26/11/2009
Edson Luis Nunes, Daniel Rodrigues Ventura, Isnard Domingos Ferraz, José Ângelo de Faria.
Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
---|---|---|
Ensino Médio | Física | Calor, ambiente e usos de energia |
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 = μi Vi, respectivamente a massa, a densidade inicial e o volume inicial de uma substância a uma temperatura inicial Ti;
2) Sejam m = μf Vf, respectivamente a massa, a densidade final e o volume final de uma substância a uma temperatura final Tf, sendo Tf > Ti;
3) Portanto, pode-se dizer que μi Vi = μf Vf; (Equação 1)
4) Mas, do estudo de dilatação térmica dos líquidos, sabemos que Vf = Vi (1 + γr Δθ); (Equação 2)
5) Substituindo a equação 2 na equação 1 tem-se: μi Vi = μf Vi (1 + γr Δθ);
6) Então pode-se ver que: μi = μf (1 + γr Δθ) → μf = μi / (1 + γr 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 0oC. Explique agora o comportamento anormal da água mostrando a Figura 1. Deixe claro que a resposta correta é 4oC.
(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.
Nome | Tipo |
---|---|
Dilatação volumétrica de líquidos | Experimento prático |
Dilatação e contração - 2 | Experimento prático |
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., 18a 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.
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