Como a energia proveniente dos alimentos é fundamental nos processos de manutenção da vida;

Estimar matematicamente a energia necessária para a realização de tarefas;

Relacionar potência, trabalho e energia em sistemas biológicos.

Conceitos de energia e potência.

Relação entre caloria e Joule.

Estratégias de ensino:

- Aula expositiva ou conceitual;

- Aula participativa.

Considerações iniciais ao professor:

Os estudos da física estão cada vez mais voltados para a formação de um cidadão solidário e atuante que seja capaz de compreender e participar das decisões do mundo em vive. Pensando desta maneira, esta aula terá inicialmente um objetivo social de debater o acesso a alimentação como um direito à vida. Depois, apresentará as competências específicas de física que permitam perceber e lidar com os conceitos de potência, energia e tempo relacionados com a manutenção da vida.

Atividade 1 - Debate acesso a alimentação como um direito à vida:

Inicie a aula organizando os alunos em um círculo e realize um debate que deverá culminar em um texto que aborde o tema "A alimentação como direito à vida".

Apresente a seguinte frase (de maneira oral ou escrita) que foi retirada do documento "Política Nacional de Alimentação e Nutrição - PNAN" de 2003:

“...O acesso à alimentação é um direito humano em si mesmo, na medida em que a alimentação constitui-se no próprio direito à vida...negar este direito é, antes de mais nada, negar a primeira condição para a cidadania, que é a própria vida.” (Relatório do Brasil para a Cúpula Mundial de Alimentação, Roma – 1994): http://189.28.128.100/nutricao/docs/geral/pnan.pdf acesso em 12/11/2010. 

Pergunte se os alunos compreendem que a alimentação "constitui-se no próprio direito à vida" visto que é através dele que o corpo adquire a energia necessária para sua manutenção. Instigue-os a perceber que a fome é conseqüência da pobreza e também sua causadora e sendo assim, é dever do Estado promover ações que estimulem a distribuição de renda e alimentos. Comente sobre os programas Fome Zero, Bolsa Família, Alimentação Escolar (PNAE), restaurantes populares, distribuição de ferro (Saúde de Ferro) entre outros que tem como objetivo assegurar o direito humano à vida. Realize uma discussão com o objetivo de compreender o que são estes programas e quais as suas finalidades.

Figura 1: Logomarca do Programa Fome Zero

Disponíveis no site do "Fome Zero" - http://www.fomezero.gov.br/programas-e-acoes/eixo1.htm acesso em 12/11/2010.

Apresente também o site sobre os "8 Objetivos do Milênio" (conhecido no Brasil como "8 Jeitos de Mudar o Mundo"). Este projeto foi desenvolvido pela ONU após analises dos maiores problemas mundiais a serem combatidos. O primeiro dos objetivos é "Acabar com a fome e com a miséria":

Figura 2: Objetivos de Milênio

Disponível em: http://www.objetivosdomilenio.org.br/ acesso em 12/11/2010.   

Faça um debate e abra para discussões. É importante que os alunos percebam que a fome é um problema mundial que deve ser discutido sempre que possível. Ao final do debate, entregue o texto "O programa Fome Zero - Alimentando o coitadismo social?" que apresentam frases como "A distribuição simplória de benefícios vicia ou envergonha o cidadão, com o risco de estarmos estimulando a criação de uma população de “coitados” e incapazes  sociais, que necessitarão da sustentação e tutela eterna do estado." e peça para que os alunos elaborem um texto dando a opinião sobre o assunto.

Disponível em http://www2.uol.com.br/aprendiz/n_colunas/coluna_livre/id050103.htm acesso em 12/11/2010.

Atividade 2 - Relacionando calor e sistemas biológicos:

Nesta atividade os alunos terão contato com um recurso que permite relacionar diretamente a produção de energia proveniente dos alimentos com o gasto para a manutenção da vida e realização de atividades esportivas. Inicialmente será realizada uma explicação teórica e depois os alunos deverão ser separados em duplas para a utilização o recurso 1 que deverá ser disponibilizado no laboratório de informática. Ao final da atividade, os alunos deverão apresentar um relatório com as etapas e conclusões obtidas.

Explique inicialmente o conceito de energia como a capacidade de realizar trabalho. Associe essa idéia com situações do dia-a-dia como, por exemplo, uma pessoa muito ativa é dita como cheia de energia. Já uma pessoa esgotada depois de um dia de trabalho, diz-se que perdeu ou gastou muita energia.

É importante frisar que é impossível criar energia do nada. Por exemplo: a energia luminosa de uma lâmpada é proveniente da energia elétrica vinda das usinas que por sua vez provem da energia cinética das turbinas. Já a energia utilizada pelas células para a manutenção da vida está relacionada aos alimentos consumidos. Assim, podemos dizer que as funções celulares dependem da energia derivada da quebra de moléculas orgânicas durante o processo de respiração celular. A energia liberada nesse processo é armazenada sob forma de moléculas de adenosina-trifosfato (ATP). Você encontra mais informações sobre a respiração celular no site: http://www.ufmt.br/bionet/conteudos/01.01.05/respiracao.htm acesso em 12/11/2010. 

Comente que a unidade de energia no sistema internacional é Joule (J) mas, quando se trata de informações nutricionais, encontrarmos calorias (cal). Importante: o consumo de energia por uma pessoa adulta – na forma de alimentos –é de aproximadamente 2.000 kcal por dia.

Figura 3: Respiração celular

Disponível em http://www.ufmt.br/bionet/conteudos/01.01.05/respiracao.htm acesso em 12/11/2010. 

Também será necessário explicar o conceito de potência como trabalho realizado em um determinado intervalo de tempo. Deixe claro para os alunos que trabalho é variação da energia cinética:

Agora, leve os alunos para o laboratório de informática e disponibilize o recurso 1. Peça para que sentem em duplas e sigam o roteiro proposto.

Queimando as gordurinhas 

Recurso 1: Queimando as gordurinhas

Disponível em: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=9381 acesso em 12/11/2010. 

ROTEIRO SUGERIDO PARA OS ALUNOS:

1º) Organize um cardápio com café da manhã, almoço, lanche da tarde e janta com os alimentos disponíveis na tabela da esquerda "QUAT. --- ALIMENTOS --- CALORIAS". Este cardápio deve conter a quantidade que será consumida de cada alimento, o horário que foi consumido e a energia obtida. Anote em seu caderno estes dados para a elaboração do relatório.

Figura 4: Exemplo do 1º item do recurso 1

Disponível em: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/2250/open/file/atividade1.htm?sequence=4 acesso em 12/11/2010. 

2º) Digite a energia obtida nas refeições que vocês encontraram no quadro "Energia Adquirida" e clique em "seguir". Aparecerá um quadro com o mínimo de energia gasta pelo corpo para manter suas funções diárias (50 calorias por hora). Clique em "seguir" e note como ficou seu gráfico de "Energia x Horas Trabalhadas". Realize um esboço do gráfico em seu caderno ou faça um "print screen" da tela e mande para seu email.

Figura 5: Exemplo do 2º item do recurso 1

Disponível em: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/2250/open/file/atividade1.htm?sequence=4 acesso em 12/11/2010. 

3º) Clique em "voltar" e depois e "seguir". Com base no quadro "PERÍODO -- ATIVIDADE -- GASTO CALÓRICO" monte uma lista de atividades realizadas durante um dia (Exemplo: 2h de natação -- 1060 calorias -- realizado das 16h às 18h) e coloque no quadro "Energia gasta". Clique em "seguir" e note como ficou seu gráfico de "Energia x Horas Trabalhadas". Realize um esboço do gráfico em seu caderno ou faça um "print screen" da tela e mande para seu email.

Figura 6: Exemplo do 3º item do recurso 1

Disponível em: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/2250/open/file/atividade1.htm?sequence=4 acesso em 12/11/2010.

4º) Organize todas as informações obtidas na forma de um relatório que deverá ser entregue na data combinada com o professor.

Atividade 3 - Relacionando Energia, potência e corpo humano:

Entregue para os alunos o trecho do texto "Física interessante - Consumo de energia no corpo humano" e peça para que eles respondam as questões. Depois realize a correção no quadro com a participação dos alunos.

"Essa energia (2 000 kcal por dia) é usada para manter nosso organismo em funcionamento, como coração, pulmões e os demais órgãos internos, e também para fornecer alguma capacidade de trabalho externo que é feito durante praticamente todo o dia. Em condições de repouso, cerca de 30% da energia é consumida pelos músculos esqueléticos e praticamente outro tanto é consumida pelos órgãos abdominais. Em repouso o cérebro consome cerca de 20% e o coração 10% da energia total consumida pelo corpo.

É interessante verificar que nosso corpo tem uma eficiência relativamente alta quando faz trabalho mecânico, mas está longe se ser totalmente eficiente. Assim, apenas cerca da décima parte da energia consumida pelo coração corresponde à energia necessária para empurrar o sangue; o restante é gasto de energia que não se traduz em movimento mecânico de coisa alguma.

A energia que dispomos está armazenada nos músculos, no sangue e no fígado, na forma de glicogênio ou de glicose. Como a disponibilidade de energia é muito importante no desempenho de um atleta, há várias estratégias de alimentação que têm como objetivo encontrar um balanço adequado na alimentação que permita otimizar a disponibilidade e o armazenamento de energia no corpo."

Disponível em: http://axpfep1.if.usp.br/~otaviano/energianocorpohumano.html acesso 12/11/2010. 

QUESTÕES:

1) Uma pessoa consome 2000 kcal em 1 dia. Calcule a potência em (Watts) gasta pela pessoa sabendo que 1 cal = 4,18 J. (Resposta sugerida: Pot = ~ 96, 8 W)

2) Qual  a potência consumida pelo cérebro na situação anterior? (Resposta sugerida: Pot = ~ 19 W)

3) Qual a potência consumida pelo coração? (Resposta sugerida: Pot = ~ 9,7 W)

Site oficial da Coordenação Geral de Alimentação e Nutrição (CGAN) - http://nutricao.saude.gov.br/ acesso em 12/11/2010. 

Outros programas que tem como objetivo erradicar a fome: "Banco de Alimentos apresenta projeto para erradicar a fome em Rio Claro" - http://www.canalrioclaro.com.br/index1.php?s=news&idnews=13959 acesso em 12/11/2010. 

Significado do quilocaloria: "O que é Quilocaloria - kcal?" - http://personalrs.blogspot.com/2008/01/o-que-quilocaloria-kcal.html acesso em 12/11/2010. 

Os alunos serão avaliados durante o debate da atividade 1, na realização do relatório da atividade 2 e na resolução dos exercícios da atividade 3.

É importante verificar se os alunos compreenderam a energia essencial para a manutenção da vida é proveniente do acesso aos alimentos.