Entender o processo de dilatação anormal da água e as implicações disso para a vida marinha e terrestre nas regiões árticas.

Temperatura, calor, ponto de gelo, dilatação linear e dilatação térmica de líquidos.

Faça aos alunos a seguinte sequência de perguntas para criar uma situação problema (só passe para a próxima, após respondida a anterior; não discuta as respostas com eles, apenas deixe que cada um dê a resposta que acha correta). À frente da pergunta, em itálico e entre colchetes, está uma das prováveis melhores respostas apenas para orientar o professor:

1) o que acontece quando chega o inverno nos polos Norte e Sul? [fica muito frio e neva...];

2) o que acontece então com a água dos mares destes locais, nesta época? [congela...];

3) e os animais marinhos, como peixes e baleias, que vivem nessas águas, o que eles fazem então: morrem, hibernam congelados ou migram? [migram; hibernam congelados...];

4) e os animais não marinhos, como ursos polares e pinguins, ou não totalmente marinhos, como focas e leões marinhos, como eles fazem para se alimentar se os peixes migraram ou hibernaram congelados, debaixo de vários metros de gelo?

5) e os esquimós, cuja base de sua alimentação são os peixes, mudam de hábitos alimentares nessa época, devido a falta de peixes?

A partir desse momento, sem ainda discutir as respostas, comece explicando a influência da temperatura na massa específica das substâncias, a partir da fórmula de massa específica: m = μ V.

Sabe-se que, massa é uma grandeza física de um corpo que não varia com a temperatura:

1) Sejam m = μ_i V_i, respectivamente a massa, a densidade inicial e o volume inicial de uma substância a uma temperatura inicial T_i;

2) Sejam m = μ_f V_f, respectivamente a massa, a densidade final e o volume final de uma substância a uma temperatura final T_f, sendo T_f > T_i;

3) Portanto, pode-se dizer que μ_i V_i = μ_f V_f; (Equação 1)

4) Mas, do estudo de dilatação térmica dos líquidos, sabemos que V_f = V_i (1 + γ_r Δθ); (Equação 2)

5) Substituindo a equação 2 na equação 1 tem-se: μ_i V_i = μ_f V_i (1 + γ_r Δθ);

6) Então pode-se ver que: μ_i = μ_f (1 + γ_r Δθ) → μ_f = μ_i / (1 + γ_r Δθ)

7) Conclusão: se Δθ for positivo (aumento de temperatura) a massa específica de um líquido diminui.

Agora, relacione isso com a água e o ponto de gelo dela, e pergunte para eles então em qual temperatura a água tem sua maior densidade, ou seja, menor volume. Eles responderão 0^oC. Explique agora o comportamento anormal da água mostrando a Figura 1. Deixe claro que a resposta correta é 4^oC.

(imagem de autoria pessoal)

Relacione agora esse comporta mento diferente da água com a preservação da vida marinha em locais muito frios, como as regiões árticas. Explique que é devido a isso que a água só congela em sua superfície.

Associe esse fato com o conhecimento de propagação de calor por convecção que eles já possuem e com o fato de o gelo ser um mal condutor de calor. Assim, a explicação para o fenômeno do congelamento apenas na superfície ficará completa.

Dilatação volumétrica de líquidos (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/16607/dilatacao.pdf)

Dilatação e contração - 2 (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/13136/dilatacaoecontracao2.pdf)

Aprenda mais sobre Dilatação Anormal da Água:

Portal São Francisco: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/dilatacao/dilatacao-termica.php

Ciência à mão: http://www.cienciamao.if.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_dilatacaodaagua-termologia-txttem0009

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18^a Ed., 2007.

Elabore questões apenas teóricas sobre esse assunto. Um exemplo seria apresentar figuras como a da pesca em superfícies congeladas (usando um buraco feito na camada de gelo para a passagem do anzol) e fazer questionamentos pertinentes ao fato. Questione também a associação deste comportamento anormal com a preservação da vida em ambientes inóspitos como os polos. Não pode faltar questões que explorem a associação com os conteúdos de massa específica e propagação de calor por convecção.