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• Como a linguagem da F?sica ? ?til ? compreens?o dos processos energ?ticos referentes ao corpo humano.
• Como a discuss?o sobre obten??o e consumo de energia pelo corpo humano est? relacionada ? percep??o e ? eventual revis?o dos h?bitos e das prefer?ncias alimentares.

50 minutos

• energia e pot?ncia
• unidades de medida de energia: joule e caloria e m?ltiplos destas

O professor dividir? a turma em grupos de, no m?ximo, 5 estudantes. As atividades dever?o ser realizadas num laborat?rio de F?sica, observando orienta??es de seguran?a. Al?m dos materiais indicados, ser?o utilizados recursos multim?dia (computador conectado ? internet, projetor multim?dia e caixas de som), para a apresenta??o de materiais que dar?o base ? discuss?o de conceitos.

O professor iniciar? as atividades destacando que o objetivo ? ampliar o entendimento de como a linguagem da F?sica ? usada na descri??o e na compreens?o dos fen?menos energ?ticos referentes ao corpo humano.

Observa??o importante: o material indicado em cada atividade ? suficiente para 1 (um) grupo de alunos.

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Atividade 1. Energia dos alimentos

Nesta atividade, ? estimado o conte?do energ?tico de uma por??o de ?leo usado na alimenta??o humana. Os resultados d?o base a uma discuss?o sobre a rela??o entre alimenta??o e fornecimento energia para nossas atividades cotidianas.

Aten??o: apresentar aos estudantes instru??es de seguran?a e monitorar com cuidado sua atividade, uma vez que eles trabalhar?o com f?sforos, l?quido inflam?vel e ?gua quente.

Material

- 5 ml de ?leo vegetal aliment?cio

- um recipiente met?lico pequeno para a queima do ?leo (*)

- 1000 ml de ?gua

- um vasilhame de alum?nio com suporte para aquecimento da ?gua

- um term?metro com escala de 0 a 100 ?C

- um cron?metro

- f?sforos

(*) pode ser usada uma colher de sopa, desde que o cabo possua isolamento t?rmico. Outra op??o ? a concavidade do fundo de uma lata de refrigerante (ver imagem a seguir).

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Fig. 1 - Improvisando superf?cie met?lica para queima de ?leo com fundo de lata de refrigerante.  Fonte: http://i.ytimg.com/vi/wJNRbRkuKVA/0.jpg (acesso em 19/05/2012)

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Procedimento

Posicionar o recipiente com o ?leo sob o vasilhame com a ?gua. P?r fogo no ?leo, para aquecer a ?gua. Medir a temperatura da ?gua antes do aquecimento e ao final deste, quando todo o ?leo tiver sido queimado. Cronometrar o processo e anotar o intervalo de tempo gasto na combust?o do ?leo.

O vasilhame de alum?nio funciona como calor?metro. Em primeira aproxima??o, a energia liberada pela queima do ?leo pode ser estimada como aquela que foi assimilada pela ?gua ao aquecer-se.

E_{5 ml ?leo} = ?Q_?gua = (m.c)_?gua ?T

Em segunda aproxima??o, pode ser levado em conta o aquecimento do vasilhame de alum?nio, que ? igual ao da massa d??gua.

E_{5 ml ?leo}? = ?Q_{(?gua + alum?nio)} = [(m.c)_?gua + (m.c)_alum?nio] ?T

Para efetuar esses c?lculos, ser? necess?rio medir a massa do copo de alum?nio seco (ou conhec?-la previamente) e levar em conta que 1000 ml de ?gua correspondem a 1000 g.

? importante considerar que h? perdas de energia, devidas ao n?o isolamento do vasilhame de alum?nio. Parte da energia liberada pela queima do ?leo vai, por exemplo, para o aquecimento do ar em torno do vasilhame. Este e a massa d??gua tamb?m perdem certa quantidade de energia para o ar. Com isso, o resultado obtido em qualquer das aproxima??es ser? subdimensionado, ou seja, determinado ?para menos?.

Al?m disso, como as condi??es do experimento variam ligeiramente entres os grupos de alunos, ? muito prov?vel que os valores encontrados tamb?m variem um pouco de um grupo para outro.

O resultado pode ser comparado com o valor de refer?ncia fornecido na tabela nutricional presente no frasco do ?leo usado no experimento. A tabela nutricional provavelmente apresentar? o valor de refer?ncia com base numa por??o significativa em termos de culin?ria ? tipicamente, o volume contido em 1 colher de sopa. A compara??o poder? ser feita para uma por??o unit?ria de um mililitro. Uma simples proporcionalidade possibilitar? obter esse valor, tanto para a energia medida no experimento quanto para aquela verificada na embalagem.

Entendidas as causas de eventuais diferen?as de valor, o professor pode discutir com a turma o fato de o conte?do energ?tico dos alimentos ser representado nas mesmas unidades usadas na abordagem de assuntos de F?sica mais conhecidos dos alunos: kcal ou kJ. Nessa discuss?o, podem ser analisadas tabelas nutricionais de alguns outros alimentos.

Conv?m tamb?m fazer observar alguns outros pontos:

- um procedimento an?logo ? usado para determinar o conte?do energ?tico de outros alimentos. Entretanto, a combust?o pode exigir tratamentos e/ou condi??es especiais. Por exemplo, arroz em gr?o n?o entraria em combust?o nas mesmas condi??es nas quais o ?leo de cozinha foi queimado.

- Tabelas nutricionais podem trazer a quantidade de energia expressa na ?grande caloria?, ou Cal (com ?c? mai?sculo), que equivale ao kcal.

- No corpo humano, a libera??o da energia dos alimentos n?o ocorre por meio de uma combust?o comum. Os alunos podem buscar a orienta??o de professores da ?rea de Biologia para entender melhor qual ? o processo qu?mico envolvido nessa libera??o.

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Ao final dessa atividade, os estudantes dever?o responder ?s seguintes perguntas:

1. Voc? e seus colegas encontraram um valor pr?ximo ao de refer?ncia para a energia liberada por 1 ml de ?leo? O que poderia explicar eventuais diferen?as?

2. Pesquise e compare o conte?do energ?tico de alguns tipos de ?leos aliment?cios. Compare-os com os de outros alimentos com menor teor de gordura.

3. No corpo humano, a libera??o da energia dos alimentos n?o ocorre por meio de uma combust?o comum. Qual seria o problema se isso ocorresse?

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Atividade 2. Energia, pot?ncia e atividades cotidianas

Uma vez estimada a quantidade de energia liberada na queima do ?leo e medido o tempo envolvido, ? poss?vel determinar a pot?ncia associada ao processo:

P = E/?t.

Se a energia for dada em joule (J) e o intervalo de tempo, em segundos (s), a pot?ncia ser? dada em watt (W).

Em nossas atividades cotidianas, tamb?m consumimos, ao longo do tempo, a energia, retirada dos alimentos. Considerando o consumo m?dio di?rio de energia de uma pessoa adulta igual a 2500 kcal, ? poss?vel determinar a pot?ncia m?dia envolvida em suas atividades.

O professor pedir? aos alunos que obtenham essa pot?ncia em watts. Para tanto, ? necess?rio expressar em joules a quantidade de energia em quest?o, levando em conta que

1 cal = 4,186 J.

Com isso,

1 kcal = 1000 cal = 4.186 J.

O professor pode estimular os alunos a trabalharem com fatores de convers?o de unidades.

2500 kcal = 2500 kcal x (4.186 J/kcal) = 10.465.000 J

O tempo envolvido ? o intervalo de 24 horas correspondente a um dia, expresso em segundos. Tamb?m aqui, ? instrutivo que o professor proponha aos alunos trabalharem com fatores de convers?o:

24 h = 24 h x (60 min/h) x (60 s/min) = 86.400 s.

Esses resultados parciais levam ao seguinte resultado final, que os alunos podem obter facilmente:

P = 121,12 W.

Assim, a pot?ncia m?dia consumida nas atividades cotidianas de um ser humano adulto equivale, aproximadamente, ? de duas l?mpadas de 60 W, de uso corrente em nossas resid?ncias.

Estudos apontam que o cora??o responde por cerca de 10% desse consumo, ou seja, uns 12 W, enquanto o c?rebro gasta uns 20%, consumindo cerca de 24 W.

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Ao final dessa atividade, os estudantes dever?o responder ?s seguintes perguntas:

1. Com que outros equipamentos el?tricos pode ser comparado o corpo humano, em termos da pot?ncia consumida?

2. O que ocorre se fornecermos ao corpo uma quantidade de energia maior do que a utilizada nas atividades di?rias?

3. Como seria poss?vel calcular a pot?ncia extra necess?ria ? realiza??o de trabalho externo pelo corpo, como ocorre no caso da subida de uma escada?

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Atividade 3. Nem s? de energia vive o ser humano...

A energia dispon?vel nos alimentos prov?m do Sol, de modo praticamente exclusivo. A luz do Sol chega ? superf?cie da Terra com uma pot?ncia t?pica de 1 kW/m². Se a energia contida nessa luz pudesse ser integralmente convertida em energia el?trica, ela seria suficiente para manter funcionando um ferro de passar roupas.

Em nosso mundo tecnol?gico, essa energia pode ser parcialmente captada por meio de aquecedores solares ou de c?lulas fotovoltaicas, por exemplo. J? no mundo natural, essa energia ? parcialmente captada pelas plantas. Muitas delas armazenam energia em subst?ncias que servem de alimento para outras esp?cies. Dessa forma ? que a energia vinda do sol ? introduzida na cadeia alimentar e chega at? n?s, humanos.

Procedimento

O professor pedir? a cada grupo de alunos que, a partir de uma consulta pr?via a tabelas nutricionais de embalagens de alimentos, monte um card?pio com as refei??es para um dia inteiro, procurando compor tipos e quantidades de alimentos de modo a garantir o fornecimento de 2.500 kcal de energia.

Por?m, ? importante lembrar que nossa alimenta??o deve n?o apenas suprir a energia necess?ria para manter as atividades que realizamos. Precisa tamb?m fornecer uma quantidade de nutrientes que contribuem para manter em condi??es normais o complexo funcionamento do corpo. A pir?mide alimentar representa graficamente as categorias de alimentos de que precisamos ? energ?ticos, reguladores, construtores e energ?ticos extras ? e indica as quantidades relativas que ? necess?rio consumir numa alimenta??o equilibrada.

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Fig. 2 - Pir?mide alimentar.      Fonte: http://www.weblaranja.com/nutricao/piramide_alimentar.htm  (acesso em 19/05/2012)

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A p?gina a seguir pode ser apresentada pelo professor, de modo sucinto, e sugerida aos alunos, para leitura mais completa, posteriormente.

http://www.sonutricao.com.br/conteudo/alimentacao/index.php

Feitas uma apresenta??o e uma discuss?o sucintas da pir?mide alimentar, o professor pedir? que cada grupo de alunos fa?a a adequa??o do card?pio elaborado anteriormente, tendo agora por base na orienta??o contida na pir?mide.

Uma compara??o entre o primeiro e o segundo card?pios de cada grupo ser? realizada, numa discuss?o sobre as prefer?ncias e os h?bitos alimentares dos alunos. Uma quest?o b?sica a considerar ? se est?o adequados ? orienta??o sintetizada na pir?mide ou se precisariam de alguma revis?o.

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Ao final dessa atividade, os estudantes dever?o responder ?s seguintes perguntas:

1. No dia-a-dia, voc? recebe est?mulos e sugest?es que apontam para uma alimenta??o adequada ?s orienta??es resumidas na pir?mide alimentar? Como lidar com esses fatores?

2. Seus h?bitos e prefer?ncias alimentares pessoais s?o adequados ? pir?mide alimentar ou precisariam de alguma adapta??o significativa?

3. Quais s?o os benef?cios de uma alimenta??o mais adequada a essas orienta??es e quais os principais problemas causados por uma inadequa??o mais acentuada? Busque informa??es sobre o assunto e discuta a sua realidade pessoal.

Aula de F?sica sobre o tema com informa??es adicionais:http://axpfep1.if.usp.br/~otaviano/energianocorpohumano.html#_edn2   

(acesso: 20 maio 2012.)

Os estudantes podem se beneficiar de uma atividade avaliativa baseada numa pesquisa, seguida de debate, sobre a progressiva amplia??o do acesso a alimentos no Brasil e o fen?meno paralelo do aumento da parcela da popula??o com tend?ncia a obesidade.