Estação meteorológica artesanal: uma atividade interdisciplinar

Transcrição

1 TÍTULO DO PROGRAMA Quanto pesa uma nuvem? SINOPSE DO PROGRAMA Uma das ciências mais comentadas no dia a dia, a Meteorologia é uma área do conhecimento que envolve a análise de dados atmosféricos, geográficos, marinhos e muitos mais. Ela tenta compreender e prever os fenômenos climáticos que podem influenciar a agricultura, os transportes ou apenas a escolha da roupa para o trabalho. O documentário conta a história dessa ciência que há séculos tem evoluído: saindo do campo das superstições e chegando a mais alta tecnologia. Os professores de Física e Química, convidados para o programa, aproveitam o conteúdo do documentário e mostram como é possível construir uma estação meteorológica dentro das escolas. Professores Anderson Pifer Física Patrícia Grupi Química TÍTULO DO PROJETO Estação meteorológica artesanal: uma atividade interdisciplinar APRESENTAÇÃO O documentário Quanto pesa uma nuvem? é uma produção francesa que aborda vários elementos relacionados à meteorologia. Dentre os assuntos apresentados, pode-se destacar a dinâmica atmosférica, as modificações gasosas que ocorrem com o aumento de temperatura e as interferências no clima de determinada região. 1

2 É uma ótima oportunidade para a Física e a Química trabalharem os conceitos relacionados às variáveis de estado em transformações gasosas, no estudo das Leis Gerais dos Gases. UM OLHAR PARA O DOCUMENTÁRIO A PARTIR DA QUÍMICA E DA FÍSICA DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE Como o estudo dos gases são presentes, tradicionalmente, tanto nos currículos de Física e Química, propomos que, desde o começo, o trabalho seja desenvolvido simultaneamente por ambos os professores. Sugerimos que, conforme a prática, um dos professores poderá trabalhar leitura e interpretação de gráficos, enquanto o outro promoverá uma discussão conceitual sobre as grandezas envolvidas; as variáveis de estado. A partir dos conceitos apresentados no documentário, o professor de Química poderá trabalhar em conjunto com o de Física os conteúdos da dinâmica atmosférica, que compreendem tópicos como: as transformações gasosas e a Equação de Clapeyron. Além disso, as aulas podem utilizar a interpretação de gráficos provenientes do próprio documentário, com duas ou três variáveis diferentes como altitude, pressão e temperatura (figura 1) para a descrição da atmosfera. É importante salientar que esses são alguns dos fatores que alteram o clima e a dinâmica atmosférica. A variação da agitação molecular (temperatura) pode ser explicada pela variação da altitude (figuras 2 e 3). 2 Figura 1: trecho do vídeo em Figura 2: trecho do vídeo em

3 Figura 3: trecho do vídeo em O professor também poderá iniciar o assunto com a interpretação do gráfico da composição atmosférica (figura 4). Figura 4: A seguir, abordaremos as transformações físicas dos gases, descritas matematicamente pela conhecida Equação Geral dos Gases Ideais, além de detalhar a transformação isobárica (Lei de Charles/Gay-Lussac), isocórica e isotérmica (Lei de Boyle-Mariotte). 3

4 Essas transformações acontecem quando uma massa de gás interage com o ambiente que lhe fornece ou retira energia ou trabalho. Em um dado estado, as variáveis podem ser relacionadas pela Lei de Clapeyron. Neste caso, deve-se levar em consideração a constante de proporcionalidade - também chamada de constante universal dos gases (R). Ao final do trabalho, os alunos deverão ser capazes de utilizar as leis da Química e da Física para interpretar os processos naturais, os descritos no documentário, bem como compreender conceitos relacionados à leitura, construção e interpretação de gráficos. Este assunto pode ser facilmente trabalhado com um experimento que simula a formação de nuvens, sendo possível medir a variação de temperatura em função da variação de pressão num sistema com volume constante. < =104& SIMULANDO+ UM+FENOMENO+METEOROLOGICO> Entretanto, como experimentos deste tipo fornecem informações somente sobre as variáveis macroscópicas do sistema, sugerimos trabalhar também com simulações de computadores. Nestes programas é possível ajustar valores para estas grandezas e visualizar o comportamento dos átomos que compõem o gás no interior do recipiente. Como exemplo de programa, indicamos o molecularium. Ao entrar no site ( clique na sessão que deseja trabalhar (temperatura, pressão, interações intermoleculares, etc.) e altere as variáveis de estado como desejar. UMA CONVERSA ENTRE AS DISCIPLINAS DESCRIÇÃO DO PROJETO INTERDISCIPLINAR OU DAS POSSÍVEIS RELAÇÕES QUE PODEM SER CONSTRUÍDAS Introdução e justificativa 4

5 O estudo da Meteorologia agrega áreas das Ciências Naturais, como Física e Química. Essa Ciência é importante para a formação social e política das pessoas, especialmente para os alunos do Ensino Básico. O entendimento dos fenômenos atmosféricos pode contribuir para uma visão global de problemas que envolvem diversas áreas como: saúde, política e educação. Esta atividade tem como objetivos: Aplicação de conceitos de Física e Química (e outras áreas, como a Geografia) na compreensão de fenômenos meteorológicos; Despertar nos alunos o interesse pela meteorologia, características climáticas e suas alterações, numa perspectiva interdisciplinar, utilizando instrumentos construídos artesanalmente; Familiarização com os conceitos e a instrumentação básica da meteorologia pela observação, medição, organização, apresentação e interpretação dos dados registrados. As propostas trazidas pela Física e Química permitem que o professor trabalhe a atividade com alunos da 2ª e 3ª série do Ensino Médio, após abordar os conceitos de Termologia e o estudo das Leis Gerais dos Gases. 1ª Etapa Apresentação da Proposta e Motivação Após a reprodução do vídeo, os professores envolvidos poderão realizar a seguinte pergunta aos alunos: O que podemos medir na atmosfera, com o objetivo de caracterizar as condições do tempo? As respostas apresentadas pelos alunos podem ser anotadas na lousa. A seguir, algumas das possíveis respostas: temperatura, vento, umidade (relativa) do ar, chuva, imagens de satélites, nuvens, pressão atmosférica, etc. Neste momento, os professores apresentam aos alunos a proposta da construção de uma estação meteorológica artesanal e a necessidade do registro de dados sobre o tempo. 5

6 O professor deve separar a classe em grupos e entre eles direcionar as medições e registro das variáveis atmosféricas locais, que serão utilizadas para a confecção de gráficos e tabelas. Propomos a construção dos seguintes instrumentos: anemômetro, anemoscópio, barômetro, pluviômetro e o psicrômetro. O termômetro pode ser adquirido em uma loja especializada. A tabela a seguir apresenta a sugestão para a organização dos grupos e suas devidas tarefas. Esta tabela também pode auxiliar o professor na avaliação dos grupos. Grupos Tarefas 1 e 2 Construção do Anemômetro e do Anemoscópio e registro das medidas 3 e 4 Construção do Psicrômetro e registro das medidas 5 e 6 Construção do Pluviômetro e registro das medidas 7 Construção do Barômetro e registro das medidas nos termômetros Tabela 1: relação dos grupos e suas respectivas tarefas. Algumas tarefas podem ser realizadas por dois grupos, podendo ser realizada a comparação entre as medidas. 2ª Etapa Construção da Estação Meteorológica Nesta etapa os professores envolvidos explicarão o funcionamento dos instrumentos, bem como os procedimentos para a sua construção. A seguir, apresentamos uma breve descrição sobre a construção dos instrumentos meteorológicos artesanais. Um guia completo para a construção dos equipamentos Material Dois termômetros idênticos; pode ser encontrado nos links apresentados nas Elásticos; referências no final dessa ficha. Base de madeira; Gaze; Pote com água. Psicrômetro 6

7 O psicrômetro tem a finalidade de medir a umidade relativa do ar. Para a sua construção, dois termômetros são fixados em uma base de madeira: um com o bulbo descoberto e outro com o bulbo coberto por uma bolsa de tecido (gaze) umedecida, como mostra a figura ao abaixo. Figura 5: A temperatura do segundo termômetro é, pelo arranjo, inferior à do primeiro, porque a água evaporada da gaze resfria o bulbo. Quanto menor a umidade do ar, tanto maior é o resfriamento da gaze. A partir da diferença de leitura entre os dois termômetros e com a ajuda de uma tabela, podemos encontrar o valor da umidade relativa do ar. A tabela está disponível em: < Instrumentos>. Material Palitos de churrasco; Anemômetro 4 calotas feitas com fundo de Este equipamento mede a velocidade do garrafa PET; Cola, tesoura e fita adesiva; vento. O anemômetro consiste em um rotor Fios condutores e conectores do tipo jacaré ; composto por um sistema de hélices acoplado ao Rolha; Voltímetro. eixo de um gerador elétrico. A rotação das hélices, na presença do escoamento de fluidos como o ar, produz variação no fluxo 7

8 magnético no interior do gerador elétrico, onde uma tensão será induzida na bobina em seu interior. A tensão elétrica induzida pode ser usada para determinar a velocidade do vento que escoa através da hélice. Para a construção de um anemômetro, as calotas são fixadas nas extremidades dos palitos para churrasco, como mostra a figura abaixo. Faça duas peças destas e monte uma perpendicular a outra, fixando o conjunto na rolha, como mostra a figura a seguir. Este será o rotor do anemômetro. Por meio de um terceiro palito, fixe o rotor espetando verticalmente na rolha central. Prenda todo o conjunto no eixo do gerador DC, como mostra a figura abaixo. Conecte os fios da saída do gerador à entrada do voltímetro. Rolha Voltímetr Calota esférica de Gerador Figura 6: montagem do anemômetro. A calibração do anemômetro pode ser feita em um veículo em movimento. Assim, pode-se construir uma curva de calibração da tensão medida no voltímetro em função da velocidade indicada no velocímetro do veículo. Anemoscópio Este instrumento indica a direção e o sentido do vento. O anemoscópio consiste em uma massa pivotada sobre um eixo vertical dotada de um leme que indica a direção do vento. Sob o anemoscópio é colocada uma rosa dos ventos, facilitando a leitura. 8

9 Para construí-lo, desenhe em um papel cartão duas setas. Recorte-as e cole os palitos de churrasco para uma boa sustentação. Um palito ficará disposto na direção de seu comprimento e outro perpendicular a este, como ilustra a figura abaixo. Material Palitos de churrasco; Papel cartão; Cola, tesoura, fita adesiva e caneta; Tubo vazio de caneta. Figura 7: montagem do anemoscópio. Cole os palitos sobre a primeira seta e posicione a segunda seta sobre ela, deixando os palitos no meio. Após a secagem da cola, utilize a fita adesiva para unir as bordas das duas setas, em toda a volta. O eixo vertical do anemoscópio (palito de churrasco) deverá passar por dentro do tubo da caneta, que será fixado no eixo no anemômetro. Isso é feito para que o anemômetro possa girar livremente. Para a construção da rosa dos ventos, pinte os pontos cardeais no papel cartão. Todo o conjunto será fixado no eixo do anemômetro, na parte em que não há rotação. Pluviômetro O pluviômetro simples consiste em um recipiente cilíndrico com uma escala que mostra quantos milímetros de água choveu em um metro quadrado de terreno. 9

10 Construção: fixe uma régua na parte externa do recipiente transparente e um funil em sua extremidade, como mostra a figura. A seguir deve-se calcular a escala para que indique quantos milímetros de chuva cai por metro quadrado de área. Material Recipiente cilíndrico com cerca de 20 cm a 30 cm de altura; Régua com escala e fita adesiva; Funil. Figura 10: montagem do pluviômetro. Termômetro Tem a finalidade de medir e registrar as variações de temperatura ao longo do tempo. Por se tratar de um instrumento bastante conhecido e de baixo custo, utilizaremos nesta atividade, um termômetro adquirido nas lojas. Barômetro O barômetro é usado para medir a pressão atmosférica. Nesta atividade propomos a construção do barômetro aneroide. Para construí-lo, corte um balão de festa e com ele envolva a boca de um pote de vidro (de maionese, por exemplo) limpo e bem seco, amarrando-o no gargalo com barbante. Cole um canudinho de refresco no centro da membrana de borracha, deitado sobre a boca do vidro. Uma tira feita de lata de alumínio, presa ao vidro com fita adesiva, servirá de escala. Quando ocorrerem variações na pressão externa, a bexiga será empurrada, fazendo o canudinho subir ou descer. 10

11 Material Balão de festa (bexiga); Canudo de refresco; Pote de vidro; Tira de lata; Cola e tesoura; Figura 11: montagem do barômetro aneroide. Processo químico para a análise da água da chuva A água colhida com o pluviômetro pode ser analisada com um papel indicador para verificar seu valor de ph, no caso de ser de seu interesse o estudo das ações antropogênicas na formação da Chuva Ácida. 3ª Etapa Registro das medidas e a apresentação dos dados As medidas obtidas pelos alunos devem ser organizadas na forma de tabelas que serão entregues ao grupo responsável pelo gerenciamento. O grupo de alunos que ficou responsável pelo gerenciamento das medidas, terá a função de controlar as medições, a fim de evitar erros e registrar todos os dados em uma folha de controle, que servirá para a construção dos gráficos. De acordo com a adequação dessa atividade no calendário da escola, o registro das medidas poderá ser feito ao longo de três meses. 4ª Etapa - Proposta complementar Todos os dados registrados nesta atividade podem ser comparados com aqueles divulgados nas cartas meteorológicas de previsão do tempo publicadas nos jornais ou mesmo na internet. Essa comparação fará o aluno perceber que a meteorologia apresenta grande número de variáveis. 11

12 A avaliação será realizada no desenvolvimento de todo o projeto, observando-se: A construção dos instrumentos; Os registros elaborados pelos alunos; A capacidade de interação, organização e articulação; As mudanças de atitudes e comportamentos. Veja mais no Portal do Professor: BIBLIOGRAFIA, SUGESTÕES DE LEITURA E OUTROS RECURSOS Livros e revistas Ferreira, A. G, Meteorologia Prática. São Paulo: Editora Oficina de Textos, GREF - Grupo de Re-elaboração do Ensino de Física. Física 2: Física térmica e Óptica. 4 ed. São Paulo: Edusp, Sites e outros recursos Barômetro - disponível em: < 12

13 Psicrômetro - disponível em: < Pluviômetro - disponível em: < Anemômetro - disponível em: < < > < > < Filmes e documentários