Reconhecer que os materiais se expandem quando aquecidos e se contraem quando resfriados.

Relacionar essas ações às propriedades dos materiais.

Identificar conceitos de expansão e contração.

Identificar atividades humanas que se relacionam à expansão e contração da matéria.

Desenvolver a leitura de textos científicos relacionados com o assunto e sua interpretação.

Os alunos deverão ser capazes de compreender que os materiais são constituídos por moléculas.

Introdução: uma abordagem para o professor   

No dia-a-dia podemos observar que entre os trilhos de ferro, nas quadras de futebol, em pontes e viadutos existem pequenas fendas de dilatação que possibilitam a expansão da estrutura sem que ocorram possíveis trincas e danos na estrutura. Esses acontecimentos são explicados através da dilatação térmica.   

A temperatura mede o grau de agitação das moléculas, um grau de agitação maior indica uma temperatura maior. Assim, quando aquecemos um corpo, consequentemente aumenta-se o grau de agitação das moléculas que o constituem. Esse acontecimento faz com que ocorra um aumento nas dimensões do corpo, fenômeno esse denominado de dilatação térmica. A diminuição de temperatura provoca, por consequência, a diminuição nas dimensões do corpo, chamada de contração térmica. Mas o que explica a dilatação térmica? Será somente o aumento da temperatura do corpo? Não, o que explica a dilatação térmica são as forças intermoleculares, essas fazem com que a distância entre as moléculas aumente ou diminua.   

Nos sólidos, o aumento ou diminuição da temperatura provoca alteração nas dimensões lineares, como também nas dimensões superficiais e volumétricas.   

Dilatação Linear dos Sólidos   

A dilatação linear é bem frequente no cotidiano, ela acontece, por exemplo, nas geladeiras e nos temporizadores dos sistemas de iluminação. Isso acontece através de uma lâmina bimetálica, que como o próprio nome diz, é constituída de duas lâminas de materiais diferentes com comprimentos iguais. Ao ser percorrida pela corrente elétrica a lâmina se aquece provocando a dilatação das lâminas que constituem a lâmina bimetálica. Como elas são feitas de matérias diferentes, uma irá dilatar mais que a outra, ou contrair mais que a outra. Esse fato de dilatação e contração das lâminas faz com que o circuito elétrico, no qual estão inseridas, seja aberto ou fechado. Nas geladeiras percebe-se que em um determinado período do seu funcionamento diário ela desliga automaticamente, voltando a funcionar minutos depois. Com o sistema de iluminação acontece o mesmo. Em seu sistema existe a lâmina bimetálica que faz com que as lâmpadas fiquem ligadas durante certo tempo programado, após esse tempo ela apaga por conta própria.   

Adaptado de: http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/dilatacao-termica-dos-solidos.htm (consultado em 08/12/10, às 17h07min).     

Estratégia

Como os alunos poderão atingir os objetivos propostos:

Os alunos poderão atingir os objetivos propostos através de discussões entre eles, atividades práticas e leitura de textos, além de vídeos informativos sobre o assunto.   

Como o professor irá ativar esse processo:

O professor ativará este processo por meio de incentivo às discussões entre os alunos, realização de atividades práticas, leitura e interpretação de textos, além de vídeos para sistematização dos conhecimentos.   

Atividade inicial: Entendendo o assunto             

Professor, num primeiro momento da aula, sonde os conhecimentos prévios dos alunos, perguntando se eles já viram trilhos de trem. Como são feitos os trilhos? As barras de metal são colocadas próximas, coladas umas às outras, ou será que existe um pequeno espaço entre elas? Mostre uma imagem para a turma.             

Agora que já perceberam que há um intervalo entre as barras de metal, qual será o motivo para isso? Instigue-os a pensar a respeito, ouça as opiniões de cada um.

Retirado de: http://www.coladaweb.com/fisica/termica_arquivos/image002.jpg (consultado em 08/12/10, às 21h09min).  

Atividade prática: Borbulhando             

Professor, depois da sondagem inicial, realize com a turma uma atividade prática. Providencie os materiais:

Materiais necessários: 

- Três canudos dobráveis

- Travessa grande

- Copo de água

- Jarras de água morna e fria

- Massa de modelar

- Corante ou pó para refresco

- Garrafa plástica

Modo de preparar: 

Enfie o canudo na garrafa e cole-o bem ao gargalo com massa de modelar. Junte os outros canudos em fileira e cole com fita adesiva, formando um tubo. Tinja a água do copo com corante.  Ponha a garrafa na travessa. Dobre o tubo de modo que a ponta livre fique dentro do copo. Jogue a água morna sobre a garrafa.               

Grandes bolhas de ar saem pelo tubo. Como o plástico é muito fino, o calor passa através dele e alcança o ar dentro da garrafa. O ar da garrafa se expande, ou aumenta, ao ser aquecido. Ao se expandir, parte do ar é expulsa pelo tubo. Ele escapa na forma de bolhas.             

Agora jogue a água fria sobre a garrafa. A água colorida é puxada pelo tubo e entra na garrafa. O ar da garrafa se contrai, ou diminui, quando esfria. A água ocupa o espaço deixado pelo ar contraído.   

Discutindo             

Depois de realizada a atividade prática, promova na turma uma discussão sobre o que observaram. Pergunte os motivos de terem acontecido os fenômenos observados, quais as explicações os alunos conseguem dar para isso. Deixe-os pensar sobre isso, instigue-os a falarem uns com os outros, confrontando as ideias. Leve-os a lembrar dos trilhos do trem, tentando associar uma coisa à outra.             

Comente que nos dias quentes de verão, os cabos de força formam grandes curvas entre um poste e outro, as portas emperram, os trilhos das ferrovias empenam. Todos esses problemas devem-se à expansão ou dilatação. Quando sólidos e líquidos são aquecidos, suas moléculas vibram mais e distanciam-se. Quando resfriados, ao contrário, contraem-se. A expansão e contração dos sólidos é pouco perceptível. Uma barra de aço, por exemplo, aumenta muito pouco para cada grau a mais na escala Celsius. A força de expansão, porém, é tão poderosa que os engenheiros sempre precisam considerar essas minúsculas mudanças ao construírem pontes e outras edificações: as vigas, por exemplo, têm de ser fixadas com rebites aquecidos para formar juntas firmes (os rebites contraem-se ao resfriar-se). Os gases expandem-se muito mais que os sólidos ou líquidos, mas com menos força – se confinados em recipientes fortes e rígidos (como botijões de gás e sprays aerossóis), sua pressão aumenta, mas eles não se expandem.             

Mostre algumas figuras para a turma, pedindo que interpretem cada uma, explicando o que está sendo representado:

Retirado de: http://www.novafisica.net/conteudo/images-cont/dilat-tp.jpg (consultado em 08/12/10, às 21h26min).  

Retirado de: http://www.maristas.org.br/colegios/assuncao/pags/site_colegio/espaco/desafios_materia/fig5.jpg  (consultado em 08/12/10, às 21h27min).  

Retirado de: http://3.bp.blogspot.com/_8QxyuBPqSW4/S6v_2f5kF3I/AAAAAAAAACw/ewEcBGHlHEM/s320/2.jpg (consultado em 08/12/10, às 21h28min).    

Retirado de: http://boscoguerra.vilabol.uol.com.br/02_Termologia/DilataLinear_arquivos/linear20.gif (consultado em 08/12/10, às 21h29min).  

Juntas de dilatação do asfalto

Retirado de: http://1.bp.blogspot.com/_wF0IdKt7_Sk/S8Y3EZ6n1gI/AAAAAAAABJs/kgTKMN6M0-M/s1600/viaduto-crop.jpg  (consultado em 08/12/10, às 21h30min). 

Texto para os alunos:             

Professor, depois das discussões acerca da atividade prática, entregue para os alunos um texto informativo sobre o funcionamento do termômetro, associando este conhecimento ao assunto da aula de hoje. Peça que cada um leia atentamente, e depois faça junto com eles uma leitura oral, destacando as partes mais importantes e explicando as possíveis dúvidas.             

Abaixo seguem sugestões de textos:   

Como funciona o termômetro?

A resposta está no líquido prateado que fica no interior desse objeto!

Um dia, você acorda se sentindo meio quente, com o corpo mole, sem vontade de fazer nada. Põe a mão na testa e se pergunta: será que estou com febre? Para saber a resposta, só tem um jeito: usar o termômetro. Mas como será que ele funciona?

Você já deve ter notado que o termômetro tem, dentro de um tubo muito fino, um líquido prateado: o mercúrio.

Ao colocarmos o termômetro embaixo do braço, ocorre uma troca de calor entre o nosso corpo e esse instrumento. A nossa temperatura não muda, mas o termômetro, ao contrário, vai esquentando e acaba ficando com a mesma temperatura da gente. Em geral, quando algum material esquenta, ele se expande, ou seja, ocupa mais espaço. Esse é o caso do mercúrio, que vai subindo pelo tubo quando a temperatura aumenta.

- O italiano Santorio Santorio, em 1612, é considerado o inventor do termômetro, embora tenha sido o alemão Daniel Gabriel Fahrenheit quem difundiu o uso do mercúrio no instrumento em 1714 para obter resultados mais precisos.

- Há termômetros que utilizam outros compostos, como o álcool em vez de mercúrio. E há também termômetros digitais.

- O mercúrio é tóxico e perigoso se respirado. Se um termômetro de mercúrio quebrar, peça para um adulto remover todo o líquido com cuidado e descartá-lo num local apropriado para pilhas, pois ele também pode ser nocivo para o ambiente.

Quanto maior for a temperatura do termômetro, maior será a expansão desse líquido: mais alto ele vai chegar. Como no tubo onde ele está há marcações, indicando a temperatura correspondente, basta olhar ali para ver se estamos com febre ou não! Se o termômetro marcar até 37ºC, não há problema. Mas se indicar mais... É hora de ver um médico!

O mercúrio é um líquido muito apropriado para fazer termômetro porque, a cada aumento igual de temperatura, ele se expande do mesmo jeito. Ou seja, dá para fazer marquinhas igualmente espaçadas, onde cada uma representa um grau.

Disponível em: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2006/165/como-funciona-o-termometro/?searchterm=expansão (consultado em 08/12/10, às 21h34min).     

Outras sugestões: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/Calor.php (consultado em 08/12/10, às 21h39min) e http://chc.cienciahoje.uol.com.br/revista/revista-chc-2004/146/ta-quente-ou-ta-frio/como-funciona-um-termometro/?searchterm=expansão (consultado em 08/12/10, às 21h40min).       

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Professor, depois da discussão sobre o texto, apresente para a turma alguns vídeos informativos sobre o assunto. Peça que assistam com atenção, e depois promova uma pequena discussão na turma, pedindo que cada um faça suas considerações sobre os vídeos, destacando o que achou mais importante.             

Física - Transmissão de Calor e Dilatação Térmica - Parte 1 – 2 - http://www.youtube.com/watch?v=J9IbPWwlHro&feature=related (consultado em 08/12/10, às 21h50min).   

Demonstração F - Dilatação Térmica - http://www.youtube.com/watch?v=jf0V_WgBem4 (consultado em 08/12/10, às 21h51min).   

Eureka! Episode 19 - Expansion and Contraction - http://www.youtube.com/watch?v=I7w_Qv5_h4c&feature=related (consultado em 08/12/10, às 21h52min).     

FIBRA - DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS - http://www.itvu.ufpr.br/content?vspace=1307&cid=6260 (consultado em 08/12/10, às 21h53min).  

Charge que deverá ser entregue aos alunos para a realização da avaliação.

Retirado de: http://www.fisica.net/einsteinjr/3/Image346.gif (consultado em 08/12/10, às 21h59min).  

Professor, abaixo seguem alguns recursos complementares, que poderão ser usados na aula caso seja necessário, ou apenas para seu conhecimento:            

http://usuarios.idbrasil.org.br/usuarios/pp7309509/areadoprofessor/cristiano/dilatacaotermica.htm (consultado em 08/12/10, às 22h02min).     

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/pt/Thermal_expansion (consultado em 08/12/10, às 22h03min).    

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/dilatacao/dilatacao-termica.php (consultado em 08/12/10, às 22h04min). 

Avaliar numa perspectiva formativa implica estar atento à construção de conhecimentos conceituais, comportamentais e atitudinais de nossos alunos. Por isso é importante estar atento a todo o percurso do aluno enquanto aprende: suas ideias iniciais, aquelas apresentadas durante a investigação, à maneira que relaciona com os colegas, sua atitude investigativa e crítica, no decorrer da aula. Feitas estas considerações, propomos mais um momento para que os alunos sejam avaliados.            

Entregue para os alunos a tirinha abaixo, pedindo que eles façam um texto interpretando-a, dizendo o assunto de que trata e fundamentando suas explicações com base na expansão e contração dos materiais.             

Em nossa casa, quais outras situações podem usar a expansão de materiais para nos ajudar? Peça que façam uma pesquisa. Um possível exemplo: abrir potes com tampas de metal: é só aquecê-las que facilita sua abertura.             

Depois de fazerem as pesquisas, peça que apresentem os resultados encontrados para os colegas, divulgando assim o conhecimento e ajudando na avaliação do processo de ensino-aprendizagem.