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Explorando objectos... Flutuação em líquidos - Direção

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Explorando objectos... Flutuação em líquidos - Direção
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RANDO
OBJECTOS
FLUTUAÇÃO
em
LÍQUIDOS
Guião Didáctico para Professores
Direcção-Geral de Inovação
e de Desenvolvimento Curricular
Isabel P. Martins
Maria Luísa Veiga
Filomena Teixeira
Celina Tenreiro-Vieira
Rui Marques Vieira
Ana V. Rodrigues
Fernanda Couceiro
1
Biblioteca Nacional - Catalogação Nacional
Martins, Isabel P.
Explorando objectos... flutuação em líquidos / Isabel P.
Martins et al. - (Ensino Experimental das Ciências nº 1)
ISBN 972-742-240-3
978-972-742-240-1
I-Martins, Isabel P - 1948CDU 371
54
373
F icha técnica
Colecção Ensino Experimental das Ciências
Explorando objectos... Flutuação em líquidos
2ª Edição - (Setembro, 2007)
Editor
Ministério da Educação
Direcção-Geral de Inovação e de Desenvolvimento Curricular
Autores
Isabel P. Martins, Maria Luísa Veiga, Filomena Teixeira, Celina Tenreiro-Vieira,
Rui Marques Vieira, Ana V. Rodrigues e Fernanda Couceiro
Consultores Científicos
Helena Caldeira e Isabel Malaquias
Design
Manuela Lourenço
Paginação
Olinda Sousa
Execução gráfica
Tipografia Jerónimus Lda
Tiragem
2500 Exe.
Depósito Legal
249105/06
ISBN
972-742-240-3
978-972-742-240-1
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Í
I
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3
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ndice
Introdução
5
Enquadramento Curricular
9
Finalidade das Actividades
9
Enquadramento Conceptual
Actividades
A
B
5
6
7
C
10
13
Explorando... O comportamento de objectos na água
14
Explorando... Factores que influenciam o comportamento
de um objecto na água
19
Explorando... Condições de flutuação
39
Recursos
41
Aprendizagens esperadas
42
Sugestões para avaliação de aprendizagens
43
Referências Bibliográficas
53
A nexos
Caderno de Registos para Crianças
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
I ntrodução
Sobre o Livro
O presente livro faz parte da Colecção "Ensino Experimental das
Ciências", um conjunto de textos concebidos para apoiar um
programa de formação de professores com vista à generalização do
ensino experimental das Ciências no 1º Ciclo do Ensino Básico (CEB).
Trata-se, portanto, de um conjunto de textos produzidos
especificamente para este fim, baseados em trabalhos de
investigação em Educação em Ciências para os primeiros anos de
escolaridade desenvolvidos pelos autores e em muitos outros
produzidos a nível internacional, com particular destaque para os
últimos anos.
A Colecção "Ensino Experimental das Ciências" é constituída por
Guiões Didácticos para Professores, organizados numa lógica
temática abordando, cada um deles, um tópico relevante do Currículo
Nacional e do Programa do 1º CEB. Trata-se, pois, de uma Colecção de
formato aberto a qual poderá ir sendo acrescentada com novos
volumes.
Destinatários
A Colecção está organizada num formato apropriado para professores
do 1º Ciclo do Ensino Básico que pretendam melhorar as suas práticas
sobre o ensino das Ciências de base experimental. Daí a opção por
uma orientação de didáctica das Ciências, apoiada na integração de
conhecimento de conteúdo e de conhecimento didáctico específico
para os primeiros anos de escolaridade. No entanto, a obra poderá
interessar a outros públicos, por exemplo, futuros professores do 1º
CEB nos anos terminais da sua formação inicial, alunos de pós-graduação e ainda autores de recursos didácticos.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Estrutura do Livro
Este livro é um Guião Didáctico para Professores do 1º CEB e intitula-se "Explorando Objectos… Flutuação em Líquidos" e pretende
ser uma base de apoio ao ensino do tema flutuação de cariz
experimental.
As actividades propostas poderão ser exploradas do 1º ao 4º anos de
escolaridade, de acordo com o desenvolvimento cognitivo das
crianças, e ser abordadas pela ordem considerada mais apropriada
pelo(a) professor(a).
O livro está organizado em duas partes: o Guião Didáctico,
propriamente dito, destinado a ser usado por professores, e o
Caderno de Registos, para uso das crianças no acompanhamento
das actividades propostas (fotocopiável). Neste Caderno as crianças
irão registar as suas ideias prévias, a planificação das actividades que
farão com o auxílio do(a) professor(a), os dados recolhidos durante a
realização dos ensaios e as conclusões construídas a partir dos dados,
tendo em conta as questões-problema iniciais.
A organização do Guião Didáctico, equivalente para todos eles embora
salvaguardando as especificidades próprias de cada tema, está
estruturada nas seguintes secções:
— Enquadramento curricular, justificando a pertinência do
tema segundo o Currículo Nacional do Ensino Básico (ME,
2001) e o Programa do 1º CEB (ME, 1990; 2004);
— Finalidade(s) das Actividades, explicitando o que se
pretende que as crianças alcancem, globalmente, com a
realização das actividades propostas;
— Enquadramento conceptual, clarificando o conhecimento de
conteúdo que os professores do 1º CEB deverão ter sobre o
tema, de modo a poderem conduzir as tarefas e apoiar as
crianças na exploração das suas ideias prévias. Não se trata,
evidentemente, de conhecimento de conteúdo próprio para o
1º CEB, mas constitui aquilo que deve ser o nível de
conhecimento mínimo dos professores;
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— As Actividades apresentam-se estruturadas em subtemáticas
que irão ser objecto de exploração experimental e organizadas
segundo um formato facilitador do trabalho dos alunos e
professor(a): propósitos da actividade, contexto de exploração
e metodologias de desenvolvimento.
Cada actividade engloba uma ou mais questões-problema
formuladas numa linguagem próxima da das crianças, as quais
são objecto de exploração experimental, individualmente ou em
grupo, conforme decisão do(a) professor(a). As actividades do
tipo investigativo estão estruturadas de modo a que as crianças
compreendam o que é um ensaio controlado; saibam prever
factores que poderão afectar, no caso particular em estudo, o valor
da variável a medir; sejam capazes de distinguir dados de uma
observação, sua interpretação e conclusões a extrair; confrontem
resultados obtidos com previsões feitas e percebam os limites de
validade da conclusão de cada um dos ensaios realizados;
—
Recursos didácticos , equipamentos e dispositivos
duradouros e materiais consumíveis necessários para a
realização do conjunto das actividades propostas (as
quantidades dependerão do número de ensaios a realizar, a
decidir pelo(a) professor(a));
—
Aprendizagens esperadas, do domínio conceptual,
processual e atitudinal, que as actividades, no seu conjunto,
poderão promover nos alunos, com vista ao desenvolvimento
de competências preconizadas no Currículo Nacional do Ensino
Básico;
—
Sugestões para avaliação das aprendizagens ,
exemplificando questões às quais os alunos deverão ser
capazes de responder de forma adequada, após a realização
das actividades propostas. Embora estejam apresentadas na
parte final do livro, tal não impede que o(a) professor(a) as vá
explorando com os alunos à medida que progride no tema.
Ao longo do Guião Didáctico, particularmente na metodologia de
exploração das actividades, utiliza-se sinalética própria orientadora
de tarefas a realizar pelos alunos (anotações, previsões, conclusões),
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de cuidados a ter com a manipulação de instrumentos e materiais e
procedimentos a seguir, conforme se ilustra:
Anotar no caderno de registos
Fazer previsões
C
Elaborar conclusão
Condições de segurança
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E xplorando
objectos...
FLUTUAÇÃO em LÍQUIDOS
I
Enquadramento curricular
Uma das orientações do Currículo Nacional do Ensino Básico
(2001) aponta para o desenvolvimento de competências das
crianças no âmbito da "Explicação de alguns fenómenos com
base nas propriedades dos materiais" e da "Realização de
actividades experimentais simples para a identificação de
algumas propriedades dos materiais, relacionando-os com
as suas aplicações".
No que se refere à flutuação, o Programa do 1º CEB (1990;
2004) sugere, explicitamente, a realização de experiências
que permitam "reconhecer materiais que flutuam e não
flutuam". Neste documento, pode subentender-se, ainda, a
exploração do fenómeno da flutuação, quando é sugerido:
“realizar experiências com alguns materiais e objectos de
uso corrente”; “comparar alguns materiais segundo
algumas das suas propriedades”; “agrupar materiais
segundo essas propriedades e relacionar essas propriedades
com a utilidade dos materiais”.
2
Finalidade das actividades
Compreender o comportamento de objectos distintos em
líquidos (flutuação/não flutuação) e quais os factores
condicionantes de tal comportamento.
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Enquadramento conceptual
A interpretação da flutuação de um dado objecto num líquido
passa por compreender qual a característica deste que
determina o comportamento do objecto. Nos casos a seguir
apresentados trata-se de perceber por que pode ser diferente
o comportamento de um objecto1 quando se usa álcool etílico,
água (da torneira) e água com sal. A característica em questão
é a densidade, grandeza física definida como a massa por
unidade de volume (expressa no Sistema Internacional em
3
3
kg/m , ou, correntemente, em g/cm ).
Um modo operacional de apreciar, comparativamente, a
densidade dos três líquidos é preparar três recipientes iguais,
com o mesmo volume de cada um dos líquidos. Pode-se
verificar que a massa varia de um valor mínimo, no caso do
álcool etílico, para um valor máximo, no caso da água com
sal. Diz-se, por isso, que os três líquidos (álcool etílico, água
da torneira e água com sal) têm densidades diferentes, de
valor crescente, por esta ordem.
Quando um objecto tem densidade de valor igual à do líquido,
ele flutua no seu seio. É o que acontece com um balão cheio
de água da torneira2 colocado numa tina com água do
mesmo tipo. Razão semelhante justifica a flutuação
submersa de um submarino (o nível de água dentro dos
tanques é regulado de forma a que as densidades sejam
igualadas).
Quando a densidade do objecto é superior à do líquido, o
objecto afunda. É o que acontece a um balão com água
colocado numa tina com álcool etílico.
Quando a densidade do objecto é menor do que a do líquido,
ocorre a situação inversa, ou seja, o objecto flutua. De facto,
se se colocar o balão cheio de água num recipiente contendo
água com sal, verificar-se-á que ele flutua (com parte
emersa). Esta ideia, aplicada ao caso do submarino, permite
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1 Consideram-se apenas objectos feitos de materiais cuja dissolução nos líquidos a ensaiar não é apreciável.
2 A massa do balão é desprezável em relação à massa de água nele contida.
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perceber, a necessidade de esvaziar os tanques para que ele
possa vir à superfície. Esse esvaziamento origina uma
diminuição da sua massa e, consequentemente, da sua
densidade (média).
Reportando-nos aos ensaios a seguir apresentados e
relativos à variação da massa e do volume do objecto, bem
como da profundidade do líquido em que é colocado,
compreende-se por que é que estas não são variáveis
condicionantes da flutuação. De facto, não é a massa dos
objectos que determina a sua flutuação, mas antes a relação
das densidades do objecto e do líquido. A batata não flutua
na água porque a sua densidade é superior à desta,
enquanto que a maçã flutua, por a sua densidade ser inferior
à da água3.
Uma aproximação à relação das densidades da maçã e da
batata consegue-se comparando as massas de uma maçã e
de uma batata de volumes equivalentes. Verificar-se-á que a
massa da batata é bastante superior à da maçã.
Quando a maçã e a batata se partem em pedaços de
tamanho variado, a densidade destes é a mesma que a do
correspondente objecto inteiro (a massa dos pedaços é
menor, como também é o seu volume, mas a relação de
ambos — massa por unidade de volume — é a mesma). Esta
é a razão que justifica que a variação do tamanho do objecto
não conduza a alterações no que respeita à flutuação.
Da mesma forma, quando se aumenta a quantidade de água
no recipiente contendo a batata ou a maçã, a situação de
flutuação não se altera, pois a densidade do líquido continua
a ser a mesma, por ser independente do seu volume.
Recorde-se que a massa de uma porção de água depende do
seu volume, mas a densidade mantém-se constante4.
3 Existem técnicas aferidas de determinação da densidade de materiais sólidos e líquidos. O valor da
densidade conjugado com os de outras grandezas físicas permite a identificação do próprio material. No caso
do submarino quando nos referimos à sua densidade, falamos de “densidade média”, já que são vários os
materiais que o constituem e que ele contém (incluindo o próprio ar).
4 Esta afirmação é válida se não variarmos a temperatura, visto que o volume de um corpo depende dela. A
temperaturas diferentes, amostras com a mesma massa terão volumes diferentes e, por isso, a densidade do
material será diferente.
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A explicação deste fenómeno (flutuação/afundamento de
um objecto num líquido) está relacionada com o princípio de
Arquimedes. Este pode enunciar-se do seguinte modo: Um
corpo parcial ou totalmente submerso num líquido fica
sujeito a uma força vertical de sentido de baixo para cima de
intensidade igual à do peso do volume de líquido deslocado
pelo corpo. Essa força designa-se por impulsão. Para o
mesmo líquido, a intensidade desta força é tanto maior
quanto maior for o volume do corpo nele introduzido.
Quando se mergulha um objecto num líquido de maior
densidade que a do objecto este flutua.
Uma lata de metal vazia tapada flutua na água. Tem um
volume grande para o seu peso, pelo que a intensidade da força
de impulsão é suficiente para a sustentar. Mas se a lata de
metal for compactada de modo a que não exista qualquer
cavidade interior, a mesma quantidade de metal afunda, pois
sendo pequeno o seu volume, desloca pouco volume de água,
e a força de impulsão já não é suficiente para a sustentar.
Tratando-se de pesos idênticos, são as variações de volume
que provocam variações de densidade e, consequentemente,
diferentes comportamentos na água.
Em suma, na temática da flutuação são conceitos-chave:
A flutuação de um objecto depende da sua densidade e
da do líquido em que é introduzido. Um objecto flutua se
a sua densidade for igual ou menor do que a do líquido
em que é introduzido. Em caso contrário, afunda;
A densidade é uma grandeza física definida como a
3
massa por unidade de volume (expressa em kg/m , ou,
3
correntemente, em g/cm );
12
Quando se introduz um objecto num líquido, este fica
sujeito a uma força vertical, de sentido de baixo para
cima, designada por impulsão. A intensidade da força de
impulsão é igual à do peso do volume de líquido
deslocado pelo objecto. Se a intensidade do peso do
líquido deslocado for igual à do peso do objecto, este
flutua;
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Para o mesmo corpo mergulhado, quanto mais denso é o
líquido maior é a intensidade da força de impulsão;
quanto menos denso for o líquido, menor é a força de
impulsão.
4
Actividades
Para explorar o fenómeno da flutuação propõem-se três
actividades (A, B e C) estruturadas de acordo com o
diagrama organizador da temática. A sequência de
realização das actividades pode ser decidida pelo(a)
professor(a).
xplorando objectos...
FLUTUAÇÃO
ACTIVIDADE A
Explorando...
O comportamento de
objectos na água
Qual a carga máxima de
um objecto flutuante?
ACTIVIDADE B
ACTIVIDADE C
Explorando...
Explorando...
Factores que influenciam Condições de flutuação
o comportamento de um
objecto na água
A massa do objecto
influencia a flutuação?
A natureza do líquido
influencia a flutuação?
O volume do objecto
influencia a flutuação?
A profundidade do líquido
influencia a flutuação?
A forma do objecto
influencia a flutuação?
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A
Actividade
E xplorando ...
o comportamento de objectos na água
A1
Propósitos da actividade
Prever o comportamento de diferentes objectos na água
(flutuação/afundamento);
Verificar o comportamento de diferentes objectos na água
(flutuação/afundamento);
Prever a carga máxima de um objecto flutuante (bacia/taça)
na água;
Verificar a carga máxima
(bacia/taça) na água.
A2
de
um
objecto
flutuante
Contexto de exploração
Muitas crianças gostam de brincar com a água. Nas suas
brincadeiras poderão já ter observado que alguns objectos
afundam e que outros flutuam quando colocados num
recipiente com água. Por exemplo, quando colocam numa
banheira (tanque, piscina…) com água um barco (de
plástico) observam que flutua e que um berlinde (de chumbo
ou de vidro) afunda.
14
Nas suas brincadeiras com a água as crianças usam barcos
(de diferentes tamanhos e feitos de diferentes materiais).
Neste tipo de brincadeira, é frequente vê-las colocar no
interior do barco vários objectos, dizendo que estão a
“carregar o barco”. Neste contexto é possível também ouvi-las fazer comentários do género "não enchas mais o barco
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se não vai afundar"; "o barco afundou porque estava muito
pesado, tinha demasiada carga". Ao fazê-lo as crianças
simulam situações do quotidiano que, verosivelmente, lhes
são familiares, porque já as observaram ou já ouviram falar
delas (aos pais, na televisão…). De facto, nos meios de
comunicação foram já divulgadas situações de naufrágio e
afundamento de barcos e navios por excesso de carga, em
que tal aconteceu pelo facto de o limite de flutuação ter sido
desrespeitado. É o caso de embarcações com passageiros
clandestinos que, por número excessivo destes e da carga
que transportam, têm afundado e, com isso, provocado
muitas vítimas humanas e perdas materiais.
Este tipo de vivências pode constituir-se como contexto para
a exploração do comportamento de objectos distintos na
água (flutuação/afundamento) e para a exploração da carga
máxima de um objecto flutuante na água.
A3
Metodologia de exploração
Sugerem-se, então, as seguintes etapas de exploração
desta actividade:
Mostrar um recipiente fundo com água (cerca de 25 cm
de profundidade).
Perguntar às crianças o que acontecerá se se colocar no
recipiente com água cada um dos seguintes objectos:
— Barra de plasticina;
— Lata de metal de desperdício (tapada);
— Prego de ferro;
— Moedas (por exemplo de 0,05€ e de 0,10€);
— Placa de esferovite;
— Vela (por exemplo de glicerina);
— Borracha escolar;
— Rolha de cortiça;
— Chave de metal;
— Bacia de plástico mais pequena que o recipiente com
água.
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Exemplos de respostas das crianças são:
— “Flutuam todos”;
— “Afundam todos”;
— “Alguns flutuam outros afundam”.
Reforçar junto das crianças a tomada de consciência
sobre a diversidade das suas opiniões.
Orientar as crianças no registo das suas previsões.
Permitir às crianças a observação e experimentação
sobre o que realmente acontece, colocando cada um dos
objectos no recipiente com água e solicitar que
explicitem as suas observações em cada caso.
Orientar as crianças no registo das suas observações.
Questionar as crianças sobre as razões para a flutuação
de uns objectos (como por exemplo a rolha de cortiça e a
lata de metal tapada) e para o afundamento de outros
(como a barra de plasticina e o prego de ferro).
Exemplos de respostas das crianças:
— “A barra de plasticina e o prego de ferro afundam
porque são pesados”;
— “A rolha de cortiça e a lata de metal flutuam porque
são leves (pouco pesados)”;
— “A bacia de plástico flutua porque é grande”.
As respostas das crianças poderão servir como ponto de
partida para a exploração seguinte:
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?
uestão-problema:
Como determinar a carga limite de um objecto
flutuante (bacia) na água?
Sugerem-se as seguintes etapas de exploração:
Colocar a bacia de plástico num recipiente largo e fundo
com água;
Solicitar às crianças que numa das faces do recipiente
façam uma marca correspondente ao nível da água por
fora da bacia;
Perguntar às crianças: O que acontecerá à bacia à
medida que forem sendo colocados objectos no seu
interior?
Exemplos de respostas das crianças são:
— “não acontece nada”;
— “vai ao fundo”;
— “a bacia vai ficar cada vez mais dentro de água e por
fim vai afundar”.
Orientar as crianças no registo das suas previsões.
Escolher objectos de volume aproximadamente igual
que se possam adicionar sucessivamente; por exemplo,
materiais rochosos diversificados.
Colocar, sucessivamente, objectos no interior da bacia e
solicitar a cada momento que as crianças descrevam o
que observam. Focar a atenção das crianças na marca
correspondente ao nível da água feita inicialmente.
Parar de adicionar objectos, quando o nível da água no
exterior estiver muito próximo do bordo da bacia.
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Orientar as crianças no registo das suas observações.
Confrontar o observado com o previsto.
Após esse confronto, as crianças devem reconhecer que à
medida que se vão colocando objectos no interior da bacia
esta vai imergindo, cada vez mais, na água, até que, ao
colocar-se mais um objecto, afunda. As crianças devem ser
encorajadas a procurar razões por que tal acontece.
Determinar a carga máxima suportada pela bacia sem
afundar.
A resposta esperada, obtida por trabalho de pesquisa das
crianças, complementada com informação do(a)
professor(a) deverá ser do tipo:
C oncluindo...
A bacia à medida que se vai enchendo com objectos, embora
mantenha o volume, vai tendo uma massa cada vez maior. A carga
limite da bacia é representada pelo valor máximo da massa dos
objectos colocados no seu interior, sem que esta afunde, acrescido
da massa da própria bacia.
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B
Actividade
E xplorando ...
factores que influenciam o
comportamento de um objecto na água
B1
Propósitos da actividade
Prever factores que podem influenciar o comportamento
(flutuação/afundamento) da batata e da maçã na água;
Identificar o efeito da variação de cada uma das variáveis
independentes (massa do objecto, volume do objecto,
profundidade do líquido no recipiente e forma do objecto) na
flutuação/não flutuação do objecto (variável dependente).
B2
Contexto de exploração
A preparação de alimentos em casa é familiar às crianças
desde muito cedo e pode, por isso, constituir-se como
contexto favorável à observação do comportamento de
objectos.
Por exemplo, as crianças poderão já ter visto que as batatas
e as cenouras quando colocadas num recipiente com água,
afundam e que os nabos e as maçãs flutuam.
Contudo, este contexto, por ser familiar, tem características
(o tamanho dos recipientes, o volume de água utilizada, o
tipo de água utilizada...) que poderão, aos olhos das crianças,
funcionar como condicionantes para a explicação dos
comportamentos observados. Assim, é frequente encontrar
crianças que consideram a pouca quantidade de água
existente no recipiente como justificação para a não
flutuação de um objecto, nomeadamente da batata, e
admitem o aumento da quantidade de água como factor
passível de permitir a flutuação.
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Este raciocínio de tipo causal, sendo característico da faixa
etária considerada, poderá ser questionado pela própria
criança quando confrontada com situações em que as suas
previsões não venham a ser confirmadas. De facto, a
actividade que a seguir se descreve, tal como outras de
índole semelhante, permitem criar conflito entre aquilo que
é previsão baseada numa relação causa-efeito e os dados
observados numa experimentação desenhada com a
intenção de questionar essa relação causal.
Além disso, nas suas brincadeiras na água, perante um
objecto que flutua, por vezes, as crianças tentam fazê-lo
afundar empurrando-o com a mão para baixo ou mesmo
colocando-se em cima dele (como acontece com os colchões
de ar). De igual modo, perante um objecto que afunda
tentam mantê-lo à superfície da água, colocando a mão sob
o objecto, retirando-a ao fim de algum tempo.
Estes contextos podem constituir-se como mote para a
exploração dos factores que influenciam o comportamento
de objectos na água.
B3
Metodologia de exploração
Sugerem-se, então, as seguintes etapas de exploração:
Mostrar um recipiente fundo com bastante água (cerca
de 25 cm de altura);
Perguntar às crianças o que acontecerá quando uma
batata e uma maçã (de dimensões e formas
aproximadas) forem colocadas nessa água;
As respostas mais frequentes das crianças são:
— “Afundam as duas”;
— “Flutuam as duas”.
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Reforçar junto das crianças a tomada de consciência
sobre a diversidade das suas opiniões, para, de seguida,
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permitir a experimentação e a observação do que realmente
acontece.
Questionar as crianças sobre a flutuação da maçã e o
afundamento da batata.
Algumas respostas das crianças são:
— “A batata não flutua porque é mais pesada que a
maçã”;
— “Não sei porque é que a maçã flutua, pois tem o
mesmo tamanho da batata”;
— “Se a batata vai ao fundo, a maçã também devia ir,
porque são do mesmo tamanho”;
— “Se a maçã flutua, a batata também devia flutuar”.
Estas respostas das crianças tornam evidente que, para a
criança, o peso (massa) ou o tamanho (volume) relativos dos
objectos em causa (maçã e batata) determinam a diferença de
comportamento dos mesmos. No entanto, esses dois factores
(tamanho e peso) nunca são considerados conjuntamente nas
razões apontadas pelas crianças.
Perante as razões das crianças, formular uma pergunta
que lhes permita pensar se o aumento da profundidade da
água no recipiente poderá fazer com que a batata flutue.
A maioria das crianças considera que "se a água for mais
funda, a batata já flutua".
As respostas atrás enunciadas vão ajudar a fazer o
levantamento dos factores que, no entender das crianças,
influenciam a flutuação, nomeadamente:
Peso (massa) do objecto
Tamanho (volume) do objecto
Profundidade do líquido no recipiente
Forma do objecto
Para cada um destes factores (variáveis independentes
propostas pelas crianças) será formulada uma questão-problema, cuja resposta vai exigir uma experimentação
com controlo de variáveis.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
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uestões-problema:
Variável independente:
Peso (massa) do objecto
Questão-problema I:
A batata afunda por ser pesada? (é o mesmo
que: a maçã flutua por ser leve?)
Variável independente:
Tamanho (volume)
do objecto
Questão-problema II:
Pedaços pequenos de batata podem flutar
na água?
Variável independente:
Profundidade do líquido
Questão-problema III:
A batata pode flutuar se juntarmos mais
água?
Variável independente:
Forma do objecto
Questão-problema IV:
Como fazer flutuar uma barra de plasticina?
Questão-problema V:
Como fazer afundar uma lata de metal?
Orientar as crianças no registo dos factores que julgam
influenciar a flutuação (massa do objecto, tamanho do
objecto, profundidade do líquido no recipiente e forma
do objecto), bem como a(s) questão(ões)-problema
para cada um desses factores.
As questões acima referidas, embora legitimadas pelas
previsões que as crianças fizeram, destinam-se agora a
refutar as concepções alternativas a elas subjacentes. Assim,
nesta actividade a resposta às questões-problema permitirá
às crianças rejeitar a validade das previsões feitas.
22
Importa, por isso, que a experimentação seja desenhada de
modo a verificar a legitimidade, ou não, dessas previsões.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
A experimentação tem que obedecer ao modelo de trabalho
científico com controlo de variáveis. Em todas as questões-problema, a variável dependente é o comportamento do
objecto na água (flutuação/não flutuação); as variáveis
independentes a testar são a massa (questão-problema I), o
volume (tamanho) (questão-problema II), a profundidade
do líquido (questão-problema III) e a forma do objecto
(questões-problema IV e V).
Respeitando os princípios a que obedece um ensaio
controlado, as crianças são orientadas na planificação de
experiências que permitam recolher dados para responder
às questões-problema formuladas.
Ajudar as crianças, para cada questão, a tomar decisões
sobre:
O que vamos mudar (variável independente em estudo);
O que vamos medir/observar❋ (variável dependente
escolhida);
O que vamos manter e como (variáveis independentes
sob controlo);
Como vamos registar (tabelas, quadros, gráficos, ...);
O que pensamos que vai acontecer e porquê;
O que e como vamos fazer.
Segue-se a orientação para cada uma das cinco questões-problema enunciadas.
❋ O No caso de se apreciar o comportamento de um objecto perante um líquido (flutuação / não flutuação),
poder-se-á substituir "o que vamos medir" por "o que vamos observar".
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
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uestão-problema I:
A batata afunda por ser pesada?5
Antes da experimentação
Orientar as crianças de forma a decidirem em conjunto:
O que vamos mudar…
— A massa da batata (usar três batatas de massas diferentes).
O que vamos medir...
— Os comportamentos das três batatas quando colocadas no
mesmo recipiente com água (compará-los entre si).
O que vamos manter e como...
— O tipo de objecto (batata) e sua natureza (da mesma
"qualidade");
— A profundidade da água no recipiente (usar o mesmo
recipiente).
Como vamos registar...
— Organizar um quadro do tipo:
24
5 A opção pelo uso do termo "peso" em vez de "massa" decorre de ele ser mais comum na linguagem corrente
e de, nesta actividade, se estar a proceder a uma comparação de massa de objectos (diferentes batatas) e não
do seu valor absoluto. Note-se que a variação da massa dos objectos (batatas) é proporcional à variação dos
respectivos pesos.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Comportamento
Objecto
Flutua
Não Flutua
A. Batata de peso maior
B. Batata de peso intermédio
C. Batata de peso menor
O que pensamos que vai acontecer e porquê…
Exemplos de previsões das crianças:
Previsão 1. A batata A vai ao fundo, porque é mais pesada
e as batatas B e C flutuam;
Previsão 2. Todas as batatas (A, B, C) vão ao fundo, porque
continuam a ser batatas;
Previsão 3. Outras…
O que e como vamos fazer…
— Arranjar três batatas de massa diferente; é necessária
uma balança;
— Arranjar um recipiente e encher de água (com altura
suficiente para se verificar claramente a flutuação ou
afundamento).
E xperimentação
Executar a planificação atrás descrita (controlando variáveis,
observando, registando, …).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Após a experimentação
O que verificamos…
— As três batatas afundam na água.
A resposta à questão-problema é...
— As batatas afundam todas.
C oncluindo...
O que concluímos...
Ajudar as crianças a concluir que o peso da batata não influencia
a flutuação desta, ou seja, que a batata não flutuaria ainda que
o seu peso fosse muitíssimo pequeno.
Qual a validade das nossas previsões...
— Comparar a conclusão com as previsões formuladas;
— Verificar que a previsão 1 é de rejeitar e que a previsão 2 se
confirma quanto à primeira parte da sua formulação
(comportamento das 3 batatas).
Quais os limites de validade da conclusão...
Reconhecer que a conclusão é válida para as condições em que a
experimentação decorreu (tipo de água, "qualidade” de batata).
Para que as crianças possam compreender melhor que o peso
/massa do objecto não influencia a sua flutução ou
afundamento num dado líquido, pode-se repetir o ensaio
usando um objecto que flutue (por exemplo, a maçã). Neste
caso sugere-se a progressão do menor para o maior peso.
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uestão-problema II:
Pedaços pequenos de batata podem flutuar na
água?
Antes da experimentação
Orientar as crianças de forma a decidirem em conjunto:
O que vamos mudar…
— O tamanho6 dos pedaços de batata (usar pedaços de
tamanho diferente da mesma batata).
O que vamos medir...
— O comportamento dos diferentes pedaços de batata
quando colocados no mesmo recipiente com água
(compará-los entre si).
O que vamos manter e como...
— O tipo de objecto (pedaços da mesma batata);
— A profundidade da água no recipiente (usar o mesmo
recipiente).
Como vamos registar...
— Organizar um quadro do tipo:
6 O uso do termo “tamanho” em vez de “volume” decorre de ele ser mais comum na linguagem das crianças.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Comportamento
Objecto
Flutua
Não Flutua
A. Pedaço grande de batata
B. Pedaço médio de batata
C. Pedaço pequeno de batata
D. Pedaço muito pequeno de batata
O que pensamos que vai acontecer e porquê…
Exemplos de previsões das crianças:
Previsão 1. Os pedaços maiores (A e B) afundam e os
menores (C e D) flutuam, porque como são muito pequenos
já conseguem flutuar;
Previsão 2. Todos os pedaços (A, B, C e D) afundam,
porque são todos de batata;
Previsão 3. Outras …
O que e como vamos fazer…
— Arranjar uma batata; desta obter quatro pedaços (um
grande, um médio, um pequeno e um muito pequeno).
Usar pedaços de batata de tamanhos bem distintos,
cortados pelo(a) professor(a) na presença das crianças e
sob proposta destas;
— Arranjar um recipiente e encher de água (com altura
suficiente para se verificar claramente o afundamento dos
pedaços).
E xperimentação
28
Executar a planificação atrás descrita (controlando variáveis,
observando, registando, …).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Após a experimentação
O que verificamos…
— Todos os pedaços de batata afundam na água.
A resposta à questão-problema é...
— Os pedaços pequenos de batata afundam na água, tal
como os grandes.
C oncluindo...
O que concluímos...
Ajudar as crianças a concluir que o tamanho dos pedaços de batata
não modifica o seu comportamento relativamente à flutuação na
água, ou seja, ainda que o seu tamanho se fosse sucessivamente
reduzindo, nunca flutuariam naquele líquido.
Qual a validade das nossas previsões...
— Comparar a conclusão com as previsões formuladas.
— Verificar que a previsão 1 é de rejeitar e que a previsão 2 se
confirma.
Quais os limites de validade da conclusão...
Aos olhos das crianças, a conclusão poderá só parecer válida nas
condições em que a experimentação decorreu (limites das
dimensões dos diversos pedaços de batata ensaiados). Mas
porque tal não é correcto, devem ser estimuladas a
experimentarem livremente com pedaços de tamanho diverso de
"outras" batatas e de outros materiais cuja divisão seja possível
(por exemplo, a barra de plasticina). Assim, poderão vir a
reconhecer que o tamanho do objecto maciço não condiciona a
flutuação/não flutuação num mesmo líquido.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
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uestão-problema III:
A batata pode flutuar se juntarmos mais água?
Antes da experimentação
Orientar as crianças de forma a decidirem em conjunto:
O que vamos mudar…
— A profundidade da água no recipiente (adicionar mais
água, em etapas sucessivas, à contida, inicialmente, no
recipiente)7.
O que vamos medir...
— O comportamento de uma batata colocada num recipiente
com água, no qual se coloca, sucessivamente, novas
quantidades de água.
O que vamos manter e como...
— O tipo de objecto (a mesma batata);
— O tipo de água a usar.
Como vamos registar...
— Organizar um quadro do tipo:
30
7 Sugere-se a utilização de um recipiente bastante alto, de modo a modificar-se apreciavelmente a
profundidade da água nele contida. A adição de água poderá ser feita por etapas, de modo a que as crianças se
apercebam do não efeito sobre a flutuação.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Profundidade da água8
Comportamento
Flutua
Não Flutua
30 cm
45 cm
60 cm
70 cm
O que pensamos que vai acontecer e porquê…
Exemplos de previsões das crianças:
Previsão 1. Quando há muita água no recipiente, a batata
flutua, porque, como a água é funda, já pode empurrar a
batata para cima.
Previsão 2. A batata fica sempre no fundo, porque é sempre
a mesma;
Previsão 3. Outras …
O que e como vamos fazer…
— Arranjar uma batata e uma régua (ou recipiente
graduado);
— Arranjar um recipiente com altura suficiente e enchê-lo de
água (sugere-se a altura de 30 cm);
— Colocar a batata no recipiente e registar, num quadro do
tipo sugerido anteriormente, o comportamento da
mesma;
8 As alturas de água poderão ser quaisquer, não sendo necessário o recurso a intervalos regulares. Quaisquer
que eles sejam deverão ser registados.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
— Adicionar mais água, em etapas sucessivas, à contida
inicialmente no recipiente (sugere-se a altura de 45 cm,
60 cm e 70 cm) e observar o comportamento da batata.
E xperimentação
Executar a planificação atrás descrita (controlando variáveis,
observando, registando, …).
Após a experimentação
O que verificamos…
— A batata afunda para qualquer altura de água usada.
A resposta à questão-problema é...
— A batata afunda, mesmo quando se junta muita água.
C oncluindo...
O que concluímos...
Ajudar as crianças a concluir que a profundidade da água no
recipiente não modifica o comportamento da batata, isto é,
mesmo juntando uma grande porção de água, aquela
continuaria sem flutuar.
Qual a validade das nossas previsões...
— Comparar a conclusão com as previsões formuladas;
— Verificar que a previsão 2 é de aceitar e que a primeira tem de
ser rejeitada.
32
Quais os limites de validade da conclusão...
Para as crianças, a conclusão poderá ser válida dentro dos
limites de profundidade de água considerados (30 cm a 70 cm).
No entanto, devem ser ajudadas a aceitar que o mesmo se
verificaria se fossem usadas quantidades muito maiores de
água, o que poderão experimentar dentro e fora da sala de aula,
quer com a batata, quer com um outro qualquer objecto que
afunde.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Para a exploração do factor relativo à forma do objecto
propõem-se duas questões-problema, cuja resposta vai
exigir também uma experimentação com controlo de
variáveis.
?
uestão-problema IV:
Como fazer flutuar uma barra de plasticina?
Antes da experimentação
Orientar as crianças de forma a decidirem em conjunto:
O que vamos mudar…
— A forma da barra de plasticina (usar 3 barras de plasticina
iguais, não alterar uma delas e moldar, com as outras,
objectos com formas diferentes). Um dos objectos a
moldar deverá ser um objecto com caixa-de-ar (por
exemplo, em forma de “barco”).
O que vamos medir...
— O comportamento dos objectos moldados quando
colocados no mesmo recipiente com água (compará-los
entre si e com o da barra de plasticina que não foi
moldada).
O que vamos manter e como...
— A massa do objecto (barra de plasticina) e sua natureza
(da mesma “qualidade”);
— A profundidade da água no recipiente (usar o mesmo
recipiente).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Como vamos registar...
— Organizar um quadro do tipo:
Comportamento
Objecto
Flutua
Não Flutua
Barra de plasticina
X
Objectos moldados a partir de
cada uma das barras de plasticina
de igual massa:
A.
B.
O que pensamos que vai acontecer e porquê…
Exemplos de previsões das crianças:
Previsão 1. O “barco” moldado a partir da barra de
plasticina vai flutuar;
Previsão 2. Outras…
O que e como vamos fazer…
— Arranjar 3 barras de plasticina de igual massa; para tal, é
necessário usar uma balança;
— Não alterar uma das barras de plasticina;
— Moldar 2 objectos de formas diferentes com cada uma das
outras 2 barras de plasticina. Para tal, começar por fazer
um desenho de cada objecto que se pretende obter ao
moldar cada uma das duas barras de plasticina. Um dos
objectos a moldar deverá ser um objecto com
concavidade (forma de barco);
— Encher um recipiente com água;
34
— No recipiente com água ir colocando os diferentes
objectos, um de cada vez.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
E xperimentação
Executar a planificação atrás descrita (controlando variáveis,
observando, registando, …).
Após a experimentação
O que verificamos…
— O “barco” moldado a partir da barra de plasticina, … flutua
e a barra de plasticina que permaneceu inalterada, …
afunda na água.
A resposta à questão-problema é...
— Podemos fazer flutuar uma barra de plasticina moldando-a de modo a adquirir uma concavidade (forma de barco).
C oncluindo...
O que concluímos...
Ajudar as crianças a concluir que a barra de plasticina (na qual não
se mexeu) é um objecto maciço (sem concavidade, sem caixa-de-ar); enquanto que o “barco” moldado a partir de uma barra de
plasticina de igual massa é um objecto com concavidade, com
“caixa-de-ar”. Os dois objectos têm a mesma massa mas volumes
diferentes, sendo maior o do objecto com caixa-de-ar;
O “barco” de plasticina ocupa mais espaço na água fazendo
deslocar um maior volume de água; a intensidade da força de
impulsão que sobre ele é exercida pela água é suficiente para o
fazer flutuar.
Qual a validade das nossas previsões...
— Comparar a conclusão com as previsões formuladas.
— Verificar que a previsão 1 é de aceitar.
Quais os limites de validade da conclusão...
Reconhecer que a conclusão é válida para as condições em que a
experimentação decorreu (tipo de água, barra de plasticina e
objectos moldados a partir de barras de plasticina de igual massa).
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uestão-problema V:
Como fazer afundar uma lata de metal?
Antes da experimentação
Orientar as crianças de forma a decidirem em conjunto:
O que vamos mudar:
— A forma da lata de metal. Usar três latas de metal (vazias)
tapadas, de igual massa; não mexer numa delas e moldar
com as outras objectos com formas diferentes. Uma das
latas de metal deve ser compactada, comprimindo-a o mais
possível.
O que vamos medir...
— O comportamento dos objectos moldados quando
colocados no mesmo recipiente com água (compará-los
entre si e com o da lata de metal não alterada).
O que vamos manter e como...
— A massa do objecto (latas de metal) e sua natureza (do
mesmo “tipo”);
— A profundidade da água no recipiente (usar o mesmo
recipiente).
Como vamos registar...
— Organizar um quadro do tipo:
Comportamento
Objecto
Lata de metal (na qual não se mexeu)
36
Objectos moldados a partir de cada
uma das duas latas de metal de igual
massa:
A.
B.
Flutua
X
Não Flutua
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
O que pensamos que vai acontecer e porquê…
Exemplos de previsões das crianças:
Previsão 1. O objecto moldado (compactado) a partir da lata
de metal como não tem qualquer concavidade vai afundar;
Previsão 2. Outras…
O que e como vamos fazer…
— Arranjar 3 latas de metal tapadas (por exemplo com
plasticina ou cortiça) de igual massa; para tal é necessária
uma balança;
— Não alterar uma das latas de metal. Moldar objectos de
formas diferentes com as outras duas. Uma das latas de
metal deve ser compactada9, comprimindo-a o mais
possível;
— Encher um recipiente com água.
— No recipiente com água ir colocando os diferentes
objectos, um de cada vez.
E xperimentação
Executar a planificação atrás descrita (controlando variáveis,
observando, registando, …).
Após a experimentação
O que verificamos…
— O objecto moldado a partir da lata de metal de modo a não
ter qualquer concavidade, … afunda e a lata que não foi
alterada, … flutua na água.
9 O modo de alterar a forma das latas não deve acarretar riscos para as crianças.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
A resposta à questão-problema é...
— Podemos fazer afundar uma lata de metal moldando-a de
modo a não ter qualquer concavidade.
C oncluindo...
O que concluímos...
Ajudar as crianças a concluir que a lata de metal em que não se
mexeu e a lata compactada apresentam volumes diferentes,
embora com a mesma massa. A lata compactada é a que
apresenta menor volume, pelo que é a que faz deslocar um
menor volume de água; a intensidade da força de impulsão que
sobre ela é exercida pela água é insuficiente para a sustentar, e,
por isso, afunda.
Qual a validade das nossas previsões...
— Comparar a conclusão com as previsões formuladas.
— Verificar que a previsão 1 é de aceitar.
Quais os limites de validade da conclusão...
Reconhecer que a conclusão é válida para as condições em que
a experimentação decorreu (tipo de água, lata de metal e
objectos moldados a partir de latas de metal de igual massa).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
C
Actividade
C1
E xplorando ...
condições de flutuação
Propósitos da actividade
Prever o comportamento de diferentes objectos em líquidos
distintos;
Verificar o comportamento de diferentes objectos em
líquidos distintos.
C2
Contexto de exploração
As crianças nas suas brincadeiras na piscina gostam de
“boiar”, fazendo muitas vezes desafios para ver quem
consegue fazê-lo durante mais tempo. Neste contexto,
referem, por vezes, que no mar conseguem “boiar” com
mais facilidade e mesmo durante mais tempo do que na
piscina.
Este contexto pode constituir-se como mote para a
exploração das condições de flutuação/afundamento
relacionadas com a influência da natureza do líquido.
C3
Metodologia de exploração
Sugerem-se, então, as seguintes etapas de exploração
desta actividade:
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Mostrar um recipiente com álcool etílico10, outro com
água e outro com água com sal.
Perguntar às crianças o que acontecerá se se colocar em
cada um dos recipientes cada um dos seguintes
objectos: uma placa de esferovite, uma maçã, uma
batata e um prego de ferro.
Exemplos de respostas das crianças são:
— “A batata afunda na água e flutua na água com sal”;
— “A maçã e a placa de esferovite flutuam em todos os
líquidos”;
— “O prego de ferro afunda em todos os líquidos”.
Reforçar junto das crianças a tomada de consciência
sobre a diversidade das suas opiniões.
Orientar as crianças no registo das suas ideias
(previsões).
Permitir às crianças a observação do que realmente
acontece, colocando um exemplar de cada um dos
objectos em cada um dos recipientes e solicitar que
digam o que observam para cada objecto em cada
líquido.
Orientar as crianças no registo do que observam em
cada caso.
Após o confronto do observado com o previsto as crianças
devem reconhecer que um mesmo objecto pode ter
comportamentos diferentes em líquidos distintos.
40
10 Tal como a água, o álcool etílico é reutilizável em outro ensaio, pelo que pode ser armazenado numa garrafa
e voltar a ser usado para a experimentação.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
C oncluindo...
As crianças poderão concluir que a flutuação / não flutuação de um
objecto depende também do líquido em que se encontra. Os
líquidos ensaiados têm densidades diferentes. Para comparar
líquidos diferentes quanto à sua densidade (por exemplo, álcool
etílico, água e água com sal), pode-se propor aos alunos que
pesem volumes iguais (por exemplo 50 ml) de cada líquido). A
ordem das massas dos líquidos (para o mesmo volume)
corresponde à ordem das suas densidades.
5
Recursos
Para a realização das actividades
necessários os seguintes recursos:
propostas
serão
Balança de precisão de 500 g (limite de detecção:
décimo de grama)
Recipientes de plástico (largos e fundos)
Bacia ou taça de plástico (de preferência funda e
transparente)
Prensa para comprimir e/ou rolo de cozinha
Faca (para uso exclusivo do(a) professor(a))
Objectos variados (pregos de ferro, moedas, placa de
esferovite, velas (por exemplo, de glicerina ou estearina),
borrachas escolares, rolhas de cortiça, chaves de metal,
latas de metal (embalagens de desperdício))
Plasticina
Batatas
Maçãs
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
6
Aprendizagens esperadas
As actividades apresentadas contribuem para que as
crianças possam alcançar as seguintes aprendizagens, do
domínio conceptual, processual e atitudinal:
— A flutuação depende do par objecto/líquido, isto é, um
objecto que flutua num dado líquido pode afundar noutro
e vice-versa.
— Um objecto que afunda num líquido pode vir a flutuar nesse
líquido se for moldado de modo a ter uma caixa-de-ar.
— A flutuação/não flutuação não depende da profundidade
do líquido por baixo do objecto.
— Objectos distintos com a mesma massa podem ter
comportamentos diferentes no mesmo líquido.
— Objectos distintos com o mesmo volume podem ter
comportamentos diferentes no mesmo líquido.
— Compreender o que é um ensaio controlado.
— Saber planificar um ensaio com controlo de variáveis.
— Saber usar uma balança de precisão.
— Saber organizar o registo dos dados.
— Respeitar normas de higiene e de segurança (não molhar
os colegas e não entornar água pelo chão).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
7
7.1
Sugestões para avaliação de aprendizagens
Ao longo ou após a concretização das actividades espera-se
que as crianças estejam em condições de serem
confrontadas com outras questões/actividades sobre o tema
abordado. Sugerem-se, desta forma, algumas situações que
permitam avaliar as aprendizagens das crianças.
A propósito do comportamento de objectos na água e dos
factores que o influenciam…
7.1.1 Três objectos a flutuar
A figura seguinte representa três objectos maciços (sem
cavidade) do mesmo tamanho (volume) a flutuar na água.
(Adaptada do TIMSS, 199411)
objecto C
objecto A
objecto B
Qual é o objecto que pesa mais? (escreve uma cruz na letra
da alínea).
A. Objecto A.
B. Objecto B.
C. Objecto C
D. Todos pesam o mesmo.
Porquê?
A resposta adequada é ... Objecto B.
11 TIMSS — Terceiro Estudo Internacional de Matemática e Ciências (1994). Manual do aplicador para a
população 1. Lisboa: Instituto de Inovação Educacional.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Resposta aceitável do aluno
Na explicitação do porquê da escolha do objecto B,
considera-se aceitável se as crianças derem uma resposta
do tipo:
O objecto que pesa mais é o B porque é aquele que afunda
mais.
Para o professor
Comparando o volume imerso dos três objectos na água
verifica-se que é maior no caso do objecto B. Tendo os três
objectos o mesmo volume, se o objecto B é o que afunda
mais na água é porque pesa mais.
Quando se mergulha um objecto num líquido de maior
densidade que a do objecto, este sofre uma força vertical de
sentido de baixo para cima (impulsão) que faz deslocar o
objecto para cima até que o peso do volume de água
deslocado (correspondente ao volume da parte imersa)
iguale o peso do objecto e este fica em equilíbrio no líquido.
Como o objecto B necessitou de deslocar um volume de água
maior para ficar em equilíbrio significa que pesa mais do que
os outros.
7.2
A propósito do comportamento de objectos na água e de
7.2.1
Volume imerso de um barco em diferentes líquidos
condições de flutuação…
Um barco sai do porto de Lisboa navegando no rio Tejo.
Atravessa a barra e entra no mar navegando em direcção à
ilha da Madeira.
Das afirmações A, B e C assinala com uma cruz sobre a letra
que completa adequadamente o seguinte enunciado:
O volume do barco imerso (mergulhado) na água é:
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
A. Maior quando navega no rio.
RIO
MAR
B. Maior quando navega no mar.
RIO
MAR
C. O mesmo na água do mar e na água do rio.
RIO
MAR
Explica a tua resposta
A resposta adequada é ... A — O volume imerso de um barco
é maior quando navega no rio.
Resposta aceitável do aluno
Na explicação considera-se aceitável se as crianças derem
uma resposta do tipo:
A água do rio não faz tanta força sobre o barco empurrando-o para cima, como a água do mar que tem sal dissolvido e,
por isso, no rio, ele afunda mais.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Para o professor
O barco tem uma determinada massa, e tanto pesa quando
navega na água do rio como na água do mar. Se o barco se
apresenta a flutuar, tanto no rio como no mar, é porque a
água em que está colocado, está a exercer sobre ele uma
força vertical de sentido de baixo para cima (impulsão) que
iguala o seu peso.
A densidade da água salgada é maior do que a densidade da
água do rio. Assim, o volume de água deslocado
(corresponde à parte imersa do barco) para igualar o peso do
barco é menor no caso da água do mar do que no caso da
água do rio. Logo a parte imersa do barco é menor no mar do
que no rio.
Relembre-se que é esta mesma razão que explica o facto de
se sentir que no mar se consegue boiar com mais facilidade
do que no rio ou na piscina.
7.2.2
Carga de um barco
Os barcos A e B são iguais.
O barco A vai navegar num rio e o barco B vai navegar no mar.
Qual deles poderá transportar maior carga? Porquê?
A resposta adequada é ... Barco B.
O barco que poderá transportar maior carga é aquele que vai
navegar na água do mar, que é o barco B.
Resposta aceitável do aluno
Considera-se aceitável se, como justificação, as crianças
referirem que o barco B pode transportar carga maior
porque a água com sal faz mais força sobre ele empurrando-o para cima e, por isso, o barco pode suportar mais peso
sem se afundar.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Para o professor
À medida que a carga de um barco aumenta, o seu peso
aumenta também, e, por isso, o volume da parte imersa no
líquido vai aumentando (o barco vai mergulhando cada vez
mais no líquido).
O peso do barco mantém-se quando passa do rio para o mar.
Como a densidade da água salgada é maior do que a
densidade da água do rio, é necessário deslocar um volume
de água salgada menor do que da água do rio para que o
peso do volume da água deslocada seja igual ao peso do
barco.
7.2.3
Barcos iguais com cargas diferentes em distintos
líquidos
Cada um de três barcos iguais foi colocado num recipiente
com, respectivamente, álcool etílico, água da torneira e água
com sal.
BARCO A
Álcool etílico
BARCO B
Água da torneira
BARCO C
Água com sal
Cada um dos barcos vai ser carregado com uma das
seguintes cargas (feitas do mesmo material).
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Qual a carga que pode ser colocada em cada um dos barcos
de modo que nenhum afunde? (Escreve dentro de cada
carga a letra do respectivo barco)
Explica a tua resposta.
A resposta adequada é ...
Uma carga no barco A; duas cargas no barco B; e três cargas
no barco C.
Resposta aceitável do aluno
Na explicação da resposta é aceitável se as crianças
referirem que a carga maior vai para o barco colocado no
recipiente com água com sal, porque dos três líquidos é o
que faz uma força maior sobre o barco conseguindo suportar
o barco com peso maior; a carga menor vai para o barco
colocado no recipiente com álcool etílico, porque é o líquido
menos denso e, por isso, como faz menos força sobre o barco,
para este flutuar tem que ter a carga com menor peso; a
carga média vai para o barco colocado no recipiente com
água da torneira porque este líquido é menos denso do que a
água do mar e mais denso do que o álcool etílico, portanto a
força de impulsão que exerce sobre o barco é intermédia
entre as outras duas.
Para o professor
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Se um líquido é mais denso do que a água, a força de
impulsão sobre um determinado objecto quando
mergulhado nele é maior do que na água. É o caso da água
com sal em relação à água da torneira.
Pelo contrário, se um líquido é menos denso do que a água, a
força da impulsão que determinado objecto sofre quando
mergulhado nele é menor do que na água. Neste caso tem-se, por exemplo, o álcool etílico.
Assim, na situação dos três barcos iguais (mesmo volume
exterior) colocados em líquidos com diferentes densidades,
a carga que aguentam sem afundar é tanto maior quanto
mais denso for o líquido.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
7.2.4
Balões na água
Encheram-se dois balões (dos que se enchem com ar) com
líquidos distintos e fecharam-se bem sem deixar ar no
interior. Um deles encheu-se com água da torneira e outro
com água do mar. Colocou-se cada um deles numa tina com
água da torneira e verificou-se que um deles ficou em
equilíbrio no seio dela (o que corresponde a uma situação de
flutuação) e o outro foi ao fundo.
A
Água da torneira
B
Qual é o balão (A ou B) que contém água do mar? Porquê?
A resposta adequada é ...
O balão que contém água do mar é o B.
Resposta aceitável do aluno
Na explicação do porquê da resposta, considera-se aceitável
se as crianças referirem que a água com sal é mais densa do
que a água da torneira, por isso a força que a água da
torneira faz empurrando o balão para cima não consegue
manter o balão cheio com água do mar a flutuar e ele afunda.
Para o professor
Um objecto flutua se a sua densidade for igual ou menor do
que a do líquido em que é introduzido. Em caso contrário,
afunda.
Na situação apresentada observa-se que o objecto — o balão B
— afundou. Logo, a sua densidade é maior que a do líquido em
que foi mergulhado (água da torneira). Sendo a densidade da
água do mar (água salgada) maior que a água da torneira
então o balão B é aquele que contém água do mar.
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
7.2.5
Balões iguais cheios com líquidos
colocados em distintos líquidos
diferentes
Encheram-se três balões (dos que se enchem com ar) com
líquidos diferentes e fecharam-se bem sem deixar ar no
interior. Um deles encheu-se com álcool etílico, outro com
água da torneira e outro com água do mar (como mostra a
figura abaixo apresentada). Colocaram-se os três balões em
tinas, cada uma das quais com um dos seguintes líquidos:
álcool etílico, água da torneira e água com sal. Verificou-se
que, em cada tina, os balões tiveram comportamentos,
como ilustram as figuras.
Álcool
etílico
Água
da
torneira
Água
com
sal
Balão A
Balão B
Balão C
Álcool
etílico
Água
da
torneira
Água
com
sal
Balão A
Balão B
Balão C
Álcool
etílico
Água
da
torneira
Água
com
sal
Balão A
Balão B
Balão C
Álcool etílico
Água da torneira
Água com sal
Identifica cada um dos balões em cada um dos líquidos
(Escreve dentro de cada balão a respectiva letra)
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Explica a tua resposta.
A resposta adequada é …
Em álcool etílico (da esquerda para a direita): A, B e C ou A,
C e B.
Em água da torneira (da esquerda para a direita): A, C e B.
Em água com sal (da esquerda para a direita): A, B e C.
Resposta aceitável do aluno
Na explicação da resposta, considera-se aceitável se as
crianças referirem que:
Em álcool etílico — Os balões B e C contêm líquidos mais
densos do que o álcool etílico e por isso fazem mais força de
cima para baixo e eles afundam.
Em água da torneira — O balão A é o que contém o líquido
menos denso e portanto fica mais à superfície; o balão C
contém um líquido mais denso do que a água da torneira, por
isso a força que a água da torneira faz sobre este balão de
baixo para cima não chega para o aguentar a flutuar e ele
afunda; o balão B tem o mesmo líquido por isso fica a flutuar
no meio dele.
Em água com sal — A força que a água com sal faz de baixo
para cima é maior do que o peso dos balões e por isso todos
flutuam. O balão A é o que contém o líquido menos denso e
portanto fica mais à superfície; O balão B contém um líquido
menos denso do que o balão C e mais denso do que o balão A
por isso fica menos à superfície do que o balão A, mas mais à
superfície do que o balão C; o balão C tem o mesmo líquido
por isso fica a flutuar no meio dele.
Para o professor
Como a água do mar é mais densa que a água da torneira e
esta é, por sua vez, mais densa que o álcool etílico, então
três balões, cada um deles cheio com um destes líquidos,
colocados em tinas, (cada uma delas com um dos líquidos)
têm comportamentos diferentes. Assim, tendo em conta
cada uma das tinas verifica-se que:
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
(i) na que tem álcool etílico, só o balão cheio com este líquido
flutua no seu seio, enquanto os outros dois balões
(cheios, respectivamente, com água da torneira e com
água com sal), como se trata de líquidos mais densos,
afundam;
(ii) na tina com água da torneira o balão cheio com este
líquido flutua no seu seio, enquanto que o balão cheio
com álcool etílico (menos denso) flutua à superfície e,
pelo contrário, o balão cheio com água do mar (mais
densa) afunda;
(iii) na tina que contém água com sal, o balão cheio com este
líquido flutua no seu seio, e os outros balões flutuam pois
estão cheios com líquidos cuja densidade é menor do
que a densidade do líquido em que foram mergulhados;
o volume da parte imersa é tanto menor quanto menor
for a densidade do líquido contido no seu interior, no caso
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Explorando objectos... flutuação em líquidos
Referências
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presente o álcool etílico.
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