Montar um barômetro para investigar como o ar exerce pressão sobre os corpos.

Entender o funcionamento de um barômetro.

Identificar alguns recursos tecnológicos que utilizam a pressão do ar.

Identificar o conceito de pressão atmosférica.

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

Os alunos deverão ser capazes de compreender que o ar é matéria, sendo constituído de moléculas e o que é pressão.

Introdução: uma abordagem para o professor   

Pressão Atmosférica e a Experiência de Torricelli   

A atmosfera terrestre é composta por vários gases, que exercem uma pressão sobre a superfície da Terra. Essa pressão, denominada pressão atmosférica, depende da altitude do local, pois à medida que nos afastamos da superfície do planeta, o ar se torna cada vez mais rarefeito, e, portanto, exercendo uma pressão cada vez menor. O físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) realizou uma experiência para determinar a pressão atmosférica ao nível do mar. Ele usou um tubo de aproximadamente 1,0 m de comprimento, cheio de mercúrio (Hg) e com a extremidade tampada. Depois, colocou o tubo em pé e com a boca virada para baixo, dentro de um recipiente que também continha mercúrio. Torricelli observou que, após destampar o tubo, o nível do mercúrio desceu e estabilizou-se na posição correspondente a 76 cm, restando o vácuo na parte vazia do tubo.

Como a coluna de mercúrio que equilibra a pressão atmosférica é de 76 cm, dizemos que a pressão atmosférica ao nível do mar equivale à pressão de uma coluna de mercúrio de 76 cm.

A maior pressão atmosférica é obtida ao nível do mar (altitude nula). Para qualquer outro ponto acima do nível do mar, a pressão atmosférica é menor.   

Sob pressão atmosférica

À medida que deslizamos lentamente em direção àquela esfera de nuvens giratórias, passando por um e outro satélite, a pergunta óbvia é "onde começa a atmosfera e termina o espaço exterior?" Não existe fronteira definida entre atmosfera e espaço - o ar ralo da camada superior da atmosfera simplesmente se afina até desaparecer cerca de mil quilômetros acima do nível do mar.

Toda essa atmosfera se apóia na superfície da Terra, e fica no lugar - como tudo mais no planeta - pela ação da gravidade. A despeito da frase "leve como o ar", a atmosfera pouco tem de leve, com peso total de cinco quatrilhões de toneladas. Com 14 zeros, estamos falando de uma massa imensa, e ela é a força que gera a pressão do ar.

Imagine uma equipe de animadoras de torcida formando uma pirâmide humana. As meninas da fileira de base portam o peso das que estão logo acima, e as que estão por cima não portam peso algum. Situação semelhante existe na atmosfera. O ar é menos pressurizado no limite do espaço, onde nada ou quase nada pesa sobre ele. Já o ar ao nível do mar sustenta o peso de todo o ar por sobre ele - como as meninas que formam a base da pirâmide. A pressão também pressiona as moléculas que formam a porção inferior da atmosfera e as mantêm próximas umas das outras. Por esse motivo, 50% do ar da Terra fica abaixo dos 5 km de altitude.

Ao nível do mar, a atmosfera exerce em média uma pressão de 1kg/cm2. Acima do nível do mar, a pressão do ar e a densidade correspondente decrescem. É por isso que respirar é mais difícil em altitudes elevadas. As moléculas de oxigênio que seus pulmões precisam ficam mais distantes umas das outras, e por isso é preciso inalar mais ar para obter o oxigênio requerido.

A gravidade é apenas uma das forças em operação na atmosfera. Mas  o principal fator é o Sol que fica no centro de nosso sistema solar.

Adaptado de: http://ciencia.hsw.uol.com.br/clima2.htm (consultado em 08/12/10, às 15h30min) e http://www.algosobre.com.br/fisica/pressao-atmosferica-e-a-experiencia-de-torricelli.html  (consultado em 08/12/10, às 15h29min).   

Estratégia

Como os alunos poderão atingir os objetivos propostos: 

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

Como o professor irá ativar esse processo: 

O professor ativará este processo por meio do incentivo às discussões entre os alunos, realização de atividades práticas para observação, além de leitura e interpretação de texto e vídeos sobre o assunto da aula.   

Atividade Inicial: Pressão             

Professor, num primeiro momento da aula, sonde se seus alunos entendem o que é pressão, qual o significado dessa palavra. Peça que eles se manifestem, dando seus conceitos. Depois desse momento inicial, prepare com a turma uma atividade de observação da ação da pressão. Para tanto, providencie os seguintes materiais:

Materiais necessários: 

- Garrafa plástica

- Funil

- Jarra

- Gelo

- Vasilha

- Água quente

- Água fria

Modo de preparar: 

Ponha a garrafa dentro da vasilha. Despeje, pelo funil, uma jarra de água quente. Feche a garrafa, deite-a na vasilha e cubra-a com gelo e água fria. O que acontecerá? O vapor fica preso na garrafa. Enquanto ele esfria e se torna líquido, um vácuo parcial se forma. A pressão atmosférica externa, maior, deforma a garrafa. Peça que os alunos tentem explicar o que aconteceu com a garrafa e os motivos que eles imaginam para isso. Peça que anotem suas impressões no caderno.   

Atividade prática 1: Testando a existência da pressão             

Professor, após a realização da atividade inicial para que os alunos compreendam  o que é a pressão, proponha mais uma atividade prática, para testar a existência da pressão. Para tanto, providencie os materiais:

Materiais necessários: 

- Vasilha

- Copo   

Modo de preparar: 

Pegue uma vasilha com água e encha um copo. Depois, vire-o de cabeça para baixo dentro da vasilha. Erga o copo, deixando a boca abaixo da superfície de água da vasilha. A pressão impedirá que o copo esvazie. A pressão atmosférica sobre a água é suficiente para sustentar uma coluna de água de até 10 metros.   

Atividade prática 2: Barômetro             

Professor, agora proponha a construção de um barômetro, para a medição da pressão atmosférica. Providencie os materiais:

Materiais necessários: 

- Garrafa de gargalo longo

- Copo reto

- Jarra

- Corante

- Marcador para vidro (caneta de retroprojetor)

- Água   

Modo de preparar: 

Ponha água colorida num copo. Coloque a garrafa dentro do copo, o bocal deve ficar acima da base. Marque o copo diariamente para verificar as mudanças do nível de água no gargalo da garrafa.               

Pergunte aos alunos o que acontecerá com o nível de água na garrafa. Deixe-os se manifestarem, dando suas opiniões. Observe o experimento por alguns dias, e peça que os alunos marquem o nível de água no gargalo da garrafa. Este experimento representa um barômetro, instrumento usado para medir a pressão atmosférica. O que significa o fato de um barômetro subir ou descer?             

Um barômetro mede a pressão do ar: um barômetro "subindo" indica um aumento da pressão do ar, ao passo que um barômetro "descendo" indica uma diminuição da pressão do ar.             

No espaço, existe vácuo quase absoluto, de modo que a pressão do ar é zero. Na Terra, como há muitos quilômetros de moléculas do ar empilhadas e exercendo pressão em razão da força da gravidade, a pressão é de cerca de 1 quilograma por cm2 no nível do mar.             

O interessante sobre a pressão do ar é que ela é diferente em pontos diferentes do planeta e varia ao longo do tempo. Como isso pode acontecer? O ar quente é menos denso (mais leve) do que o ar mais frio. Assim, em um dia qualquer você poderia esperar que o ar sobre um deserto tivesse uma pressão menor do que o ar sobre uma calota de gelo. E isso seria verdadeiro. Essa mesma diferença de pressão ocorre em todo o planeta por vários motivos.             

Essas diferenças de pressão têm um grande efeito sobre o clima, de modo que, se você souber a pressão do ar, assim como a tendência da pressão, será capaz de predizer certas coisas sobre o tempo. Como regra geral, uma área de alta pressão estará ensolarada e uma área de baixa pressão estará nublada e chuvosa

Adaptado de: http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao13.htm (consultado em 08/12/10, às 16h20min).

Retirado de: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap4/Image254.gif (consultado em 08/12/10, às 16h21min). 

Discutindo             

Depois da realização dos experimentos, converse com a turma sobre os resultados observados e quais as explicações para eles. Deixe-os se manifestarem, contando suas experiências e opinando. Comente que a pressão do ar varia de acordo com as condições atmosféricas e fornece uma boa indicação para prever o tempo. Assim, quando o ar está mais seco, há menos moléculas nele, e quando está para chover ou já choveu, por exemplo, a umidade do ar aumenta, aumentando também a quantidade de moléculas de água no ar, o que faz exercer uma pressão maior.             

Podemos observar também que na medida em que a altitude aumenta a pressão atmosférica cai, porque ao subir, a camada de ar diminui, e assim, ao nível do mar, a pressão atmosférica é maior.             

Compreender a pressão nos ajuda a entender as dificuldades do homem tanto em chegar às profundezas do oceano quanto de sair da atmosfera terrestre. Nossos corpos estão adaptados a essa pressão, e quando ela aumenta ou reduz-se podemos sentir seu impacto. Caso ela aumente podemos ter nosso corpo comprimido, ou se ela cair podemos dilatar como um balão sendo inflado, isso por que é a pressão que mantêm nossas células na organização que elas se encontram.   

Texto para os alunos:             

Professor, depois das discussões em torno das atividades práticas, entregue para os alunos um texto informativo sobre a pressão do ar. Peça que eles leiam em duplas, destacando os aspectos mais relevantes. Depois, promova uma discussão entre eles, de forma que possam confrontar as ideias uns dos outros, o que ajudará na construção de conhecimentos.   

Pressão Atmosférica   

Quando você nada abaixo da superfície da água pode sentir o aumento da pressão no corpo, conforme vai mais para o fundo. O ar tem pressão, embora não se possa senti-la tão claramente. Na verdade, a pressão atmosférica no nível do solo é enorme e poderia esmagá-lo caso os fluidos de dentro de seu corpo não exercessem uma pressão igualmente forte. Os cientistas achavam que a pressão atmosférica era apenas o peso de centenas de quilômetros de ar empurrando os corpos contra a Terra. A pressão do ar, porém, empurra em todas as direções – para cima, para baixo e para os lados – e consiste no bombardeamento constante das moléculas do ar em movimento. Ela diminui gradualmente e de maneira constante à medida que se sobe na atmosfera. Os aviões de carreira têm cabines pressurizadas porque a pressão diminui a grandes altitudes, que impede a respiração – a pressão interna do corpo, maior que a externa, impossibilita a absorção de ar.

Quando se observa uma folha de papel agitar-se no chão, é difícil acreditar que o ar possa exercer qualquer força. Na verdade, porém, o ar está permanentemente exercendo pressão em todas as direções – para cima, para baixo, para os lados -, com uma força equivalente à de um elefante em cima da mesa. Costumava-se pensar que essa força de compressão – conhecida como “pressão do ar” ou “pressão atmosférica” – era simplesmente o peso de centenas de quilômetros de ar empurrando para baixo. Hoje sabemos que se trata do constante bombardeio de bilhões de moléculas de ar movimentando-se de um lado para outro.

A pressão atmosférica é maior ao nível do mar, onde o ar é mais denso e contém mais moléculas. Quando se fazem cálculos de pressão atmosférica, geralmente usa-se o nível do mar como referência. A pressão diminui conforme aumenta a altitude – os altímetros das aeronaves podem calcular a altura em que o avião voa simplesmente por meio da medição da pressão. Acima de 5000m, a pressão do ar é tão baixa que dificulta a respiração. Por esse motivo, os aviões comerciais têm de ser pressurizados para proteger os passageiros.   

Adaptado de: Como a Terra funciona. Editora Globo.      

Ferramentas tecnológicas – Atividades Visuais:             

Professor, após a leitura do texto, apresente para a turma alguns vídeos sobre o assunto, para que construam novos conhecimentos e sistematizem o que já aprenderam. Depois de assistirem, proponha que cada aluno faça no caderno um resumo sobre as ideias principais de cada vídeo.            

Novo Telecurso - Ciências - Aula 14 (1 de 2) - http://www.youtube.com/watch?v=yj3ey7A2O1M&feature=related (consultado em 08/12/10, às 16h22min).  

Novo Telecurso - Ciências - Aula 14 (2 de 2) - http://www.youtube.com/watch?v=as5fyxOZIQs&feature=related (consultado em 08/12/10, às 16h23min).    

Pressão Atmosférica - http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=205&PRESSAO+ATMOSFERICA (consultado em 08/12/10, às 16h24min).   

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

Retirado de: http://1.bp.blogspot.com/_BXRUjGA45KI/TDSGDVkNuoI/AAAAAAAAASY/14Kfw_padbY/s1600/BUGIO_~2.JPG (consultado em 08/12/10, às 16h25min). 

Professor, abaixo seguem alguns recursos complementares, para serem usados na aula caso seja necessário:  

http://www.infoescola.com/fisica/pressao-atmosferica/ (consultado em 08/12/10, às 16h26min).    

http://www.ime.usp.br/~vwsetzer/jokes/barometro.html (consultado em 08/12/10, às 16h27min).   

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.             

Peça que os alunos leiam atentamente a tirinha abaixo e façam um texto discorrendo sobre a pressão atmosférica, interpretando a tirinha e explicando o que ela quer nos mostrar. Este texto dos alunos ajudará a avaliar o processo de ensino-aprendizagem.