, sempre trabalhando a CG 9.

Forças no movimento circular

Para auxiliar os estudantes nesse momento, sugere-se retomar os conceitos de aceleração tangencial e centrípeta e de sua relação com a segunda lei de níltomNewton.

Saiba + Força centrípeta ou fôrçaforça centrífuga?

Retome as restrições para a validade das leis de níltomNewton. No caso, veículos acelerados são referenciais não inerciais.

Incentive os estudantes a expressar seus conhecimentos prévios, promovendo uma discussão acerca do assunto e instigando-os a refletir sobre as informações do texto. refórceReforce quêque as forças quêque sentimos em um veículo acelerado não são descritas pelas leis de níltomNewton.

Movimento circular nos planos horizontal e vertical

Explore a foto do loop de uma montanha-russa. Ressalte quêque é um valor mínimo de velocidade quêque garante a segurança dos envolvidos durante esse movimento.

Explique, utilizando a equação da fôrçaforça centrípeta, quêque, se a velocidade diminui, a fôrçaforça centrípeta e a aceleração centrípeta diminuem, o quêque pódepode resultar em uma trajetória mais larga ou até na perda do movimento circular, dependendo da situação.

Oficina científica Força centrípeta

Os estudantes são convidados a fazer análises, observações, registros e formalizar as respostas com base em uma situação prática, possibilitando a mobilização da habilidade EM13CNT301.

O canudo pódepode sêrser substituído por uma tampa de caneta com furo. A pórcaporca e a borracha podem sêrser substituídas por qualquer corpo com massa suficiente para causar uma tensão no fio.

Tema 9 – As leis da Gravitação

Os estudos iniciam com um breve contexto histórico sobre a evolução dos modelos de mundo, termo utilizado para denotar o Sistema Solar, com aspectos históricos da construção do conhecimento científico, possibilitando aos estudantes criarem argumentos sobre as diferentes formas de se fazer Ciência, em diferentes períodos.

Os estudos das leis de KéplerKepler e da lei da Gravitação universal possibilitam aos estudantes compreenderem alguns dêtálhesdetalhes sobre a dinâmica do Universo, conforme orientam as habilidades da CE 2.

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Breve história sobre os modelos de mundo

A crença em um modelo baseado no sistema geocêntrico perdurou por muitos anos, e sua abordagem nos estudos possibilita aos estudantes entenderem a Ciência como um processo de construção humana, contínuo e provisório, suscetível a avanços e evoluções a todo momento.

Verifique a possibilidade de um trabalho interdisciplinar com o docente de História para tratar como diferentes culturas e épocas contribuíram para o desenvolvimento dos modelos de estrutura do Universo.

Saiba + Galileu e o modelo heliocêntrico

Verifique a possibilidade de organizar os estudantes em grupos, para quêque façam a leitura da seção e a resolução das kestõesquestões propostas. Em seguida, promôvapromova uma discussão. Destaque as influências religiosa, política, econômica, cultural e social sobre a produção dos conhecimentos científicos.

Recorrendo à análise crítica e fundamentada de situações controversas presentes na construção dos conhecimentos científicos, mobilizam-se aspectos da habilidade EM13CNT305 e da CG 1. Assim, os estudantes deverão entender quêque toda produção científica é uma produção humana e está sujeita às influências do contexto de cada época.

As leis de KéplerKepler

Destaque o caráter empírico das leis de KéplerKepler, quêque foram desenvolvidas a partir de observações astronômicas detalhadas realizadas por vários astroônomosastrônomos.

Sugestão de simulador

• Leis de KéplerKepler. Publicado por: PhET Interactive Simulations. Disponível em: https://livro.pw/xxjuk. Acesso em: 6 nov. 2024.

Lei da Gravitação universal

Retome com os estudantes as interações a distância estudadas anteriormente. A teoria aqui estudada explica a interação a distância pela região onde estas forças atuam, denominada campo.

A lei da Gravitação universal foi proposta por níltomNewton em 1687. Ele apresentou a relação de proporcionalidade para determinar a fôrçaforça da gravidade a partir de uma constante de proporção G, mas não definiu seu valor. O valor da constante gravitacional foi determinado pela primeira vez pelo físico e químico britânico ênrriHenry Cavendish (1731-1810) em 1798. Esta informação destaca o caráter humano e coletivo da Ciência.

Saiba + O fenômeno das marés

Nesta seção, os estudantes têm a oportunidade de entender o fenômeno natural das marés a partir da interação gravitacional, sêndosendo possível elaborar explicações e previsões do fenômeno a partir dos movimentos da Terra e da Lua, particularmente, mobilizando assim a habilidade EM13CNT204.

Verifique se os estudantes compreenderam a importânssiaimportância das dimensões da Terra nesse efeito, d fórmade forma quêque regiões diferentes da Terra sentem atrações gravitacionais de intensidades distintas. O fenômeno da maré demonstra a tentativa da fôrçaforça gravitacional em “esticar” a Terra, efeito observado nos oceanos em lados opostos do planêtaplaneta. Por isso, tem-se um intervalo de tempo de aproximadamente 6 h entre marés alta e baixa.

Oficina científica Simulando as fases da Lua

A atividade proposta para explicar a ocorrência das fases da Lua pódepode sêrser desenvolvida paralelamente a outros recursos visuais, como esquemas ou maquetes quêque evidenciem o sistema Sol-Terra-Lua. Para a realização da atividade, sugere-se quêque os grupos sêjamsejam compostos de, no mássimomáximo, quatro estudantes, o quêque contribui para mobilizar aspectos das CGs 1, 2, 4 e 5 e das habilidades EM13CNT204, EM13CNT205, EM13CNT301 e EM13CNT302. Oportunize momentos de debate entre os grupos acerca das observações realizadas e aproveite para sanar possíveis dúvidas quêque os estudantes possam apresentar.

Campo gravitacional

Neste momento, retoma-se a ideia do conceito de campo explorado no Tema anterior, para apresentar a ideia de campo gravitacional. Discuta com os estudantes a importânssiaimportância dêêssedesse conceito em Física e verifique eventuais dúvidas quêque eles apresentam ao longo da exposição dêêssedesse tópico, sanando-as.

Corpos em órbitas circulares

É possível trabalhar êsteeste conteúdo a partir do lançamento de satélites artificiais em órbita e a consequente produção de resíduo espacial. Ressalte quêque a maior parte das tecnologias digitais utilizadas são integradas a satélites de telecomunicações, assim os estudantes poderão ter a dimensão da importânssiaimportância e da complexidade dessas tecnologias, bem como das consequências acerca do lançamento de tantos dêêssesdesses artefatos. Essa discussão mobiliza o TCT Ciência e Tecnologia.

Atividade ésstraextra

Contribuição das mulheres para a Ciência

Assista com a turma ao filme sugerido no boxe Espaços de aprendizagem ou organize os estudantes em grupos e oriente quêque assistam. Agende um dia para realizar um debate acerca da contribuição das mulheres na Ciência durante os anos 1960, em especial, a contribuição das mulheres negras e amplie a discussão quêquestionando os estudantes se eles consideram quêque atualmente há uma igualdade nos diversos sujeitos que dêsênvólvemdesenvolvem a Ciência. Essa ação possibilita mobilizar o TCT Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras.

Tema 10 – Energia e trabalho

Os conceitos tratados neste Tema são essenciais para o entendimento de assuntos relacionados à evolução da vida e do Universo, ao fluxo de energia na natureza e às dinâmicas dos ambientes naturais. Aqui, será estudado o princípio da conservação da energia, um dos importantes princípios de conservação quêque regem o Universo, o quêque mobiliza a habilidade EM13CNT101.

Recomenda-se utilizar, sempre quêque possível, exemplos relacionados ao cotidiano dos estudantes, bem como exemplos de outras áreas de estudos.

O conceito de energia

Energia não tem uma definição exata, por esse motivo seu tratamento é feito a partir de exemplos. Busque aqueles quêque abordem a transformação de energia em diferentes contextos, como a energia ôbitídaobtida dos alimentos para realizar uma atividade física, a energia elétrica quêque aciona elétro domésticoseletrodomésticos e a energia envolvida em processos naturais, como o processo de fotossíntese.

Permita quêque os estudantes se manifestem a respeito do uso de veículos elétricos, propôstoproposto no boxe Pense e responda 1.

O conceito de trabalho

Destaque quêque trabalho é uma grandeza física relacionada à ação de uma fôrçaforça ao longo de um deslocamento, causando a transformação de uma forma de energia em outra. Discuta sobre a investigação de Joule para reforçar esta definição.

É importante ressaltar quêque não há trabalho quando não há movimento, e quêque forças perpendiculares ao deslocamento não realizam trabalho.

Saiba + Lendo rótulos

Esta seção promove um trabalho com os TCTs Saúde, Educação Alimentar e Nutricional e Educação para o Consumo. Além díssudisso, é possível desenvolver um trabalho interdisciplinar com os docentes de Biologia, Química e Matemática.

Solicite aos estudantes quêque lévemlevem rótulos de alimentos para quêque a tabélatabela nutricional seja estudada.

Página quatrocentos e setenta e três473

Trabalho de uma fôrçaforça constante

A compreensão de forças conservativas é essencial nestes estudos. Verifique se os estudantes compreenderam quêque a fôrçaforça peso é conservativa e um exemplo de fôrçaforça constante, pois seu trabalho não depende da trajetória executada pelo corpo, mas apenas da distância vertical entre os pontos iniciais e finais.

Trabalho de uma fôrçaforça variável

Explore com os estudantes o gráfico apresentado para quêque visualizem como a área sôbisob a curva representa o trabalho realizado. Essa abordagem torna mais intuitivo entender quêque, em casos em quêque a fôrçaforça varia, o trabalho não pódepode sêrser calculado como o produto da fôrçaforça pela distância, diferentemente do quêque ocorre com as forças constantes.

Teorema do trabalho e energia cinética

Debata com os estudantes as análises de Émilie du Châtelet e como ela chegou na conclusão de um produto entre massa e velocidade ao quadrado. Amplie a discussão para suscitar kestõesquestões sobre o papel das mulheres na Ciência e as dificuldades enfrentadas tanto no passado quanto em tempos atuáisatuais.

Faça a dedução do teorema com os estudantes e destaque sua importânssiaimportância na relação entre trabalho e energia.

Energia potencial

refórceReforce quêque a energia potencial está diretamente relacionada à posição quêque uma partícula ou corpo ocupa, estando na iminência de sêrser convertida em outra forma de energia. Na energia potencial gravitacional, tem-se a posição (altura) do corpo em relação ao referencial adotado como altura nula (solo, por exemplo). Na energia potencial elástica, tem-se a posição de um corpo em contato com um elástico ou mola deformado em relação à sua posição de equilíbrio (ou relaxada).

Energia mecânica

Ajude os estudantes a perceber quêque a soma das energias cinética e potencial representa a energia de um sistema, denominada energia mecânica. Diferencie o fato de a energia sempre se conservar, pois se trata de um princípio do Universo, mas a conservação da energia mecânica só ocorrer em sistemas em quêque agem forças conservativas.

Potência

Discuta o conceito de potência relacionando-o a uma situação prática, o quêque contribuirá para o aprendizado dos estudantes. Pode-se considerar uma pessoa subindo uma escada devagar e depois correndo, uma empilhadeira elevando uma carga ou a pergunta proposta no boxe Pense e responda 6.

Tema 11 – Impulso e conservação da quantidade de movimento

êsteEste Tema irá apresentar aos estudantes outro importante princípio do Universo, o da conservação da quantidade de movimento em sistemas isolados, mobilizando a habilidade EM13CNT101, assim como no Tema anterior.

Quantidade de movimento

A apresentação proposta visa destacar o caráter humano, coletivo e provisório da Ciência e como as teorias científicas são construídas ao longo do tempo, mobilizando aspectos da CG 1.

Explique aos estudantes quêque a grandeza quantidade de movimento também é designada momento linear, sêndosendo comum designá-la por ^→ Qou ^→ p.

Impulso de uma fôrçaforça

Faça um paralelo entre trabalho e impulso, dizendo quêque o trabalho relaciona a fôrçaforça ao deslocamento e quêque o impulso relaciona a fôrçaforça ao intervalo de tempo.

A demonstração do teorema do impulso a partir da segunda lei de níltomNewton possibilita levar os estudantes ao significado real dêêssedesse teorema, evitando quêque pratiquem apenas técnicas de memorização.

A pergunta proposta no boxe Pense e responda 2 possibilita compreender a relevância do intervalo de tempo, afinal as rêdesredes de segurança aumentam o intervalo de tempo de ação da fôrçaforça, causando a variação da quantidade de movimento d fórmade forma segura. Cite como outro exemplo o airbag de veículos.

Conservação da quantidade de movimento

Comente quêque êsteeste princípio pódepode sêrser utilizado para determinar a velocidade de corpos em uma situação de colisão, durante o lançamento de mísseis, no deslocamento em microgravidade, entre outros.

Oficina científica Um modelo de canhão

Proporcionar análises a partir de práticas experimentais desen vólvedesenvolve nos estudantes habilidades críticas e a capacidade de aplicar conceitos teóricos na resolução de problemas reais, propiciando quêque a habilidade EM13CNT301 seja exercitada.

Quando fazemos uma análise considerando a conservação da quantidade de movimento, é possível compreender por quêpor que os corpos de menor massa adquirem maior velocidade.

Colisões

Ressalte com os estudantes quêque é possível determinar a velocidade de um corpo após uma colisão utilizando os conceitos de quantidade de movimento.

Quanto à classificação, destaque quêque o coeficiente de restituição pódepode sêrser igual a 1, nas colisões elásticas, ou diferente de 1, nas colisões inelásticas. Quando o coeficiente de restituição é igual a zero, tem-se um caso particular da colisão inelástica, quando os corpos não se afastam após a colisão, denominado colisão perfeitamente inelástica.

Saiba + A medida do movimento e sua conservação

Retome com os estudantes quêque a cientista francesa Émilie du Châtelet havia estudado o produto entre massa e velocidade ao quadrado, mas na análise da energia. Leibniz analisou êsteeste mesmo produto, mas acreditando sêrser a definição de fôrçaforça.

Incentivar a leitura do texto e a realização das atividades possibilita mobilizar aspectos da habilidade EM13CNT303 e a CG 1.

Atividade ésstraextra

A Física e os itens de segurança em veículos

Esta atividade tem o objetivo de destacar itens de segurança desenvolvidos nos veículos com base nas leis e teorias da Física.

Organize os estudantes em grupos e oriente-os a pesquisar os principais itens de segurança existentes em um veículo, bem como aprimoramentos nos veículos visando a segurança dos passageiros. Em cada um deles, verificar qual a principal lei, princípio ou teoria da Física se relaciona e fazer uma breve explicação com base em seus conhecimentos, possibilitando o desenvolvimento da habilidade EM13CNT101.

Diga aos estudantes quêque usem a criatividade para enriquecer a atividade, como fazer uma entrevista com algum profissional mecânico ou conversar com pessoas quêque utilizaram ou utilizam veículos mais antigos, destacando as diferenças para os veículos atuáisatuais.

Eles devem registrar as informações. Agende um dia para fazer uma discussão sobre as informações obtidas. Entre alguns itens, pode-se citar: cinto de segurança (relacionado à primeira lei de níltomNewton, princípio da inércia, sêndosendo possível comparar sistema antigos aos atuáisatuais, quêque ajustam a tensão de acôr-doacordo com a velocidade em quêque são puxados), encosto de cabeça (relacionado à primeira lei de níltomNewton, evita o efeito chicote no pescoço), airbag (relacionado ao teorema do impulso e à segunda lei de níltomNewton, pois aumenta o intervalo de tempo em frenagens, diminuindo a intensidade da fôrçaforça aplicada), carrocerias com deformação programada (dissipação de energia, teorema do impulso e segunda lei de níltomNewton, pois veículos

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se deformam nas colisões, absorvendo a energia do movimento e também aumentando o tempo de frenagem, reduzindo a intensidade da fôrçaforça aplicada), entre outros.

Tema 12 – is-táticaEstática e Hidrostática

Esse Tema concentra-se na análise do equilíbrio em corpos (is-táticaEstática) e fluidos (Hidrostática).

Equilíbrio

Enfatize quêque a condição de equilíbrio corresponde a uma fôrçaforça resultante nula, seja em equilíbrio estático ou dinâmico. Explore exemplos do cotidiano em quêque é possível visualizar corpos em equilíbrio, como nos esportes, incentivando os estudantes a refletir acerca das condições quêque garantem esse equilíbrio.

Condição de equilíbrio de um ponto material

Neste momento dos estudos, é importante resgatar situações estudadas quando se analisou a ação de forças sobre corpos em movimento e em repouso (força peso, normal, tração, atrito e elástica, por exemplo). Cite os projetos de pontes e edifícios quêque requerem dos engenheiros e dos arquitetos uma análise cuidadosa do equilíbrio.

Saiba + Atividade física e equilíbrio

Esta seção explora a importânssiaimportância da prática de atividades físicas para manter boas condições de saúde, abordando assim o TCT Saúde e possibilitando um trabalho interdisciplinar com Educação Física, como sugere a atividade 3.

A abordagem do equilíbrio permite discutir sobre a capacidade do sêrser humano em se manter equilibrado, assim como a perda natural desta capacidade, valorizando a importânssiaimportância de práticas regulares de atividades físicas. Essa discussão está relacionada com o TCT Processo de envelhecimento, respeito e valorização do Idoso.

A seção também explora as vivências e os desafios aos quais as juventudes estão expostas, em razão do uso excessivo de tecnologias, do sedentarismo e de prejuízos psicoemocionais, propondo ações de prevenção e promoção da saúde e do bem-estar, como orienta a CG 8 e a habilidade EM13CNT207.

Verifique a possibilidade de os docentes de Língua Portuguesa e ár-teArte auxiliarem na elaboração dos materiais de divulgação sugeridos.

Sugestão de leitura

• A importânssiaimportância do exercício físico no envelhecimento. Publicado por: Revista da Unifebe. Disponível em: https://livro.pw/nirbs. Acesso em: 6 nov. 2024.

Momento de uma fôrçaforça ou torque

Para discutir o conceito de momento de uma fôrçaforça com os estudantes, sugerimos a utilização de aplicações práticas, a começar pelo quêque é propôstoproposto no boxe Pense e responda 2, quêque sugere um estudo da configuração de uma porta. Convide os estudantes a movimentar a porta da sala, empurrando-a em locais distintos e analisando os efeitos sentidos ao aplicar a fôrçaforça.

Condições de equilíbrio de um corpo extenso

Explore a imagem do Museu ÓscarOscar NiemáiêrNiemeyer, presente no Livro do estudante, e pergunte se, devido à sua forma, seria possível quêque a base do museu fosse diferente ou posicionada em outro lugar. Em seguida, converse com eles sobre como o centro de massa da estrutura deve estar cuidadosamente posicionado em relação à sua base para garantir a estabilidade. Peça aos estudantes quêque identifiquem na imagem onde eles acreditam quêque está o centro de massa da estrutura.

Alavancas

A classificação das alavancas é exemplificada por meio de objetos de uso cotidiano. Solicite quêque os estudantes pensem em outros objetos de uso diário e os classifiquem como alavancas interpotentes, inter-resistentes ou interfixas.

Introdução à Hidrostática

Inicie os estudos convidando os estudantes a expressar suas experiências quanto a sentir variações de pressões, como em montanhas, sérrasserras, piscinas, entre outros. Pergunte se alguém já fez medição de pressão e quais dêtálhesdetalhes poderia descrever.

Converse sobre a pressão atmosférica e sua importânssiaimportância, explicando quêque se trata de uma das condições quêque favorécemfavorecem a existência de vida na Terra. Destaque o experimento de Torit éliTorricelli, quêque mostrou a equivalência entre a pressão atmosférica e a pressão de uma coluna de mercúrio, medida em mmHg, para mobilizar, em sala de aula, aspectos da habilidade EM13CNT301.

Teorema de Stevin

Comente com os estudantes quêque o teorema de Stevin foi obtídoobtido êsperimentalmenteexperimentalmente alguns anos antes do desenvolvimento das leis de níltomNewton. É importante estabelecer essa relação para quêque os estudantes compreendam quêque o desenvolvimento das leis e teorias não foi necessariamente na ordem quêque comumente estudamos.

Oficina científica Quem faz a fôrçaforça?

Essa prática também pódepode sêrser realizada em grupos, de modo a estimular a troca de ideias e informações quêque lévemlevem à construção do aprendizado, mobilizando assim aspectos da CG 9. Utilize copos de plástico e fiscalize o uso de tesouras pêlospelos estudantes.

Debater sobre as observações realizadas, pensando e elaborando hipóteses, possibilita desenvolver a CG 2 e a habilidade EM13CNT301. ôriêntiOriente os estudantes para quêque entendam os limites desta investigação, compreendendo corretamente akiloaquilo quêque se está estudando, conforme a habilidade EM13CNT205. No caso, existe uma limitação de realização para uma coluna de á guaágua de, aproximadamente, 10 m de comprimento.

Princípio de Pascal

Apresente aos estudantes tecnologias quêque utilizam esse princípio como base para seu funcionamento, como os macacos hidráulicos e as cadeiras de dentistas, quêque funcionam como elevadores hidráulicos.

Teorema de arquimédisArquimedes

Enfatize quêque, quando um objeto está flutuando, a fôrçaforça resultante sobre ele é nula, ou seja, a fôrçaforça peso e a fôrçaforça de empuxo têm a mesma intensidade. A intensidade do empuxo é maior do quêque a do peso quando o corpo é mantido completamente submérsosubmerso. Ao sêrser liberado, ele se móvemove verticalmente para cima, até quêque a intensidade do empuxo se iguale com a do peso.

Oficina científica Flutua ou afunda?

Se julgar oportuno, peça quêque os estudantes desenvolvam essa atividade prática em grupo, incentivando e fortalecendo o diálogo e a empatia entre os estudantes, mobilizando elemêntoselementos da CG 9.

Nesta atividade, os estudantes têm a oportunidade de exercitar a curiosidade intelectual na observação prática, explorando aspectos da CG 2.

Os estudantes devem relacionar corretamente o quêque foi observado na investigação prática com as densidades dos materiais envolvidos, de acôr-doacordo com o quêque foi estudado sobre as condições de flutuação, mobilizando a habilidade EM13CNT301. A densidade da parafina é menor do quêque a da á guaágua, por isso ela flutua, e maior do quêque a do áucôlálcool, por isso ela afunda. Ao misturar á guaágua e áucôlálcool, a parafina quêque estava no fundo do áucôlálcool, aos poucos, move-se para cima.

Atividade ésstraextra

Influência da pressão atmosférica

Esta atividade apresenta uma investigação sobre a influência da pressão atmosférica.

Providencie antecipadamente os seguintes materiais: garrafa plástica tipo pétiPET de 2 litros com tampa, bacia, á guaágua e prego para fazer furos de mesmo diâmetro no fundo da garrafa. Verifique a possibilidade

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de organizar os estudantes em grupos e quêque cada um tenha seu kit. Evite quêque os estudantes manuseiem o prego para fazer os furos.

A cada etapa a seguir, os estudantes devem observar o quêque ocorre e anotar no caderno o procedimento realizado e quêque foi observado.

1) Encha a bacia com á guaágua e coloque a garrafa tampada na á guaágua, pela base e na posição vertical.

2) Faça o mesmo procedimento 1, mas agora com a garrafa destampada.

3) Mantenha a garrafa destampada dentro da bacia, encha-a de á guaágua em seguida e feche com a tampa. Retire a garrafa da bacia e a mantenha suspensa.

4) Retire a tampa da garrafa.

Etapas da atividade

Esta atividade possibilita exercitar observação, curiosidade intelectual, investigação e elaboração de hipóteses, desenvolvendo assim a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301. ôriêntiOriente os estudantes a repetir o procedimento quantas vezes acharem necessário e alerte-os para observar quêque, mesmo com os furos no fundo da garrafa, a á guaágua não sai. Assim quêque a tampa é retirada, a á guaágua começa a sair pêlospelos furos.

As ações de observar, analisar, discutir e tirar conclusões são fundamentais para atingir o objetivo de levar os estudantes a entender quêque os fenômenos observados acontecem porque a pressão dentro da garrafa é menor quêque a pressão do lado de fora. Dessa forma, a á guaágua não sai, mesmo com os furos no fundo da garrafa. Quando se retira a tampa, a pressão fora da garrafa (pressão atmosférica) empurra a á guaágua, logo ela sai pêlospelos furos da parte inferior da garrafa.

Organizando as ideias

Espera-se quêque os estudantes reflitam sobre a importânssiaimportância dos conceitos elencados e reconheçam a relação entre eles. Oriente-os a elaborar um esquema próprio, com os principais conceitos estudados na Unidade. Se considerar pêrtinêntipertinente, proponha quêque copiem no caderno o esquema apresentado, ou parte dele, e peça quêque façam complementações, incluindo novas conexões e outros conceitos e ideias, ou quêque indiquem palavras de ligação às conexões entre os conceitos apresentados, ou, ainda, quêque escrevam pequenas descrições para esses conceitos.

Durante a realização da atividade, permita quêque esse seja um momento para quêque os estudantes desempenhem um papel ativo nos processos de elaboração conceitual e de construção do próprio conhecimento, ações quêque favorécemfavorecem a potencialização da aprendizagem d fórmade forma significativa. Se houver a possibilidade, os estudantes podem socializar as produções com a turma. As produções podem, ainda, sêrser utilizadas como instrumentos avaliativos no processo de aprendizagem.

Integrando com ár-teArte, Biologia, Educação Física e Química

Musculação

Essa atividade propõe um trabalho coletivo quêque consiste na elaboração de uma campanha de conscientização e incentivo à prática de atividade física, em especial à musculação, o quêque proporciona um trabalho com os TCTs Saúde e Educação Alimentar e Nutricional. O objetivo é quêque os estudantes pesquisem o assunto e entrevistem profissionais quêque podem auxiliar nesse processo. Assim, os estudantes assumem papel de protagonistas, mobilizando elemêntoselementos das CGs 1, 4, 5, 6 e 8 e das habilidades EM13CNT207 e EM13CNT302 ao articularem conhecimentos construídos culturalmente, com bases científicas, para a promoção do autocuidado e do autoconhecimento, tendo como resultado a comunicação dêstedeste trabalho quêque, por meio de pesquisas e entrevistas, pódepode sêrser divulgado por diversos meios impressos e digitais.

Auxilie os estudantes nas divisões de tarefas, explorando as melhores habilidades de cada um.

Comunique a escola sobre todo e qualquer convite a sêrser feito, para quêque as devidas autorizações sêjamsejam concedidas.

Na organização dos dados, se possível, faça um trabalho em conjunto com os docentes de Química, Biologia, Educação Física e ár-teArte.

Para a organização dos dados e dos textos d fórmade forma atrativa, incentive a criatividade dos estudantes. A divulgação pódepode sêrser feita por meio de material impresso e distribuído na escola ou ainda por meios digitais para a comunidade escolar e não escolar.

Unidade 3 Termodinâmica

Síntese da Unidade

BNCC

• Competências gerais: 2, 7, 8 e 9

• Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3

• Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

EM13CNT101, EM13CNT102, EM13CNT105, EM13CNT106, EM13CNT202, EM13CNT203, EM13CNT205, EM13CNT301, EM13CNT303, EM13CNT305, EM13CNT307, EM13CNT309 e EM13CNT310

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs)

• Direitos da Criança e do Adolescente

• Diversidade Cultural

• Educação Ambiental

• Saúde

• Trabalho

• Vida Familiar e Social

Objetivos da Unidade

• Reconhecer a importânssiaimportância da Revolução Industrial para a Ciência e para a ssossiedadesociedade e o papel das leis e teorias da Termodinâmica nessa época.

• Entender a diferença entre os conceitos de calor e tempera-túratemperatura.

• Reconhecer o termômetro como um instrumento criado para medir tempera-túratemperatura.

• Conhecer as escalas termométricas célciusCelsius, farenrráitiFahrenheit e kélvinKelvin, assim como os métodos de transformação entre elas.

• Entender a dilatação térmica como um fenômeno térmico, dependente da variação de tempera-túratemperatura e do material.

• Entender quêque calor é uma forma de energia em movimento devido à diferença de tempera-túratemperatura.

• Reconhecer o equilíbrio térmico e as características verificadas quando ele ocorre.

• Diferenciar calor sensível de calor latente.

• Saber fazer a interpretação de gráficos e tabélastabelas e utilizar relações matemáticas entre grandezas termodinâmicas.

• Aplicar o princípio da conservação da energia em processos de trocas de calor em sistemas isolados.

• Entender a relação entre pressão e tempera-túratemperatura nas mudanças de estado físico.

• Reconhecer os mecanismos de transmissão de calor por condução, convekiçãoconvecção e radiação e as condições para quêque cada uma ocorra.

• Analisar as propriedades térmicas dos materiais e avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações.

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• Explicar, a partir da Termodinâmica, alguns processos atmosféricos naturais, como a formação de brisas e a inversão térmica.

• Relacionar os conhecimentos da Termodinâmica à dinâmica do planêtaplaneta quêque gera condições para a existência de vida.

• Compreender o estado termodinâmico de um gás ideal.

• Conhecer as variáveis de estado termodinâmico de um gás ideal.

• Entender as transformações gasosas e saber diferenciá-las.

• Compreender a lei geral dos gases ideais, assim como a equação de Clapeyron.

• Saber interpretar o trabalho termodinâmico em transformações gasosas.

• Entender quêque a primeira lei da Termodinâmica se trata de um enunciado da conservação da energia e saber analisá-la nas transformações gasosas.

• Aprender sobre processos de transformação de energia espontâneos e irreversíveis.

• Entender o conceito de entropia e sua relação ao grau de “desordem” de um sistema.

• Saber reconhecer uma máquina térmica, suas etapas e seus processos.

• Conhecer o rendimento de uma máquina térmica, entender o quêque é o rendimento de uma máquina operando pelo ciclo de Carnot e a impossibilidade de um rendimento de 100%.

Orientações gerais

Os Temas quêque compõem esta Unidade permitem um estudo básico e completo dos assuntos tradicionalmente abordados na Termodinâmica, possibilitando aos estudantes uma análise correta dos fenômenos da natureza relacionados a estes assuntos.

Recomenda-se quêque, durante os estudos, sêjamsejam abordados, sempre quêque possível, exemplos e situações do cotidiano dos estudantes e da dinâmica do planêtaplaneta e do Universo. Além díssudisso, fazer, sempre quêque possível, paralelos com assuntos tratados na Mecânica, criando assim modelos macroscópicos para as grandezas termodinâmicas.

Uma sugestão alternativa de trabalho com esta Unidade é iniciar os estudos pelo Tema 14 (Termologia e dilatação térmica) e estudar o Tema 13 (Termodinâmica e sociedade) juntamente com o Tema 18 (As leis da Termodinâmica e as máquinas térmicas).

Abertura da Unidade

A Abertura da Unidade aborda o balonismo. ôriêntiOriente os estudantes para quêque leiam as informações apresentadas buscando compreendêê-lascompreendê-las a partir de estudos anteriores. Incentive sempre o diálogo, o respeito, a cooperação e a empatia entre eles, promovendo o atendimento a aspectos da CG 9.

Verifique se os estudantes compreenderam quêque, quando os balões estão sêndosendo enchidos por um ventilador, não existem diferenças nas propriedades entre o ar interno e externo ao balão. Quando o maçarico é ligado, o ar interno do balão é aquecido e suas partículas ficam mais agitadas, aumentando a tempera-túratemperatura do ar e tornando-o menos denso em relação ao ar externo ao balão, o quêque forma, consequentemente, uma corrente de convekiçãoconvecção. Como o ar dentro do balão está menos denso quêque o ar fora do balão, a fôrçaforça de empuxo sobre o balão, vertical para cima, supera a fôrçaforça peso, gerando uma fôrçaforça resultante vertical para cima quêque faz o balão subir.

Caso os estudantes não compreendam os motivos para existir horários indicados para a prática de balonismo, oriente quêque conversem entre eles e pesquisem o assunto, se possível. Em horários próximos ao meio-dia, a superfícíesuperfície do planêtaplaneta está mais aquecida, ocorrendo deslocamentos ascendentes de massas gasosas quêque podem interferir no equilíbrio do balão e esquentar o ar ao seu redor, reduzindo a intensidade da fôrçaforça de empuxo sobre ele.

Enfatize quêque a proposta da Abertura de Unidade não é quêque as perguntas sêjamsejam respondidas corretamente, mas despertar a curiosidade, incentivar o levantamento de conhecimentos prévios, a reflekçãoreflexão, a imaginação e a criatividade nas investigações, promovendo, assim, a CG 2. As discussões e respostas devem sêrser registradas no caderno, possibilitando um retorno às anotações após os estudos.

Tema 13 – Termodinâmica e ssossiedadesociedade

Neste Tema, promove-se uma apresentação da influência dos estudos da Termodinâmica na ssossiedadesociedade, destacando os eventos quêque ocorreram na Inglaterra a partir do final do século XVII, quando avanços intelectuais e tecnológicos ocorreram para solucionar problemas vivídosvividos pela ssossiedadesociedade, resultando, posteriormente, em uma alta mecanização das atividades industriais e fabris, quêque desencadearam transformações sociais e econômicas na ssossiedadesociedade entre os séculos XVIII e XIX.

êsteEste Tema pódepode sêrser estudado como introdução à Termodinâmica ou antes de estudar o Tema 18.

Breve história das máquinas térmicas

Uma sugestão de condução é conversar com os estudantes sobre a realidade vivida no final do século XVII na Europa, com o aumento do consumo de carvão e os problemas enfrentados, o quêque deu início a estudos e ao desenvolvimento de máquinas térmicas, primeiramente, para resolver esses problemas. Destaque quêque, naquela época, a busca por novas fontes de energia quêque atendessem às demandas da ssossiedadesociedade levou ao aumento do consumo de carvão, sêndosendo o mundo, até os dias atuáisatuais, dependente dessa fonte de energia. Conduza os estudantes a analisar e refletir sobre kestõesquestões sócio-ambientaissocioambientais e econômicas relativas a essa dependência e à necessidade de introdução de alternativas e novas tecnologias energéticas quêque sêjamsejam rêno-váveisrenováveis e limpas, mobilizando assim a habilidade EM13CNT309.

Posteriormente, os avanços aumentaram as possibilidades de utilização das máquinas em diversos setores, como industrial e de transportes, com o surgimento da locomotiva. Nesse momento, aborde a pergunta do boxe Pense e responda 1, sobre os avanços na infraestrutura de transportes e os benefícios quêque foram gerados, desenvolvendo assim a habilidade EM13CNT310. Dessa forma, cria-se uma conexão com a discussão sobre a Revolução Industrial, proposta a seguir.

Na descrição da máquina de Watt, está destacado quêque uma máquina térmica possui uma fonte kemtequente e uma fonte fria e quêque opera em ciclos, características básicas quêque podem auxiliar os estudantes a responder à atividade 1.

Alguns impactos da Revolução Industrial na ssossiedadesociedade

O estudo do desenvolvimento da Termodinâmica com a Revolução Industrial e os reflexos dela na ssossiedadesociedade possibilita um trabalho em conjunto com os componentes curriculares de Sociologia e História.

Esta discussão pódepode sêrser desenvolvida com diferentes argumentos e perspectivas, destacando pontos positivos e negativos sobre as transformações sociais e econômicas quêque ocorreram e possibilitando, assim, quêque os estudantes possam ter seu próprio posicionamento, desenvolver suas opiniões e defender suas ideias, como orienta a CG 7.

Atividade ésstraextra

Investigação sobre o contexto quêque se insere o filme Tempos modernos

Realize um trabalho envolvendo o filme Tempos modernos apresentado no Espaços de aprendizagem. êsteEste filme é encontrado d fórmade forma gratuita em platafórmasplataformas de mídias digitais, com tradução em língua portuguesa. Verifique a possibilidade de assistir ao filme no colégio (durante as aulas ou em contraturno) ou oriente os estudantes quêque assistam, de preferência, em grupos. Eles devem anotar os dêtálhesdetalhes do filme, passagens em quêque reconhecem assuntos estudados em aulas, como Física, História e ár-teArte.

De posse de suas anotações, os grupos devem procurar o docente de História e realizar uma entrevista sobre a época retratada no filme, o período da Revolução Industrial, a influência desta época no período atual, as fases subsequentes da revolução, por exemplo. Os grupos devem realizar também uma entrevista com o docente de ár-teArte sobre o filme, sobre a forma quêque ele foi feito, o estilo trabalhado, as características do artista, quêque também é diretor, por exemplo.

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Incentive os estudantes a usar a criatividade para fazer a entrevista, anotando as informações, produzindo vídeo ou registros fotográficos. Os estudantes devem organizar as informações quêque obtiveram do filme e das entrevistas em um painel, quêque pódepode sêrser em uma cartolina, por exemplo. Verifique uma data para apresentação dos trabalhos e compartilhamento das informações.

Esta atividade permite mobilizar as CGs 1, 3 e 6.

Sugestões de leitura

• O corpo utilitário: da revolução industrial à revolução da informação. Publicado por: Úh-êh-éleUEL. Disponível em: https://livro.pw/wkyqo. Acesso em: 1 nov. 2024.

Saiba + Trabalho infantil

Esta seção aborda o trabalho infantil, um tema sério e importante em uma ssossiedadesociedade, possibilitando desenvolver os TCTs Direitos da Criança e do Adolescente, Trabalho e Vida Familiar e Social.

Converse com os estudantes sobre o desenvolvimento científico ocorrido na época da Revolução Industrial, quêque refletiu de diferentes formas na vida das pessoas. Por exemplo, a vida familiar e social de pessoas desfavorecidas economicamente foi alterada devido aos novos estilos e jornadas de trabalhos, o quêque acabou por envolver também crianças e adolescentes. Assim, os estudantes têm a oportunidade de discutir sobre o uso indevido do conhecimento como forma de justificar processos de segregação e discriminatórios, como orienta a habilidade EM13CNT305.

A discussão é conduzida no contexto da Revolução Industrial, mas recomenda-se quêque se estenda para a ssossiedadesociedade atual. De acôr-doacordo com dados da Pnad (Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios), desenvolvida pelo hí bê gê héIBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), entre 2019 e 2022, o número de habitantes entre 5 e 17 anos diminuiu 1,4%, mas o contingente dêstedeste grupo etário em situação de trabalho infantil aumentou 7,0%. Em 2022, o Brasil possuía 1,9 milhão de pessoas nesta faixa etária em situação de trabalho infantil.

refórceReforce quêque o trabalho infantil não é um problema só das famílias e dos indivíduos quêque o vivenciam, mas de todos quêque vivem em ssossiedadesociedade. As Sugestões de leitura a seguir podem sêrser apresentadas aos estudantes para quêque obtenham mais informações.

Sugestões de leitura

• De 2019 para 2022, trabalho infantil aumentou no país. Publicado por: Agência hí bê gê héIBGE Notícias. Disponível em: https://livro.pw/txgrn. Acesso em: 1 nov. 2024.

• Declaração dos Direitos da Criança. Publicado por: Unicef. Disponível em: https://livro.pw/vncam. Acesso em: 1 nov. 2024.

• Estatuto da Criança e do Adolescente: lei númeronº 8.069, de 13 de julho de 1990. Publicado por: MMFDH; SNDCA; CONANDA. Disponível em: https://livro.pw/wczqb. Acesso em: 1 nov. 2024.

Tema 14 – Termologia e dilatação térmica

Nos estudos, trabalhe, sempre quêque possível, com exemplos significativos do cotidiano das pessoas, oferecendo condições para os estudantes, a partir de conhecimentos prévios, evoluírem a uma capacidade de argumentação e autonomia de ação e de pensamento com base em conhecimentos científicos.

Calor e tempera-túratemperatura

Uma proposta de condução é comentar quêque, por vezes, existem hipóteses e teorias equivocadas, mas essenciais no processo científico, pois podem sêrser testadas e avaliadas em outras investigações quêque chegam nas hipóteses e teorias mais completas e aceitas atualmente. Dessa forma, pode-se destacar também o caráter provisório da Ciência.

Sobre o conceito antigo de uma substância existente nos corpos, chamada calórico, sugere-se retornar ao Tema 10: Energia e trabalho e analisar novamente os estudos de diêmesJames Joule, pioneiro em determinar a relação entre calor e energia mecânica.

Saiba + Equilíbrio térmico e aquecimento global

Esta seção propõe uma articulação entre conceitos de Termodinâmica com o fenômeno natural do efeito estufa e os riscos de seu agravamento e descontrole. Assim, pode-se discutir sobre as dinâmicas da Terra e as condições favoráveis para a existência e a manutenção da vida, articulando o TCT Educação Ambiental e as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT202.

Auxilie os estudantes a fazer as interpretações corretas do equilíbrio térmico e a responder à atividade 2.

Leitura complementar

A diferenciação entre calor e tempera-túratemperatura

[…]

As relações entre calor e tempera-túratemperatura encontradas nas ideias dos estudantes apontam para a influência da maneira como lidamos com o calor na vida cotidiana: dizemos quêque faz calor quando a tempera-túratemperatura está alta, o quêque pódepode provocar muitas vezes a identificação de um conceito com o outro. Quando os estudantes trabalham com a determinação de tempera-túrastemperaturas utilizando o termômetro de laboratório e o termômetro clínico, eles são estimulados a pensar no funcionamento dêêssesdesses instrumentos, o quêque leva à ideia de equilíbrio térmico e de direção do fluxo do calor. Ao trabalhar com a sensação de kemtequente e frio, os estudantes são estimulados a pensar quêque as sensações nem sempre correspondem a uma diferença real de tempera-túratemperatura, o quêque é explicado recorrendo-se a conceitos como condutividade térmica e calor específico (Mortimer e Amaral, 1998). Nesse sentido, vale salientar a distinção feita por Bachelard (1996) entre a experiência comum e a experiência científica, onde a segunda contradiz a primeira. Segundo o autor, a experiência comum não é uma experiência construída e sim feita de observações justapostas, sêndosendo imediata e usual. Ela desenvolve-se no reino das palavras e das definições, enquanto quêque a experiência científica está na perspectiva de retificar êêrroserros. […]

AMARAL, Edenia Maria R. do; MORTIMER, Eduardo F. Uma proposta de perfil conceitual para o conceito de calor. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, Belo Horizonte, v. 1, n. 3, set./dez. 2001. Localizável em: p. 8-9 do pdf. Disponível em: https://livro.pw/knptl. Acesso em: 1 nov. 2024.

Termômetro e medida da tempera-túratemperatura

Verifique a possibilidade de apresentar alguns modelos de termômetro aos estudantes por uma apresentação de fotografias, destacando alguns dêtálhesdetalhes como a forma como médemmedem tempera-túratemperatura, as situações de utilização, os limites de valores medidos, entre outros. Outra sugestão é pedir aos estudantes quêque façam uma pesquisa acerca do assunto.

Atividade ésstraextra

Os impactos da tempera-túratemperatura sobre o corpo humano

Organize os estudantes em grupos e oriente-os para quêque façam uma pesquisa sobre os impactos da tempera-túratemperatura na saúde do sêrser humano. As informações devem sêrser registradas e organizadas em um painel (ou pôster), manuscrito ou digital, para sêrser exposto na escola ou divulgado em mídias digitais. Permita quêque os estudantes usem a criatividade na produção e verifique a possibilidade da produção de outros produtos (folhetos, vídeos, palestras no colégio, por exemplo). Esta atividade está relacionada ao desenvolvimento do TCT Saúde e da CG 8 e também possibilita um trabalho em conjunto com o componente curricular de Biologia.

A Sugestão de leitura a seguir pódepode sêrser passada aos estudantes para quêque se orientem e busquem outras fontes.

Sugestão de leitura

• O quêque acontece com o corpo humano em altas tempera-túrastemperaturas?

Publicado por: BBC niusNews Brasil. Disponível em: https://livro.pw/dyyej. Acesso em: 1 nov. 2024.

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Dilatação térmica dos sólidos

Explique quêque a dilatação térmica é um fenômeno comum no cotidiano, quêque causa estalos, por exemplo, em equipamentos elétricos (como televisão e geladeira) ou em corpos de madeira (como pisos e portas) ao sofrerem variação de tempera-túratemperatura. Destaque esse efeito na construção civil, como em pontes, trilhos de ferrovias, motores de veículos, entre outros, quêque podem causar danos e riscos se não forem previstos.

Oficina científica Fios elétricos nas linhas de transmissão

Atente-se aos cuidados necessários nesta atividade. Sugere-se a utilização de luvas de borracha para segurar a vela e, de preferência, quêque o docente passe a chama dela no fio. Evitar quêque os estudantes toquem no fio enquanto ele está sêndosendo aquecido. Como objeto a sêrser pendurado, sugere-se algo com massa razoável para esticar o fio, como uma chumbada de pescaria, uma rocha, um livro, entre outros.

Práticas como essa possibilitam o exercício da observação e da curiosidade, a análise crítica com base na Ciência e a utilização de instrumentos de medição, mobilizando assim a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Dilatação dos líquidos

Certifique-se quêque os estudantes compreenderam o conceito de dilatação aparente e a diferença entre ela e a dilatação real dos líquidos.

Saiba + Dilatação anômala da á guaágua

O estudo da dilatação anômala da á guaágua permite uma relação com o componente curricular de Química. Explique quêque êsteeste comportamento é considerado essencial para a existência e a manutenção da vida na Terra, principalmente em ambientes aquáticos.

Ao nível do mar, o menor volume e a mássimamáxima densidade da á guaágua ocorrem a 4 °C. Em um lago, por exemplo, quando uma camada de á guaágua atinge 4 °C, ela desce para o fundo e as camadas da superfícíesuperfície se esfriam, atingindo 3 °C. Nesse momento, o volume sofre um pequeno aumento e a densidade sofre uma pequena redução. Esta camada se mantém na superfícíesuperfície e sofre congelamento. Como o gêlogelo é um isolante térmico, dependendo das condições e da profundidade do lago, o restante da á guaágua do lago se mantém líquida, em tempera-túrastemperaturas adequadas para a vida aquática.

Tema 15 – Calor: energia em movimento

êsteEste Tema estuda o calor e dois efeitos relacionados à sua troca: a variação de tempera-túratemperatura e a mudança de estado físico. É feita uma análise apenas das substâncias puras, com tempera-túrastemperaturas de fusão e de ebulição constantes, sêndosendo possível um trabalho em parceria com o docente de Química para estudar outros tipos de substâncias quêque não têm êsteeste comportamento.

Calor sensível e calor latente

Os estudantes devem compreender quêque a forma de energia recebida ou cedida é a mesma, o calor, porém o quêque muda é o efeito causado. Nas substâncias puras, o calor pódepode causar variação de tempera-túratemperatura ou mudança de estado físico.

Calor e variação de tempera-túratemperatura

Destacar o caráter experimental dêstesdestes estudos da Ciência. Tem-se hoje diversos dados e análises de propriedades térmicas de diferentes materiais. A partir destas propriedades, os estudos e cálculos são feitos utilizando proporções matemáticas. Mostre quêque estas proporções estão representadas pelas unidades de medida de cada grandeza, como cal/g, cal/°C, cal/g°C.

Diferencie as grandezas capacidade térmica e calor específico a partir do boxe Pense e responda 2. Uma substância pura tem calor específico constante, porém a capacidade térmica pódepode variar, de acôr-doacordo com a quantidade de substância.

Saiba + por quêPor que as tempera-túrastemperaturas são tão extremas no deserto?

Incentive os estudantes a elaborar hipóteses, previsões e estimativas com base no conhecimento científico, desenvolvendo, assim, a capacidade de prever as mudanças quêque um lago provocaria em um ambiente de deserto e mobilizando a CG 2, a habilidade EM13CNT301 e o TCT Educação Ambiental.

Esta atividade foi proposta considerando uma extensão da discussão envolvendo as condições de vida na Terra, destacando a importânssiaimportância de ciclos biogeoquímicos para o ambiente, como o ciclo da á guaágua, e dos riscos do descontrole dêstesdestes ciclos. Conduza os estudantes a uma avaliação dos efeitos causados em intervenções nos éco-sistemasecossistemas e os impactos causados na vida local como um todo, com base nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia. Assim, mobilizam-se as habilidades EM13CNT105 e EM13CNT203.

A pesquisa sobre beduínos permite desenvolver o TCT Diversidade Cultural.

Atividade ésstraextra

Atividade prática sobre o calor específico

Verifique a possibilidade de organizar os estudantes em grupos e fornecer um aparato experimental para cada um. As bê-chi-gâsbexigas devem sêrser cuidadosamente aproximadas do fogo, mantendo sempre as mãos distantes da vela.

Providencie antecipadamente os seguintes materiais: duas bê-chi-gâsbexigas idênticas, á guaágua, vela e hás-tehaste (pedaço de mangueira, canudo, tubo de caneta, entre outros). Encha uma bexiga com ar e amarre a saída de ar. Coloque um pouco de á guaágua na outra bexiga, encha o restante com ar e amarre a saída.

Acenda a vela com cuidado, atentando-se aos riscos para evitar acidentes. Fixe a hás-tehaste na bexiga com ar, com cuidado aproxime-a da chama da vela e verifique o quêque acontece. Fixe a hás-tehaste na bexiga com ar e á guaágua, com cuidado aproxime a região da bexiga onde está a á guaágua da chama da vela e obissérveobserve o quêque acontece.

Etapas da atividade

As observações devem sêrser anotadas no caderno. Após a investigação, permita quêque os estudantes analisem e elaborem hipóteses do quêque foi observado, com base nos conhecimentos científicos, mobilizando assim a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

A bexiga com ar estoura rapidamente em contato com o fogo, pois o calor causa dilatação e enfraquecimento do material da bexiga, e a pressão interna causa seu estouro. A bexiga com á guaágua não estoura imediatamente devido ao alto calor específico da á guaágua, quêque ABSÓRVEabsorve o calor fornecido à bexiga, evitando seu aquecimento e enfraquecimento.

Trocas de calor e calorímetro

Explique quêque as trocas de calor em sistemas isolados levam em consideração o princípio da conservação da energia. Faça um paralelo, retomando com os estudantes os sistemas conservativos, quêque ocorrem na conservação da energia mecânica.

Estados físicos da matéria

Sugere-se iniciar êsteeste tópico solicitando aos estudantes quêque relatem situações em quêque perceberam o fenômeno físico de mudança de fase. Dessa forma, é possível fazer um levantamento de suas

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concepções prévias para utilizá-las nos estudos. Os principais exemplos são normalmente relacionados à á guaágua, o quêque permite explorar o boxe Pense e responda 4. Enfatize novamente a importânssiaimportância do ciclo biogeoquímico da á guaágua, como orienta a habilidade EM13CNT105.

Calor e mudança de estado físico

refórceReforce com os estudantes quêque as informações apresentadas são com base em substâncias puras, quêque possuem tempera-túrastemperaturas de fusão e ebulição constantes.

A análise de um aquecimento com mudança de estado físico mobiliza a habilidade EM13CNT101, pois permite aos estudantes examinar uma transformação cotidiana, como o aquecimento da á guaágua, e perceber a conservação da matéria e da energia.

Saiba + Umidade relativa do ar e sensação térmica

Verifique a possibilidade de um trabalho em conjunto com o componente curricular Geografia, analisando as características dos climas nas regiões do Brasil, as diferenças entre as estações do ano e as sensações térmicas causadas por essas características, como verão com alta umidade relativa do ar, invernos com pouca ocorrência de chuvas, entre outros.

Relação entre pressão e tempera-túratemperatura nas mudanças de estado físico

Uma possibilidade de abordagem dêstedeste conteúdo é através do simulador indicado no boxe Espaços de aprendizagem da página 194, para quêque os estudantes possam explorar o modelo molecular das substâncias nos estados sólido, líquido e gasoso, observar como o aquecimento ou resfriamento altera o comportamento das moléculas e, por fim, relacionar o diagrama de pressão por tempera-túratemperatura ao comportamento molecular. Assim, pode-se visualizar, via simulador, as transformações em sistemas quêque envolvem quantidade de matéria e energia e fazer previsões sobre seus comportamentos, mobilizando a habilidade EM13CNT101.

Tema 16 – Transmissão de calor

êsteEste Tema aborda as três formas de transmissão de calor: condução, convekiçãoconvecção e radiação, apresentando exemplos e situações do cotidiano.

Mecanismos de transmissão de calor

Inicie um debate a partir do boxe Pense e responda 1 e incentive os estudantes a expor seus conhecimentos prévios sobre o assunto, sempre propondo diálogos quêque exercitem a empatia, a cooperação e o acolhimento, trabalhando assim a CG 9.

Transmissão de calor por condução

O estudo das condutividades térmicas das substâncias possibilita analisar as propriedades dos materiais e avaliar a adequação de seus usos em diferentes aplicações, mobilizando assim a habilidade EM13CNT307 e distinguindo as substâncias condutoras dos isolantes térmicos.

Transmissão de calor por convekiçãoconvecção

Discuta exemplos do cotidiano em quêque a convekiçãoconvecção pódepode sêrser verificada, como o funcionamento de aparelhos de ar-condicionado, refrigeradores e aquecedores, destacando êsteeste fenômeno nas dinâmicas naturais do planêtaplaneta, como formação de ventos e correntes marítimas. Conecte a discussão com o fenômeno da inversão térmica proposta na seção Saiba + – Inversão térmica.

Saiba + Inversão térmica

O assunto inversão térmica permite um trabalho em conjunto com o componente curricular de Geografia, tratando do assunto sobre as dinâmicas quêque ocorrem na atmosféraatmosfera terrestre. É importante quêque os estudantes entendam quêque a inversão térmica é um fenômeno natural, mas quêque tanto as intervenções dos sêresseres humanos nos ambientes e éco-sistemasecossistemas quanto a poluição fazem com quêque a inversão térmica impeça a dispersão dos poluentes e intensifique os malefícios, desenvolvendo assim a habilidade EM13CNT203.

Transmissão de calor por radiação

Explique aos estudantes quêque a transmissão de calor por radiação, ou irradiação, ocorre por ondas eletromagnéticas, assunto quêque será aprofundado nas Unidades 4 e 5, de Ondulatória e de Eletromagnetismo.

Incentive os estudantes a realizar uma análise teórica do fenômeno da radiação. Quando a energia radiante incide sobre um corpo, parte dessa radiação é refletida, parte é transmitida através do corpo e parte é absorvida, provocando a agitação térmica das partículas e aumentando a tempera-túratemperatura do corpo.

Saiba + Como os polos ajudam a manter o equilíbrio térmico da Terra?

Esta seção foi proposta como um complemento da seção Saiba + – Equilíbrio térmico e aquecimento global, apresentada no Tema 14; assim, sugere-se retomar essa seção nesse momento.

A discussão sobre as dinâmicas do planêtaplaneta e as condições para a existência de vida podem sêrser retomadas, mobilizando o TCT Educação Ambiental e as habilidades EM13CNT101 e EM13CNT202.

Enfatize a interdependência de todas as regiões e biomas do planêtaplaneta. Apesar de muitos de nós pensarmos nos polos como uma região distante e sem relação com o réstoresto do planêtaplaneta, eles são importantes no equilíbrio da tempera-túratemperatura global, principalmente no quêque se refere à circulação das correntes marítimas e ao efeito albedo.

Tema 17 – Comportamento térmico dos gases

êsteEste conteúdo permite aprofundar a compreensão dos processos térmicos e das propriedades da matéria. Ao longo do Tema, são apresentadas algumas demonstrações práticas das leis e teorias quêque podem sêrser realizadas juntamente com os estudantes, exemplificando assim situações e fenômenos quêque podem ocorrer no dia a dia.

Assuntos estudados neste Tema são comumente estudados nas aulas de Química, sêndosendo assim possível um trabalho em conjunto com esse componente.

Estado termodinâmico de um gás

O início dos estudos exige quêque algumas definições formais sêjamsejam feitas, para garantir as condições em quêque as leis e teorias são válidas, como a definição de gás ideal. O texto apresentado possibilita aos estudantes ler e interpretar texto científico quêque trate das temáticas das Ciências da Natureza, conforme orienta a habilidade EM13CNT303.

Mostre aos estudantes quêque as variáveis de estado possuem interpretações com base nos estudos da Mecânica, destacando os limites dessas interpretações.

Transformações gasosas

Para trabalhar as transformações gasosas, sugerimos desenvolver esse assunto por meio das práticas propostas nos bóksesboxes Pense e responda 1, 2 e 3. Desenvolver conceitos por meio de atividades práticas auxilia os estudantes no desenvolvimento das habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301. Para a transformação isovolumétrica, deve-se retornar ao Pense e responda 1 e conversar sobre a dificuldade em abrir a porta da geladeira imediatamente após fechá-la.

Oficina científica Transformações termodinâmicas com o ar

Antes de demonstrar o quêque ocorre nesta prática, incentive os estudantes a praticar a perspectiva investigativa, articulando teoria e observação, pensamento e linguagem. Oriente-os a analisar a montagem, pensar em uma bexiga vazia, analisar o processo de enchimento, entre outros dêtálhesdetalhes, para assim criarem suas hipóteses e previsões do quêque pódepode ocorrer. Assim, é possível mobilizar as habilidades EM13CNT301 e EM13CNT205.

Nesta investigação, tem-se quêque, quanto mais espessa for a borracha usada para a fabricação das bê-chi-gâsbexigas, mais difícil será enchê-la. À medida quêque se vai enchendo a bexiga, a parede elástica vai reduzindo sua espessura, e menor será a pressão em seu interior. Assim, a bexiga menos cheia possui mais pressão interna quêque a bexiga mais

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cheia, d fórmade forma quêque esta diferença de pressão causa um deslocamento da bexiga menor para a maior.

Equação de Clapeyron

Sugere-se apresentar os cálculos quêque determinam o valor da constante universal dos gases ideais R. Explique aos estudantes quêque, em estudos empíricos, foi verificado quêque um mol de um gás perfeito, à tempera-túratemperatura de 0 °C (cerca de 273 K) e à pressão de 1 atm ocupa sempre um volume de 22,4 L. Tem-se, então, a seguinte análise do estado termodinâmico de 1 mol de gás: constante = R = $\frac{\mathrm{p}\mathrm{V}}{\mathrm{T}}$ ⇒ $\frac{\left(1\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\right)\cdot \left(\mathrm{22,4}\mathrm{L}\right)}{273\mathrm{K}}$ ⇒

⇒ R ≃ $\mathrm{0,082}\frac{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\mathrm{L}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{K}}$

Para expressar esta constante em dados do SI, deve-se lembrar quêque: 1m³ = 1.000 L; 1 atm = 1,013 ⋅ 10⁵ Pa; ≃ Pa = 1 N/m²; e 1 J = 1 Nm.

R = $\begin{array}{c}\frac{\left(1\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m}\right)\cdot \left(\mathrm{22,4}\mathrm{L}\right)}{273\mathrm{K}}=\frac{\left(\mathrm{1,013}\cdot {10}^5\mathrm{P}\mathrm{a}\right)\cdot \left(\mathrm{22,4}\cdot {10}^{-3}{\mathrm{m}}^3\right)}{273\mathrm{K}}\end{array}$

⇒ R ≃ $\begin{array}{c}\mathrm{8,31}\frac{\frac{\mathrm{N}}{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{m}}^3}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{K}}\end{array}$

R ≃ $\mathrm{8,31}\frac{\mathrm{N}\mathrm{m}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{K}}$ ⇒ R = $\mathrm{8,31}\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{K}}$

Saiba + Quando calibrar os p-neuspneus?

A pergunta da atividade foi proposta com o objetivo de incentivar os estudantes a buscar argumentos e hipóteses com base nos conhecimentos científicos, mais especificamente, nas variáveis de estado consideradas nos estudos das transformações gasosas. Dessa forma, eles podem interpretar a situação e realizar previsões sobre o quêque poderia ocorrer se um pneu fosse calibrado após ter rodado por cértocerto tempo e sua tempera-túratemperatura ter aumentado, no caso, se a pressão for ajustada a alta tempera-túratemperatura. Quando o pneu esfriasse, a pressão não estaria nos valores indicados. Dessa forma, mobiliza-se a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Sugestões de leitura

• Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. 18. Transformações gasosas. In: Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras de física. São Paulo: GREF; Instituto de Física da úspiUSP, 2006. p. 69-72. Disponível em: https://livro.pw/ryvkf. Acesso em: 1 nov. 2024.

Tema 18 – As leis da Termodinâmica e as máquinas térmicas

êsteEste Tema trata das relações entre calor e trabalho, abordando o trabalho em uma transformação gasosa e a energia interna de um gás ideal para utilizar estes conceitos nos estudos das leis da Termodinâmica. Analise a possibilidade de revisar o Tema 13, se ele já tiver sido estudado.

Trabalho em uma transformação gasosa

Verifique a necessidade de revisar o conceito de trabalho estudado na Mecânica e a definição de pressão a partir da ação de uma fôrçaforça. Assim, os estudantes poderão compreender quêque o trabalho é realizado pela fôrçaforça exercida pelo gás, mas comumente se diz trabalho realizado pelo gás.

O Pense e responda 1 tem o objetivo de destacar quêque tanto locomotivas antigas quanto veículos modernos equipados com motores de combustão transformam calor em movimento.

Energia interna de um gás perfeito

A dedução da relação matemática para a energia interna de um gás monoatômico exige procedimentos matemáticos sofisticados, quêque extrapolam a Educação Básica. No entanto, apresentar a relação possibilita quêque o objetivo seja atingido: de mostrar quêque a energia interna de um gás monoatômico depende da tempera-túratemperatura, sêndosendo esse o detalhe quêque os estudantes devem compreender.

1ª lei da Termodinâmica

Organize os estudantes em grupos para quêque discutam sobre a primeira lei da Termodinâmica. Oriente-os a ler o livro, a fazer anotações no caderno, a revisar as transformações gasosas estudadas anteriormente e a verificar em quais outros momentos a conservação da energia foi considerada. Ao final, promôvapromova uma discussão geral com todos, sanando as possíveis dúvidas e fazendo as devidas conexões finais do assunto. Exercite a empatia e o diálogo entre os estudantes, com respeito e colaboração, como orienta a CG 9.

Estudar e entender a primeira lei da Termodinâmica permite contemplar a habilidade EM13CNT101.

2ª lei da Termodinâmica

Explique aos estudantes quêque a primeira lei da Termodinâmica pódepode sêrser resumida como a conservação da energia, e a segunda lei pódepode sêrser resumida como a degradação da energia. O exemplo do pêndulo foi apresentado com esse intuito, para quêque os estudantes verifiquem a ideia de “ordem” e “desordem”. Assim, em processos irreversíveis, a entropia sempre aumenta e, em processos reversíveis, ela jamais diminui.

Ao analisar o esquema tradicional de uma máquina térmica, sugere-se retornar ao Tema 13, quando se discutiu sobre as primeiras máquinas térmicas, mais especificamente, sobre a máquina de Watt, analisando com os estudantes a necessidade de existir a fonte kemtequente e a fonte fria, assim como o fato de uma máquina operar em ciclos.

Saiba + A geladeira

Diga aos estudantes quêque comparem as imagens quêque representam uma máquina térmica com a da máquina refrigeradora, para quêque verifiquem as principais diferenças. Em seguida, analise o esquema da máquina refrigeradora com as etapas de funcionamento da geladeira, para quêque os estudantes compreendam o quêque ocorre em cada etapa.

Enfatize a importânssiaimportância do desenvolvimento científico para a ssossiedadesociedade, quêque possibilitou o surgimento das geladeiras, quêque funcionam por energia elétrica, assim como possibilitou a evolução dêêssesdesses sistemas térmicos visando a sustentabilidade, considerando a composição dos gases utilizados, mobilizando assim a habilidade EM13CNT102.

Sugestão de leitura

• Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras 19 a C4. In: Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras de física. São Paulo: GREF; Instituto de Física da úspiUSP, 2006. p. 73-108. Disponível em: https://livro.pw/pmhkq. Acesso em: 1 nov. 2024

Leitura complementar

O ensino da Termodinâmica e as contribuições da história da Ciência

[…]

Sadi Carnot em seu trabalho “Reflexions sur la puissance motrice de feu”, no início do século XIX, forneceu a base do desenvolvimento da termodinâmica. […]

O seu trabalho forneceu valiosa contribuição ao introduzir a noção de ciclo reversível cuja ideia fundamental reside no fato de quêque na produção de potência motriz a substância motora utilizada deve retornar às condições iniciais. Essa ideia evidên-cíaevidencia a necessidade de uma intervenção teórica no fenômeno analisado, uma vez quêque o funcionamento de uma máquina real não favorecia, por si só, a visualização dêêssedesse requisito, pois a substância motora nunca era exatamente a mesma, já quêque o vapor era sempre renovado. A conclusão de Carnot sobre a potência motriz do fogo é a de quêque só são relevantes as tempera-túrastemperaturas envolvidas, a despeito das substâncias utilizadas, dos mecanismos empregados nas máquinas e do desenho e constituição de suas peças. Tal conclusão é muito surpreendente quando se considera quêque

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durante aproximadamente cem anos considerou-se quêque a melhoria da potência das máquinas restringia-se a inovações sobre esses elemêntoselementos.

[…]

SILVA, Djalma Nunes da; PACCA, Jesuína lópesLopes de Almeida. O ensino da Termodinâmica e as contribuições da história da Ciência. [S. l.]: Associação Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, [2011]. p. 3. Disponível em: https://livro.pw/luwrh. Acesso em: 1 nov. 2024.

Organizando as ideias

Espera-se quêque os estudantes reflitam sobre a importânssiaimportância dos conceitos elencados e reconheçam a relação entre eles. Oriente-os a elaborar um esquema próprio, com os principais conceitos estudados na Unidade. Se considerar pêrtinêntipertinente, proponha quêque copiem no caderno o esquema apresentado, ou parte dele, e peça quêque façam complementações, incluindo novas conexões e outros conceitos e ideias, ou quêque indiquem palavras de ligação às conexões entre os conceitos apresentados, ou, ainda, quêque escrevam pequenas descrições para esses conceitos.

Durante a realização da atividade, permita quêque esse seja um momento para quêque os estudantes desempenhem um papel ativo nos processos de elaboração conceitual e de construção do próprio conhecimento, ações quêque favorécemfavorecem a potencialização da aprendizagem d fórmade forma significativa. Se houver a possibilidade, os estudantes podem socializar as produções com a turma. As produções podem, ainda, sêrser utilizadas como instrumentos avaliativos no processo de aprendizagem.

Integrando com Biologia e Química

Compostagem: um caminho sustentável para o gerenciamento de resíduos orgânicos

Esta seção propõe a compostagem como uma temática de integração entre os conceitos de Física, Biologia e Química, sugerindo a aplicação dessa técnica junto à comunidade escolar como uma solução quêque promove a reciclagem de resíduos sólidos orgânicos, considerando a produção de resíduos e os impactos sócio-ambientaissocioambientais. Essa proposta desen vólvedesenvolve a habilidade EM13CNT106, além de abranger o TCT Educação Ambiental.

Verifique no colégio e com outros docentes a implantação do projeto e a promoção do envolvimento da comunidade escolar. ôriêntiOriente os estudantes nas pesquisas, na definição das técnicas mais adequadas, como devem realizar os cuidados freqüentesfrequentes com a composteira e como proceder na côlétacoleta de informações e na análise dos dados.

Sugestão de leitura

• Análise dos principais parâmetros quêque influenciam a compostagem de resíduos sólidos urbanos. Publicado por: Revista Brasileira de Meio Ambiente. Disponível em: https://livro.pw/atvnv. Acesso em: 1 nov. 2024.

Unidade 4 Óptica Geométrica e Ondulatória

Síntese da Unidade

BNCC

• Competências gerais: 1, 2, 3, 5, 6, 8 e 9

• Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3

• Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

EM13CNT102, EM13CNT103, EM13CNT205, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT305, EM13CNT306, EM13CNT307, EM13CNT309 e EM13CNT310

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs)

• Ciência e Tecnologia

• Diversidade Cultural

• Educação Ambiental

• Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras

• Educação para o Consumo

• Processo de envelhecimento, respeito e valorização do Idoso

• Saúde

• Trabalho

Objetivos da Unidade

• Reconhecer a Ciência, a Tecnologia e a; ár-tea Arte como áreas do conhecimento quêque se desenvolveram de maneira inter-relacionada ao longo da história da humanidade.

• Compreender conceitos e princípios fundamentais da Óptica Geométrica para os estudos de fenômenos e comportamentos da luz.

• Analisar, determinar e descrever as características de imagens formadas por espelhos planos e esféricos com base nas leis da reflekçãoreflexão da luz.

• Analisar, determinar e descrever as características de imagens formadas por lentes esféricas com base nas leis da refração da luz.

• Determinar a formação de imagens conjugadas por espelhos e lentes esféricas de maneira analítica através da equação de Gauss e da equação do aumento linear transversal.

• Compreender o funcionamento de alguns instrumentos ópticos e do olho humano, bem como entender a correção de alguns problemas de visão com o uso de lentes esféricas.

• Classificar uma onda quanto à sua natureza (mecânica e eletromagnética)

e quanto à sua direção de oscilação em relação à direção de propagação (transversal e longitudinal).

• Compreender os elemêntoselementos quêque caracterizam uma onda, como comprimento de onda, freqüênciafrequência, amplitude e velocidade de propagação, e como eles se relacionam.

• Compreender fenômenos ondulatórios, como reflekçãoreflexão, refração, difração, polarização, interferência e ressonância.

• Reconhecer características das ondas sonórassonoras, como altura, intensidade e timbre.

• Compreender a formação de padrões harmônicos em kórdascordas e tubos sonoros.

Orientações gerais

Nesta Unidade, trata-se primeiro da Óptica Geométrica, quêque estuda os fenômenos relacionados à luz e à formação de imagens, mas sem tratar dos dêtálhesdetalhes da natureza da luz. Logo em seguida, a Ondulatória oportuniza aos estudantes o estudo das ondas d fórmade forma geral, entre elas a luz, mas com suas propriedades de onda eletromagnética. O estudo das ondas sonórassonoras, desenvolvido na Acústica, fecha a Unidade.

Dessa forma, os estudantes poderão analisar as relações entre matéria e energia e o transporte de energia quêque ocorre nas ondas. Também, poderão investigar e realizar previsões sobre o comportamento da luz e outras ondas em sistemas específicos, como espelhos e lentes, bem como a luz no sentido da visão e as ondas sonórassonoras no sentido da audição, contemplando, assim, a habilidade EM13CNT103.

Abertura da Unidade

O fenômeno arco-íris possibilita uma discussão quêque relaciona explicações científicas com mitos e lendas de povos originários, abordando assim os TCTs Diversidade cultural e Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras. Sabe-se quêque o arco-íris é um fenômeno quêque ocorre devido à refração e dispersão da luz do Sol em gotas de á guaágua na atmosféraatmosfera. Porém, a descrição apresentada revela as perspectivas culturais e as crenças de determinado povo nativo.

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Evite quêque o conhecimento científico se sobressaia ou justifique processos de discriminação ou segregação. A valorização da diversidade de saberes e da cultura de povos originários contribui para a preservação do patrimônio cultural e promove o respeito e o reconhecimento dessa diversidade para o estabelecimento da ssossiedadesociedade atual. Essa é uma discussão essencial para se ter com os estudantes, permitindo desenvolver as CGs 1, 6 e 9 e a habilidade EM13CNT305.

Sugestão de leitura

• Interrogando as teorias sobre o arco-íris. Publicado por: Revista História, Ciências, Saúde – Manguinhos. Disponível em: https://livro.pw/pensv. Acesso em: 1 nov. 2024.

Atividade ésstraextra

Arco-íris

Assista ao filme O mito nativo do arco-íris, quêque trata do fenômeno do arco-íris a partir de conhecimentos e lendas populares mesclados com a mitologia grega.

• O mito nativo do arco-íris, direção de Nivia Lacerda. Brasil, 2011. Disponível em: https://livro.pw/lxpds. Acesso em: 1 nov. 2024.

ôriêntiOriente os estudantes para quêque anotem, no caderno, dêtálhesdetalhes do filme, como a história principal, conhecimentos populares, mitos e lendas mencionadas. Após o filme, organize os estudantes em grupos para quêque o discutam, promovendo a cooperação entre eles. Finalize com uma discussão geral, sempre trabalhando o respeito e a valorização da diversidade cultural.

Esta atividade possibilita mobilizar as CGs 1, 6 e 9 e os TCTs Diversidade cultural e Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras.

Tema 19 – Registros e a representação na História

êsteEste Tema foi pensado como uma introdução ao estudo da Óptica Geométrica por meio de uma abordagem sobre a evolução das formas de se fazer registros de imagens, transitando entre pintura, desenho e fotografia.

Ciência e ár-teArte na ssossiedadesociedade

Converse com os estudantes sobre a pergunta proposta no boxe Pense e responda 1 e incentive a comunicação oral, reforçando quêque o objetivo é interagir, mesmo quêque as respostas não sêjamsejam corretas, trabalhando, assim, a CG 9. Conduza os estudos analisando os primeiros registros fotográficos e comparando-os com os registros atuáisatuais. retórneRetorne, então, à pergunta e verifique se existem complementos nas respostas.

Oficina científica Câmara escura

Sugere-se quêque a câmara escura seja confeksionadaconfeccionada com os estudantes, possibilitando quêque eles vejam seu funcionamento. Os aparatos montados podem sêrser guardados para serem utilizados posteriormente.

O objetivo é estimular a investigação, a curiosidade e a elaboração de hipóteses para explicar o funcionamento da câmara escura produzida, desenvolvendo, assim, a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Saiba + A profissão de fotógrafo

Esta seção discute a importânssiaimportância da fotografia e valoriza o fotógrafo profissional, possibilitando explorar o TCT Trabalho e uma abordagem em conjunto com o componente curricular ár-teArte. Converse com os estudantes sobre as fotografias registradas atualmente e as facilidades para fazê-las. Pergunte se eles têm o hábito de fazer registros, se costumam olhar os registros feitos, se familiares possuem álbuns de fotografia, entre outras kestõesquestões.

Leitura complementar

Novas concepções espaciais

[…]

A invenção da máquina fotográfica e o surgimento de geometrias não euclidianas desde Gauss, em 1824, passando por Lobachevski, Bolyai e Rieman, êsteeste em 1854, trousserãotrouxeram mudanças significativas para a compreensão do universo. Nessas geometrias de espaços curvos, as percepções da realidade parecem estar completamente distorcidas, visto quêque a visão ocidental, euclidiana, começa a sêrser questionada.

[…]

Alguns pintores parecem entender rapidamente as implicações oriundas das novas maneiras de abordar a natureza. A fotografia ‘congelou’ o tempo. As geometrias não euclidianas criaram novas percepções espaciais. A pintura da segunda mêtádemetade do século XIX (o Impressionismo) conseguiu captar muito bem tais transformações e, por isso, construiu outras representações visuais para esse ‘novo’ mundo.

[…]

REIS, José cláudioClaudio; GUERRA, Andreia; BRAGA, Marco. Ciência e ár-tearte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde – Manguinhos, [Rio de Janeiro], v. 13, p. 71-87, out. 2006. Suplemento. p. 74-75. Disponível em: https://livro.pw/elxjm. Acesso em: 6 nov. 2024.

Tema 20 – Introdução ao estudo da Óptica Geométrica

O Tema apresenta os primeiros elemêntoselementos a serem considerados em um estudo adequado da Óptica Geométrica.

Óptica Geométrica e formação de imagens

Converse com os estudantes sobre a pergunta do boxe Pense e responda 1, para fazer um levantamento de hipóteses iniciais. Faça em seguida a leitura do texto e destaque os conhecimentos historicamente construídos, mobilizando, assim, a CG 1.

Fontes de luz

Converse com os estudantes sobre as classificações de fonte primária e secundária de luz. pódePode parecer simples quando se analisa uma lâmpada como fonte primária e um objeto qualquer, como uma borracha, como fonte secundária. Porém, essa classificação não é tão simples quando se trata de astros do Universo, afinal, quando olhamos para o céu, observamos vários pontos luminosos, sêndosendo alguns as estrelas (fontes primárias) e outros os planêtasplanetas ou outros astros (fontes secundárias). Conhecimentos astronômicos hoje permitem conhecer e distinguir alguns dêstesdestes astros.

A velocidade da luz e sua propagação

Explique o conceito de raio como um elemento geométrico na propagação da luz e, a partir dele, trabalhe as definições de feixe, velocidade de propagação da luz e meios físicos de propagação. A velocidade da luz será estudada com mais dêtálhesdetalhes nos Temas posteriores.

Princípios da Óptica Geométrica

Nestes estudos, sugere-se utilizar a câmara escura, caso tenha sido confeksionadaconfeccionada. Pode-se retomar seu funcionamento.

Sobre a reversibilidade, comente com os estudantes quêque, sempre quêque uma pessoa A estiver vendo o reflexo de uma pessoa B por um espêlhoespelho, esta pessoa B também está vendo o reflexo da pessoa A.

Saiba + Eclipses

AlérteAlerte os estudantes sobre a forma correta de se observar um eclipse solar utilizando filtros adequados, reforçando os riscos de olhar diretamente para o Sol durante o fenômeno.

A Sugestão de sáitisite a seguir (que pódepode sêrser traduzido para o português) pódepode sêrser passada aos estudantes para quêque acessem informações sobre eclipses quêque já ocorreram e onde e quando poderá se observar os próximos.

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Sugestão de sáitisite

• Time êndand Date. Publicado por: Time êndand Date. Disponível em: https://livro.pw/stbdz. Acesso em: 2 nov. 2024.

Incentivar os estudantes a se comunicar e a disseminar informações de pesquisas, fatos e eventos científicos para diversos públicos permite desenvolver a habilidade EM13CNT302.

Tema 21 – Reflexão da luz

Neste Tema, discute-se sobre o fenômeno da reflekçãoreflexão da luz por meio das formas de reflekçãoreflexão em espelhos planos e esféricos.

Reflexão regular e difusa da luz

Verifique se os estudantes compreenderam quêque a reflekçãoreflexão difusa permite quêque enxerguemos os objetos, ou seja, ela permite quêque os corpos sêjamsejam classificados como fonte secundária de luz.

refórceReforce quêque a lei da reflekçãoreflexão é válida para qualquer raio de luz refletido. No caso da reflekçãoreflexão regular, a organização dos raios luminosos é mantida após a reflekçãoreflexão.

Espelhos planos

A pergunta do boxe Pense e responda 1 permite aos estudantes entenderem a ideia da reflekçãoreflexão regular manter a organização dos raios luminosos. Olhar para um objeto é o mesmo quêque olhar para sua imagem refletida em um espêlhoespelho plano, pois os raios luminosos chegam aos olhos com uma mesma organização.

Demonstre as imagens formadas por espelhos planos a partir da simetria, considerando os conceitos de ponto objeto real e ponto imagem virtual.

A respeito da associação de espelhos planos, verifique a conveniência de fornecer algumas explicações.

• Quando a razão $\begin{array}{c}\frac{{360}^{\circ }}{\alpha }\end{array}$ é um número par, tem-se uma quantidade ímpar de imagens para qualquer posição do objeto entre os espelhos.

• Quando a razão $\begin{array}{c}\frac{{360}^{\circ }}{\alpha }\end{array}$ é um número ímpar, tem-se uma quantidade par de imagens apenas se o objeto estiver no plano bissetor do ângulo a, ou seja, plano quêque divide a ao meio.

Espelhos esféricos

O estudo dos espelhos esféricos possibilita um trabalho em conjunto com o componente curricular de Matemática, auxiliando na exploração dos elemêntoselementos de uma esféraesfera e das superfícies esféricas quêque formam os espelhos.

A pergunta proposta no boxe Pense e responda 2 tem como objetivo levar os estudantes a refletir e a fazer uma análise inicial, verificando quêque a imagem formada no espêlhoespelho menor do retrovisor não é idêntica ao objeto, logo não se trata de um espêlhoespelho plano, desenvolvendo assim a CG 2. Pergunte se os estudantes já viram um espêlhoespelho como esse e permita quêque eles se manifestem coletivamente.

Enfatize as condições de nitidez de Gauss e as limitações exigidas para a construção dêêssesdesses espelhos.

Propriedades dos raios de luz incidentes nos espelhos esféricos

Explique aos estudantes quêque as imagens formadas por espelhos esféricos não são simétricas e idênticas, como ocorre em espelhos planos. Outro detalhe é o fato de a superfícíesuperfície refletora sêrser curva, o quêque dificulta traçar os raios incidentes e refletidos seguindo a lei da reflekçãoreflexão. Assim, para determinar as imagens formadas, deve-se traçar alguns raios incidentes e refletidos com base em pontos definidos pela geometria do espêlhoespelho.

Determinação geométrica de imagens nos espelhos esféricos

Verifique a possibilidade de entregar fô-lhasfolhas com malha quadriculada aos estudantes, para quêque façam as construções das imagens. Ao analisar o espêlhoespelho kon kavucôncavo, retórneretorne ao Pense e responda 2, apresentado no início dos estudos dos Espelhos esféricos, e peça aos estudantes quêque analisem novamente a fotografia e verifiquem suas respostas anteriores.

Saiba + Forno solar

Discuta com os estudantes a importânssiaimportância de equipamentos como o fôrnuforno solar e como o desenvolvimento do conhecimento científico auxiliou na sua elaboração e utilização. Destaque quêque esse fôrnuforno é uma alternativa de sistema térmico sustentável quêque possibilita o aumento de tempera-túratemperatura de recipientes colocados em determinado ponto estratégico, o foco da superfícíesuperfície curva feita de material refletor. A potencialidade dos raios solares é utilizada nesse equipamento, quêque pódepode sêrser presente na vida e no cotidiano de algumas pessoas. Dessa forma, pode-se desenvolver o TCT Educação Ambiental.

O fôrnuforno solar pódepode sêrser visto como uma solução de alguns problemas quêque podem afetar algumas pessoas: a dificuldade de cozinhar alimentos ou a falta de á guaágua potável, o quêque exige quêque á guaágua seja fervida para consumo, acarretada pela falta de recursos financeiros ou de sistemas de infraestrutura e de serviços básicos (como serviços de abastecimento de gás de cuzinhacozinha, de energia elétrica, de á guaágua, por exemplo). Conversar com os estudantes sobre esses dêtálhesdetalhes permite mobilizar a CG 5 e as habilidades EM13CNT102, EM13CNT103, EM13CNT307, EM13CNT309 e EM13CNT310.

Referencial e equação de Gauss para os espelhos esféricos

O processo de dedução da equação de Gauss possibilita o importante desenvolvimento do raciocínio matemático algébrico nos estudantes. Discuta com dêtálhesdetalhes os sinais das grandezas envolvidas.

Atividade ésstraextra

Investigação sobre as leis da reflekçãoreflexão

Esta investigação permite demonstrar as leis da reflekçãoreflexão. Se possível, organize os estudantes em grupos e forneça um aparato para cada um.

Providencie antecipadamente os materiais: espêlhoespelho plano, laser, fô-lhafolha de papel milimetrado, transferidor e lápis. Estes materiais podem sêrser encontrados facilmente a preços acessíveis em lojas virtuais. Pode-se realizar a investigação com outros materiais. O espêlhoespelho pódepode sêrser substituído por qualquer superfícíesuperfície plana, lisa e polida (uma sugestão é encapar alguma superfícíesuperfície plana com papel alumínio, mantendo o alumínio bem liso e a superfícíesuperfície mais brilhante para fora). O laser pódepode sêrser substituído por uma lanterna ou lâmpada d fórmade forma quêque seja possível ter apenas um raio de luz (uma sugestão é deixar a lanterna sobre a mesa e fechar sua abertura com dois livros, formando uma fresta).

Coloque a fô-lhafolha de papel milimetrado em uma mesa plana. Posicione o espêlhoespelho plano sobre a fô-lhafolha d fórmade forma quêque fique perpendicular às linhas do milímetro no papel.

Use o laser para emitir um feixe de luz na direção do espêlhoespelho, d fórmade forma quêque seja possível vêrver o feixe na fô-lhafolha. No papel milimetrado, desenhe o feixe incidente sobre o espêlhoespelho plano. Marque o ponto onde o feixe incide no espêlhoespelho e trace a reta normal no papel milimetrado.

Em relação ao ponto de incidência, trace o raio refletido. Usando o transferidor, meça o ângulo de incidência e o de reflekçãoreflexão, anote os valores em um qüadroquadro e verifique a relação entre os valores medidos (se são iguais ou não). Repita esse procedimento para no mínimo 4 ângulos de incidência distintos.

Durante a atividade de verificação das leis da reflekçãoreflexão, os estudantes terão a oportunidade de analisar d fórmade forma investigativa o quêque inicialmente pódepode parecer um conceito apenas teórico, contemplando assim a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Os ângulos de incidência e reflekçãoreflexão medidos devem sêrser iguais ou muito próximos. Caso isso não se verifique, é importante debater com eles possíveis êêrroserros de medição ou montagem do aparato experimental.

Sugestão de simulador

• Óptica geométrica: espêlhoespelho. Publicado por: PhET Interactive Simulations. Disponível em: https://livro.pw/lhsyk. Acesso em: 6 nov. 2024.

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Tema 22 – Refração da luz

Neste Tema, promove-se uma discussão sobre a refração da luz e de alguns fenômenos relacionados, como formação de imagem em dioptro plano, dispersão da luz branca, reflekçãoreflexão total e formação de imagens em lentes esféricas, bem como sobre alguns instrumentos ópticos. Aborda-se também o olho humano e os problemas de visão quêque são corrigidos por lentes esféricas.

O fenômeno da refração

Explique quêque a refração da luz é um fenômeno de mudança da velocidade da luz quando ela passa entre regiões com refringências distintas, quêque podem sêrser de meios físicos distintos ou de um mesmo meio, mas com propriedades distintas (como tempera-túratemperatura e densidade, por exemplo).

Leis da refração

refórceReforce a definição da refração, mas agora utilizando as leis da refração como recurso. Esse reforço é importante, pois muitos acreditam quêque refração é o desvio da luz ao passar de um meio para outro, porém, quando a luz incidente é perpendicular à interface entre dois meios (quando i = 0°), a luz sofre refração, mas não desvia sua trajetória (r = 0°).

Discuta sobre a formação da imagem no Dioptro plano, quando a imagem de um objeto submérsosubmerso na á guaágua, por exemplo, forma-se acima de onde o objeto realmente está. Sugere-se quêque neste momento seja realizada a atividade proposta na seção Oficina científica – A mágica da refração.

No estudo da Refração e dispersão da luz branca, retome a Abertura da Unidade, quêque tratou do fenômeno do arco-íris, incentivando os estudantes a retomar suas respostas às perguntas propostas e verificar se precisam sêrser ajustadas.

Ângulo limite e reflekçãoreflexão total

Enfatize aos estudantes quêque a reflekçãoreflexão total ocorre apenas quando a luz passa de um meio físico mais refringente para outro meio físico menos refringente. Prossiga a discussão abordando a seção Saiba + – Como funcionam as fibras ópticas?.

Oficina científica A mágica da refração

Os estudantes devem compreender quêque akiloaquilo quêque estão vendo não é a moeda (objeto real), mas uma imagem virtual formada devido à refração da luz no dioptro plano formado entre á guaágua e ar.

Retome o esquema quêque ilustra a formação da imagem. Relacione a formação de imagem em um dioptro plano com o fenômeno quêque ocorre na atmosféraatmosfera, quando se observa uma imagem virtual do Sol, mesmo ele estando abaixo da linha visível do horizonte. Essa relação permite aos estudantes interpretarem resultados de atividades experimentais e modelos explicativos e relacioná-los com fenômenos naturais, elaborando hipóteses e mobilizando, assim, a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Saiba + Como funcionam as fibras ópticas?

Trabalhe com os estudantes os conhecimentos científicos construídos sobre o mundo físico e digital, destacando quêque vários cientistas de áreas de pesquisa distintas trabalharam para se chegar nessas tecnologias.

A fibra óptica envolve estudos de materiais e composição química, das radiações e suas potencialidades, da telecomunicação e de infraestrutura para transmissão de informações, da Óptica Geométrica na descrição da reflekçãoreflexão e refração, entre outros.

Dessa forma, seu estudo permite mobilizar as habilidades EM13CNT103, EM13CNT307 e EM13CNT310, assim como o TCT Ciência e Tecnologia.

Sugestão de leitura

• Como funciona a fibra óptica. Publicado por: Unicentro; GPET Física. Disponível em: https://livro.pw/bmcqa. Acesso em: 2 nov. 2024.

Lentes esféricas

Inicie pela abordagem do boxe Pense e responda 4, verificando a possibilidade de levar uma lupa para a aula, mostrando aos estudantes quêque ela forma imagens direitas aumentadas, sêndosendo esta sua real utilidade, embora ela também forme imagens invertidas de acôr-doacordo com a situação, devido à sua geometria.

êsteEste é um momento aconselhável para se fazer uma revisão das imagens formadas por espelhos esféricos. Faça continuamente um paralelo com espelhos esféricos, destacando quêque, nas lentes, é comum se fazer referência ao seu comportamento, ou seja, lente convergente e lente divergente.

Determinação geométrica de imagens nas lentes esféricas

Faça os traçados dos raios juntamente com os estudantes, destacando o objeto e a imagem em cada caso. Mostre aos estudantes quêque imagens com as mesmas características são obtidas nos espelhos e lentes esféricas.

Referencial e equação de Gauss para as lentes esféricas

O estudo dos sinais das grandezas é o mesmo quêque o feito nos espelhos esféricos, o quêque pódepode facilitar para os estudantes no aprendizado.

Sugestão de simulador

• Óptica geométrica: lente. Publicado por: PhET Interactive Simulations. Disponível em: https://livro.pw/lhsyk. Acesso em: 2 nov. 2024.

Instrumentos ópticos

Comente quêque os avanços científicos da Óptica Geométrica possibilitaram o surgimento de instrumentos ópticos quêque favoreceram avanços de outras áreas, como Biologia, Química e Astronomia, por exemplo.

Nestes estudos, estão abordados apenas alguns instrumentos ópticos, mas pode-se citar outros, de acôr-doacordo com a disponibilidade, como lupa (já abordada no Tema), binóculo, telescópio refletor (deve-se atentar ao fato quêque êsteeste telescópio utiliza espelhos parabólicos, não tratados nos estudos de espelhos esféricos), entre outros.

O estudo dêstesdestes equipamentos e seus funcionamentos possibilita abordar o TCT Ciência e Tecnologia, além de exercitar a curiosidade dos estudantes, a prática da investigação e análise e verificar como estes instrumentos foram utilizados para resolver problemas, desenvolvendo assim a CG 2.

O olho humano

Faça uma descrição dos principais elemêntoselementos do olho humano responsáveis pela formação de imagens, discussão quêque permite um trabalho em conjunto com o componente curricular de Biologia.

Foram abordados os problemas de visão quêque são corrigidos por lentes esféricas, assunto principal dos estudos, ou seja, miopia, hipermetropia e presbiopia.

Atividade ésstraextra

A ciência aplicada ao bem-estar

promôvaPromova um debate na forma de uma mesa redonda com os estudantes sobre a importânssiaimportância da Ciência quanto à produção de produtos e tecnologias quêque geram bem-estar e melhoria de vida às pessoas. No caso, o objetivo é abordar os estudos da Óptica Geométrica e o surgimento das lentes corretivas para alguns problemas de visão.

Converse com os estudantes sobre a importânssiaimportância dos cuidados com a saúde dos olhos e de sempre se realizar exames periódicos para verificar possíveis problemas de visão e como resolvê-los. Destaque quêque, com o avanço da idade, é comum o desenvolvimento da presbiopia, logo existe a chance de muitas pessoas utilizarem lentes corretivas em cértocerto momento da vida.

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Levante um dos principais desafios contemporâneos enfrentados pêlospelos jovens, mas também por outras faixas etárias, quêque é o uso em excéssoexcesso de telas devido, principalmente, ao uso de smartphones, destacando os danos para a saúde quêque podem sêrser gerados, seja físico (no caso dos problemas de visão e sedentarismo), seja psicoemocional, seja social.

Destaque a importânssiaimportância de estudos científicos, como a Óptica Geométrica, quêque possibilitam a criação de lentes corretivas para problemas de visão, garantindo assim o bem-estar das pessoas quanto ao sistema da visão.

Esta atividade, se desenvolvida, permite abordar os TCTs Ciência e Tecnologia, Saúde, Educação para o Consumo e Processos de envelhecimento, respeito e valorização do Idoso.

Tema 23 – Ondas e fenômenos ondulatórios

Neste Tema, é feito um estudo introdutório sobre ondas e uma descrição dos principais fenômenos ondulatórios.

Movimentos ondulatórios

Esclareça a definição de onda como uma perturbação quêque se propaga d fórmade forma periódica, transportando energia, mas sem transporte de matéria.

Caso os estudantes tênhamtenham dúvidas sobre o significado de uma transmissão de informação, aborde o boxe Pense e responda 1, dizendo quêque uma descarga elétrica atmosférica é um fenômeno quêque gera luz e som e quêque estas informações se propagam até uma pessoa por meio de ondas.

Classificação das ondas

Destaque quêque ondas mecânicas podem sêrser longitudinais e transversais, enquanto ondas eletromagnéticas são apenas transversais.

Mais dêtálhesdetalhes sobre as ondas eletromagnéticas serão discutidos na Unidade 5: Eletromagnetismo. Neste momento, os estudantes devem compreender quêque existem perturbações causadas por propriedades elétricas e magnéticas quêque se propagam e podem sêrser percebidas em outros locais.

Elementos de uma onda

Nos estudos dos elemêntoselementos de uma onda, é comum se representar uma onda transversal. Pode-se retornar à ilustração de uma onda longitudinal em uma mola e explicar quêque a distância entre locais com éloselos aproximados representa um comprimento de onda.

A dedução da relação matemática para a equação de TêilorTaylor exige procedimentos matemáticos sofisticados quêque extrapolam a Educação Básica. No entanto, apresentar a relação possibilita quêque o objetivo seja atingido: de mostrar quêque a velocidade de propagação de uma onda em uma kórdacorda é diretamente proporcional à fôrçaforça de tração na kórdacorda e inversamente proporcional à sua densidade linear.

Frente de onda

Explique quêque a ideia de frente de onda complementada pelo princípio de Huygens foi essencial para o estudo e compreensão de alguns fenômenos ondulatórios.

Fenômenos ondulatórios

Revise os fenômenos da reflekçãoreflexão e da refração, já estudadas para a luz, mas agora abordadas para ondas de maneira geral, utilizando a representação por frentes de onda.

Após discutir o fenômeno da polarização, obtenha mais informações abordando a seção Saiba + – Lentes polarizadoras.

Saiba + Lentes polarizadoras

O tema desta seção, quêque trata das lentes polarizadas e sua utilização em óculos escuros, quêque também recomenda-se virem equipados com filtro uvêUV, aborda a importânssiaimportância da Ciência para o desenvolvimento de equipamentos quêque favorécemfavorecem a saúde e o bem-estar das pessoas. A partir de conhecimentos sobre as radiações e os riscos quêque oferecem, sabe-se da importânssiaimportância do uso de equipamentos de segurança, como óculos escuros, quêque visem à integridade física.

Dessa forma, é possível contemplar os TCTs Saúde e Ciência e Tecnologia, assim como a CG 8 e as habilidades EM13CNT103, EM13CNT306 e EM13CNT307.

Tema 24 – Acústica

êsteEste Tema fecha o estudo da Ondulatória com uma abordagem exclusiva das ondas sonórassonoras.

Onda sonora

Inicie o estudo pela pergunta proposta no boxe Pense e responda 1, sobre o hábito de usar fones de ouvido. Discuta sobre os riscos quêque êsteeste hábito pódepode proporcionar, conduzindo os estudantes a se conhecerem e incentivando-os a cuidar da sua saúde, avaliando os riscos de atividades cotidianas quêque envolvem uso de certos equipamentos em excéssoexcesso, em particular, equipamentos sonoros. Assim, é possível mobilizar a CG 8 e a habilidade EM13CNT306.

Características do som

As características das ondas d fórmade forma geral têm interpretações específicas para o caso das ondas sonórassonoras.

Enfatize quêque a altura do som está relacionada com a freqüênciafrequência e não com o volume. êsteEste último está relacionado com a amplitude da onda.

O estudo do nível sonoro permite um trabalho em conjunto com o componente curricular de Matemática, pelo uso do conceito de logaritmo de base 10. Explique quêque um nível sonoro de 30 dB significa quêque a intensidade sonora do som captado é 10³ vezes (ou 1.000 vezes) maior quêque o limiar da audição humana, cerca de 10⁻¹²W/m².

N = 10 log $\begin{array}{c}\left(\frac{I}{I_0}\right)\end{array}$ ⇒ 30 = 10 log $\begin{array}{c}\left(\frac{1}{{10}^{-12}}\right)\end{array}$ ⇒

⇒ 3 = log $\begin{array}{c}\left(\frac{1}{{10}^{-12}}\right)\end{array}$ ⇒ 10³ = $\begin{array}{c}\frac{1}{{10}^{-12}}\end{array}$ ⇒ I = 10³ ⋅ 10⁻¹² ⇒

⇒ I = 10⁻⁹ W/m²

Oficina científica Propagação do som

A prática proposta permite quêque os estudantes analisem o som gerado por uma mesma fonte, mas em situações distintas, onde as ondas se propagam por meios diferentes, pelo ar e pelo barbante, possibilitando quêque interpretem resultados, relacionem-nos a situações reais, criem hipóteses e interpretem modelos explicativos, mobilizando, assim, a CG 2 e as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

Na primeira etapa, os estudantes devem observar quêque o som percebido se propaga pelo ar até atingir seu ouvido. Na segunda etapa, o som se propaga também pelo fio do barbante, sêndosendo percebido d fórmade forma distinta, verificando, assim, a influência do meio físico na propagação das ondas sonórassonoras.

Cordas sonórassonoras

Explique a formação de ondas estacionárias e dos harmônicos em kórdascordas, tratando também de exemplos em instrumentos musicais.

Trabalhe a formação dos harmônicos, abordando exemplos, para quêque os estudantes compreendam os padrões estabelecidos quêque definem as relações matemáticas.

Tubos sonoros

Siga o mesmo procedimento das kórdascordas sonórassonoras, principalmente no momento de destacar a diferença entre tubos sonoros abertos e fechados.

Saiba + Som e exames médicos

O uso de ondas sonórassonoras na freqüênciafrequência do ultrassom em exames médicos não invasivos é um exemplo de avanço científico quêque resultou em benefícios para a ssossiedadesociedade, possibilitando a abordagem dos TCTs Ciência e Tecnologia e Saúde.

As atividades possibilitam um trabalho em grupo entre os estudantes para quêque discutam os conhecimentos científicos a respeito das ondas sonórassonoras, e suas características quêque levaram a serem utilizadas em exames médicos, exercitando o caráter investigativo, a curiosidade e a formulação de hipóteses, atrelados à cooperação entre si, o respeito e a empatia, contemplando, assim, as CGs 2 e 9.

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Organizando as ideias

Espera-se quêque os estudantes reflitam sobre a importânssiaimportância dos conceitos elencados e reconheçam a relação entre eles. Oriente-os a elaborar um esquema próprio, com os principais conceitos estudados na Unidade. Se considerar pêrtinêntipertinente, proponha quêque copiem no caderno o esquema apresentado, ou parte dele, e peça quêque façam complementações, incluindo novas conexões e outros conceitos e ideias, ou quêque indiquem palavras de ligação às conexões entre os conceitos apresentados, ou, ainda, quêque escrevam pequenas descrições para esses conceitos.

Durante a realização da atividade, permita quêque esse seja um momento para quêque os estudantes desempenhem um papel ativo nos processos de elaboração conceitual e de construção do próprio conhecimento, ações quêque favorécemfavorecem a potencialização da aprendizagem d fórmade forma significativa. Se houver a possibilidade, os estudantes podem socializar as produções com a turma. As produções podem, ainda, sêrser utilizadas como instrumentos avaliativos no processo de aprendizagem.

Integrando com História e Educação Física

Capoeira: expressão e identidade cultural afro-brasileira

A proposta da seção é tratar a Capoeira como temática quêque intégraintegra a prática esportiva como expressão artística, cultural e histórica, possibilitando uma abordagem dos TCTs Saúde e Educação para valorização do multiculturalismo nas matrizes históricas e culturais Brasileiras e o desenvolvimento da CG 3.

A proposta da seção é a divulgação de informações científicas para públicos variados de um assunto de relevância sócio-culturalsociocultural, com uma abordagem voltada ao desenvolvimento da saúde e da Ciência, mobilizando, assim, a habilidade EM13CNT302.

Auxilie os estudantes na organização do evento, fazendo as devidas intermediações. ôriêntiOriente e auxilie os estudantes na pesquisa sobre a Capoeira e seus instrumentos e no andamento da elaboração dos materiais para apresentação.

Assuntos relacionados às kórdascordas sonórassonoras, aos tubos sonoros e à ressonância podem sêrser explorados nesta atividade.

Sugestão de leitura

• A física das oscilações mecânicas em instrumentos musicais: exemplo do berimbau. Publicado por: Revista Brasileira de Ensino de Física. Disponível em: https://livro.pw/rdhpb. Acesso em: 2 nov. 2024.

Unidade 5 Eletromagnetismo

Síntese da Unidade

BNCC

• Competências gerais: 1, 2, 4, 5, 7, 8 e 9

• Competências específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: 1, 2 e 3

• Habilidades de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

EM13CNT101, EM13CNT103, EM13CNT106, EM13CNT107, EM13CNT205, EM13CNT207, EM13CNT301, EM13CNT302, EM13CNT304, EM13CNT306, EM13CNT307, EM13CNT308, EM13CNT309 e EM13CNT310

Temas Contemporâneos Transversais (TCTs)

• Ciência e Tecnologia

• Educação Ambiental

• Educação Financeira

• Educação Fiscal

• Educação para o Consumo

• Saúde

Objetivos da Unidade

• Entender quêque Eletricidade e Magnetismo são duas áreas de estudos centradas na carga elétrica.

• Compreender os fenômenos elétricos e magnéticos relacionados quêque possibilitaram o surgimento do Eletromagnetismo.

• Reconhecer as relações entre Eletromagnetismo e ssossiedadesociedade.

• Aprender sobre matriz elétrica e energética, brasileira e mundial, e saber analisar as diferenças de cada uma delas.

• Reconhecer a importânssiaimportância de pesquisas e investimentos em novas alternativas energéticas, limpas e sustentáveis.

• Compreender o conceito de carga elétrica como uma propriedade intrínseca de algumas partículas.

• Classificar materiais em condutores ou isolantes elétricos e saber identificá-los no cotidiano.

• Compreender os processos de eletrização por atrito, contato e indução.

• Saber como descrever e determinar a fôrçaforça elétrica como uma grandeza vetorial.

• Entender o conceito de campo elétrico e saber como determinar suas características como uma grandeza vetorial.

• Entender o conceito de potencial elétrico e saber como determinar suas características como uma grandeza escalar.

• Entender a blindagem elétros-táticaeletrostática e o pôdêrpoder das pontas e saber como funcionam os dispositivos de proteção elétrica.

• Saber determinar o trabalho da fôrçaforça elétrica em uma diferença de potencial elétrico.

• Definir corrente elétrica, suas características e seus efeitos.

• Reconhecer um circuito elétrico e seus elemêntoselementos básicos.

• Reconhecer as características de uma associação de resistores em série e em paralelo.

• Entender como funcionam os medidores elétricos.

• Compreender a potência elétrica de equipamentos elétricos.

• Saber como determinar o consumo de energia elétrica referente ao uso de equipamentos elétricos e eletrônicos, assim como compreender como é composta uma fatura de energia elétrica, com os encargos e impostos.

• Conhecer as características de um ímanímã e como se comporta uma bússola.

• Entender as características de um campo magnético e do campo magnético da Terra.

• Compreender a relação entre fenômenos elétricos e magnéticos.

• Aprender sobre fôrçaforça magnética e suas características.

• Entender como funciona um motor elétrico simples.

• Entender o fenômeno da indução eletromagnética e identificá-lo no processo de geração de energia elétrica e em transformadores.

• Compreender como ocorre a geração de energia elétrica, sua transmissão e sua distribuição para consumo.

• Entender as ondas eletromagnéticas, a distinção entre elas, a utilização e os riscos de sua utilização.

Orientações gerais

A discussão dos conteúdos tratados nesta Unidade permite abordar: a avaliação de tecnologias relacionadas à energia elétrica, considerando sua geração, seu transporte, sua distribuição e seu consumo; a importânssiaimportância de se analisar a eficiência energética, os impactos sócio-ambientaissocioambientais e culturais e a sustentabilidade; e a investigação de equipamentos e sistemas eletrônicos e a avaliação de seus efeitos sobre a ssossiedadesociedade e o meio ambiente.

Abertura da Unidade

Propõe-se uma discussão sobre a dependência da ssossiedadesociedade contemporânea à energia elétrica. Converse com os estudantes sobre como a energia elétrica é importante nas suas vidas individuais e expanda para a dependência em outros setores, como fábricas, hospitais, comércio etc.

Discuta também como nem todas as pessoas e comunidades têm acesso à energia elétrica, afinal pódepode sêrser a realidade de alguns

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estudantes da sala de aula ou de comunidades próximas. Assim, analisa-se a importânssiaimportância dos programas de infraestruturas, identificando necessidades locais e regionais, particularmente, em relação à energia elétrica, abordando, assim, a habilidade EM13CNT310. Pergunte aos estudantes qual seria a solução para as comunidades quêque não têm acesso à energia elétrica.

Considerando o uso consciente da energia elétrica, incentive o compartilhamento sobre quais hábitos os estudantes praticam e sobre sua importânssiaimportância para o consumo consciente e a preservação de recursos naturais, contemplando os TCTs Educação Ambiental e Educação para o Consumo.

Tema 25 – Eletromagnetismo e ssossiedadesociedade

Como sequência da Abertura da Unidade, êsteeste Tema apresenta as origens do Eletromagnetismo e segue com um estudo sobre matrizes elétricas e energéticas.

Sugere-se quêque as atividades sêjamsejam resolvidas com os estudantes organizados em grupos, promovendo o diálogo, a cooperação e as trocas de opiniões, mobilizando, assim, a CG 9.

A atividade 1 destaca o caráter humano da Ciência e os motivos de seu desenvolvimento.

As atividades 3, 4 e 5 oportunizam quêque os estudantes analisem kestõesquestões sócio-ambientaissocioambientais e econômicas sobre a dependência do mundo atual em relação aos recursos não rêno-váveisrenováveis e sobre a importânssiaimportância de avaliar soluções quêque envolvam a produção de energia elétrica, contemplando, assim, as habilidades EM13CNT106 e EM13CNT309.

Eletricidade e Magnetismo

Estudos sobre as origens da Eletricidade, do Magnetismo e do Eletromagnetismo têm o objetivo de valorizar os conhecimentos científicos construídos historicamente, como orienta a CG 1.

Converse com os estudantes sobre o boxe Pense e responda 1, sobre a evolução no estilo de vida das pessoas e o papel da Ciência nesta realidade.

Matrizes elétricas e energéticas

Esse assunto permite um trabalho em conjunto com o componente curricular de Geografia, e a análise dos gráficos de setores e dos valores percentuais permite um trabalho com o componente curricular de Matemática. Verifique a possibilidade de conversar com os docentes dêêssesdesses componentes para quêque possam contribuir com essa abordagem.

Sugestão de leitura

• Dados – Matriz Energética. Publicado por: FGV Energia. Disponível em: https://livro.pw/vgcof. Acesso em: 2 nov. 2024.

Atividade ésstraextra

O uso de inteligência artificial em pesquisas científicas

Organize os estudantes em grupos e disponibilize o texto a seguir, ou reproduza o áudio disponível, o qual trata do uso da inteligência artificial (IA) em pesquisas científicas, devido à sua capacidade de processamento. Um dos exemplos é o seu emprego em áreas energéticas.

• “Série Energia”: A inteligência artificial tem amplo emprego nas soluções energéticas. Publicado por: Jornal da úspiUSP. Disponível em: https://livro.pw/vgzbf. Acesso em: 5 nov. 2024.

Os grupos devem refletir e discutir sobre o texto, debatendo e fazendo registros no caderno. Em seguida, organize um debate com todos sobre IA. Trate, inicialmente, do quêque foi mencionado no texto, sobre o uso de IA em análises e pesquisas sobre energia elétrica, as contribuições para os problemas quanto às demandas de geração e consumo de energia elétrica, a dependência do mundo atual de fontes energéticas e a necessidade de novas fontes. Converse sobre como o uso de IA pódepode sêrser positivo nesse qüadroquadro, abordando, assim, as habilidades EM13CNT106 e EM13CNT309.

Prossiga com uma discussão mais específica sobre a era digital atual da ssossiedadesociedade, quêque envolve o uso excessivo de tecnologias digitais, como os smartphones e, agora, a exploração de IA. Incentive os estudantes a expressar suas opiniões e seus argumentos quanto aos benefícios, também quanto aos malefícios, dessas tecnologias, sempre com respeito e empatia, desenvolvendo, assim, a CG 9.

Um tópico a sêrser discutido em uma conversa como essa é sobre a vulnerabilidade vinculada às vivências e aos desafios contemporâneos aos quais as juventudes estão expostas, afinal o uso de tecnologias digitais e de interferência artificial interfere nos relacionamentos humanos, tanto pessoais (emoções, relacionamentos, isolamentos, síndromes psicoemocionais, por exemplo) quanto profissionais (cargos profissionais com tendências de extinção, tarefas executadas por inteligência artificial, home office, por exemplo), contemplando, assim, a habilidade EM13CNT207. Trata-se de um tema controverso, sêndosendo sempre essencial quêque os estudantes desenvolvam argumentos consistentes, legais e éticos, como orienta a habilidade EM13CNT304.

Mobiliza-se também as CGs 2, 5, 8 e os TCTs Ciência e Tecnologia e Educação para o Consumo.

Tema 26 – Carga elétrica e fôrçaforça elétrica

Neste Tema, faz-se um estudo introdutório sobre cargas elétricas, definindo também as características da fôrçaforça elétrica.

Carga elétrica

A pergunta do boxe Pense e responda 1 pódepode sêrser abordada no início dos estudos, mas é importante quêque ela seja retomada no estudo da eletrização por atrito. Inicialmente, incentive os estudantes a criar hipóteses sobre essa situação, desenvolvendo a CG 2 e a habilidade EM13CNT301.

Trabalhe a quantização de cargas elétricas com os estudantes, ou seja, quêque seus valores são sempre múltiplos de um mesmo valor, o da carga elétrica elementar. Enfatize quêque essa característica é verificada em partículas quêque podem sêrser encontradas isoladamente.

Condutores e isolantes elétricos

Ao tratar dos condutores e isolantes elétricos, apresente exemplos de materiais utilizados no cotidiano, permitindo quêque os estudantes analisem suas propriedades para avaliar suas aplicações, desenvolvendo a habilidade EM13CNT308.

Princípios da Eletrostática

No estudo da conservação de cargas elétricas, retome com os estudantes outros princípios de conservação já estudados, como a conservação de energia e a conservação da quantidade de movimento, explicando quêque esses princípios são verificados em todo o Universo, desenvolvendo, assim, a habilidade EM13CNT101.

Em cada processo de eletrização, é importante quêque os estudantes entendam qual o resultado obtídoobtido (cargas de mesmo sinal ou sinais opostos).

Processos de eletrização

Antes de iniciar os estudos, verifique a possibilidade de produzir o eletroscópio propôstoproposto na seção Oficina científica – Eletroscópio, pois ele pódepode sêrser usado em diversos momentos da aula.

Faça um trabalho de conexão com os estudantes para iniciar os estudos dos processos de eletrização, particularmente, por atrito. retórneRetorne ao boxe Pense e responda 1 e pergunte: qual ação foi realizada? (pentear o cabelo); qual fenômeno foi observado? (cabelos se repelindo); o quêque causou esse fenômeno? (inicie os estudos da eletrização por atrito entre o pêntepente e os fios, para quêque os estudantes verifiquem quêque houve transferência de cargas elétricas entre o pêntepente e o cabelo). Esse processo de condução de raciocínio contempla as habilidades EM13CNT205 e EM13CNT301.

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Oficina científica Eletroscópio

A construção de um eletroscópio estimula a curiosidade e a atitude dos estudantes em se envolver nas investigações e analisar e gerar hipóteses dos fenômenos observados, contemplando aspectos da CG 2 e da habilidade EM13CNT301.

No eletroscópio de pêndulo, é importante quêque a linha não seja espessa, sêndosendo possível utilizar fio de cabelo ou um fio de meia calça. Faça uma bó-linhabolinha com o alumínio já preso a uma das extremidades do fio, evitando o uso de fitas adesivas ou cola.

Se desejar, faça o processo de eletrização por indução. Para isso, atrite o canudo com o papel-toalha, toque um dos dedos na bó-linhabolinha de alumínio (você será o aterramento), aproxime o canudo eletrizado da bó-linhabolinha, desfaça o contato do dedo com a bó-linhabolinha e, então, afaste o canudo. Ao tentar aprossimáraproximar o canudo do pêndulo, deve-se notar uma repulsão, pois o alumínio e o canudo estão eletrizados com cargas de mesmo sinal.