Ciências Aluno
Cader no d de A Atividades Pedagógicas d de Apr endizagem Autor r 01 re gulada -- 0 9° a ano | | 1 1° B Bimestre Disciplina
Curso
Bimestre
Série
Ciências
Ensino Fundamental
1°
9°ano
Habilidades Associadas 1. Pesquisar evidências sobre processos de conservação, transformação e dissipação de energ ia em situações cotidianas. 2. Selecionar e utilizar instrumentos de medição e de cálculo c álculo (utilizando escalas) para coleta de d e dados acerca de duas situações cotidianas, que envolvam, de alguma forma, os três processos. 3. Representar dados (utilizando gráficos e tabelas), fazer estimativas e interpretar resultados, elaborando modelos explicativos para a ocorrência dos três processos.
Apresentação
A Secretaria de Estado de Educação elaborou o presente material com o intuito de estimular o envolvimento do estudante com situações concretas e contextualizadas de pesquisa, aprendizagem colaborativa e construções coletivas entre os próprios estudantes e respectivos tutores – docentes preparados para incentivar o desenvolvimento da autonomia do alunado. A proposta de desenvolver atividades pedagógicas de aprendizagem autorregulada é mais uma estratégia para se contribuir para a formação de cidadãos do século XXI, capazes de explorar suas competências cognitivas e não cognitivas. Assim, estimula-se a busca do conhecimento de forma autônoma, por meio dos diversos recursos bibliográficos e tecnológicos, de modo a encontrar soluções para desafios da contemporaneidade, na vida pessoal e profissional. Estas atividades pedagógicas autorreguladas propiciam aos alunos o desenvolvimento das habilidades e competências nucleares previstas no currículo mínimo, por meio de atividades roteirizadas. Nesse contexto, o tutor será visto enquanto um mediador, um auxiliar. A aprendizagem é efetivada na medida em que cada aluno autorregula sua aprendizagem. Destarte, as atividades pedagógicas pautadas no princípio da autorregulação objetivam, também, equipar os alunos, ajudá-los a desenvolver o seu conjunto de ferramentas mentais, ajudando-o a tomar consciência dos processos e procedimentos de aprendizagem que ele pode colocar em prática. Ao desenvolver as suas capacidades de auto-observação e autoanálise, ele passa a ter maior domínio daquilo que faz. Desse modo, partindo do que o aluno já domina, será possível contribuir para o desenvolvimento de suas potencialidades originais e, assim, dominar plenamente todas as ferramentas da autorregulação. Por meio desse processo de aprendizagem pautada no princípio da autorregulação, contribui-se para o desenvolvimento de habilidades e competências fundamentais para o aprender-a-aprender, o aprender-a-conhecer, o aprender-a-fazer, o aprender-a-conviver e o aprender-a-ser. A elaboração destas atividades foi conduzida pela Diretoria de Articulação Curricular, da Superintendência Pedagógica desta SEEDUC, em conjunto com uma equipe de professores da rede estadual. Este documento encontra-se disponível em nosso site www.conexaoprofessor.rj.gov.br, www.conexaoprofessor.rj.gov.br, a a fim de que os professores de nossa rede também possam utilizá-lo como contribuição e complementação às suas aulas. Estamos à disposição através do e-mail e-mail
[email protected] para quaisquer esclarecimentos necessários e críticas construtivas que contribuam com a elaboração deste material.
Secretaria de Estado de Educação
2
Apresentação
A Secretaria de Estado de Educação elaborou o presente material com o intuito de estimular o envolvimento do estudante com situações concretas e contextualizadas de pesquisa, aprendizagem colaborativa e construções coletivas entre os próprios estudantes e respectivos tutores – docentes preparados para incentivar o desenvolvimento da autonomia do alunado. A proposta de desenvolver atividades pedagógicas de aprendizagem autorregulada é mais uma estratégia para se contribuir para a formação de cidadãos do século XXI, capazes de explorar suas competências cognitivas e não cognitivas. Assim, estimula-se a busca do conhecimento de forma autônoma, por meio dos diversos recursos bibliográficos e tecnológicos, de modo a encontrar soluções para desafios da contemporaneidade, na vida pessoal e profissional. Estas atividades pedagógicas autorreguladas propiciam aos alunos o desenvolvimento das habilidades e competências nucleares previstas no currículo mínimo, por meio de atividades roteirizadas. Nesse contexto, o tutor será visto enquanto um mediador, um auxiliar. A aprendizagem é efetivada na medida em que cada aluno autorregula sua aprendizagem. Destarte, as atividades pedagógicas pautadas no princípio da autorregulação objetivam, também, equipar os alunos, ajudá-los a desenvolver o seu conjunto de ferramentas mentais, ajudando-o a tomar consciência dos processos e procedimentos de aprendizagem que ele pode colocar em prática. Ao desenvolver as suas capacidades de auto-observação e autoanálise, ele passa a ter maior domínio daquilo que faz. Desse modo, partindo do que o aluno já domina, será possível contribuir para o desenvolvimento de suas potencialidades originais e, assim, dominar plenamente todas as ferramentas da autorregulação. Por meio desse processo de aprendizagem pautada no princípio da autorregulação, contribui-se para o desenvolvimento de habilidades e competências fundamentais para o aprender-a-aprender, o aprender-a-conhecer, o aprender-a-fazer, o aprender-a-conviver e o aprender-a-ser. A elaboração destas atividades foi conduzida pela Diretoria de Articulação Curricular, da Superintendência Pedagógica desta SEEDUC, em conjunto com uma equipe de professores da rede estadual. Este documento encontra-se disponível em nosso site www.conexaoprofessor.rj.gov.br, www.conexaoprofessor.rj.gov.br, a a fim de que os professores de nossa rede também possam utilizá-lo como contribuição e complementação às suas aulas. Estamos à disposição através do e-mail e-mail
[email protected] para quaisquer esclarecimentos necessários e críticas construtivas que contribuam com a elaboração deste material.
Secretaria de Estado de Educação
2
Caro aluno, Neste caderno, você encontrará atividades diretamente relacionadas a algumas habilidades e competências do 1° Bimestre do Currículo Mínimo de Ciências do 9 0 Ano do Ensino Fundamental. Estas atividades correspondem aos estudos durante o período de um mês. A nossa proposta é que você desenvolva estas Atividades de forma autônoma, com a possível ajuda de um professor, que mediará as trocas de conhecimentos, reflexões, dúvidas e questionamentos que venham a surgir no percurso. Mas você também conseguirá realizar as atividades sozinho. Portanto, não se preocupe! Esta é uma ótima oportunidade para você desenvolver a disciplina e independência indispensáveis ao sucesso na vida pessoal e profissional no mundo atual. Neste Caderno de Atividades, vocês aprenderão as principais informações sobre origem da vida, evolução dos seres vivos e descobertas científicas. Este documento apresenta 06 (seis) Aulas. As aulas são compostas por um texto com explicação simples, simples, para que você seja capaz de compreender as principais ideias relacionadas às habilidades e competências principais do bimestre em questão, e atividades respectivas. atividades respectivas. Leia Leia o texto e, em seguida, seguida, resolva as Atividades propostas. propostas. As Atividades são referentes a dois tempos de aulas. Para reforçar a aprendizagem, propõe-se, ainda, uma pesquisa e pesquisa e uma avaliação sobre avaliação sobre o assunto.
Um abraço e bom trabalho! Equipe de Elaboração
3
Sumário
Introdução...............................................................................................
03
Aula 01: Analisando, predizendo e construindo construindo explicações................... explicações.................. .
05
Aula 02: A Energia não se destrói, nem se se cria.................................... cria........... ............................ ...
09
Aula 03: Pesquisando evidências da Conservação, Transformação e Dissipação de energia.............................................................................
14
Aula 04: Aprendendo a medir Energia ...................................................
19
Aula 05: A Energia no Rio de Janeiro: Fazendo estimativas e interpretando resultados................................................................................................
24
Aula 06: A Energia através dos gráficos .................................................
28
Avaliação .................................................................................................
32
Pesquisa...................................................................................................
37
Referências ..............................................................................................
39
4
Aula 1: Analisando, predizendo e construindo explicações
Olá caro aluno. Começaremos essa aula refletindo sobre a imagem abaixo, de uma senhora vidente que consulta sua bola de cristal na busca de respostas para a vida dela ou de outras pessoas.
Imagem 1 – Uma senhora vidente com sua bola de cristal. Fonte: http://tinyurl.com/kfbb37d
Muitas pessoas que se dizem videntes, conseguem prever coisas que ainda não aconteceram. Isso quer dizer que elas predizem o amanhã, ou seja, dizem o que vai ocorrer em um momento que ainda não aconteceu. Predizer, ou realizar uma predição, portanto, significa dizer antecipadamente uma coisa. Agora, vamos mudar um pouco o exemplo. Vamos imaginar que você more apenas com sua mãe. Ela trabalha o dia inteiro e chega sempre tarde e bastante cansada. Você apenas estuda pela manhã e depois vai para casa. Digamos que você tenha o hábito de chegar em casa e sair logo ligando as luzes, deixando a geladeira aberta, tomando banho quente por mais de uma hora, ligando a TV sem assisti-la etc. Sua mãe, ao chegar do trabalho, percebe que você está fazendo isso tudo sem controle de gastos e fica furiosa, tendo uma vontade enorme de te dar uma bela surra. Ela
5
prediz que a conta de energia elétrica virá muito cara e que você será o grande culpado por isso, já que ela costuma reduzir bastante o seu consumo.
Imagem 2 – Sua mãe furiosa com o seu gasto de energia. http://tinyurl.com/kgotocj
Então pergunto à você: Qual a diferença entre esses dois tipos de predição, a da vidente e a de sua mãe? Você saberia dizer? Então vamos pensar juntos. A predição da vidente não depende de uma análise prévia da situação para poder explicar o que provavelmente acontecerá. De forma diferente, a predição de sua mãe se baseia em fatos reais, que são observáveis aos olhos de todos, pois resulta de uma pequena análise da situação ao seu redor. Ou seja, a predição de sua mãe gera uma resposta convincente. Portanto, sua mãe observa, analisa e dá uma explicação lógica, predizendo o que provavelmente vai acontecer com a próxima conta de energia de sua casa. Ou seja, você está ferrado! Temos então três ações muito importantes a conhecer e que nos permitem dar uma explicação para algo que acontece: A observação, a análise e a predição.
OBSERVAÇÃO
OBSERVAÇÃO
ANÁLISE
PREDIÇÃO
De forma geral, toda explicação é construída a partir da interação dessas situações. Ao chegar em casa, sua mãe observa que você deixou os aparelhos ligados,
6
identificando o que ocorre. Depois ela analisa cada observação e diz o que vai acontecer, de forma coerente (ou seja, fazendo sentido), construindo uma explicação para tudo o que acontece. Assim, ela conseguiu um modelo explicativo para justificar o aumento da conta de energia que vinha acontecendo há alguns meses e que você, sem dúvida, foi o grande responsável. Certamente isso não pode continuar assim, não é mesmo? Até porque sua mãe trabalha bastante e não pode arcar com suas despesas impensadas. Coloque-se no lugar dela: Trabalhar o dia inteiro para pagar um gasto desnecessário de energia, enquanto esse dinheiro que servirá para pagar a conta de energia poderia ser direcionado para outras despesas, como alimentação ou até uma roupa nova para você ou sua mãe. Bom, mas depois da fúria de sua mãe, acredito que você mesmo já se deu conta de que pisou na bola. Acho que a partir de hoje será você quem vai observar, analisar e predizer que a conta de energia dos próximos meses terá um valor bem menor.
Atividade 1
1. Preste atenção nas seguintes ações:
CHEGAR EM CASA E VER VÁRIOS APARELHO LIGADOS
AFIRMAR QUE A CONTA DE ENERGIA SERÁ ALTA
SUPOR QUE AS CONTAS SÃO ALTAS, POIS GASTA-SE MUITA ENERGIA
7
Qual dessas ações configura o que chamamos de predição? Por que você escolheu essa opção? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
2. Pense na sua jornada diária: o que você faz? Que horas acorda? Que horas vai à escola? Que horas retorna dela? Que horas você almoça? Que horas faz os exercícios escolares? Que horas dorme? Etc. Com base nisso, analise uma ação dessas (ou outra que você preferir), descrevendo o horário que costuma realizá-la, quantas vezes por dia você a realiza e o nível de energia que o seu corpo consome com essa atividade (pouco, razoável ou muito) e o nível de energia elétrica utilizada (caso ela seja usada). Mãos a obra! Seja sincero na resposta. Isso vai ajudar você a se conhecer mais.
Horário de realização: __________________________________________________ Frequência: _________ vezes ao dia. Nível de energia corpórea consumida: _____________________________________ Nível de energia elétrica consumida: ______________________________________
3. Pense na sua Escola e nas atividades que gastam energia elétrica dentro dela. Selecione duas delas e as analise cautelosamente (ou seja, com muita atenção). Depois, escreva uma carta a um dos diretores de sua escola propondo duas ações VIÁVEIS para reduzir ou acabar com esse possível consumo desnecessário de energia, predizendo o que pode acontecer se esse gasto continue. Busque corrigir os erros de ortografia e
8
colocar as acentuações e pontuações adequadas, afinal, você está escrevendo uma carta para uma autoridade. Seja cordial e claro na escrita.
Senhor Diretor, Venho por meio desta carta... ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
Aula 2: A Energia não se destrói, nem se cria
Discutir energia não é uma tarefa nada fácil. Se existisse uma forma única de energia na natureza isso seria um pouco mais fácil. Tudo o que fazemos no nosso dia a dia envolve, de alguma forma, energia. Existem diferentes fontes de energia no
9
planeta e até fora dele. Temos o Sol, como fonte energética de luz e calor, temos a água que passa nas turbinas de uma hidrelétrica e através de seu movimento acaba gerando uma potência enorme de energia para o consumo humano, temos a energia térmica produzida pela queima de combustíveis, temos a energia contida nos alimentos, que nos permitem nutrir nossas células e mantê-las vivas etc. Temos energia para dar e vender.
Imagem 1 – Diferentes formas e fontes de energia: solar, hidrelétrica, gerada pelo vento, pela queima de combustíveis etc. Fonte: http://tinyurl.com/k5b4unj
Em diferentes campos da ciência lidamos com a energia. Os biólogos, os químicos, os físicos, os engenheiros, diferentes profissões estudam um pouco sobre energia. É graças ao estudo e controle das diferentes formas e fontes de energia, que muitas descobertas têm sido realizadas. A energia é um conceito de vasta aplicação em diferentes ciências. A energia pode adotar diversas formas, podendo transformarse em outra forma, embora não se crie nem se destrua, logo podemos dizer, de fato, que a Energia se conserva na Natureza. A esse princípio científico chamamos de Lei ou Princípio da Conservação da energia.
Segundo o Princípio da Conservação da Energia... Na natureza, a Energia não pode ser criada e nem destruída, podendo, no entanto, ser transformada em outra. 10
No esquema abaixo, você pode notar, por exemplo, que quando uma planta realiza fotossíntese, ela aproveita a energia luminosa do Sol e de algumas moléculas dentro de suas células, para gerar outras moléculas que servirão de nutrientes para os seres vivos. Elas produzem várias moléculas de glicose (um tipo de açúcar muito importante para a alimentação dos seres). Quando um herbívoro (animal que se alimenta de plantas) a consume, ele utilizará essa energia acumulada nessas moléculas para gerar energia em sua própria célula que será usada em seus músculos para se locomover. Ou seja, parte da energia luminosa que penetra no planeta é convertida em energia química (glicose), que, por sua vez, convertida em energia mecânica (energia gerada com o movimento).
Imagem 2 – Conversão de energia luminosa em Energia química acumuladas em diferentes moléculas de glicose. Fonte: http://tinyurl.com/lt9gcyo
Outro exemplo de transformação energética ocorre nas usinas hidrelétricas, como você pode ver abaixo. A água que se encontra represada armazena energia potencial. Ao abrir as compotas da usina, a energia potencial da água vai sendo convertida em energia cinética à medida que ela vai escoando pelos dutos. Ao entrar em contato com as turbinas, as mesmas começam a girar (se movimentando cada vez
11
mais) dando origem à força eletromotriz induzida. De forma mais simples, isso quer dizer que ocorre conversão da energia cinética (energia vinda do movimento das partículas) das turbinas em energia elétrica, pois em razão da FEM (força eletromotriz) será gerada uma corrente elétrica entre dois pontos, que é armazenada para ser transmitida para várias regiões do país.
Imagem 3 – Interior de uma Usina hidrelétrica. Fonte: http://tinyurl.com/yhaw5rs
Atividade 2
1. Lucas é um aluno de uma Escola estadual do interior do Rio de Janeiro. Ele ganhou um celular novo de seus pais faz pouco tempo. Embora eles o tenham proibido de levar o aparelho para a Escola (para não atrapalhar as aulas),ele insiste em desobedecer e o leva escondido. Embora ele deixe sempre o aparelho no vibrador, vira e mexe o aparelho vibra e o som do recebimento de uma mensagem produz um som que pode incomodar um professor concentrado no momento de suas explicações. Ele recebe tantas mensagens que, no final do dia, a energia acumulada no aparelho está
12
muito baixa e ele deve carregar sua bateria para que o aparelho funcione no dia seguinte.
Com base nessa situação, pense, analise e responda:
A) Você acha que a postura de Lucas é adequada? Que conselho você daria a ele em relação ao uso de seu aparelho nas aulas?
_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________
B) Para o aparelho vibrar, ele necessita ter energia acumulada em sua bateria. Se você analisar bem, perceberá o Princípio da Conservação da Energia. Dig a quais energias são convertidas em quais, neste exemplo:
_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________
2. Em relação à Fotossíntese realizada pelos seres clorofilados, temos um claro exemplo de Transformação de energia:
(A) luminosa em mecânica (B) mecânica em química (C) química em luminosa (D) luminosa em química
13
3. Na aula vimos que água que se encontra represada, armazena energia potencial. Ao abrir as compotas da usina, a energia potencial da água vai sendo convertida em outro tipo de energia à medida que ela escoa pelos dutos. Essa energia em que a energia potencial se converte, é conhecida como:
(A) eletromotriz (B) cinética (C) luminosa (D) térmica
Aula 3: Pesquisando evidências da Conservação, Transformação e Dissipação de energia
Como vimos na aula anterior, uma grande premissa científica diz que a Energia não pode ser destruída e nem criada, sendo apenas transformada. A energia sempre se conserva em seu estado mais fundamental, mas também pode ser dissipada. Portanto, três fenômenos naturais estão interligados: Transformação, Conservação e Dissipação energética. E acredite! Eles estão mais próximos de você do que você pensa. Se procurarmos evidências no nosso dia a dia, encontraremos várias de que estes fenômenos estão acontecendo ao nosso lado e conosco sem nos dar conta. Antes, é interessante conhecermos o significado de cada um d esses fenômenos físicos. Para isso, acompanhe a situação abaixo. Suponhamos que você precise unir dois pedaços de madeira com um prego:
14
Imagem 1 – Uma pessoa martelando um prego na madeira Fonte: http://tinyurl.com/mfoaar4
Inicialmente o martelo se encontra parado, não é mesmo? Pois é, mas ele não está livre de energia. Cada molécula e átomo que forma o martelo tem sua quantidade de energia, mesmo em repouso. Quando você segura firme e o levanta, ao descer, ele adquire velocidade. Essa velocidade faz com que o martelo apresente mais energia disponível do que ele tinha antes. Tanto que, ao tocar a madeira, ela permite que o prego afunde nela, o que indica que a quantidade de energia é alta. Para finalizar o exemplo, à medida que você bate no prego, se houver um outro prego ou instrumento pequeno ao lado da madeira no chão, é muito provável que ele se mexa um pouco, sendo um pouquinho empurrado, como se estivesse vibrando a cada golpe que você dá na madeira. Não sei se você percebeu, mas nesse exemplo, temos acontecendo os três fenômenos que ocorrem com a Energia: sua Conservação, sua Transformação e sua Dissipação. Perceba que inicialmente, como dissemos, o martelo estava parado, mas havia em suas moléculas uma certa quantidade de energia. A essa energia contida no corpo em repouso, os físicos chamam de energia potencial. Ela se conserva no
15
martelo. Esse fenômeno nos revela que a Energia é Conservada na matéria, se tratando de um caso de Conservação de Energia. No entanto, ao adquirir mais movimento, a velocidade permite um estado de agitação maior dessas moléculas que transformam parte da Energia potencial do martelo em Energia Cinética. Portanto, o que ocorre nessa etapa é a Transformação de uma forma de energia em outra (potencial para cinética). Se você reler a aula anterior, verá que fenômeno parecido acontece com as moléculas de água que passam na turbina da usina hidrelétrica. A energia potencial das moléculas de água são convertidas em cinética. Você lembra disso? Por fim, quando esse martelo cheio de energia cinética toca o prego na madeira, ele penetra nela aos poucos. Isso acontece porque a ponta do martelo (parte de metal) cheia de energia aplica uma força sobre a superfície do prego (a cabeça do prego), capaz de empurrá-la cada vez mais. O curioso é que essa energia não vai apenas para o prego. A maior parte dela vai diretamente em cima do prego, mas parte dela passa para a madeira, que passa para o solo e que se propaga para os outros objetos próximos, dando a impressão que eles vibram. Nesse caso, dizemos que a Energia foi Dissipada para diferentes meios (prego, madeira, solo, objetos ao redor), caracterizando o que os físicos chamam de Dissipação de Energia. E agora? Você consegue perceber que a Conservação, a Transformação e a Dissipação de Energia estão muito mais próximas de você?
Atividade 3
1. A maior montanha-russa do mundo é a Kingda Ka, localizada no Parque Six Flags Great Adventure, nos Estados Unidos. Ela chega a 139 metros de altura (a altura de um prédio de 40 andares), alcançando a velocidade de até 206 Km/h. O passeio dura até 56 segundos e o comprimento é de 950,4 metros. Em feriados uma pessoa pode ficar mais de uma hora na fila do brinquedo. Os
16
trens são lançados a partir de um motor de propulsão hidráulica, atingindo 206 Km/h em apenas 3,5 segundos (aceleração somente comparada à partida de um caça a jato). Eles então sobem verticalmente a parte inclinada da montanha até atingirem o topo a 139 metros, de onde caem praticamente em queda livre.
Imagem 1 – Vista da Montanha-russa Kingda Ka - http://tinyurl.com/mmu7neq
Pense nessa montanha-russa. Analise bem e identifique em que momento ocorre a Conservação, a Transformação e a Dissipação de energia durante seu funcionamento.
NESSE MOMENTO ACONTECE A...
CONSERVAÇÃO
TRANSFORMAÇÃO
DISSIPAÇÃO
17
2. Suponhamos que você, sem saber, segure uma panela quente. Ao larga-la, ela cairá no chão. Ao tocar o solo, parte da energia da panela é direcionada ao solo e ao que estiver próximo do local do choque. A esse fenômeno energético denominamos:
(A) Conservação (B) Transformação (C) Dissipação (D) Impacto
3. Observe atentamente a imagem abaixo:
O que você entende dessa ilustração? Qual a relação desta figura com os fenômenos estudados de Conservação e Transformação de energia no mundo de hoje. Pense na sua vida, nas ações que você realiza no dia a dia e seja criativo, registrando seu pensamento no espaço abaixo:
18
Lembre-se: grandes respostas surgem de pequenas ideias.
Aula 4: Aprendendo a medir Energia
Como vimos nas aulas anteriores, existem diferentes formas de energia, Medição e Cálculo. Você pode deduzir então que, se existem diferentes formas e uma bem diferente da outra, a forma de medi-las, ou seja, quantifica-las, nem sempre é a mesma. Não é mesmo? Por exemplo, uma forma de energia que nos rodeia é o calor. Essa forma de energia é também conhecida pelos cientistas como Energia térmica. Ela recebe esse nome porque permite a variação de temperatura de um corpo. Então, quando você ou sua mãe aquece água numa panela, estão permitindo que o calor faça mudar a temperatura da água. Nesse caso, a energia térmica passa para a panela e da panela passa para a água. Daí, a água aquece. Do contrário, quando colocamos um copo com água no congelador, ocorre o inverso. A Energia térmica (calor) não entra. Ela sai da água. Isso quer dizer que a energia térmica contida nas moléculas de água é transferida para o congelador. Assim, a água perde calor para o ambiente. Nesse caso, a temperatura dela não aumenta, mas diminui. De qualquer forma, aumentando ou diminuindo a temperatura, podemos dizer que ela muda. E isso tudo ocorre porque
19
quando as moléculas de um corpo (no caso do exemplo, a água) recebem energia térmica, elas vibram cada vez mais. Ou seja, elas ganham energia cinética. Na situação inversa, quando perdem energia térmica, elas vibram cada vez menos.
Imagem 1 – Lâmpada incandescente acesa, transformando energia elétrica em energia térmica (calor) - http://tinyurl.com/mg5ao6t
Não sei se você já percebeu, mas quando você compra um biscoito, na parte traseira do pacote (rótulo) vem especificando os nutrientes e o percentual energético contido no produto. Em outras palavras, aquilo indica a quantidade de calor contida nos nutrientes que estão nos alimentos. Quer dizer que cada molécula de nutriente ao ser quebrada, libera uma certa quantidade de energia. Essa energia química dos alimentos é medida em calorias. Portanto, tanto a quantidade de calor de uma panela quente, quanto a quantidade de calor contida nas moléculas alimentares podem ser medidas usando a mesma unidade de medição: a caloria.
20
Imagem 2 – Informações nutricionais e energéticas de um produto congelado http://tinyurl.com/kwk4bz7
Em Física sempre fazemos uso das unidades de medida, que na verdade são usadas para caracterizar uma grandeza física, portanto, quando se trata de energia térmica, a unidade de medida que utilizaremos é o joule, representado pela letra J maiúscula ou podemos usar também a caloria (cal), como falamos acima. O valor entre essas duas unidades ficou definida da seguinte maneira:
1 cal=4,186 J
⇒
1 J=0,239 cal
Isso quer dizer que você pode medir a quantidade de energia de um alimento usando tanto a medida Joule (J), como a medida caloria (cal). Como uma caloria equivale a 4,186 Joules, isso significa dizer que 2 calorias equivalerão a 8,372 Joules, três calorias equivalerão a 12,558 calorias etc.
21
No entanto, o tipo de unidade que se utiliza depende do tipo de trabalho que se realiza. Você não se importaria muito com isso, mas um cientista se importa bastante, pois um instrumento de medida inadequado coloca em risco o sucesso de sua investigação. Uma outra forma de energia bastante comum é a Energia elétrica. Essa energia é obtida pela luz solar, pela queima de combustíveis, pelo movimento das águas nas usinas hidrelétricas, pela queima de combustíveis nas usinas térmicas, através do movimento de massas de ar (vento) nas usinas eólicas etc. Todos esses fenômenos de aquisição de energia elétrica acabam vindo de uma outra fonte energética.
Atividade 4
1. Todas as formas de energia são medidas da mesma forma e com as mesmas unidades? Com base na aula, o que você pensa sobre isso? Escreva, pelo menos, dois exemplos para esclarecer o seu pensamento:
_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
2. Um fenômeno natural que despende 8 Joules de Energia equivale a um gasto calórico de:
(A) 0, 912 calorias (B) 1,912 calorias (C ) 0,239 calorias (D) 1, 239 calorias
22
3. Veja a antiga tabela nutricional do achocolatado Nescau, para uma porção de 300 ml. Observe os dados expressos nela e responda as questões abaixo:
Fonte: http://tinyurl.com/khlf46t
Lembre-se que o termo Kcal significa que a unidade está sendo multiplicada por 1.000. Quer dizer 1 kcal equivale a 1.000 calorias. Assim como 3 kcal equivalem a 3.000 calorias. A) Supondo que você utilizasse 600 ml do achocolatado, quantas quilocalorias (Kcal) ele te proporcionaria?
_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
23
B) Se baseando nos valores diários de uma dieta normal (que você pode identificar na tabela), a quantidade energética numa porção de 300 ml equivale a que percentual dessa dieta?
Aula 5: A Energia no Rio de Janeiro: Fazendo estimativas e interpretando resultados
O Rio de Janeiro é um grande estado produtor de Energia. Não apenas Energias não renováveis, como combustíveis resultantes do Petróleo, mas tem se preocupado cada vez mais com as energias limpas, como veremos nos próximos bimestres. A Energia elétrica é muito consumida no nosso Estado, principalmente por ser um grande polo industrial. Manter uma cidade, sua infraestrutura e seus serviços públicos demanda de muitos gastos, em especial com Energia elétrica. Observe a fotografia da Cidade do Rio de Janeiro no início da noite. Veja como ela é iluminada. Apesar da beleza, isso despende muita energia.
Imagem 1 – Vista da Cidade do Rio de Janeiro e suas luzes acesas à noite. Bla paisagem. http://tinyurl.com/k7h9jsc
24
Diferentes classes (residências, indústrias, comércios etc.) têm seus gastos energéticos, no entanto, esses gastos dependem do ramo de atividade que elas desenvolvem. À medida que novas residências, indústrias e comércios surgem, a demanda Energética na cidade aumenta e as estimativas apontam que a tendência é que os gastos energéticos aumentem cada vez mais. Mas, o que são estimativas? Por que a Ciência, a política e a economia sempre usam essa palavra? O que de fato ela significa? A palavra estimativa vem do verbo estimar. Estimar significa Determinar o valor de uma coisa, avaliar, calcular. No entanto, uma estimativa, é um resultado aproximado de alguma coisa. É, portanto, um resultado que não é exato, mas que se aproxima de um valor provável. Observe a tabela abaixo e você entenderá melhor:
Fonte: EPE, 2013 - http://www.epe.gov.br/imprensa/PressReleases/20120104_3.pdf
Essa Tabela foi produzida pelo EPE, Empresa de Pesquisa Energética. Você pode perceber que Essa empresa, com base em seus estudos, sinaliza um consumo total residencial em 2011 de 112 000 GWh (gigawatts-hora). Para o ano de 2021 ela nos revela uma estimativa de 174 000 GWh. Ou seja, estima-se que haja um aumento de 62 000 GWh, para os próximos 10 anos, o que equivaleria dizer que a cada ano ocorrerá um aumento de 4,5 %.
25
Perceba, no entanto, que a EPE não afirma com exatidão que em 2021 tenha ocorrido um aumento de 62 000 GWh. Ela realiza uma estimativa, ou seja, uma projeção do consumo, com base nas possíveis residências que possam surgir (um número imaginado), levando em conta o momento econômico atual.
Perceba que no texto, quando se fala em estimativas energéticas não se mede a Energia elétrica em calorias e nem em Joules, mas sim em GWh. Na realidade a unidade W (watt), KW (quilowatt) ou MW (megawatt) são unidades de Potência. Nesse caso, são medidas de Potência. Se você analisar uma conta de energia elétrica identificará que a sua nos cálculos de consumo de energia elétrica, é utilizada a unidade de Potência KW-hora, ou seja, o trabalho energético realizado no período de uma hora.
Vejamos um outro exemplo. Desde junho de 2013, a energia produzida pelo aterro de Gramacho, Duque de Caxias (RJ) está abastecendo a Reduc, refinaria da Petrobras na mesma cidade. Com um investimento de R$ 240 milhões, a iniciativa teve o apoio da Petrobras e da Gás Verde, empresa controlada pela Novo Gramacho Engenharia Ambiental, que detém a concessão da Comlurb para explorar o aterro. A capacidade de processamento da usina de gás verde é em torno de 70 milhões de m 3 (metros cúbicos) por ano, que vão suprir cerca de 20% da necessidade energética da refinaria. Perceba nesse exemplo que não se tem o valor exato de 70 milhões, mas um valor próximo disso. Assim como também a Energia produzida suprirá em torno de 20% na necessidade energética. Os valores de 70 milhões e 20 % são estimativas, valores prováveis baseados na realidade socioeconômica do Aterro.
26
Atividade 5
1. Leia o documento produzido pela EPE, em janeiro de 2012. Depois, reflita e discuta as questões propostas:
A) Para qual ideia geral, o documento nos alerta? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________ B) Pelo o que você leu, este documento se baseia em valores reais ou em previsões? Justifique sua resposta: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 2. Quando falamos em energia elétrica, não a medimos em calorias (cal), nem em Joule (J), como vimos na aula anterior, mas sim numa unidade de medida conhecida W (watt). Então vamos raciocinar! Por que a Energia elétrica não é quantificada, nem medida em cal?
27
______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 3. No dia 29 de maio, comemora-se o Dia Mundial da Energia, você sabia? Nessa atividade você vai trabalhar em dupla com um colega de classe. Vocês deverão criar um evento (um simpósio, um debate, um congresso, um programa de televisão ou de rádio etc.) para discutir o consumo de energia no Estado do Rio de Janeiro. Esse evento será realizado dia 29 de maio do ano que vem, mas é bom se apressar. Vocês serão responsáveis por organizarem todas as atividades que vão ocorrer nesse evento e dizer o horário de cada uma através de um cronograma. Então, vamos abusar da criatividade. Mãos à obra! TÍTULO DO EVENTO:
DATA: CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES:
Aula 6: A Energia através dos gráficos
A geração de energia hidrelétrica mundial aumentou em 502 bilhões de kWh entre 1987 a 1996, com uma média anual de 2,5%. Segundo a World Energy Council (1996), Canadá, Estados Unidos, Brasil, China e Rússia foram os cinco maiores produtores de hidroeletricidade em 1996. A soma da energia hidrelétrica gerada por estes países representa 51% do total mundial.
28
O Brasil, possuidor de 8% da água doce mundial, naturalmente é responsável pela manutenção e formação de uma consciência do uso racional deste recurso. O setor elétrico, o maior usuário da água sem caráter degradativo, mas como modificador do meio ambiente, possui um importante papel no gerenciamento dos recursos hídricos do país. Às vezes, expressar tantos números e porcentagens num texto corrido pode se tornar cansativo. Não é mesmo? No nosso dia a dia, quem nunca viu um gráfico? Eles estão impressos nos jornais, revistas e livros, além de telejornais e programas educativos, sendo um recurso bastante explorado pelos meios de comunicação.
Por isso, a linguagem das imagens aplicada aos números pode facilitar a compreensão de vários fenômenos que envolvem números. Nesse caso, utilizar gráficos pode facilitar muito o nosso trabalho. Perceba que as informações citadas nos parágrafos anteriores estão contidas de forma mais clara e resumida no gráfico 1 abaixo (Gráfico em setor), que aborda a Produção de Energia hidroelétrica mundial no ano de 1996. No entanto, num gráfico, não adianta apenas usarmos cores e imagens se não houver números que expressam valores. A ideia central do gráfico não é sumir com os números, mas fazer com que eles sejam entendidos de forma mais simples. Veja abaixo:
Gráfico 1 em setor - Fonte: http://tinyurl.com/ldkaptz
29
Se o valor de 10%, referente a quantidade energética produzida pelo Brasil em 1996, não estivesse registrado, Será que você conseguiria identificar o percentual produzido pelo nosso país? Provavelmente não, pois trata-se de um valor pequeno em relação aos outros percentuais. No entanto, no que se refere À soma dos países restantes (resto do mundo), mesmo que não viesse acompanhado do valor de 49% expresso no gráfico, você deduziria que ele corresponde a cerca da metade de toda a Energia hidrelétrica produzida no mundo, pois os valores o pedaço do gráfico (colorido de verde) é maior.
De forma geral, podemos dizer que o Gráfico é uma tentativa de expressar visualmente estatísticas simplificadas, matemáticas ou não de algum (uns) dado(os) ou valor(es) obtidos, assim facilitando a compreensão. São recursos visuais muito utilizados para facilitar a leitura e a compreensão de informações sobre fenômenos e processos naturais, sociais e econômicos.
Vejamos um outro gráfico, um pouco diferente do anterior:
Gráfico 2 – Quantidade de Energia gerada anualmente pela água (1999) Fonte: CLARKE, Robin; KING, Janet. O Atlas da Água. São Paulo: Publifolha, 2005, p. 43
30
Nesse gráfico, que expressa a quantidade de energia gerada anualmente pela água, por região em 1999 (em milhões de toneladas do equivalente em petróleo), você pode perceber que a Europa é o continente mais produtor de Energia e mais produtor que a América Latina (e Caribe). Olhe bem para o gráfico! Você consegue perceber isso?
Se você continuar sua análise, verá que tanto a Europa quanto a América do Norte são megaprodutoras de Energia, embora a América do Norte produza em menor escala, se comparado à Europa. No entanto, ambos são muito mais produtores que a África e a Ásia ocidental. Se você olhar bem, verá também que a Produção na Ásia ocidental é infinitamente menor do que todas as demais potências. Viu? Interpretar um gráfico não é algo tão complicado.
Mas você acha que se o gráfico que acabou de ler não tivesse os valores expressos, você conseguiria interpretá-lo? Hein? A resposta é que você até conseguiria chegar às conclusões que lemos acima. Mas suponhamos que A Europa e a América do Norte tivessem um valor muito próximo (por exemplo: 64,6 e 64,9), você conseguiria saber a diferença? Certamente não. Justamente por isso, os valores acompanham as barras.
Ler um gráfico e interpretá-lo não tem segredo. Basta você ter atenção, observar e analisar o que está à sua frente. Através do raciocínio, você tirará muitas conclusões dele.
31
Atividade 6 As atividades dessa aula girarão em torno do gráfico abaixo. Portanto, observe e analise o material com atenção, para responder as questões propostas:
Fonte: Brasil: Evolução das participação das fontes de energia - 1970-2006 (em tenp - toneladas equivalentes de petróleo)
1. Descartadas as produções de Petróleo e Biomassa, qual a fonte de energia mais utilizada nos anos de 1970 e 1980? E qual a que teve menor produção no mesmo período? ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
2. O que pode-se afirmar sobre a produção de Energia através do Elemento Urânio, nesse período? Seja claro em suas respostas: ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
32
3.Podemos dizer que as Produções energéticas por Petróleo foram semelhantes da década de 70 e 80, se comparadas com as Produções no ano 2000? Explique porque pensa assim: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
4.O que se pode afirmar sobre as Produções energéticas por Gás natural nos anos de 2005 e 2006? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
5.Com base no que estudou na aula 6, como você definiria um gráfico? Qual a importância desse instrumento para a Ciência e para a comunicação, de forma geral? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
33
Avaliação
1. Observe o cientista abaixo. Ele nos revela um grande Princípio científico que já aprendemos nas aulas anteriores. Entretanto, ele se esqueceu de nos dar exemplos sobre esse fenômeno, para que esse princípio seja mais fácil de entender, vamos ajuda-lo? Cite então, no espaço abaixo, três exemplos que podemos observar no nosso cotidiano, de uma forma de energia sendo transformada em outra.
Imagem 1 - http://tinyurl.com/m3vjn68
EXEMPLOS DE TRANSFORMAÇÃO ENERGÉTICA
2. Observe atentamente as seguintes formas energéticas: (A) Energia térmica (B) Energia elétrica (C ) Energia potencial (D) Energia cinética
34
Agora, relacione-as com os exemplos mais adequados: ( ) Uma bolinha de gude rolando no solo. ( ) Uma bola de basquete parada no armário. ( ) Um fluxo de cargas elétricas que passa num condutor. ( ) Um abraço no namorado num dia frio.
3.Você conhece um gato dos desenhos animados chamado Garfield? Que felino preguiçoso! E quando lhe convém. Comprove isso na charge a seguir:
Imagem i – Garfield interpretando a Lei da Conservação energética - http://tinyurl.com/ku4vad4
Perceba que o gato faz uma interpretação CÔMICA E EQUIVOCADA do Princípio exposto na questão anterior. Esclareça-o, usando um bom argumento, de que ele está equivocado. Vamos lá!
ARGUMENTO
35
4.Observe e analise atentamente a imagem abaixo:
Temos aqui quatro imagens. O que você percebe em comum entre elas? Reflita e busque o máximo de relações possíveis entre as quatro imagens, registrando nas linhas abaixo: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________
5.Como discutimos, um corpo em movimento converte sua energia potencial em energia cinética (energia do movimento). No caso de um veículo parado, a quantidade de energia cinética é constante. À medida que o carro se movimenta e aumenta sua velocidade, aumenta sua energia cinética. Com base nisso, Que tal abusar um pouco de sua criatividade? Proponha uma frase de efeito (que chame a atenção das pessoas), sem uso de palavras e termos grosseiros, sensibilizando seus colegas para a importância do uso do cinto de segurança nos veículos automotores. Você pode usar palavras científicas e do cotidiano, fazer frases engraçadas, românticas ou críticas. Vamos lá, a criatividade é sua!
36
Pesquisa
Como você percebeu, nesse bimestre, falamos basicamente sobre a Energia. Buscamos conceitos, explicações, formas de medida e outras questões que nos fizeram ver a Energia com um outro olhar, não é mesmo?
Tenho certeza de que agora, você já pode discutir um pouco mais sobre o assunto quando alguém estiver falando sobre ele. Mas, sempre é bom aprimorar um pouco mais o nosso conhecimento. Para isso é importante buscar a informação, ler, anotar as coisas mais importantes, tomar nota das fontes onde você pesquisou e produzir um material final de qualidade. Não faça com pressa. Afinal, a pressa é inimiga da perfeição, não é mesmo? Para desenvolver a nossa pesquisa, antes dê uma olhadinha nessa fotografia abaixo:
Imagem 1 – Albert Eisntein e uma de suas frases marcantes seguida da Equação da energia. Fonte: http://tinyurl.com/l4e5lpm
37
Albert Einstein é atualmente conhecido como um dos mais importantes cientistas da humanidade. Ele nasceu no século retrasado (século XIX), em 14 de março de 1879, no Sul da Alemanha. No ano de 1905, quando tinha apenas 26 anos, publicou artigos científicos revolucionários, mas a vida não foi fácil para ele. Teve muitas dificuldades, como muitos de nós. E com muito esforço, ele acreditava que ao estudar, as pessoas se tornariam mais inteligentes e poderiam mudar o mundo a sua volta. Tanto que ele ganhou o Prêmio Nobel (um dos mais importantes para os cientistas) de Física em 1921. Foi o cientista que mais contribuiu para o entendimento do nosso Universo. Além de cientista, Einstein foi um grande pensador, deixando uma série de ideias importantes para a humanidade. Uma delas é a descrita na imagem, ao dizer que “A mente que se abre a uma nova ideia jamais retornará ao tamanho original ”.
Na mesma imagem, você pode notar que existe uma Equação, que foi de extrema importância para revolucionar a ciência moderna. Pois é, essa é a pesquisa que você deverá desenvolver: Desvendar o que significa essa Equação proposta por Einstein e aceita por diversos cientistas no mundo. O que ela quer dizer? Pesquise bem para dar uma boa explicação. Traga também exemplos da aplicação dessa lei, para mostrar que o que Albert Einstein quis dizer faz bastante sentido. Então, que tal? Vamos começar o trabalho? Essa pesquisa será entregue com o prazo de uma semana. Você pode pedir a ajuda de seus pais, amigos ou colegas de classe. Não esqueça nunca de registrar o material onde realizou a pesquisa (pode ser um site oficial, um livro, uma revista, um vídeo de onde retirou as informações), anotando a sua fonte. Busque realizar um material simples, claro, com a letra legível e, preferencialmente, manuscrito. E não esqueça que o mais importante com a pesquisa é que você aprenda. Pense que, de alguma forma, cada conhecimento que você desenvolve fará de você uma pessoa mais inteligente. Bom trabalho!
38
Referências
[1] SOUZA, R. Eisntein: Fatos e Teorias. 1ª Edição. São Paulo: Editora Áudio, 2012. [2] GOWDAK, D. Ciências Novo Pensar Química e Física . 9º ano. São Paulo: FTD,2012. [3] GEWANDSZNAJDER, F,. Ciências - Matéria e Energia. 9º ano. 4ª Edição. São Paulo: Ática, 2011. [4] Governo do Estado do Rio de Janeiro. Conexão professor. Disponível em http://www.conexaoprofessor.rj.gov. Acessado em 23/07/2013. [5] BRASIL ESCOLA. Princípio do funcionamento de uma usina hidrelétrica. Disponível em http://tinyurl.com/k5b4unj. Acesso em 24/07/2013. [6] NOVO TELECURSO. Teleaula número 16. Física. Conservação da Energia, o “X” da questão. Disponível em http://www.youtube.com/watch?v=i3DV8onxypw. Acesso em 26/07/2013. [7] BRASIL. EPE – Empresa de Pesquisa energética. http://www.epe.gov.br/imprensa/PressReleases/20120104_3.pdf. 26/07/2013.
Disponível Acesso
em em
[8] CLARKE, R; KING, J. O Atlas da Água. São Paulo: Publifolha, 2005, p. 43.
39
