Sequência de Aulas - Dilatação Térmica - Passo a passo

1ª Aula

Com o uso da TV multimídia (pode-se também utilizar a lousa digital ou o projetor multimídia) exibir as seguintes imagens:


Discutir as seguintes questões, anotando no quadro as respostas dos alunos. Essas respostas serão utilizadas mais adiante, de acordo com o desenvolvimento da aula.

• O que poderia ter provocado o levantamento da pavimentação e a torção nos trilhos?
• O que poderia ser feito para evitar esse tipo de problema?

Para responder a essas questões o professor deverá usar os seguintes recursos:
Notícia: “Asfalto levanta no meio da Av. Iguaçu”
Simulador/Animação:
“Termômetro” - Disponível em: http://www.fisica.seed.pr.gov.br/termometro
“Dilatação térmica” - Disponível em: http://www.fisica.seed.pr.gov.br/dilatacao

Iniciando pela notícia, o professor fará a leitura do seguinte parágrafo:

“De início, o Corpo de Bombeiros cogitou a suspeita de vazamento de gás no subsolo da rua, mas não encontrou nenhum vestígio no local. Ainda segundo os bombeiros, é possível que o calor tenha provocado um deslocamento das placas de concreto, fazendo com que o asfalto cedesse.”

Comparando com as respostas dos alunos, e de acordo com o texto, o calor pode ter sido o principal responsável pelo deslocamento das placas de concreto.
Perguntar aos alunos: Como o calor pode provocar esse tipo de deslocamento? Anotar as respostas que tenham relação com o conteúdo a ser estudado. Para explicar como isso ocorre, será utilizado o simulador “Termômetro”.
Na página inicial do simulador há uma descrição que é importante ser citada/discutida:
“Nos sólidos o aumento da vibração das partículas causa um afrouxamento nas ligações elétricas, resultando, então, na dilatação desse sólido.”
O professor deverá mostrar que no simulador é possível modificar o valor da temperatura a fim de observar o que ocorre com o sólido. Outro recurso disponível no simulador é a utilização de uma lupa que mostra uma imagem ampliada das partículas do sólido, onde as ligações são representadas por molas. As figuras a seguir ilustram esses recursos.

No simulador, a temperatura inicial é de -273°C. Ao elevarmos a temperatura até 0°C, por exemplo, pode-se observar que a representação da ligação das partículas sofre um aumento. Perguntar aos alunos: Há relação entre o aumento das ligações e o levantamento do asfalto na figura mostrada no início da aula? Quais? Analisar as respostas observando quais os caminhos explicativos os alunos tomaram. Retomar a explicação do fenômeno, caso as respostas dos alunos não se aproximem da do simulador. Na sequência, ainda utilizando o simulador, mostrar como o mercúrio se dilata no interior do tubo. Devem-se fazer algumas simulações para que o aluno verifique a influência da temperatura e do tipo de substância utilizada durante a dilatação. No simulador, o professor deverá trabalhar com as várias substâncias e valores de temperatura disponíveis. Os alunos deverão anotar os resultados obtidos em cada simulação. Utilizar inicialmente a substância água, fixando a temperatura em 150°C. Os alunos deverão responder a pergunta: Por que o mercúrio parou de se dilatar quando a temperatura da água atingiu 100ºC? Discutir as respostas. Exibir a animação de dilatação térmica, onde uma criança não consegue abrir o recipiente fechado com tampa metálica. Para facilitar a sua abertura, o recipiente é posto sobre água quente e, em seguida, é aberto. Questionar os alunos sobre como isso foi possível. Complementar as respostas, dizendo que isto é possível devido a dilatação térmica da tampa metálica ser maior que a dilatação térmica do recipiente, normalmente de vidro.

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2ª Aula - Experimento qualitativo

Nesta aula o professor irá mostrar o fenômeno da dilatação térmica de um metal, utilizando um tablet educacional. Serão necessários os seguintes materiais: paquímetro, hastes metálicas (alumínio, cobre e ferro) de mesmo comprimento (10 cm), elástico (prender dinheiro), isqueiro e dois livros. (Obs.: Para a haste de cobre o professor pode utilizar um fio rígido de cobre, de espessura 10 mm, e a haste de alumínio pode ser um pedaço de antena de rádio, a espessura não é relevante.)
O experimento consiste em demonstrar a dilatação térmica das hastes metálicas. Esta dilatação será registrada através da câmera do tablet.

Passo a passo do experimento:

Download do vídeo

• Posicionar uma gota d'água na câmera do tablet. Essa técnica é conhecida como técnica da gota. A gota tem a finalidade de proporcionar um aumento na imagem. A utilização dessa técnica está disponível em: http://www.fisica.seed.pr.gov.br/tablet
• Colocar a haste de ferro entre o paquímetro e registrar o seu comprimento, em seguida, prender o elástico no paquímetro de forma a forçar a haste. Os alunos devem registrar esses valores no caderno.
• Posicionar o tablet entre os dois livros e o paquímetro sobre os livros, o posicionamento da câmera do tablet deve ficar exatamente sobre o marcador do paquímetro (nônio ou vernier).
• Com o isqueiro, aquecer a haste e registrar a nova medida. Para observar a contração da haste mais rapidamente, o professor pode umedecê-la.
• Repetir o procedimento com as demais hastes. Os alunos deverão anotar as medidas antes do aquecimento e depois.

Os detalhes do procedimento experimental estão disponíveis no vídeo acima ou acesse http://www.fisica.seed.pr.gov.br/tablet_gota

Com as medidas obtidas das três hastes, o alunos deverão preencher a tabela abaixo.

Hastes metálicas	Comprimento incial (Li)	Comprimento final (Lf)	Variação do comprimento (Lf - Li )
Alumínio
Cobre
Ferro

Os alunos deverão explicar de forma qualitativa as conclusões obtidas em relação à dilatação sofrida pelos materiais.
O professor deverá retomar a pergunta sobre a deformação sofrida pelo asfalto. Os alunos deverão construir a resposta a partir dos conceitos explorados e entregar ao professor para que seja feita uma verificação em conjunto, esclarecendo os pontos de maior relevância.

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