O ENSINO DE FÍSICA TÉRMICA UTILIZANDO HISTÓRIA EM .pessoas se aquele ambiente em que se encontram

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  • Universidade Estadual de Santa Cruz

    PRODUTO EDUCACIONAL

    O ENSINO DE FSICA TRMICA UTILIZANDO

    HISTRIA EM QUADRINHOS

    Franklin Jos Bomfim Ramos

    Orientador: Prof. Dr. George Kouzo Shinomiya

    ILHUS BA

    2018

  • 1

    O ensino de fsica trmica utilizando histria em quadrinhos

    Introduo

    Este produto tem o objetivo de ensinar fsica trmica tendo como

    material catalisador da aula o recurso da Histria em Quadrinho (HQ). Para

    tanto foram selecionadas algumas HQ cujo contedo pudesse suscitar algum

    tpico da fsica trmica.

    Em um primeiro momento procuramos desenvolver o estudo sobre o

    conceito de calor, a diferena entre calor e temperatura, transferncia de calor,

    o que de fato acontece quando nos envolvemos com agasalhos quando

    sentimos frio. A primeira HQ deve nos levar a questionar o estudante a respeito

    de algumas afirmaes do senso comum e pouco refletidas do ponto de vista

    da cincia, tais como: este cobertor muito quentinho, fecha a porta para o

    frio no entrar, vista um casaco para se proteger do frio; como se o frio fosse

    algo fsico e material que chegasse aos corpos, esfriando-os, retirando deles o

    calor. Idias como essas esto presentes no dia-a-dia nas falas das pessoas

    sem ao menos causar estranheza em quem as ouve.

    Cabe ressaltar que a idia do calor e do frio como algo material que

    permeia os corpos no indita, o primeiro a lanar um olhar

    metodologicamente cientfico no calor, no sentido de medi-lo e tentar defini-lo

    foi o mdico escocs James Black (1728-1799). Ele imaginou que o calor era

    uma espcie de fluido chamado calrico que interpenetrava nos corpos,

    passando do de maior temperatura para o de menor temperatura at que

    ambas se igualassem. Para comprovar sua idia ele misturou certa quantidade

    de gua em ebulio com outra quantidade igual de gua gelada e verificou

    que a temperatura de equilbrio se deu aproximadamente na mdia entre as

    duas temperaturas iniciais. Ele explicou esse resultado dizendo que o excesso

    de fluido (calrico) tinha sido distribudo uniformemente entre as duas

    quantidades de gua.

  • 2

    Este conceito de calor durou at meados do sculo XIX quando

    James Prescott Joule (1818-1889) realizou o experimento do equivalente

    mecnico do calor, demonstrando que a energia mecnica pode ser convertida

    em trmica e vice-versa, estabelecendo, por fim, que o calor nada mais que

    uma forma de energia. Voltaremos a este tpico mais tarde, na aula de

    Termodinmica.

    Em relao pergunta o que temperatura?, comum se ouvir de

    alunos, a resposta de que a medida do calor. natural confundir a sensao

    trmica com o estar quente ou estar frio, como se estes fossem conceitos

    absolutos, quantitativos e precisos, ao invs de relativos e facilmente

    confundveis, bastando para isso que se pergunte a um grupo pequeno de

    pessoas se aquele ambiente em que se encontram est frio ou est quente

    para se perceber que, no raro, as respostas variam entre est bom, est

    agradvel, est quente, a depender da sensibilidade e gosto de cada um.

    Entender a temperatura como um estado de agitao que est

    relacionado com o movimento das molculas e tomos que compem a

    matria, isto , com sua energia cintica mdia, e que, portanto, quantitativo

    e preciso fundamental para diferenci-la de calor, haja vista que a absoro

    ou liberao de calor pelo material pode fazer variar sua temperatura, para

    mais ou para menos, respectivamente.

    A segunda HQ tem como foco central o ensino de escalas de

    temperatura, uma vez que retrata um episdio em que Casco est confuso

    com um termmetro que no est graduado na escala Celsius, mas ele no

    sabe disso. preciso que um amigo, Nimbus, ao saber que o termmetro foi

    trazido de outro pas deduza que o mesmo esteja graduado em outra escala e,

    assim, esclarea a Casco do motivo da confuso e que o aparelho no est

    quebrado.

    Uma vez discutida a diferena entre calor e temperatura, cabe, com

    essa HQ, fazer as seguintes perguntas: como fazer para medir a temperatura?

    Ser que todos os pases a medem da mesma forma? Existe uma medida

    absoluta de temperatura? O objetivo desta HQ iniciar uma aula que poder

    desencadear uma discusso sobre a confeco de escalas e tambm na

  • 3

    relao entre as diversas escalas utilizadas hoje em dia: Celsius, Fahrenheit e

    Kelvin, esta ltima chamada de escala absoluta, pois no admite valores

    negativos por se relacionar com a energia cintica das molculas e tomos. O

    zero absoluto, ou zero kelvin, equivalente a -273,15 C seria a temperatura

    onde os tomos deixariam de vibrar.

    A terceira HQ remete ao estudo da Termodinmica, especificamente

    sua 2 Lei por se tratar de transformao. uma historinha em que Casco

    monta uma oficina para reaproveitar os brinquedos dos colegas transformando-

    os em outros brinquedos. Ao longo do tempo alguns ficam entediados com o

    novo brinquedo e exige de Casco que traga o brinquedo antigo de volta,

    desfazendo a transformao. Casco ento explica que no d, no tem como

    voltar e fazer o caminho inverso, contando com o apoio de Franjinha, o

    cientista da turma, que ratifica exemplificando que uma omelete no vai voltar a

    se transformar em um ovo.

    A porta est aberta para se iniciar o estudo da termodinmica,

    questionando os alunos se a natureza se comportaria do mesmo jeito que os

    brinquedos transformados por Casco. Note que, quando um brinquedo era

    transformado em outro, continuava a ser brinquedo, fato que pode ser

    relacionado com a 1 lei da termodinmica, uma vez que a energia total do

    universo se conserva. Mesmo ocorrendo varias transformaes de uma

    modalidade de energia em outras, no balano geral das energias, a quantidade

    que se tinha antes, dever ser a mesma depois das transformaes, conforme

    preconiza a primeira lei. Contudo, o produto enrgico final no mais se

    apresentar integralmente tal qual se apresentava antes das transformaes,

    corroborando o que estabelece a 2 lei da termodinmica, ao formalizar que

    impossvel a uma mquina trmica, retirar energia de uma fonte quente e

    transform-la integralmente em trabalho. Sempre haver uma parcela de

    energia no aproveitada pela mquina, o que chamamos popularmente de

    desperdcio.

  • 4

    Aula 1: O que Calor? Ou por que quando eu estou com febre eu sinto

    frio?

    A aula deve ser iniciada com a leitura da HQ. Devido ao seu carter

    ldico, espera-se que os estudantes, neste momento, se deixem envolver pela

    historinha, pois o carter ldico da HQ pode proporcionar uma mudana de

    atitude com relao aula de fsica, normalmente rotulada de difcil e chata.

    Nesse sentido, a linguagem simples e alegre da HQ possibilita uma mudana

    de postura que facilita o acesso aprendizagem.

    A histria pode ser projetada atravs do projetor multimdia e/ou

    fotocopiada e distribuda para os alunos, a depender dos recursos disponveis

    e da metodologia de trabalho que o professor escolher. Sugerimos trabalhar

    com os alunos em grupos, pois assim possvel que a interao entre eles

    desperte para novas indagaes, o que certamente enriquecer a discusso.

    De incio recomendamos que se leia a histria inteira sem

    interrupes nem explicaes fsicas e s aps retome em partes com as

    indagaes que proporemos adiante.

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    Figura 1: Temperatura Exagerada. primeira pgina.

  • 6

    Figura 2: Cranicola se sente aquecido pelo cobertor, confundindo isolante trmico com fonte de energia trmica.

  • 7

    Figura 3: Penadinho interpe um travesseiro entre Cranicola e a pedra para impedir que ele perca calor para ela.

  • 8

    Figura 4: Cranicola levado para um ambiente de temperatura mais elevada e ele passa a absorver calor do ambiente.

  • 9

    A partir da leitura da HQ, o professor volta para alguns quadros

    ressaltando a informao atravs de algumas perguntas aos estudantes:

    Neste quadro (Fig. 8) possvel investigar a inteno de Penadinho

    ao dormir de cobertor. Pergunte aos alunos:

    1- Por que Penadinho estava dormindo de cobertor?

    2- Por que o cobertor nos d a sensao de aquecimento?

    Alguns alunos respondero que o cobertor aquece ou que ele estava

    usando cobertor por que o mesmo quentinho, conforme dito na figura 2

    abaixo em relao ao cachecol.

    natural pensar dessa forma, faz parte do senso comum, uma vez

    que com o uso de agasalhos nos sentimos mais aquecidos, entretanto, este

    calor que sentimos no vem do agasalho, vem do nosso prprio corpo. O

    agasalho ou cobertor funciona como isolante trmico, impedindo que o calor

    Figura 5: Penadinho sugere que dormir de cobertor o manter aquecido.

    Figura 6: Demonstrao de equvoco conceitual. O cobertor isolante trmico.

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    saia do nosso corpo para o ambiente, isto , impedindo a troca de calor com o

    ambiente. Tanto melhor ser o cobertor quanto mais isolante ele for. Vale

    ressaltar que um bom isolante trmico o material que dificulta a transferncia

    de calor entre dois meios, criando uma barreira entre eles e impedindo a

    tendncia natural do equilbrio trmico. O ar seco um bom isolante trmico,

    pois possui baixa condutividade trmica, conseqentemente materiais muito

    porosos, com muitos espaos de ar entre suas estruturas, como cobertores d