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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Direcção-Geral de Inovação e de Desenvolvimento Curricular Ensino Recorrente de Nível Secundário Programa de Física e Química A 11º ano Cursos Científico-Humanísticos de: Ciências e Tecnologias Autores Componente de Química Maria Otilde Simões (coordenadora) Teresa Sobrinho Simões Componente de Física Adelaide Bello Elisa Prata Pina Helena Caldeira (coordenadora) Adoptado a partir do programa elaborado por: Componente de Química: Componente de Física: Isabel P. Martins (coordenadora) Adelaide Bello José Alberto L. Costa Clara San-Bento José Manuel G. Lopes Elisa Prata Pina Maria Otilde Simões Helena Caldeira (coordenadora) Teresa Sobrinho Simões Homologação 13/10/2005

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  • MINISTRIO DA EDUCAO

    Direco-Geral de Inovao e de Desenvolvimento Curricular

    Ensino Recorrente de Nvel Secundrio

    Programa de Fsica e Qumica A

    11 ano Cursos Cientfico-Humansticos de:

    Cincias e Tecnologias

    Autores

    Componente de Qumica

    Maria Otilde Simes (coordenadora) Teresa Sobrinho Simes

    Componente de Fsica

    Adelaide Bello Elisa Prata Pina

    Helena Caldeira (coordenadora)

    Adoptado a partir do programa elaborado por:

    Componente de Qumica:

    Componente de Fsica:

    Isabel P. Martins (coordenadora) Adelaide Bello Jos Alberto L. Costa Clara San-Bento Jos Manuel G. Lopes Elisa Prata Pina Maria Otilde Simes Helena Caldeira (coordenadora)

    Teresa Sobrinho Simes

    Homologao

    13/10/2005

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

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    ndice Pgina

    Viso Geral do Programa de Fsica e Qumica A do 11 Ano

    A- Componente de Fsica .. ........................................................................2 B- Componente de Qumica................................................................................................................4

    Desenvolvimento do Programa de Fsica e Qumica A do 11 Ano ....................................................5 Mdulo 4 - Fsica - Movimentos na Terra e no Espao e Comunicaes .................................6

    Mdulo 5 - Fsica e Qumica (1 parte - Fsica) - Comunicaes a Longas Distncias ..... 27 Mdulo 5 - Fsica e Qumica (2 Parte - Qumica ) - Qumica e Indstria:

    Equilbrios e Desequilbrios................................................................................ 34 Mdulo 6 - Qumica - Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra ..... 52 Bibliografia ................................................................................................................................................ 80

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    Viso geral do Programa de Fsica e Qumica A do 11 Ano A- Componente de Fsica

    A componente de Fsica dos 10 e 11 anos pretende ser um instrumento com que os alunos possam alcanar um modo de interpretao do mundo que os rodeia e de compreender como esse conhecimento foi sendo conseguido. Nesta perspectiva pensamos que a Fsica pode e deve ser ensinada mostrando como os seus princpios e resultados bsicos foram estabelecidos e como fazem parte de uma relevante herana cultural proporcionadora de meios de desenvolvimento da sociedade.

    De modo a evidenciar o carcter dinmico da Cincia, dever mostrar-se como as teorias consideradas hoje correctas substituram outras que, por sua vez, j teriam dado lugar a outras, em cada poca consideradas mais plausveis. Por isso, tal como no 10 ano, a Histria da Fsica tem particular destaque como motor da compreenso da natureza do conhecimento cientfico e da importncia da Fsica na sociedade.

    A vida nos pases desenvolvidos sofreu, no ltimo sculo, uma enorme mudana devida a aplicaes de muitas descobertas da Fsica. o caso da rdio e da televiso, dos computadores e da Internet, dos raios X, do LASER e de outros exemplos bem conhecidos que influenciam, acompanham e muitas vezes determinam a vida actual. De facto, a descoberta das leis fundamentais que governam a Natureza tem tido uma profunda repercusso na Humanidade, pois estas conduziram a aplicaes prticas que transformaram profundamente a economia, a medicina, os transportes e tantos outros aspectos das nossas vidas. Apenas como exemplo, poderemos apontar a tecnologia do espao que consegue colocar-nos em contacto quase instantneo com qualquer ponto do globo por meio dos satlites de comunicaes, previses climatricas muito aproximadas devido aos satlites meteorolgicos, ou, ainda, navegao precisa para qualquer local da Terra, usando sinais provenientes de satlites do GPS (Global Positioning System).

    Os alunos, quer abandonem a aprendizagem das cincias no final do ensino secundrio, quer prossigam no seu estudo, devem obter conhecimentos que lhes permitam acompanhar assuntos em que a Cincia, e, neste caso particular, a Fsica, tm papel dominante. Seleccionmos, para os alunos do 11 ano, a explorao do espao e a comunicao, no seu sentido mais lato. Assim, o programa est contextualizado em duas temticas diferentes que se interligam na finalidade comum da compreenso dos conceitos e princpios bsicos que permitem a comunicao na Terra e no espao.

    A primeira parte do mdulo com que se inicia o programa de 11 ano Movimentos na Terra e no espao, tem como objectivo o estudo dos principais efeitos das foras os movimentos - numa perspectiva integradora da Cinemtica e da Dinmica. O contexto em que se insere este mdulo a interaco gravtica, pois s com o entendimento cabal desta fora possvel compreender a temtica da explorao do espao.

    A segunda parte inicia um tema da maior actualidade, Comunicaes, cuja evoluo e importncia tm na Fsica a principal raiz e protagonismo.

    Para o prosseguimento do estudo da Fsica no 11 ano, considera-se essencial que os alunos possuam pr-requisitos que constituiro o suporte do aprofundamento que se pretende atingir neste ano. Os referidos conhecimentos, identificados nas orientaes curriculares das Cincias Fsico-Naturais do 3 ciclo do Ensino Bsico, so os seguintes: Unidades SI de comprimento e tempo Escalas. Unidades de distncia em Astronomia Velocidade e acelerao. Unidades SI Anlise de grficos d = d (t) e v = v (t)

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    Clculos de velocidades mdias e aceleraes mdias Fora. Unidade SI Efeitos das foras Fora de atrito Resultante de um sistema de foras Movimento rectilneo e uniforme Fora de atraco gravitacional Massa e peso. Unidades SI Produo e recepo do som Propagao do som em diversos meios Velocidade do som Propriedades do som (altura, intensidade e timbre) Carga elctrica Circuito elctrico. Diferena de potencial e intensidade da corrente Efeito magntico da corrente elctrica Campo magntico

    Preconiza-se igualmente e com mais frequncia o uso de calculadoras grficas nas

    actividades de sala de aula. O seu uso pode reduzir o tempo de resoluo de problemas ou de exerccios. Recomenda-se que se insista no hbito de, antes da resoluo de qualquer questo, pensar e discutir previamente a situao proposta e estimar as ordens de grandeza das solues e, no final da resoluo, fazer a discusso crtica dos resultados obtidos.

    O uso da calculadora grfica servir tambm para o traado e a interpretao de grficos que permitam testar previses e/ou hipteses, encontrar resposta a questes-problema e desenvolver o pensamento crtico. A realizao destas actividades propiciar desenvolver no aluno competncias como: construir listas de dados, agrup-las e desagrup-las; seleccionar escalas adequadas; visualizar o grfico de uma funo definido a partir de uma lista de dados ou da

    expresso analtica da funo; determinar a curva que melhor se ajusta aos dados de uma experincia (utilizando a

    regresso adequada1); determinar os pontos relevantes de uma curva; traar tangentes a uma curva em diferentes pontos e determinar o respectivo

    coeficiente angular.

    Embora se espere que os alunos, no 11 ano, possuam j um desenvolvimento de capacidades e competncias que lhe permitam rentabilizar e gerir mais autonomamente a execuo dos trabalhos laboratoriais, recomenda-se que, sempre que se entenda necessrio, a sua planificao prvia seja realizada na aula anterior sua execuo em laboratrio e que a comunicao e discusso dos resultados obtidos pelos vrios grupos depois da concluso do trabalho laboratorial, tenham lugar na prpria aula ou no incio da seguinte.

    O programa inclui 7 actividades laboratoriais (AL1, AL2, AL3, AL4, AL5, AL6

    e AL7).

    1 O professor orientar os alunos conforme considere mais adequado, podendo optar pelo modo como os alunos aprendem a resolver estas situaes na disciplina de Matemtica.

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    Apresenta-se, no quadro seguinte, uma smula das competncias dos tipos processual (A) e conceptual (B) que cada actividade permite desenvolver, referidas na Apresentao do Programa do 10 ano, numeradas pela ordem em que a se indicam. No se especificam as competncias do tipo social, atitudinal e axiolgico por serem transversais a todas as actividades.

    A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 AL1 x X x X X x x X AL2 x x x X X x X x AL3 x x x X X x x x x AL4 x x x X x x x AL5 x x x x x X x AL6 x X x x X x x x x AL7 x x x X x x X x x B- Componente de Qumica

    A componente de Qumica dos 10 e 11 anos procura constituir-se como um

    caminho para que os alunos possam alcanar um modo de interpretao do mundo que os rodeia naquilo que o constitui hoje, no quanto e como se afasta do que foi no passado e de possveis cenrios de evoluo futura. Procurar-se- tambm confrontar explicaes aceites em diferentes pocas como forma de evidenciar o carcter dinmico da Cincia, assente mais em reformulaes e ajustes do que em rupturas paradigmticas.

    O programa do 11 ano est organizado em 0,5 + 1 Mdulos, centrados em temticas diferentes e que so identificados como a 2 parte do Mdulo 5 e Mdulo 6. Na 2 Parte do Mdulo 5, designado por "Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios", pretende-se salientar a importncia social e econmica da indstria qumica geradora de bens de consumo da maior importncia para os hbitos e estilos de vida que hoje so adoptados nas sociedades desenvolvidas e em desenvolvimento, combatendo os perigos de vises doutrinrias sobre os impactos exclusivamente negativos para o ambiente que tais actividades acarretam. No entanto, no se descuida a anlise das implicaes sobre o planeta e, em particular, sobre os seres humanos, que os produtos e subprodutos industriais inevitavelmente ocasionam. Pretende-se que os alunos integrem na apreciao que fazem sobre a importncia da produo industrial argumentos tcnico-cientficos, sociais e econmicos e que reconheam na actividade industrial um dos elementos caracterizadores da cultura actual. Embora se reconheam as dificuldades de realizao de visitas de estudo no mbito do Ensino Recorrente, derivadas do horrio lectivo e da ocupao profissional dos alunos, sabe-se que existem indstrias/empresas de funcionamento permanente que tm aberto as suas portas ao fim de semana a grupos de alunos que manifestam interesse nestas visitas. Deste modo, prope-se a visita facultativa a uma instalao industrial, previamente organizada, criteriosamente estruturada na sua realizao e avaliada posteriormente. A formao dos alunos, tambm neste domnio, fundamental, no tanto para a compreenso dos processos qumicos e fsicos envolvidos, mas para a sensibilizao sobre uma realidade que, dada a especificidade dos ambientes laborais , necessariamente, afastada dos olhares do grande pblico. Para tornar possvel no mbito curricular esta actividade exterior escola, torna-se necessrio que se estabeleam protocolos com indstrias locais ou outras, podendo mesmo os alunos serem intermedirios de tais propsitos em empresas

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    em que desenvolvem as suas actividades profissionais, de forma a que aquelas viabilizem o projecto e que se reconheam nele como parceiros educativos.

    Escolheu-se uma indstria susceptvel de tratamento a este nvel de estudos, a da produo do amonaco, pois que, alm de a reaco de sntese deste composto ser um caso exemplar de aplicao de conceitos de equilbrio qumico, um ambiente onde se poder compreender como a manipulao de alguns factores pode influenciar a situao de equilbrio do sistema qumico.

    No Mdulo 6, intitulado "Da Atmosfera ao Oceano: Solues na Terra e para a Terra", pretende-se desenvolver a compreenso dos alunos sobre os sistemas aquosos naturais, distinguir guas prprias para vrios tipos de consumo de outras, interpretar diferenas na composio de guas da chuva, de lenis freticos e do mar, pese embora o seu principal componente ser sempre o mesmo: a gua. Para que esta interpretao possa ser alcanada desenvolvem-se conceitos do domnio do cido - base e da solubilidade, nos quais o equilbrio qumico surge como conceito subsidirio. Uma abordagem simples de oxidao - reduo tambm prevista.

    Ao longo de todo o Mdulo, a dimenso social do conhecimento est presente ao discutir-se as assimetrias na distribuio e na qualidade da gua, ao interpretar-se quanto esta qualidade depende do uso de alguns artefactos tecnolgicos e ao incentivar a necessidade de aces individuais e colectivas que no agravem a situao, j que invert-la praticamente impossvel.

    Em ambos os Mdulos, reiterando o que foi referido na introduo do Programa de 10 ano, as actividades prticas de sala de aula ou de laboratrio devem ser entendidas como vias para alcanar aprendizagens especficas e no como algo que se executa aps o desenvolvimento dos temas num formato expositivo. O xito das tarefas na sala de aula depende do trabalho prvio e da reflexo posterior com vista consolidao de aprendizagens, esperando-se que os alunos, com conhecimentos mais consolidados, consigam ir mais fundo no tratamento das situaes - problema e sejam mais cleres nos ritmos de aprendizagem. Muitos dos saberes implcitos nos objectivos de aprendizagem listados podem e devem, portanto, ser trabalhados em contexto de actividades prticas.

    Desenvolvimento do Programa de Fsica e Qumica A do 11 Ano

    O quadro seguinte apresenta o programa de disciplina, desenvolvido para cada uma das suas componentes, a leccionar segundo o calendrio escolar.

    Componente Fsica Qumica

    Mdulo 4 Fsica (11 semanas) Movimentos na Terra e no Espao e Comunicaes

    Mdulo 5 - Fsica e Qumica 2 Parte - Qumica (6 semanas) Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios

    Mdulo 5 - Fsica e Qumica 1 parte - Fsica (6 semanas) Comunicaes a Longas Distncias

    Mdulo 6 Qumica (10 semanas) Solues na Terra e para a Terra

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    MDULO 4 Fsica Movimentos na Terra e no Espao e Comunicaes Introduo

    Este mdulo constitudo por duas partes Movimentos na Terra e no Espao e Comunicaes a Curtas Distncias.

    A primeira parte tem como objectivo central o estudo das foras e movimentos, numa abordagem integradora da Cinemtica e da Dinmica: os movimentos no devem ser estudados separadamente das condies que determinam as suas caractersticas.

    Este estudo ser enquadrado em dois contextos: Viagens com GPS e Da Terra Lua.

    O primeiro contexto, o uso de um GPS, servir apenas para uma breve reviso e consolidao de conceitos j estudados. Os alunos tero a oportunidade de contactar com o funcionamento e aplicaes prticas deste instrumento que, no sendo de inveno recente, s agora comea a ter uma utilizao generalizada. De uma forma prtica e agradvel, iro rever a noo de coordenadas (geogrficas e cartesianas) e localizao em referenciais. Prope-se tambm que revejam alguns conceitos necessrios boa compreenso das leis de Newton, j estudados anteriormente, como o caso da velocidade.

    O segundo contexto - Da Terra Lua permite enquadrar movimentos de diversos tipos de corpos sujeitos mesma interaco, o que proporciona enfatizar o problema das condies iniciais. Por essa razo se escolheu a interaco gravtica como conceito estruturante deste tema. Prximo da superfcie terrestre, em que a aco gravitacional se poder considerar uniforme, sero estudados movimentos rectilneos (queda e ascenso de corpos lanados verticalmente). O movimento circular (com aplicao ao caso dos satlites geoestacionrios) surgir da discusso da influncia na trajectria que o corpo ir descrever, do ngulo entre as direces da velocidade inicial e da fora aplicada longe da superfcie terrestre. A ttulo informativo, podero ser dados como exemplos de movimentos curvilneos assim originados, as trajectrias da Terra e outros planetas em volta do Sol ou a da Lua em volta da Terra. As condies de lanamento de um satlite, para que ele passe a descrever uma trajectria curvilnea em volta da Terra, sero explicadas com base na explorao da experincia pensada de Newton.

    Analisam-se apenas movimentos de translao de sistemas atravs do movimento do respectivo centro de massa. Este deve ser descrito como um ponto especial representativo do sistema nas condies j estudadas no 10 ano e que se desloca como se possusse massa igual do sistema e como se todas as foras que actuam no sistema nele estivessem aplicadas.

    Dado que se recomenda a insistncia na compreenso da noo de fora como interaco (envolvendo, pois, necessariamente, dois agentes), o incio do estudo das leis de Newton pela 3 lei decorre naturalmente desta noo.

    O estudo dos movimentos rectilneos, acelerados e retardados, a partir de quedas livres e subidas de corpos prximo da superfcie da Terra, levar ao conceito de acelerao e 2 lei de Newton. O estudo do movimento rectilneo uniforme (a partir da situao de quedas com efeito aprecivel da resistncia do ar, em que atingida a velocidade terminal) permitir enunciar e interpretar a 1 lei de Newton com base na 2

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    lei. Note-se que esta abordagem permite facilitar a aprendizagem da 1lei, em que os alunos revelam, em geral, dificuldades.

    No se pretende uma abordagem exaustiva de todos os tipos de movimentos, mas sim que se insista sempre na relao entre as foras e os seus efeitos e na ligao com a Lei da Conservao da Energia estudada anteriormente. A nfase deve ser colocada no modo como a conjugao das foras aplicadas e das condies iniciais determina o tipo de movimento e a forma da trajectria.

    Os alunos tero oportunidade de, num trabalho laboratorial, fazer uma aplicao das leis de Newton a um movimento no plano horizontal. Confrontar-se-o com uma situao em que a reaco normal do plano equilibra o peso do corpo. Estudaro tambm, em laboratrio, o movimento de um projctil lanado horizontalmente, mas apenas como composio de dois movimentos: uniforme, segundo a horizontal e uniformemente acelerado, segundo a vertical.

    Tambm numa actividade laboratorial haver a oportunidade de explorar a Histria, comparando o conceito de movimento segundo Aristteles, Galileu e Newton e aproveitando para que o aluno aprenda a distinguir os pressupostos em que se baseava o conhecimento cientfico para Aristteles e para Galileu e Newton.

    Recomenda-se evitar uma memorizao excessiva de expresses analticas relacionadas com as caractersticas dos movimentos. O uso de calculadoras grficas na sua deduo particularmente til, promovendo uma melhor interpretao do seu significado. Dever ser construdo um formulrio geral com a ajuda do professor.

    No se pretende que os alunos desenvolvam um trabalho excessivo de resoluo de exerccios de aplicao das expresses analticas a que chegaram. Devem, de preferncia, explorar situaes reais, aplicando conceitos e leis, devendo ser privilegiada a resoluo de problemas, sempre que possvel com recurso s calculadoras grficas.

    Esta primeira parte est programada para 18 aulas de noventa minutos, incluindo 4 actividades laboratoriais (AL1, AL2, AL3 e AL4). Deve haver especial cuidado na sua gesto, tendo bem em ateno as essncias expressas, pois no se deve privilegiar a Mecnica em detrimento de outras reas no menos importantes e actuais de aprendizagem da Fsica.

    Na segunda parte, usando o contexto Comunicaes a Curtas Distncias inicia-se o estudo da transmisso de informao nas suas diversas formas, estudando-se o conceito de som enquadrado no modelo geral da propagao ondulatria. A este respeito, importante ressaltar que no se pretende a formulao da equao da propagao e que o estudo ser feito essencialmente por meio de observao e registos grficos, para os quais o uso de osciloscpios e de calculadoras grficas particularmente til.

    Prope-se uma actividade inicial de discusso de informao com a finalidade de rever e aprofundar conceitos j estudados anteriormente e teis para o prosseguimento do estudo deste tema.

    Lembramos os cuidados a ter com a linguagem usada no ensino/aprendizagem da noo de meios de propagao. Muitas vezes a formulao propagao atravs de um meio refora a concepo alternativa de a propagao de fenmenos deste tipo ser ondas a passar atravs de um meio, e no a comunicao consecutiva da vibrao de partculas do prprio meio, como o caso do som, conceito que ser objecto de ensino neste mdulo.

    A actividade laboratorial a realizar com o osciloscpio tem como finalidade principal a familiarizao do aluno com este instrumento, o qual os alunos iro usar com frequncia neste mdulo.

    Embora a velocidade do som possa ser medida por diversos modos, optou-se, na segunda actividade laboratorial, pela medio do tempo de trnsito de um impulso sonoro.

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    Este mtodo facilita a compreenso do conceito de velocidade salientando o facto de que o som demora um certo intervalo de tempo a propagar-se a uma certa distncia.

    Esta segunda parte est programada para 10 aulas de noventa minutos, incluindo 2 actividades laboratoriais (AL5 e AL6)

    Das 33 aulas previstas (11 semanas) para este mdulo, fez-se uma programao apenas para 28 aulas, de modo a que o professor possa gerir as restantes de acordo com as necessidades dos seus alunos e eventuais condicionamentos. Objecto de ensino

    1. Movimentos na Terra e no Espao

    1.1. Viagens com GPS

    Funcionamento e aplicaes do GPS Posio coordenadas geogrficas e cartesianas Tempo Trajectria Velocidade

    1.2. Da Terra Lua

    Interaces distncia e de contacto As quatro interaces fundamentais na Natureza 3 Lei de Newton Lei da gravitao universal Movimentos prximo da superfcie da Terra Acelerao 2 Lei de Newton 1 Lei de Newton O movimento segundo Aristteles, Galileu e Newton Caractersticas do movimento de um corpo de acordo com a resultante das foras e

    as condies iniciais do movimento: - Queda e lanamento na vertical com efeito de resistncia do ar desprezvel

    movimento rectilneo uniformemente variado - Queda na vertical com efeito de resistncia do ar aprecivel movimentos

    rectilneos acelerado e uniforme. Velocidade terminal - Lanamento horizontal com efeito de resistncia do ar desprezvel composio

    de dois movimentos (uniforme e uniformemente acelerado) - Movimentos rectilneos num plano horizontal (uniforme e uniformemente variado)2

    Movimentos de satlites geoestacionrios - Caractersticas e aplicaes destes satlites - Caractersticas do movimento dos satlites geoestacionrios de acordo com as

    resultantes das foras e as condies iniciais do movimento: movimento circular com velocidade de mdulo constante

    Velocidade linear e velocidade angular Acelerao

    2 Assunto a ser estudado na actividade laboratorial AL3

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    Perodo e frequncia

    Objectivos de aprendizagem Esta 1 parte permitir ao aluno saber: 1.1. Viagens com GPS (3 aulas) Explicar os princpios bsicos de funcionamento de um GPS de modo a obter a posio

    de um ponto na Terra Indicar o significado das coordenadas geogrficas: latitude, longitude e altitude. Indicar a posio de um ponto atravs das coordenadas cartesianas num referencial,

    quando uma superfcie curva se pode aproximar de uma superfcie plana Comparar a preciso de diferentes tipos de relgios (mecnicos, de quartzo e

    atmicos), seleccionando o mais adequado a cada fim Identificar a trajectria de um corpo como o conjunto de pontos ocupados

    sucessivamente pelo seu centro de massa, durante o movimento Explicitar o significado da velocidade instantnea como uma grandeza vectorial que

    informa a direco e sentido do movimento e a rapidez com que o corpo muda de posio

    Representar a velocidade por um vector tangente trajectria em cada instante Identificar alteraes de velocidade sempre que esta mude de direco, sentido, ou

    mdulo Interpretar grficos posio-tempo que traduzam situaes reais e a partir deles

    estimar e determinar valores de velocidade Esboar grficos posio-tempo e velocidade-tempo com base em descries de

    movimentos ou em medidas efectuadas 1.2. Da Terra Lua (15 aulas, incluindo AL1, AL2, AL3 e AL4) Associar o conceito de fora a uma interaco entre dois corpos Distinguir interaces distncia e de contacto Associar as quatro interaces fundamentais na Natureza com as ordens de grandeza

    dos respectivos alcances e intensidades Identificar e representar as foras que actuam em corpos em diversas situaes

    reais Enunciar e interpretar a 3 lei de Newton Enunciar a lei da gravitao universal Interpretar o movimento da Terra e de outros planetas em volta do Sol, da Lua em

    volta da Terra e a queda dos corpos superfcie da Terra como resultado da interaco gravitacional

    Identificar a variao de velocidade como um dos efeitos de uma fora Associar a grandeza acelerao taxa de variao temporal da velocidade. Enunciar e interpretar a 2 lei de Newton Relacionar a resultante das foras que actuam num corpo com a acelerao a que o

    corpo fica sujeito ( amF rr= )

    Reconhecer que o movimento de um corpo s fica caracterizado se forem conhecidas a resultante das foras nele aplicadas e as condies iniciais do movimento (modelo da partcula material ou do centro de massa)

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    Caracterizar o movimento de queda e de subida na vertical, com efeito da resistncia do ar desprezvel: movimento rectilneo e uniformemente variado (acelerado e retardado)

    Interpretar a variao da velocidade de um grave na queda, ou na subida, prximo da superfcie da Terra, como consequncia da fora que a Terra exerce sobre ele

    Calcular o valor da acelerao da gravidade, a partir da Lei da Gravitao Universal, para uma distncia da ordem de grandeza do raio da Terra e confrontar com o valor determinado experimentalmente

    Interpretar grficos x(t) e v(t) em situaes de movimento rectilneo uniformemente variado e estabelecer as respectivas expresses analticas

    Caracterizar o movimento de queda na vertical em que o efeito da resistncia do ar aprecivel:

    Analisar o modo como varia a resultante das foras que actuam sobre o corpo, identificando os tipos de movimento (rectilneo acelerado e uniforme)

    Associar a velocidade terminal velocidade atingida quando a resistncia do ar anula o efeito do peso (fora resultante nula)

    Caracterizar o movimento rectilneo e uniforme Interpretar grficos v(t) e x(t) para o movimento rectilneo e uniforme e estabelecer

    as respectivas expresses analticas Enunciar e interpretar a 1 lei de Newton com base na 2 lei Confrontar a interpretao do movimento segundo as leis de Newton com os pontos

    de vista de Aristteles e Galileu Aplicar as leis de Newton a corpos que se movam num plano horizontal Caracterizar o movimento de um projctil lanado horizontalmente, com efeito da

    resistncia do ar desprezvel, explicando-o como a sobreposio de dois movimentos (uniformemente acelerado na vertical e uniforme na horizontal):

    Comparar os tempos de queda de dois projcteis lanados da mesma altura, um na horizontal e outro na vertical

    Relacionar o valor do alcance de um projctil com o valor da velocidade inicial Caracterizar o movimento de um satlite geoestacionrio, explicando-o como um

    movimento circular com velocidade de mdulo constante: Explicar as condies de lanamento de um satlite para que ele passe a descrever

    uma circunferncia em volta da Terra Identificar as condies para que um satlite seja geoestacionrio Identificar a variao na direco da velocidade como o efeito da actuao de uma

    fora constantemente perpendicular trajectria Identificar as caractersticas da acelerao neste movimento Definir perodo, frequncia e velocidade angular Relacionar as grandezas velocidade linear e velocidade angular com o perodo e/ou

    frequncia Resolver exerccios e problemas sobre os movimentos estudados, privilegiando a

    interpretao de grficos. Recomenda-se a utilizao da calculadora grfica e de programas de simulao.

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    Actividades prticas de sala de aula 1.1 Viagens com GPS

    Realizao de um percurso3 de modo a obter a posio de um conjunto de pontos, utilizando um GPS e identific-los num mapa adequado. Definio de rotas, com o mnimo de 3 pontos, utilizando as posies registadas no GPS. Utilizao do GPS para seguir uma rota a partir da posio em que se encontra.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: explicar os princpios bsicos de funcionamento de um GPS de modo a obter a

    posio de um ponto da Terra; indicar o significado das coordenadas geogrficas: latitude, longitude e altitude; identificar num mapa a localizao de um ponto atravs das coordenadas indicadas

    no GPS; reconhecer a necessidade de existncia de referenciais; saber orientar-se com o GPS, identificando a direco e sentido em que se move indicar algumas das aplicaes do GPS.

    Aquisio e tratamento de dados (posio/tempo) de um movimento pr-definido, utilizando um sensor de movimento associado a uma calculadora grfica. Pretende-se que um aluno se desloque segundo uma recta, afastando-se devagar do sensor, com uma rapidez constante, em seguida, pare durante um certo intervalo de tempo e caminhe depois em sentido oposto, aproximando-se do sensor com uma rapidez constante, maior do que a do primeiro troo do percurso.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: descrever o movimento a realizar apoiando-se no traado da trajectria; prever a forma do grfico x=x(t), antes de visualizar o registo feito pelo sensor; efectuar o referido movimento e obter o grfico x=x(t) ; distinguir trajectria de grfico x=x(t); interpretar o grfico com base na descrio do movimento sobre a trajectria; comparar o grfico obtido com o previsto, interpretando as causas de eventuais

    diferenas; analisar o grfico x=x(t)de modo a:

    - indicar a posio inicial e a de afastamento mximo; - identificar a distncia percorrida num e no outro sentido; - identificar o intervalo de tempo em que esteve em repouso; - associar o maior ou menor declive da recta em cada um dos troos maior ou

    menor rapidez do movimento correspondente; - traar as rectas que melhor se adaptam aos troos que descrevem os

    movimentos de afastamento e aproximao do sensor (regresso linear); - identificar o valor da velocidade com o declive da recta obtido da equao da

    regresso linear; - representar sobre a trajectria o vector velocidade em cada um dos troos; - esboar o grfico v = v(t) para o movimento efectuado.

    3 No exterior da escola ou numa sada de campo.

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

    12

    Resoluo de exerccios e problemas de interpretao de grficos x=x(t)e v=f(t) que descrevam situaes reais.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: prever a forma dos grficos x = x(t)e v = v(t); estimar valores de velocidade a partir do grfico x = x(t); descrever o movimento.

    1.2 Da Terra Lua

    Observao de uma demonstrao da aco de um man sobre outro, acoplado a um carrinho em movimento.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: associar a aco da fora acelerao a que o corpo fica sujeito4; reconhecer que a componente, segundo a direco da velocidade, de uma fora que

    actua num corpo faz alterar o mdulo da velocidade; reconhecer que a componente, segundo a direco perpendicular velocidade, de

    uma fora que actua num corpo faz alterar a direco da velocidade; reconhecer que uma fora que actue num corpo, com a mesma direco e sentido da

    velocidade, a faz aumentar em mdulo; reconhecer que uma fora que actue num corpo, com a mesma direco e sentido

    oposto velocidade, a faz diminuir em mdulo; explicitar que uma fora que actue num corpo, numa direco diferente da direco

    da velocidade mas no lhe sendo perpendicular, faz alterar a direco do movimento e o mdulo da velocidade;

    explicitar que uma fora que actue num corpo, numa direco perpendicular da velocidade, faz alterar a direco do movimento, mas no altera o mdulo da velocidade5.

    Observao de uma experincia em que se analise a relao fora - acelerao atravs da comparao dos grficos F = F(t) e a = a(t), usando um carrinho, um sensor de fora, um acelermetro6 e uma calculadora grfica. O carrinho dever ser puxado e empurrado de modo a executar movimentos rectilneos.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: interpretar, a partir do traado dos grficos F = F(t) e a = a(t), a

    proporcionalidade directa entre estas duas grandezas; analisar o grfico F = F(a) identificando a constante de proporcionalidade com a

    massa do corpo; comparar as caractersticas da fora com as da acelerao; escrever a equao fundamental da Dinmica.

    Explorao dos movimentos de queda e ressalto de uma bola de basketball (efeito da resistncia do ar desprezvel), a partir do grfico de posio em funo do tempo, obtido experimentalmente com um sensor de movimento ligado a uma calculadora grfica.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de:

    4 O professor dever fazer a ligao aos conhecimentos sobre adio vectorial (soma de vr com vr ). 6 O acelermetro deve ser colocado na direco e sentido da fora e na direco perpendicular a esta, para relacionar as caractersticas vectoriais das grandezas foras e acelerao.

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

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    I Parte interpretar o grfico y = y(t) do movimento observado:

    - descrevendo o movimento da bola; - identificando as foras que actuaram na bola durante a subida e descida e no

    contacto com o solo; - analisando do ponto de vista energtico os diferentes troos do grfico

    (reviso do 10 ano); representar sobre a trajectria as direces e sentidos da velocidade, da fora e

    da acelerao; reconhecer que a fora que se exerce sobre a bola no contacto com o solo

    responsvel pela mudana de sentido do movimento. II Parte7 traar a curva y =y(t) a partir dos valores fornecidos pelo professor (troos de

    queda, de ascenso, ascenso e queda); explicitar o significado dos coeficientes na expresso analtica de y=y(t) (equao

    do movimento); determinar a acelerao do corpo; comparar o valor obtido experimentalmente com o valor da acelerao da gravidade

    local e determinar o respectivo desvio percentual; determinar o valor (algbrico) da velocidade em diversos instantes, calculando o

    declive da tangente curva y=y(t) nos pontos correspondentes; construir o grfico v=f(t) a partir das listas dos valores determinados

    anteriormente; estabelecer a expresso analtica de v(t) (regresso linear), identificando os

    respectivos coeficientes; representar sobre a trajectria os vectores velocidade, fora e acelerao,

    identificando o movimento como rectilneo uniformemente acelerado ou retardado.

    Simulao do movimento de um paraquedista por meio da queda de um balo (efeito da resistncia do ar aprecivel). Explorao do movimento a partir do grfico posio em funo do tempo obtido experimentalmente8 com um sensor de movimento ligado a uma calculadora grfica.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: prever a forma do grfico y=y(t),tendo em conta a resultante das foras exercidas construir e analisar o grfico y=y(t), de modo a:

    - identificar o troo em que o movimento tem acelerao varivel e aquele em que uniforme;

    - identificar a resultante das foras que actuam sobre o balo e condies iniciais do movimento e, a partir destas, interpretar o tipo de movimento em cada troo;

    - calcular o mdulo da velocidade terminal; - estabelecer a equao do movimento uniforme (regresso linear),

    identificando os respectivos coeficientes;

    7 O professor dever delimitar pores do grfico correspondentes a subidas e a descidas e disponibilizar aos alunos listas de posies e tempo, no mesmo ressalto ou em ressaltos diferentes. 8 Em alternativa o professor poder fornecer uma tabela y = y(t) com dados reais.

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    Observao de uma experincia em que duas pequenas esferas9 comecem a cair simultaneamente da mesma altura, sujeitas apenas aco da gravidade, (uma com velocidade inicial nula e outra com velocidade horizontal) ou visualizao de uma fotografia estroboscpica correspondente a uma experincia idntica.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: identificar as foras que actuam em cada corpo; prever a relao entre os tempos de chegada dos dois corpos ao solo e a forma das

    respectivas trajectrias; interpretar as observaes efectuadas, decompondo o movimento do projctil

    segundo as direces horizontal e vertical, de modo a: - identificar os dois movimentos como completamente independentes (uniforme

    e uniformemente acelerado); - identificar em cada um destes movimentos, a velocidade inicial, a acelerao

    e a fora e relacionar com a forma das respectivas trajectrias; - aplicar a lei da inrcia ao movimento segundo a horizontal.

    Interpretao do movimento de um satlite numa rbita circular em torno da Terra, com base na explorao da experincia pensada de Newton.10

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: relacionar os sucessivos alcances de um projctil com as respectivas velocidades

    de lanamento; explicar a existncia de uma velocidade mnima para a qual um projctil pode

    passar a descrever um movimento circular em volta da Terra; identificar o perodo, a frequncia e a velocidade de um satlite geoestacionrio e

    relacionar estas grandezas; explicitar que uma fora perpendicular velocidade no altera o seu mdulo mas

    apenas a sua direco; identificar a direco e sentido das grandezas velocidade e acelerao no

    movimento circular com velocidade de mdulo constante; explicar que a acelerao de um satlite geostacionrio independente da sua

    massa.

    Resoluo de exerccios utilizando calculadoras grficas, a partir de situaes reais.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: descrever por palavras suas a informao contida no grfico; analisar e interpretar dados, a partir de grficos, de modo a determinar outras

    grandezas utilizando a noo de declive, traando os grficos correspondentes; prever as caractersticas do movimento a partir da situao descrita; explicitar de forma oral e/ou escrita os raciocnios efectuados durante a resoluo

    dos exerccios; estimar os resultados a obter; criticar os resultados obtidos.

    9 Utilizar um lanador de projcteis ou, na inexistncia deste, realizar a experincia descrita em Hoskins et al. (1983) 10 O professor poder utilizar uma simulao como a apresentada em http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/newt/newtmtn.html

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    Actividades prtico-laboratoriais

    Al 1 Queda livre (1 aula) Questo-problema Dois atletas com pesos diferentes, em queda livre, experimentam ou no a mesma acelerao?

    Pretende-se com esta actividade que o aluno desenvolva uma investigao que o leve a concluir que a acelerao gravtica no depende da massa do corpo nem da altura de queda.

    O aluno dever fazer uma montagem experimental com o material disponvel de modo a deixar cair corpos de massas diferentes11 de diferentes alturas. Dever determinar a velocidade de cada corpo em dois pontos da trajectria e o tempo que leva a percorrer a distncia entre esses pontos, de modo a calcular a acelerao da gravidade. Objecto de ensino Queda livre: fora e acelerao gravtica

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber: Distinguir fora, velocidade e acelerao Reconhecer que, numa queda livre, corpos com massas diferentes experimentam a

    mesma acelerao Explicar que os efeitos de resistncia do ar ou de impulso podem originar

    aceleraes de queda diferentes Determinar, a partir das medies efectuadas, o valor da acelerao da gravidade e

    compar-lo com o valor tabelado Competncias a desenvolver pelos alunos A2, A4, A5, e A7 B1, B4, B5 e B6 C1 a C7

    11 Sugere-se a utilizao de pequenos rectngulos de acetato com uma barra de plasticina numa das extremidades de maneira que o corpo caia na vertical sem inclinar. Variando a espessura da barra de plasticina varia-se a massa do corpo em queda. Com esta soluo, possvel minimizar a resistncia do ar.

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    Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Acetato e barras de plasticina Clula fotoelctrica 8 Digitmetro 4 Fios de ligao

    Sugestes para avaliao O aluno dever:

    Planear a experincia a realizar, explicitando as variveis a controlar Apresentar uma tabela de registos de dados e clculos efectuados Comparar o valor determinado experimentalmente para a acelerao da gravidade

    com o valor tabelado, indicando o desvio percentual e concluir se trata ou no de uma queda livre

    Dar resposta questo problema, com base nos resultados obtidos

    Al 2 Salto para a piscina (1 aula)

    Questo-problema

    Com o material indicado, tentar conceber experincias que permitam: Projectar um escorrega, para um aquapark, de modo que os utentes possam cair em segurana numa determinada zona da piscina. A rampa termina num troo horizontal a uma altura aprecivel da superfcie da gua.

    Pretende-se com esta actividade que o aluno relacione a velocidade de lanamento horizontal de um projctil com o alcance e reveja os seus conhecimentos sobre conservao de energia.

    O aluno dever fazer uma montagem experimental com o material disponvel de modo a lanar horizontalmente um objecto de uma altura pr-definida. Dever determinar a velocidade de sada do escorrega de modo a que o objecto caia numa zona estabelecida. Objecto de ensino

    Lanamento horizontal de um projctil Alcance e velocidade inicial

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber:

    Interpretar o movimento de um projctil lanado horizontalmente como a sobreposio de dois movimentos

    Relacionar o alcance com a posio e velocidade iniciais

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    Competncias a desenvolver pelos alunos A2, A3, A5, A7 B1, B2, B6, B8 C1 a C7

    Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Calha flexvel ou lanador de projcteis 4 Corpo 4 Clula fotoelctrica 4 Digitmetro 4 Fios de ligao

    Sugestes para avaliao

    Apresentar uma sntese das vrias etapas que conduziram resoluo do problema proposto, incluindo: uma tabela de registos de dados e relao entre as variveis controladas que

    justifiquem o procedimento efectuado; o valor da velocidade de sada; o esquema do projecto para a situao real de uma piscina conhecida do aluno; o valor da altura mnima de que se deve comear a escorregar para atingir o

    alcance desejado. Justificar.

    Al 3 Ser necessrio uma fora para que um corpo se mova? (1 aula)

    Questo-problema

    Com o material indicado, tentar conceber experincias que permitam tomar uma posio relativamente questo seguinte: Dois alunos discutem: um diz que preciso aplicar constantemente uma fora a um corpo para que este se mantenha em movimento; o outro afirma que a resultante de foras que actuam sobre um corpo pode ser nula e ele continuar em movimento. Quem tem razo?

    Esta uma questo aberta que deve levar explorao de ambas as respostas. Um aluno poder considerar implicitamente a existncia da fora de atrito e que a fora que preciso aplicar uma fora directamente aplicada, enquanto o outro aluno fala de resultante das foras e por isso considera explicitamente que se houver atrito preciso outra fora, se no houver no o . Nesta perspectiva, os dois alunos no se contradizem.

    Se o primeiro aluno pretende afirmar que a resultante dever ser constantemente diferente de zero para manter o corpo em movimento, haver contradio entre eles.

    Esta uma oportunidade para mostrar a importncia de usar uma linguagem correcta, clara, objectiva e precisa.

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

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    De qualquer modo, pretende-se essencialmente a desmontagem da concepo, ainda muitas vezes persistente, de que imprescindvel existir uma fora para haver movimento

    Nesta actividade, pretende-se que o aluno: identifique as foras que actuam sobre o corpo; reconhea que, no movimento de um corpo apoiado no plano horizontal, a fora

    gravtica equilibrada pela aco do apoio sobre o corpo; estude o movimento de um corpo que se move em linha recta num plano horizontal,

    sujeito a uma resultante de foras diferente de zero, e a alterao deste movimento quando a resultante passa a ser nula;

    analise esta ltima situao no sentido de verificar se este movimento obedece lei da inrcia;

    infira com base nos resultados da experincia se os efeitos do atrito so desprezveis ou considerveis e discuta as solues da questo proposta em ambas as situaes;

    confronte os resultados da experincia com os pontos de vista de Aristteles, de Galileu e, posteriormente, de Newton.

    O aluno dever fazer uma montagem experimental com um carrinho que se move

    sobre um plano horizontal ligado por um fio a um corpo que cai na vertical. O fio que passa na gola de uma roldana deve ter um comprimento tal que permita a anlise do movimento do carrinho na horizontal quando o fio deixa de estar em tenso. Dever determinar valores de velocidade em diferentes pontos do percurso.

    Objecto de ensino

    Interpretao do movimento segundo Aristteles, Galileu e Newton 1 e 2 leis de Newton Movimento uniforme e uniformemente variado

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber:

    Interpretar o conceito de movimento segundo Aristteles, Galileu e Newton Distinguir os pressupostos em que se baseava o conhecimento cientfico para

    Aristteles e para Galileu e Newton Reconhecer que actualmente a Cincia Fsica construda com base na observao

    e na medio Identificar os tipos de movimento com base na determinao de velocidades Interpretar a 1 e 2 leis de Newton

    Competncias a desenvolver pelos alunos A1, A3, A5 e A7 B1, B2, B3, B5 e B8 C1 a C7

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    Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Carrinho 4 Roldana 4 Massas marcadas 4 Digitmetro e clula fotoelctrica ou marcador de tempo e posio

    4

    Fios de ligao

    Sugestes para avaliao

    Esboar o grfico da velocidade do carrinho em funo do tempo; Analisar o movimento do carrinho de modo a inferir se nas condies da

    experincia se pode observar a Lei da inrcia; Confrontar os resultados obtidos com os pontos de vista de Aristteles, Galileu e

    Newton; Com base na investigao histrica e nos resultados da experincia apresentar

    argumentos que respondam questo formulada.

    Al 4 Satlite geoestacionrio (1 aula) Questo problema Um satlite geoestacionrio descreve uma rbita aproximadamente circular altitude de 35880 km e com perodo de 24 horas, independentemente da sua massa. Confrontar esta situao com a de um corpo preso a uma mola elstica sobre uma plataforma rotativa de velocidade angular constante. Nesta actividade, pretende-se que o aluno:

    identifique as caractersticas da fora que actua sobre um satlite geoestacionrio, considerando que descreve uma trajectria circular com velocidade angular constante;

    relacione o mdulo da acelerao no movimento circular de velocidade angular constante com esta e com o raio da trajectria;

    estabelea a diferena entre as caractersticas da fora exercida sobre o satlite e por uma mola elstica.

    O aluno dever:

    fazer uma montagem experimental com um carrinho assente sobre uma placa giratria que se move com velocidade angular constante, ligado a uma extremidade de uma mola elstica centrada na placa;

    medir o perodo do movimento da placa rotativa; medir a intensidade da fora exercida pela mola sobre o carrinho a partir da

    medio do alongamento da mola utilizando um dinammetro; variar a massa do carro, mantendo a velocidade da placa rotativa; medir a massa do carro e o raio da trajectria em cada um dos ensaios.

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

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    Objecto de ensino

    Movimento circular com mdulo de velocidade constante Perodo, velocidade angular, velocidade linear e acelerao Fora exercida sobre o corpo em movimento Fora gravtica

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber:

    Caracterizar o movimento circular com velocidade de mdulo constante Identificar as caractersticas da resultante das foras responsvel pelo

    movimento Determinar o mdulo da velocidade angular a partir do perodo Relacionar a acelerao do movimento com a velocidade angular e o raio da

    trajectria Explicar a razo pela qual um satlite em rbita circular em torno da Terra tem

    uma velocidade orbital independente da sua massa

    Competncias a desenvolver pelos alunos A2, A5, A6 e A7 B2, B7 e B8 C1 a C7 Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Carrinho 4 Mola elstica 4 Massas marcadas 4 Gira-discos ou placa rotativa 4 Dinammetro 4 Cronmetro 4

    Sugestes para avaliao

    Apresentar: a interpretao do movimento do carrinho; uma tabela de registo de dados e os clculos numricos que justificam a relao

    entre a acelerao, a velocidade angular e o raio da trajectria; a resposta questo proposta, identificando as diferenas entre as foras

    responsveis pelos dois movimentos.

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    2. Comunicao de informao a curtas distncias

    Objecto de ensino Transmisso de sinais Sinais Propagao de um sinal: energia e velocidade de propagao (modelo ondulatrio) Onda peridica: periodicidade no tempo e no espao Sinal harmnico e onda harmnica Som Produo e propagao de um sinal sonoro Som como onda mecnica Propagao de um som harmnico Espectro sonoro Sons harmnicos e complexos

    Objectivos de aprendizagem (10 aulas, incluindo AL5 e AL6)

    Esta 2 parte permitir ao aluno saber:

    Identificar um sinal como uma perturbao de qualquer espcie que usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela.

    Reconhecer que um sinal se localiza no espao e no tempo, podendo ser de curta durao ou contnuo

    Identificar diferentes tipos de sinais Interpretar a propagao de um sinal por meio de um modelo ondulatrio Reconhecer que um sinal demora um certo tempo t a percorrer um determinado

    espao x e que, consequentemente, lhe pode ser atribuda uma velocidade de propagao (v = x/t)

    Reconhecer que um sinal se transmite com velocidade diferente em diferentes meios

    Reconhecer que um fenmeno ondulatrio se caracteriza pela existncia de uma perturbao inicial que altera localmente uma propriedade fsica do meio e pela propagao dessa perturbao atravs desse meio

    Identificar fenmenos de propagao ondulatria longitudinal e transversal Identificar sinais que necessitam e que no necessitam de meio elstico para se

    transmitirem. Identificar uma onda peridica como aquela que resulta da emisso repetida de um

    sinal a intervalos regulares, independentemente da sua forma. Associar a periodicidade no tempo de uma onda peridica ao respectivo perodo e a

    periodicidade no espao ao respectivo comprimento de onda Descrever um sinal harmnico simples atravs da funo A sin t Relacionar o perodo com a frequncia do sinal Relacionar a intensidade do sinal com a amplitude da funo que o descreve Interpretar uma onda harmnica como a propagao de um sinal harmnico simples

    (sinusoidal) com uma dada frequncia Relacionar o comprimento de onda da onda harmnica, com o perodo do sinal, com

    base no significado da velocidade de propagao Explicar o sinal sonoro como resultado de uma vibrao de um meio mecnico

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    Interpretar o mecanismo de propagao do sinal sonoro como uma onda longitudinal, proveniente de sucessivas compresses e rarefaces do meio

    Comparar a velocidade do som em diferentes meios Explicar o som ou qualquer onda mecnica como um fenmeno de transferncia de

    energia entre partculas de um meio elstico, sem que exista transporte destas. Identificar diferentes pontos do espao com o mesmo estado de vibrao, com

    base no significado de propagao ondulatria Associar a frequncia de um sinal sonoro harmnico recebido pelo receptor

    frequncia da vibrao que lhe deu origem Localizar as frequncias audveis ao ouvido humano no espectro sonoro Interpretar sons complexos como sobreposio de sons harmnicos

    Actividades prticas de sala de aula

    Discusso sobre diferentes modos de comunicao de informao (a curta e longa distncia) com base em textos adequados.

    Observao da propagao de um impulso12 longitudinal e de um transversal.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: reconhecer que a propagao de um sinal tem uma velocidade finita e dependente

    do meio; distinguir entre a propagao transversal e longitudinal de impulsos; reconhecer que um impulso comunicado a um dado ponto do meio e num

    determinado instante vai aparecer em instantes posteriores ao longo do meio e que o processo se faz com uma determinada velocidade;

    identificar os sinais que s se propagam em meios elsticos e aqueles que tambm se propagam no vazio.

    Observao de sinais harmnicos produzidos por um gerador de sinais e por diapases numa calculadora grfica com ligao a um microfone.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: relacionar a representao grfica obtida na calculadora com a vibrao da

    membrana do microfone; relacionar a amplitude de vibrao com a intensidade do sinal; distinguir, a partir da representao grfica, sinais de frequncias e amplitudes

    diferentes; identificar a funo A sin (t) como aquela que descreve um sinal harmnico,

    fazendo a modelao do grfico obtido.

    Observao da propagao de uma vibrao harmnica com determinada frequncia, atravs de um modelo de ondas longitudinais.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de:

    12 O professor poder utilizar para o efeito uma mola elstica e levar os alunos a estimarem a velocidade de propagao de um impulso ao longo da mola com a ajuda de um cronmetro e fita mtrica.

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    interpretar o movimento de cada ponto do meio ao longo do tempo, identificando-o com o movimento que inicialmente se produz, com a mesma frequncia;

    interpretar em cada instante a configurao do meio (compresses e rarefaces);

    explicar o mecanismo de propagao do som. Audio e observao grfica de sinais sonoros de frequncias diferentes e sons no harmnicos (voz, instrumentos musicais e adio de sons harmnicos).

    O professor dever verificar se o aluno capaz de:

    distinguir sons harmnicos de sons complexos; reconhecer que, em geral, os sons no so harmnicos, mas podem obter-se por

    sobreposio de sons harmnicos. Resoluo de exerccios e problemas sobre os conceitos de frequncia, perodo, comprimento de onda e velocidade de propagao e suas inter-relaes, com base no significado de velocidade de propagao, usando informao escrita (incluindo grficos).

    Actividades prtico-laboratoriais

    Al 5 Osciloscpio (1 aula)

    Questo-problema Perante o aumento da criminalidade tem-se especulado sobre a possibilidade de formas de identificao, alternativas impresso digital. Uma dessas formas poderia ser pela voz. Utilizando um osciloscpio propor um mtodo que permita concretizar a identificao individual desse modo.

    Pretende-se com esta actividade que os alunos aprendam a utilizar um osciloscpio e a extrair informao diversa da representao grfica que vem no ecr (diferenas de potencial em funo do tempo).

    Os alunos tero a oportunidade de compreender os parmetros em jogo, realizando

    medidas de diferena de potencial e de tempo, com uma fonte de tenso contnua, e com fontes de tenso alternada, utilizando geradores de sinais.

    Os alunos devero:

    montar dois circuitos com lmpadas idnticas, um alimentado por um gerador de tenso contnua e outro de tenso alternada;

    ligar os terminais de cada lmpada, utilizando os dois canais do osciloscpio e ajustar as tenses de modo a que as lmpadas tenham o mesmo brilho;

    medir, com o osciloscpio a tenso contnua e o valor mximo da tenso alternada e com um voltmetro a tenso nos terminais das lmpadas, comparando-os.

    medir perodos e calcular frequncias dos sinais obtidos com um gerador de sinais, comparando-os com os valores nele indicados;

    comparar amplitudes e frequncias de sinais sonoros convertidos em sinais elctricos, utilizando um gerador de sinais, um altifalante e um microfone;

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    controlar variveis, utilizando a voz, de modo a dar resposta ao problema proposto.

    Objecto de ensino

    Utilizao do osciloscpio Tenso eficaz Tenso contnua e alternada Funo do microfone e do altifalante Caractersticas de um sinal sonoro

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber:

    Utilizar os controlos do osciloscpio - brilho, focagem, terminais de entrada, terra, base de tempo e ganho, para:

    medir tenses contnuas e alternadas mostrar no ecr, simultaneamente, a variao temporal de duas tenses medir amplitudes e perodos e calcular frequncias de uma tenso

    sinusoidal relacionar amplitudes e frequncias de diferentes sinais sonoros reconhecer que o valor da tenso alternada lido por um voltmetro (tenso

    eficaz) inferior ao valor mximo da tenso alternada

    Competncias a desenvolver pelos alunos A1, A2, A3, A5 e A6 B6 e B8 C1 a C7 Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Fonte de tenso alternada 4 Fonte de tenso contnua 4 Voltmetro 4 Interruptor 4 Lmpada de baixa potncia 8 Osciloscpio de feixe duplo 4 Gerador de sinais 4 Microfone 4 Altifalante 4 Fios de ligao e crocodilos

    Sugestes para avaliao Apresentar resposta fundamentada ao problema proposto.

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    AL 6 Velocidades do som e da luz (1 aula) Questo-problema Dois amigos divertem-se a imaginar modos de medir o comprimento de um tnel por processos diversos. Um deles sugere que se emita simultaneamente um som intenso e um sinal LASER numa extremidade do tnel. Segundo ele a diferena entre os instantes de chegada dos dois sinais outra extremidade permitiria determinar o comprimento desejado.

    Com base na realizao de uma actividade experimental e fazendo as pesquisas necessrias discutir as condies em que este processo poder ter xito.

    Pretende-se com esta actividade que o aluno se aperceba, a partir de determinaes experimentais e de consulta de informao, da grande diferena entre as ordens de grandeza das velocidades da luz e do som, em qualquer meio, bem como dos parmetros que influenciam este valor (temperatura e humidade).

    A velocidade do som deve ser medida de uma forma conceptualmente simples e intuitiva, utilizando a medio do tempo de percurso de um impulso sonoro em diferentes distncias.

    Os alunos devero:

    fazer a montagem para a determinao da velocidade do som no ar, ligando um microfone a um osciloscpio atravs de um amplificador e colocando-o junto das extremidades de uma mangueira;

    colocar o disparo do osciloscpio no modo normal e utilizar o trigger externo ligado entrada do amplificador onde se ligam tambm os terminais do microfone;

    medir, no osciloscpio, o intervalo de tempo entre os dois picos correspondentes aos impulsos13 entrada e sada da mangueira;

    calcular o valor da velocidade do som no ar; comparar o valor obtido experimentalmente para a velocidade do som no ar com

    valores tabelados e calcular o desvio percentual. Objecto de ensino

    Velocidade de propagao de uma radiao electromagntica em diferentes meios Velocidade de propagao do som em diferentes meios

    Objectivos de aprendizagem

    Esta actividade permitir ao aluno saber: Determinar a velocidade de propagao de um sinal a partir do intervalo de tempo

    que este leva a percorrer uma determinada distncia Comparar ordens de grandeza dos valores das velocidades do som e da luz

    13 Poder recorrer-se a uma tampa de refrigerante para obter um impulso sonoro.

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    Competncias a desenvolver pelos alunos

    A3, A4, A5, A6 e A7 B2, B4, B7 e B8 C1 a C7 Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Osciloscpio com trigger externo 4 Microfone 4 Amplificador 4 Mangueira de 10 m a 20 m de comprimento 4 Gerador de sinais 4

    Sugestes para avaliao Apresentar resposta fundamentada questo proposta que inclua:

    o resultado da determinao da velocidade do som no ar, afectado do desvio percentual relativamente ao valor tabelado;

    a comparao das ordens de grandeza dos valores medidos para a velocidade do som no ar e obtido por consulta para a velocidade da luz no ar e no vazio;

    a discusso das condies em que o mtodo aplicvel.

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    Mdulo 5 Fsica e Qumica (1 parte - Fsica) - Comunicaes a Longas Distncias

    Introduo

    Dando continuidade ao estudo iniciado no mdulo anterior prossegue-se com o tema Comunicaes a longas distncias.

    O estudo da induo electromagntica justifica-se pela necessidade do uso de microfones e altifalantes na comunicao sonora. Serve tambm para facilitar a interpretao grfica dos sinais observados nos osciloscpios, reforando a ideia da imprescindvel converso dos sinais sonoros em elctricos.

    No estudo da lei de induo de Faraday ser introduzida a noo de fluxo. Os conceitos de campo elctrico e magntico (este ltimo j abordado no 3 ciclo)

    sero estudados qualitativamente, em termos da sua origem, aco, caractersticas, zonas de maior ou menor intensidade, apenas a partir da observao de espectros elctricos e magnticos e da sua representao pelas respectivas linhas de campo. No se pretende o estudo de qualquer expresso de intensidade dos campos.

    A actividade de natureza histrica visa as finalidades gerais de tarefas deste tipo, tendo a particularidade de poder ser ilustrada com demonstraes experimentais que ajudaro a compreender a evoluo dos conceitos e a orientao para novas descobertas. Ser a partir desta actividade que iro emergir os conceitos bsicos compreenso da importncia fundamental da radiao electromagntica na transmisso de informao a longas distncias, sem recorrer a um modelo complexo de onda electromagntica.

    Lidando o aluno diariamente com a recepo de informao atravs de ondas hertzianas, considerou-se imprescindvel referir processos de modulao, embora no se pretenda um tratamento matemtico.

    Sugere-se uma actividade para realizar na sala de aula, com o objectivo de levar os alunos a compreender como possvel transmitir informao sonora utilizando ondas electromagnticas.

    Os fenmenos de reflexo, refraco, reflexo total, difraco e absoro de ondas devero ser estudados no laboratrio. A actividade (proposta para duas aulas) permitir estudar os diferentes comportamentos e condies em que estes fenmenos podem ser observados com radiaes de frequncias diferentes: microondas e LASER. Permitir tambm compreender que aqueles fenmenos, comuns a qualquer tipo de onda, so fundamentais nos processos de comunicao. Quando a escola no possuir o material indicado para as actividades laboratoriais propostas, poder optar por material alternativo, desde que cumpra os mesmos objectivos.

    Das 18 aulas previstas (6 semanas) para a 1 parte do mdulo 4, fez-se uma

    programao apenas para 16 aulas, de modo a que o professor possa gerir as restantes de acordo com as necessidades dos seus alunos e eventuais condicionamentos. Objecto de ensino Microfone e altifalante Finalidades Campo magntico e campo elctrico. Unidades SI Linhas de campo

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    Fluxo magntico atravs de uma e de vrias espiras condutoras Induo electromagntica Fora electromotriz induzida. Lei de Faraday A radiao electromagntica na comunicao Produo de ondas de rdio: trabalhos de Hertz e Marconi Transmisso de informao Sinal analgico e sinal digital Modulao de sinais analgicos, por amplitude e por frequncia Reflexo, refraco, reflexo total, absoro e difraco de ondas14 Bandas de radiofrequncia

    Objectivos de aprendizagem (16 aulas, incluindo AL7)

    Este tema permitir ao aluno saber: Identificar as finalidades de um altifalante e de um microfone Identificar um campo magntico B

    r como a grandeza que se manifesta atravs da

    aco que exerce sobre manes naturais e correntes elctricas Reconhecer que um campo magntico B

    r tem a sua origem em manes naturais e em

    correntes elctricas Identificar o campo elctrico E

    r como a grandeza que se manifesta atravs da aco

    que exerce sobre cargas elctricas Reconhecer que um campo elctrico E

    r tem a sua origem em cargas elctricas e em

    campos magnticos variveis Identificar zonas de campo elctrico e magntico mais ou menos intenso e zonas de

    campo aproximadamente uniforme, a partir da observao de espectros elctricos e magnticos e da sua representao pelas respectivas linhas de campo

    Exprimir as intensidades dos vectores campo elctrico Er

    e campo magntico Br

    em unidades SI.

    Identificar o fluxo magntico que atravessa uma espira ( = B A cos), como o produto da intensidade de campo magntico que a atravessa perpendicularmente pela sua rea, e explicar as condies que o tornam mximo, mnimo ou nulo. Generalizar para vrias espiras

    Explicar em que consiste o fenmeno de induo electromagntica Explicar como se produz uma fora electromotriz induzida num condutor em termos

    dos movimentos deste que originam variaes do fluxo Identificar fora electromotriz induzida como a taxa de variao temporal do fluxo

    magntico (Lei de Faraday) Exprimir o valor de uma fora electromotriz em unidades SI Relacionar a fora electromotriz de um gerador com a energia que este pode

    disponibilizar Explicar o funcionamento de um microfone de induo e de um altifalante Compreender as limitaes de transmitir sinais sonoros a longas distncias, em

    comparao com a transmisso de sinais electromagnticos, e consequente necessidade de usar ondas electromagnticas (ondas portadoras) para a transmisso de informao contida nos sinais sonoros

    14 Assunto a ser estudado na actividade laboratorial AL7

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    Reconhecer marcos importantes na histria do Electromagnetismo e das comunicaes (trabalhos de Oersted, Faraday, Maxwell, Hertz e Marconi)

    Explicitar a necessidade de converter um sinal sonoro num sinal elctrico de modo a poder modular uma onda electromagntica

    Distinguir um sinal analgico de um sinal digital Distinguir um sinal modulado em amplitude (AM) de um sinal modulado em frequncia

    (FM) pela variao que o sinal a transmitir produz na amplitude ou na frequncia da onda portadora, respectivamente

    Reconhecer que parte da energia de uma onda incidente na superfcie de separao de dois meios reflectida, parte transmitida e parte absorvida

    Reconhecer que a repartio da energia reflectida, transmitida e absorvida depende da frequncia da onda incidente, da inclinao do feixe e das propriedades dos materiais

    Enunciar as leis da reflexo e da refraco Relacionar o ndice de refraco da radiao relativo entre dois meios com a relao

    entre as velocidades de propagao da radiao nesses meios Explicitar as condies para que ocorra reflexo total da luz, exprimindo-as quer em

    termos de ndice de refraco, quer em termos de velocidade de propagao Reconhecer as propriedades da fibra ptica para guiar a luz no interior da fibra

    (transparncia e elevado valor do ndice de refraco) Explicar em que consiste o fenmeno da difraco e as condies em que pode

    ocorrer Explicar, com base nos fenmenos de reflexo, refraco e absoro da radiao na

    atmosfera e junto superfcie da Terra, as bandas de frequncia adequadas s comunicaes por telemvel e transmisso por satlite

    Reconhecer a utilizao de bandas de frequncia diferentes nas estaes de rdio, estaes de televiso, telefones sem fios, radioamadores, estaes espaciais, satlites, telemveis, controlo areo por radar e GPS e a respectiva necessidade e convenincia

    Actividades prticas de sala de aula

    Interpretao das propriedades do campo elctrico e magntico atravs da observao experimental de espectros ou de esquemas representativos das respectivas linhas de campo (campos criados por cargas elctricas pontuais, cargas do mesmo sinal e de sinal contrrio, placas paralelas com cargas de sinal contrrio, manes, fio rectilneo percorrido por uma corrente elctrica e bobinas).

    O professor dever verificar se o aluno capaz de:

    reconhecer a aco de um campo elctrico sobre cargas elctricas e de um campo magntico sobre agulhas magnticas;

    reconhecer que uma carga elctrica origina um campo elctrico e que manes e cargas elctricas em movimento (correntes) originam um campo magntico;

    visualizar as propriedades de diferentes campos elctricos e magnticos atravs das linhas de campo, reconhecendo semelhanas e diferenas.

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    Observao do aparecimento de uma fora electromotriz induzida quando se varia o fluxo do campo magntico, identificando modos de fazer variar o fluxo.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: indicar as condies necessrias produo de uma fora electromotriz induzida

    num condutor; enunciar a lei de Faraday.

    Resoluo de exerccios e problemas que envolvam o conceito de fluxo magntico e a lei de Faraday. Pesquisa e debate sobre a experincia de Hertz e os trabalhos de Marconi que levaram produo de ondas de rdio e transmisso de som atravs destas. A discusso dever proporcionar oportunidade para debater o papel da previso terica (referncia a Maxwell) e da confirmao experimental para o avano da Cincia e da Tecnologia.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: descrever e interpretar a experincia do dipolo de Hertz; associar a emisso e recepo de ondas de rdio por antenas com o que se passa na

    bobina de fasca e na de induo; reconhecer a importncia da experincia de Hertz na comprovao da teoria de

    Maxwell; explicar, relacionando as experincias de Oersted, Faraday e Hertz, que a Cincia

    se vai construindo com pequenos avanos que induzem novas descobertas; identificar uma situao em que os interesses econmicos provocam o

    desenvolvimento tecnolgico, partindo de uma descoberta cientfica - a transmisso de ondas de rdio a longas distncias, pela primeira vez, pelo inventor italiano Marconi, com base nos trabalhos do fsico alemo Hertz;

    relacionar o trabalho destes trs homens (Maxwell, Hertz e Marconi) com os grandes meios actuais de comunicao, por eles nunca imaginados - a rdio, a televiso e a comunicao por satlite;

    reconhecer neste exemplo histrico, a importncia da Fsica como proporcionadora de meios para a evoluo da sociedade - na sua educao, cultura, economia, etc.

    Utilizao da calculadora grfica ligada a um sensor de luz para observar um sinal digital resultante da passagem de um carto com fendas, simulando um cdigo de barras.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: distinguir um sinal analgico de um sinal digital; associar um sinal analgico a uma funo contnua no tempo; associar um sinal digital a uma srie de impulsos num sistema binrio.

    Observao e interpretao de uma experincia15 ou de uma simulao para que o aluno se aperceba que, para transmisso de sons a longas distncias, se

    15 Material necessrio para a realizao da experincia: osciloscpio, microfone, amplificador, gerador de sinais, gerador de sinais com funo AM e FM, diapases.

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    utilizam ondas electromagnticas de determinadas frequncias submetidas a processos de modulao. Pretende-se a observao de modulaes em amplitude e em frequncia, adicionando a uma onda portadora a informao que se pretende transmitir.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: compreender as limitaes de transmitir sinais sonoros a grandes distncias, em

    comparao com a transmisso de sinais electromagnticos, e consequente necessidade de usar ondas electromagnticas (portadoras) para a transmisso de informao contida nos sinais sonoros;

    explicitar a necessidade de converter um sinal sonoro num sinal elctrico de modo a modular uma onda electromagntica;

    distinguir um sinal modulado em amplitude (AM) de um sinal modulado em frequncia (FM), pela variao que o sinal a transmitir provoca, respectivamente, na amplitude e na frequncia da onda portadora;

    representar esquematicamente um sinal modulado em AM e FM e as respectivas ondas portadoras e sinais a transmitir;

    reconhecer que a informao transmitida por modulao se propaga velocidade da luz no respectivo meio.

    Explorao crtica de uma experincia16 sobre propagao de informao por fibra ptica.

    O professor dever verificar se o aluno capaz de: reconhecer a necessidade de modular o sinal electromagntico de um laser com um

    sinal sonoro; identificar o processo de propagao na fibra ptica por sucessivas reflexes

    internas; reconhecer a necessidade de desmodular o sinal e transform-lo de novo em sinal

    sonoro para se tornar audvel. Actividades prtico-laboratoriais

    Al 7 Comunicaes por radiao electromagntica (2 aulas)

    Questo-problema Nas comunicaes por telemvel e via satlite so utilizadas microondas de determinadas faixas de frequncias. Em grandes cidades so construdas torres altas que suportam um conjunto de antenas parablicas de modo a permitir a propagao ponto a ponto das microondas acima do topo dos edifcios. Com base na realizao de uma actividade experimental procurar interpretar esta situao.

    16 Introduzir um sinal sonoro num modulador com LASER, utilizando um microfone. Intercalar uma fibra ptica entre a sada do modulador e o receptor (com detector de luz) que permite a desmodulao. Ouvir atravs de um altifalante o sinal sonoro transmitido.

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    Pretende-se com esta actividade que o aluno compreenda os princpios bsicos da transmisso de informao por radiao electromagntica, a partir de observaes experimentais dos fenmenos de reflexo, refraco, absoro e difraco. ainda objectivo desta actividade que o aluno compreenda que estes fenmenos so comuns a qualquer tipo de ondas, observando-os com microondas, ultra-sons, LASER ou luz visvel17.

    Por uma questo de segurana, as experincias com LASER devero ser realizadas pelo professor.

    Os alunos devero:

    fazer a montagem do equipamento de modo a: detectar o aumento de atenuao com a distncia ao emissor; intercalar, entre o emissor e o receptor, obstculos de materiais diferentes (gua,

    vidro, glicerina, tijolo, madeira, plstico, metal, papel, pano seco e molhado). Explorar nas suas vizinhanas, em vrias posies, a intensidade da radiao de forma a estudar o comportamento da radiao na presena destes materiais no que respeita aos fenmenos de absoro, reflexo, refraco, reflexo total e difraco;

    medir os ngulos de incidncia e de reflexo numa placa reflectora; direccionar o feixe com uma superfcie parablica.

    Objecto de ensino

    Transmisso de informao por radiao electromagntica Reflexo, refraco, reflexo total, absoro e difraco Bandas de frequncia para diferentes tipos de transmisso

    Objectivos de aprendizagem Esta actividade permitir ao aluno saber:

    Reconhecer que parte da energia de uma onda electromagntica incidente na superfcie de separao de dois meios reflectida, parte transmitida e parte absorvida

    Reconhecer que a repartio da energia reflectida, transmitida e absorvida depende da frequncia da onda incidente, da inclinao do feixe e das propriedades dos materiais

    Enunciar as leis da reflexo e da refraco Relacionar o ndice de refraco relativo entre dois meios com a relao entre as

    velocidades de propagao da radiao nesses meios Explicitar as condies para que ocorra reflexo total, exprimindo-as, quer em

    termos de ndice de refraco, quer em termos de velocidade de propagao Reconhecer as propriedades da fibra ptica para guiar a luz no interior da fibra

    (transparncia e elevado valor do ndice de refraco) Explicar, com base nos fenmenos de reflexo, refraco e absoro na atmosfera

    e junto superfcie da Terra, as bandas de frequncia adequadas s comunicaes por telemvel e transmisso por satlite

    Reconhecer a utilizao de bandas de frequncia diferentes nas estaes de rdio, estaes de televiso, telefones sem fios, radioamadores, estaes espaciais, satlites, telemveis, controlo areo por radar e GPS

    17 Estas actividades sero realizadas de acordo com o material existente na escola

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    Competncias a desenvolver pelos alunos A1, A2, A3, A4 e A5 B5, B6, B7 e B8 C1 a C7 Material e equipamento por turno

    Material e equipamento Quantidades Kit de microondas18 4 Caixa de alimentao adequada 4 Anteparos de vrios materiais (vidro, metal, madeira, cermico, papel, tecido)

    4

    Placas de metal de vrias dimenses Parafina lquida, glicerina, gua Fios de ligao LASER 1 Diapositivo com fenda para difraco 1 Lmina de faces paralelas 1 Prisma de reflexo total 4 Fibra ptica 1 Recipiente com gua 1 Fluorescena

    Sugestes para avaliao Apresentar:

    a resposta questo problema, com base nas experincias realizadas de modo a justificar a necessidade de:

    - existirem vrias antenas repetidoras e de um limite para a distncia entre elas;

    - antenas parablicas com determinadas dimenses; - as antenas se situarem a alturas apreciveis do nvel do solo.

    uma tabela de registo de dados e os clculos numricos para a determinao de ndice de refraco relativo, utilizando radiao electromagntica;

    a explicao da constituio de uma fibra ptica, com base nas diferenas de ndices de refraco dos materiais que a constituem.

    18 Na impossibilidade de dispor destes kits o professor dever adaptar a actividade utilizao de equipamento disponvel para o estudo dos referidos fenmenos ondulatrios

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    Mdulo 5 Fsica e Qumica (2 parte - Qumica) - Qumica e Indstria: Equilbrios e

    Desequilbrios Introduo

    Muitas reaces qumicas tendem para uma situao de esgotamento dos reagentes. Outras, como a sntese do amonaco (processo de Haber), por serem incompletas, tm de

    ser controladas para produzir rendimentos aceitveis. Tais reaces, podendo ocorrer nos dois sentidos, envolvem competio entre transformaes opostas uma da outra. Quer umas quer outras, podero manter-se num estado estacionrio se o sistema for alimentado continuadamente de matria e controladas a temperatura e presso.

    A capacidade dos qumicos para manipular estas reaces de tal modo que a reaco desejada seja favorecida em detrimento da outra, a no desejada, depende da compreenso dos factores que, em geral, afectam a situao de equilbrio dos sistemas. Compreender a influncia de tais factores importante ao nvel da bancada de laboratrio, nas instalaes fabris e tambm na aprendizagem formal dos alunos acerca da qumica e da sua relevncia para a interpretao de situaes do quotidiano.

    O conceito de equilbrio qumico, eventualmente pelo seu carcter abstracto e pela exigncia do domnio de um largo nmero de outros conceitos qumicos, tem-se revelado de difcil compreenso, sendo elevado o nmero de concepes alternativas identificadas e referenciadas em literatura do mbito da Didctica da Qumica. De entre as concepes (cerca de vinte) que, marcadamente, os alunos evidenciam, destaca-se a viso esttica do equilbrio qumico (nenhuma reaco ocorre), a viso compartimentada do equilbrio (sistema constitudo por dois compartimentos individualizados para as reaces directa e inversa), a igualdade de concentraes de reagentes e de produtos na situao de equilbrio, o recurso a modelos hbridos (cintico e termodinmico) para interpretao dos valores da constante de equilbrio e ainda a generalizao inadequada da aplicao da lei de Le Chtelier. Muitos destes estudos orientam ainda ou sugerem estratgias de ensino para ultrapassar algumas das dificuldades identificadas.

    No entanto, o conceito de equilbrio qumico muito importante no s como construo terica do domnio da Qumica conceptual, mas tambm porque essencial para a compreenso de muitos fenmenos em reas como cido-base, oxidao-reduo e solubilidade.

    fundamental para a vida que haja situaes de equilbrio como, por exemplo, a formao do hidrogenocarbonato e a existncia do oxignio dissolvido na gua dos mares. Porm, no desequilbrio desses sistemas que a vida real decorre, pois que os efeitos espectaculares das reaces qumicas no se manifestam nunca no equilbrio, mas apenas quando as reaces progridem, ou seja, quando o sistema evolui.

    Mas a importncia do equilbrio qumico na actualidade reflecte-se particularmente na produo industrial. A indstria qumica desenvolveu-se nos finais do sculo XVIII. At ento, os artefactos eram de elaborao artesanal. A revoluo industrial veio modificar drasticamente as condies de laborao, permitindo avanos tecnolgicos e cientficos notveis, autnticos marcos no desenvolvimento da actual civilizao. A indstria qumica teve neste contexto um papel primordial. Assim, a primeira obteno industrial de cido sulfrico data de 1746, e o seu desenvolvimento a partir de ento e at actualidade, na mira do processo mais rentvel, pelo enorme nmero de usos a que se destina, justifica a frase de Liebig (1803-1873): "A prosperidade comercial de uma nao pode ser medida pela quantidade de cido sulfrico que consome".

  • Fsica e Qumica A 11 Ano

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    Do mesmo modo, a produo de amonaco preocupou os cientistas desde muito cedo. A alimentao da populao mundial em crescimento exponencial necessita de quantidades de fertilizantes em grande escala e de baixo custo, sendo que muitos deles se podem obter a partir do amonaco. Fritz Haber (1868-1934), na procura de solues para a optimizao do processo de obteno do amonaco, debate-se com o dilema posto pelo equilbrio: ter de usar altas temperaturas para conseguir uma taxa de converso aceitvel, mas comprometendo deste modo a extenso da reaco, que se tornaria muito baixa. ento que descobre o efeito do ferro como catalisador, baixando a energia de activao da reaco. Carl Bosch (1874-1940), engenheiro qumico, colega de Haber, trabalhando nos limites da tecnologia da poca, desenha o processo industrial cataltico de altas presses e altas temperaturas, ainda hoje utilizado como nico meio de produo de amonaco e conhecido por processo de Haber-Bosch. Os resultados destes trabalhos foram de tal modo importantes que os conduziram a ambos ao Prmio Nobel da Qumica (Haber em 1918 e Bosch em 1931).

    Controlar as condies que afectam os diferentes equilbrios que constituem o processo de formao destes e de outros produtos, optimizando a sua rentabilidade, um dos objectivos da Cincia/Qumica e da Tecnologia para o desenvolvimento da sociedade. O compromisso entre equilbrios e desequilbrios, cujos efeitos foram detectados e explicados por Henri Louis Le Chtelier (1850-1936), constitui o cerne do princpio com o mesmo nome, que mais no que uma consequncia de duas leis mais gerais, a da conservao da energia e a 2 lei da Termodinmica e, noutra perspectiva, de um enunciado generalizado com muitas analogias em reas diversificadas do conhecimento: a lei de Lenz na Fsica, a lei da procura e da oferta na Economia, o princpio do equilbrio homeosttico na Biologia, o princpio geolgico da isostasia da sublevao da crosta terrestre, mostrando, em ltima anlise que, sendo a estabilidade uma tendncia natural do universo, vive-se na senda do estabelecimento e da compreenso dos mecanismos que, sendo capazes de a perturbar, so igualmente susceptveis de a restabelecer.

    Das 18 aulas previstas para esta parte do Mdulo 5, fez-se uma programao apenas para 16 aulas (24 horas), sendo trs (4,5 horas) de ndole prtico-laboratorial, de modo a que o(a) Professsor(a) possa gerir as restantes, de acordo com as necessidades dos alunos e de eventuais condicionamentos. Contempla-se ainda a visita de estudo facultativa (VE) a uma instalao industrial, de preferncia qumica, a qual dever ser negociada com uma das empresas da regio da escola ou outras. fundamental, em termos educativos, que os alunos tenham oportunidade de contactar com sistemas industriais em laborao, conheam actividades profissionais e se apercebam da transposio que necessrio fazer ao passar de um ensaio qumico escala laboratorial para a escala industrial.

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    Diagrama conceptual para "Qumica e Indstria: Equilbrios e Desequilbrios"

    Materiais ouMatria-prima

    Substncias podeminteragiratravs de

    so

    Gases daAtmosfera

    Extenso daRQ directa

    Equilbriodinmico

    o que lhe conferecaractersticas de um

    Temperatura Presso Concentrao

    Le Chatelier

    Factores que influenciamo sentido global deprogresso das RQ

    Igual rapidezdas reaces

    directa einversa

    Conservaoda

    concentraodos

    componentesda misturareaccional

    contm

    extrado pordestilao do ar

    lquido e usado no

    N2

    Gs naturalNafta

    Combustes

    Outros

    podem evoluir, emsistema fechado, para

    O2

    Grau de pureza

    em sistemaaberto so

    Incompletas

    Rendimento ()

    classificam-se quanto

    Reaces Qumicas(RQ)

    tm diferente

    avalia a

    Constante deequilbrio - K

    ( temperatura T)

    Processo de Haber

    Novas substncias

    originando

    Problemasambientais e de

    sade

    interpretado atravs da lei de

    Equilbrio Qumico ( )

    usa-

    se n

    a

    que so

    controla-se e optimiza-seatravs de

    pode ser alteradoatravs de

    Quociente da Reaco (Q)

    H2

    Completas

    mole (mol)

    Quantidade desubstncia (n)

    cuja unidade SI

    taiscomo

    Combustveis fsseis

    podeoriginar

    usado no

    identificado pela traduzido pela

    impl

    ican

    d o

    so

    obtm-se

    Sntese Industrial do amonaco

    Amonaco

    adubosexplosivoscorantesoutros

    podem causar

    matria primapara o fabrico de

    interpretado

    Endoenergticas

    Exoenergticas

    extenso em variao daentalpia

    podedeterminar-se o

    utilizando, porexemplo, agrandeza uma situao de

    No Equilbrio Qumico

    avaliada a partir do

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    Objecto de ensino 1. Produo e controlo a sntese industrial do amonaco 1.1. O amonaco como matria-prima

    A reaco de sntese do amonaco Reaces qumicas incompletas Aspectos quantitativos das reaces qumicas Quantidade de substncia Rendimento de uma reaco qumica Grau de pureza dos componentes de uma mistura reaccional Amonaco e compostos de amnio em materiais de uso comum - AL 1

    1.2. O am